Mô phỏng động hệ thống sản xuất dung môi từ condensate - Hysys Dynamic Simulation

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MÔ PHỎNG ĐỘNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT DUNG
MÔI TỪ CONDENSATE
GVHD: ThS. Trần Hải Ưng
SVTH: Nguyễn Xuân Trung
MSSV: 1414309

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MÔ PHỎNG ĐỘNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT DUNG
MÔI TỪ CONDENSATE

GVHD: ThS. Trần Hải Ưng
SVTH: Nguyễn Xuân Trung
MSSV: 1414309

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2018

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong công nghiệp lọc hóa dầu, mô phỏng tĩnh và mô phỏng động chiếm một vai
trò vô cùng quan trọng trong việc đánh giá và tối ưu các biến chính của quá trình công
nghệ. Mô phỏng cho phép nghiên cứu biểu hiện tạm thời của các quá trình phức tạp
mà không cần thông tin vận hành thực sự hoặc thậm chí không có một nhà máy thí
điểm. Trong luận văn này, quá trình mô phỏng động được ứng dụng vào cụm chưng
cất condensate trong “Dự án về dung môi công nghiệp” của JSC Sunpet ở tỉnh Hậu
Giang, Việt Nam. Luận văn này mô tả thực tiễn nhất cho mô hình động của cụm tháp
chưng cất condensate, bắt đầu từ các số liệu nguyên liệu condensate thông qua phần
mềm Aspen HYSYS V8.8. Nội dung công việc bao gồm mô tả đặc tính của
condensate nguyên liệu, phát triển mô hình tĩnh, thiết kế kích thước thiết bị, chuyển
đổi mô hình từ trạng thái tĩnh sang trạng thái động, thiết kế sách lược điều khiển, lựa
chọn thông số điều chỉnh bộ điều khiển PID và vận hành ở trạng thái động. Tất cả các
bước được tiến hành cẩn thận nhằm làm hệ bền và đảm bảo đạt chất lượng sản phẩm
theo yêu cầu.

i


DYNAMIC SIMULATION FOR THE SOLVENT PRODUCTION
SYSTEM FROM CONDENSATE
ABSTRACT
Steady state and Dynamic simulations play a vital role in most of the Refineries
and Petrochemical industries to evaluate and optimize key process variables.
Simulation allows studying the transient behaviour of complex processes without real
plant operating information or even a pilot plant. In this study, the dynamic simulation
is applied to Sunpet JSC’s “INDUSTRIAL SOLVENT PROJECT” in Hau Giang
province, Vietnam. This thesis provides the most practical descriptions for condensate

distillation plant dynamic modelling, starting from the given crude assay using Aspen
HYSYS V8.8. It includes condensate assay characterization, developing steady state
model, sizing equipment, tranferring from steady state model to dynamic model,
designing a control strategy, choosing PID tuning parameters and running the dynamic
model. All steps are taken carefully to achieve system stability and ensure the
product’s quality as required.

ii


LỜI CẢM ƠN
Thời gian trôi qua mau, giây phút viết lời cảm ơn này khiến lòng em cảm thấy
thật bồi hồi và xúc động. Mới một ngày mùa thu năm nào, khi cơn mưa bất chợt kéo
đến giống như tình yêu bất ngờ đối với ngôi trường này nảy nở vốn chưa bao giờ có
thể hình dung được, em vẫn đang bước những bước đầu tiên trong khuôn viên trường
để ngắm nhìn cảnh vật và làm thủ tục nhập học. Vậy mà giờ đây, 4 năm học tập và rèn
luyện tại Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã trôi qua, với biết bao kỉ niệm
đong đầy. Sự chỉ bảo, và tình cảm to lớn của quý thầy cô, anh chị đi trước và bạn bè
trong bộ môn Kỹ thuật Chế biến Dầu khí – Khoa Kỹ thuật Hóa học đã là động lực to
lớn để em hoàn thành tốt quá trình học tập, phấn đấu thành người kỹ sư có kiến thức,
trung thực và sáng tạo.
Đặc biệt, trong quãng thời gian em thực hiện luận văn tốt nghiệp, với đề tài “ Mô
phỏng động cho hệ thống sản xuất dung môi từ condensate”, ngoài sự cố gắng và
nghiêm túc của bản thân, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Hải Ưng –
người đã dành nhiều thời gian quý báu để truyền đạt kiến thức, hướng dẫn và giúp đỡ
em hoàn thành thật tốt đề tài của mình.
Đồng thời, em cũng xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Kim Trung – GVCN
lớp HC14DK, đã hỗ trợ và có những lời khuyên cực kỳ bổ ích dành cho em.
Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến bố mẹ và mọi người trong
gia đình đã động viên, giúp đỡ chúng con cả về vật chất lẫn tinh thần để con có được

kết quả ngày hôm nay.
Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù em đã cố gắng hết sức, nhưng do
kiến thức còn nhiều hạn chế và thời gian để nghiên cứu chuyên sâu còn ít nên em đã
không tránh khỏi một số sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, phê bình
của quý thầy cô và các bạn.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2018
Nguyễn Xuân Trung

iii


MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. vi
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................................... viii
1. GIỚI THIỆU ................................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1
1.2. Mục tiêu ................................................................................................................2
1.3. Phạm vi và giới hạn của đề tài ..............................................................................2
2. TỒNG QUAN..............................................................................................................4
2.1. Tổng quan về condensate và dung môi pha sơn công nghiệp ..............................4
2.2. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Aspen Hysys ...............................................5
2.3. Nguồn nguyên liệu ...............................................................................................6
2.3.1. Tính chất của nguồn nguyên liệu ..................................................................6
2.3.2. Khả năng cung ứng ........................................................................................6
2.4. Sản phẩm ..............................................................................................................7
2.4.1. Các tiêu chuẩn cơ bản của sản phẩm .............................................................7
2.4.2. Cơ cấu sản phẩm cần đạt ...............................................................................7
2.5. Quy trình công nghệ cụm chưng cất.....................................................................8

3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................................9
3.1. Thành phần cơ bản của hệ thống .........................................................................9
3.2. Điều khiển phản hồi ...........................................................................................10
3.3. Điều khiển truyền thẳng ....................................................................................10
3.4. Điều khiển tầng ..................................................................................................11
3.5. Quy trình xây dựng mô hình động ....................................................................12
4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ............................................13

iv


4.1. Thiết kế quá trình và tính toán cân bằng vật chất năng lượng ...........................13
4.2. Tính toán và thiết kế thiết bị ...............................................................................16
4.2.1. Tính toán thiết kế thiết bị chính...................................................................16
4.2.2. Tính toán thiết kế thiết bị phụ .....................................................................26
4.3. Tính toán hệ thống phụ trợ .................................................................................35
4.3.1. Hệ thống bơm ..............................................................................................35
4.3.2. Hệ thống van................................................................................................37
5. TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CHO HỆ THỐNG ............................................43
5.1. Các mô hình điều khiển tháp và bàn luận ..........................................................43
5.2. Chuyển từ mô phỏng tĩnh sang mô phỏng động ................................................46
5.2.1. Độ bền của hệ ..............................................................................................46
5.2.2. Bộ điều khiển PID .......................................................................................47
5.2.3. Lựa chọn Action “Reverse/Direct” ............................................................48
5.2.4. Lựa chọn thông số điều khiển (Controller Tuning Parameter) ..................48
5.2.5. Đảm bảo specs động học cho các thiết bị vận hành ....................................49
6. THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC ........................................53
6.1. Bộ thông số điều khiển .......................................................................................53
6.2. Switch to Dynamic (Chuyển qua môi trường động) ..........................................55
6.3. Kết quả thu được ................................................................................................56

7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................66
7.1. Kết luận...............................................................................................................66
7.2. Kiến nghị ............................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................67

v


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu/Viết tắt
IBP
FBP
PID

Tiếng Anh
Initial Boiling Point
Final Boiling Point
Proportional Integral Derivative

DOF
SPM
PV
DP
Kc
Ti
Td
A
R
D
PIC

Degree of Freedom
Setpoint Mode
Process Variable
Drop Pressure
Process gain
Integral time
Derivative time
Action
Reverse
Direct
Pressure Indicating Control

TIC

Temperature Indicating Control

LIC

Level Indicating Control

FIC

Flow Indicating Control

vi

Tiếng Việt
Điểm sôi đầu
Điểm sôi cuối

Bộ điều khiển vi tích phân
tỉ lệ
Số bậc tự do
Chế độ điểm cài đặt
Biến quá trình
Độ giảm áp suất
Độ lợi quá trình
Thời gian tích phân
Thời gian vi phân
Tác động
Nghịch
Thuận
Điều khiển và hiển thị áp
suất
Điều khiển và hiển thị
nhiệt độ
Điều khiển và hiển thị mức
chất lỏng
Điều khiển và hiển thị lưu
lượng


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Một số tính chất của nguyên liệu ....................................................................6
Bảng 2.2: Tiêu chuẩn BMSol Petro ...............................................................................7
Bảng 2.3:Tiêu chuẩn BMSol A3040 ..............................................................................7
Bảng 2.4: Tiêu chuẩn BMSol F2046 .............................................................................7
Bảng 4.1: Một số thông số trên tab Performance mâm 1-9 ..........................................18
Bảng 4.2: Một số thông số trên tab Performance mâm 11-21 ......................................20
Bảng 4.3: Pitch và đường kính ngoài của tube .............................................................27

Bảng 4.4: Thông số của các thiết bị trao đổi nhiệt........................................................28
Bảng 5.1: Dynamic Specs của các thiết bị trao đổi nhiệt.............................................52
Bảng 5.2: Dynamic Specs của heater và cooler ............................................................52

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ chung ....................................................................................................3
Hình 2.1: Đồ thị phân bố của condensate nguyên liệu ...................................................6
Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất .....................................................................8
Hình 3.1: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình .................................9
Hình 3.2: Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển quá trình .........................................9
Hình 3.3: 9 bước cơ bản để xây dựng một mô hình động ............................................12
Hình 4.1: Package type .................................................................................................13
Hình 4.2: Parent Environment ......................................................................................14
Hình 4.3: Column Environment....................................................................................14
Hình 4.4: Cân bằng năng lượng ....................................................................................15
Hình 4.5: Cân bằng vật chất..........................................................................................15
Hình 4.6: Profiles trạng thái tĩnh của tháp T-101 .........................................................16
Hình 4.7: Bồn ngưng tụ V-101 .....................................................................................20
Hình 4.8: Worksheet của V-101 ...................................................................................20
Hình 4.9: Kích thước V-101 .........................................................................................21
Hình 4.10: Reboiler F-101 ............................................................................................21
Hình 4.11: Worksheet F-101 ........................................................................................22
Hình 4.12: Kích thước của nồi đun F-101 ....................................................................22
Hình 4.13: Worksheet tháp T-102 ................................................................................23
Hình 4.14: Profile áp suất tháp T-102...........................................................................23
Hình 4.15: Rating Tab của tháp T-102 .........................................................................25

Hình 4.16: Worksheet của E-106 ..................................................................................25
Hình 4.17: Kích thước nồi đun E-106 ..........................................................................26
Hình 4.18: TEMA – Type .............................................................................................28
Hình 4.19: Exchanger Design and Rating ....................................................................30
Hình 4.20: E-102 Parameter .........................................................................................30
Hình 4.21: Dòng năng lượng Q-E102...........................................................................30
Hình 4.22: Sơ đồ E-107 ................................................................................................31
Hình 4.23: E-107 Parameter .........................................................................................31
viii


Hình 4.24: Dòng năng lượng Q-E107...........................................................................31
Hình 4.25: E-105 Worksheet ........................................................................................32
Hình 4.26: Dòng năng lượng Q-E105...........................................................................32
Hình 4.27: E-110 Worksheet ........................................................................................33
Hình 4.28: Dòng năng lượng Q-E110...........................................................................33
Hình 4.29: E-109 Worksheet ........................................................................................33
Hình 4.30: Dòng năng lượng Q-E109...........................................................................34
Hình 4.31: E-108 Worksheet ........................................................................................34
Hình 4.32: Dòng năng lượng Q-E108...........................................................................34
Hình 4.33: Bơm P-101 ..................................................................................................35
Hình 4.34: Bơm P-100 ..................................................................................................35
Hình 4.35: Bơm P-105 ..................................................................................................36
Hình 4.36: Bơm P-102 ..................................................................................................36
Hình 4.37: Bơm P-104 ..................................................................................................36
Hình 4.38: Bơm P-103 ..................................................................................................37
Hình 4.39: Thông số van VLV-101 ..............................................................................38
Hình 4.40: Thông số van VLV-100 ..............................................................................39
Hình 4.41: Thông số van VLV-105 ..............................................................................39
Hình 4.42: Thông số van VLV-102 ..............................................................................40

Hình 4.43: Thông số van VLV-104 ..............................................................................40
Hình 4.44: Thông số van VLV-103 ..............................................................................41
Hình 4.45: Thông số van VLV-106 ..............................................................................41
Hình 4.46: Thông số van VLV-107 ..............................................................................42
Hình 4.47: Thông số van VLV-108 ..............................................................................42
Hình 5.1: Mô hình 1 (a) ................................................................................................44
Hình 5.2: Mô hình 1 (b) ................................................................................................44
Hình 5.3: Mô hình 2 ......................................................................................................45
Hình 5.4: Mô hình 3 ......................................................................................................46
Hình 5.5: Dynamic Specifications của bơm P-101.......................................................50
Hình 5.6: Dynamic Specifications của bơm P-100.......................................................50
Hình 5.7: Dynamic Specifications của bơm P-105.......................................................50
ix


Hình 5.8: Dynamic Specifications của bơm P-102.......................................................51
Hình 5.9: Dynamic Specifications của bơm P-104.......................................................51
Hình 5.10: Dynamic Specifications của bơm P-103.....................................................51
Hình 6.1: Equation Summary .......................................................................................56
Hình 6.2: Thông số đạt được ở trạng thái tĩnh ..............................................................56
Hình 6.3: Thông số của hệ ở 20.4 phút .........................................................................57
Hình 6.4: Thông số của hệ ở 59.1 phút ........................................................................57
Hình 6.5: Thông số của hệ ở 73.8 phút ........................................................................58
Hình 6.6: Thông số của hệ ở 128.3 phút .......................................................................58
Hình 6.7: Thông số của hệ ở 187 phút ..........................................................................59
Hình 6.8: Đồ thị đáp ứng phản hồi của LIC-102 ..........................................................60
Hình 6.9: Đồ thị đáp ứng phản hồi của LIC-103 ..........................................................60
Hình 6.10: Đồ thị đáp ứng phản hồi của LIC-104 ........................................................61
Hình 6.11: Đồ thị đáp ứng phản hồi của PIC-100 ........................................................61
Hình 6.12: Đồ thị đáp ứng phản hồi của PIC-105 ........................................................62

Hình 6.13: Đồ thị đáp ứng phản hồi của PIC-106 ........................................................62
Hình 6.14: Đồ thị đáp ứng phản hồi của TIC-100 ........................................................63
Hình 6.15: Đồ thị đáp ứng phản hồi của TIC-107 ........................................................63
Hình 6.16: Đồ thị đáp ứng phản hồi của TIC-108 ........................................................64
Hình 6.17: Đồ thị đáp ứng phản hồi của TIC-109 ........................................................64
Hình 6.18: Đồ thị đáp ứng phản hồi của TIC-110 ........................................................65

x


GIỚI THIỆU
1. GIỚI THIỆU
1.1. Lý do chọn đề tài
Khi phần mềm mô phỏng ra đời, việc lên kế hoạch cho một dự án nhẹ nhàng hơn
trước đây, chúng ta có thể mô phỏng hoạt động của nhà máy trong các chế độ vận
hành khác nhau, thay đổi các thông số làm việc của bất kỳ đơn vị hoạt động nào mà
không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động chung của nhà máy. Ngoài ra, với những
tính năng của các phầm mềm mô phỏng ta có thể thiết kế được các dự án khác nhau,
tìm được phương án tối ưu, nhanh, cho kết quả khả quan và đạt hiệu quả kinh tế, quan
trọng hơn nữa là áp dụng được cho hầu hết các lĩnh vực, đảm bảo được tính khả thi
cho những kế hoạch lớn sẽ được thực hiện trong tương lai. Là một kỹ sư công nghệ,
việc trang bị cho mình một phần mềm mô phỏng sẽ giúp hoàn thành công việc tốt hơn.
Mô phỏng động một quá trình là một việc quan trọng trong thiết kế, vận hành,
khắc phục sự cố. Mặc dù có nhiều trường hợp chỉ cần mô phỏng ở trạng thái tĩnh là đủ,
tuy nhiên độ chính xác có thể được cải thiện đáng kể bằng việc tính đến ảnh hưởng
phản hồi khi có sự biến động các yếu tố diễn ra. Thêm vào đó, thực sự cần thiết có một
thiết kế tối ưu và sách lược điều khiển tốt trong nhiều hoàn cảnh, bao gồm:
✓

Khởi động và ngưng hoạt động

✓

Sự xáo trộn trong cụm và áp suất an toàn

✓

Nghiên cứu, khảo sát

✓

Tối ưu hóa quá trình

Ở trạng thái tĩnh, người dùng được cung cấp tất cả thông tin về cân bằng vật chất
và năng lượng, sự đánh giá đối với các mô hình khác nhau. Qua đó, tối ưu quá trình
bằng việc giảm công suất và chi phí thiết bị trong khi cải thiện được chất lượng sản
phẩm.
Với mô phỏng động, chúng ta có thể xác nhận rằng cụm thiết bị có sản xuất được
sản phẩm mong muốn một cách dễ dàng và an toàn hay không, kiểm chứng được khả
năng hoạt động trong các tình huống thực tế cụ thể.

1


GIỚI THIỆU
1.2. Mục tiêu
Trên cơ sở những dữ liệu về tính chất và thành phần nguyên liệu condensate, chỉ
tiêu kỹ thuật sản phẩm đầu ra, từ đó:
✓

Mô phỏng mô hình tĩnh cho cụm công nghệ chưng cất đảm bảo chỉ tiêu kỹ
thuật sản phẩm đầu ra

✓

Lựa chọn sơ đồ điều khiển phù hợp, thông số điều chỉnh PID hợp lí, xây
dựng mô phỏng động cho quy trình

✓

Hệ hoạt động bền và ổn định

1.3. Phạm vi và giới hạn của đề tài
Hệ thống sản xuất bao gồm 2 cụm là Unit 100 (cụm chưng cất, công suất thiết kế
là 7 m3/h) và Unit 200 (cụm trích ly, công suất thiết kế là 1.4 m3/h).
Unit 100 phân tách nguyên liệu condensate thành các dung môi với ứng dụng
khác nhau. Dòng nhập liệu sau khi nâng nhiệt độ đến 140-160oC sẽ được đưa vào tháp
chưng cất dung môi (T-101) và phân tách thành các sản phẩm sau: BMSol Petro (IBP155 oC), High aromatic BMSol A3040 (155-210 oC), BMSol F2046 (>210 oC). Các sản
phẩm sau khi trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu sẽ được làm mát đến 45oC trước khi
đưa đến bồn chứa.
Unit 200 dùng để chiết xuất hợp chất thơm hàm lượng cao trong sản phẩm của
cụm chưng cất là BMSol 3040, chủ yếu là các aromatic C9 và C10; sản xuất BMSol
A100 và BMSol A3040 có hàm lượng aromatic thấp.
Dòng BMSol A3040 từ cụm chưng cất trước hết được chia thành 2 dòng: dòng
nhẹ (điểm chưng cất: 155-185oC) và dòng nặng hơn (điểm chưng cất: 185-210oC).
Dòng nhẹ hơn đa phần chứa các aromatic C8, C9 và một phần C10, trong khi dòng nặng
bao gồm aromatic C10+ và các hydrocarbon khác.
Dòng nhẹ hơn sau đó được đưa vào tháp trích ly T-202 cùng với dung môi
Sufolane. Bên trong tháp T-202 được gọi là quá trình chưng cất-trích ly. Các aromatic
(C8, C9, C10) có ái lực cao hơn đối với Sulfolane sẽ đi xuống và thu được ở đáy T-202,

trong khi các hợp chất hydrocarbon khác thu được ở đỉnh tháp T-202.

2


GIỚI THIỆU
Hỗn hợp các aromatic với Sulfolane sau đó được đưa đến tháp T-203. Ở đây,
Sulfolane được loại bỏ và các aromatic thu được ở đỉnh là BMSol A100. Dung môi
sulfolane được tái sử dụng, đưa vào lại tháp T-202.
Dòng nặng được đưa vào tháp T-201.
Sản phẩm đỉnh của T-202 và sản phẩm đáy của T-201 được hòa trộn và tạo thành
dung môi BMSol A3040 hàm lượng aromatic thấp.
BMSol Petro

Sulfolane
Dòng nhẹ

Nhập liệu

T-101

T-202

BMSol A100

High Aromatic BMSol A3040

Low Aromatic
BMSol A3040

T-203
BMSol F2046
Sulfolane tái sử dụng

Dòng nặng

T-201

Hình 1.1: Sơ đồ chung
Trong phạm vi của đề tài, các tính toán, thiết kế công nghệ và quá trình mô
phỏng chỉ dừng lại ở cụm chưng cất Unit 100. Ngoài ra không xét đến kích thước các
ống dẫn (nozzles), vị trí đặt thiết bị (base elevation) và chỉ xét mất mát nhiệt dạng đơn
giản cho tháp chính, không xét vấn đề này đối với các thiết bị khác như heater, cooler,
thiết bị trao đổi nhiệt,…

3


TỔNG QUAN
2. TỒNG QUAN
2.1. Tổng quan về condensate và dung môi pha sơn công nghiệp
Condensate là hỗn hợp hydrocarbon lỏng được tách ra từ khí đồng hành hoặc khí
thiên nhiên trong quá trình khai thác, vận chuyển và xử lý khí. Thành phần của
condensate chủ yếu là các hydrocarbon no, bao gồm pentane và các hydrocarbon nặng
hơn (C5+). Tỷ trọng của condensate khoảng 562 đến 780 kg/m3 tại 15oC (50-120 oAPI).
Tại Việt Nam, đơn vị sản xuất Condensate là Tổng công ty Khí Việt Nam. Mỗi năm
Tổng công ty sản xuất khoảng 250 nghìn tấn condensate từ nguồn khí Cửu Long và
Nam Côn Sơn tại 02 nhà máy xử lý Khí Dinh Cố (GPP Dinh Cố) và Nam Côn Sơn
(NCST), từ các nhà máy xử lý khí, condensate được vận chuyển bằng đường ống đến
kho cảng Thị Vải và sau đó phân phối đến các khách hàng. [1]

Condensate có thành phần tương tự phân đoạn nhẹ trong dầu thô và được dùng
để sản xuất ra các sản phẩm như xăng, dầu hỏa, diesel, fuel oil, nguyên liệu cho quá
trình chế biến hóa dầu, sản xuất olefine, BTX… hoặc làm dung môi công nghiệp.
Thinners là dung môi pha sơn dạng công nghiệp được phối trộn từ nhiều loại
dung môi hữu cơ khác nhau như toluene, xylene, butyl acetate, acetone, white
spirit... Dung môi pha sơn nhằm mục đích pha loãng, hoặc bổ sung thêm những đặc
tính khác cho loại sơn như chống thấm, chống rêu, chống bám, hay muốn kiểm soát
tốc độ khô của sơn.... Ngoài ra sản phẩm còn có tính tẩy rửa rất hiệu quả màng sơn
khô bám trên thiết bị máy phun, dụng cụ sử dụng khi thi công. Các loại dung môi pha
sơn công nghiệp:
✓

Dung môi pha sơn Nitro Cenlulose (Nc Paint)

✓

Dung môi pha sơn Acrylic (Acrylic Paint)

✓

Dung môi pha sơn Alkyd, sơn dầu (Alkyd Synthetic Paint)

✓

Dung môi pha sơn Poly Urethane (Pu Paint)

✓

Dung môi pha sơn Epoxy (Epoxy Paint)

✓

Dung môi làm sạch, phá hủy sơn (Washing / Cleaning Paints and Coatings)

✓

Dung môi giúp sơn nhanh khô (Polish Paint Thinner)
4


TỔNG QUAN
2.2. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Aspen Hysys
Hiện nay có rất nhiều phần mềm mô phỏng như Simsci (PRO//II), Hyprotech
(HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK), Bryan research & engineering (PROSIM,
TSWEET), Winsim (DESIGN II for Windows), IDEAS Simulation, Simulator 42,
RSI, Chemstations,…
Trong đó, Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech - Canada thuộc công ty
AEA Technology Engineering Software - Hyprotech Ltd. Đây là phần mềm có khả
năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều
thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số
trong quá trình thiết kế nhà máy. Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người dùng
tạo các thư viện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng. Ngoài ra Hysys còn có khả năng
tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đây chính là điểm
mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử dụng
những dữ liệu ban đầu khác nhau.
Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng:
✓

Steady Mode: Trạng thái tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá trình.

✓

Dynamic Mode: Trạng thái động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở trạng
thái đang vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống
theo sự thay đổi của một vài thông số.

Cấu trúc cơ bản của Hysys được thể hiện qua ba điểm quan trọng sau:
✓

Unique Concepts (Những khái niệm duy nhất): Mặc định cách mà người sử
dụng xây dựng môi trường mô phỏng trên Hysys.

✓

Powerful Engineering Tools (Những công cụ thiết kế tối ưu): Quyết định
cách Hysys thực hiện các phép tính toán.

✓

Primary Interface Elements (Những yếu tố tương giao cơ sở): Được dùng
để giúp người sử dụng làm việc với Hysys.

Trong luận văn, quá trình mô phỏng sử dụng công cụ là phần mềm Aspen Hysys
V8.8.

5


TỔNG QUAN
2.3. Nguồn nguyên liệu

2.3.1. Tính chất của nguồn nguyên liệu
Một số tính chất như trong bảng dưới đây:
Bảng 2.1: Một số tính chất của nguyên liệu [2]
Dữ liệu
Đơn vị
Distillation D86 (% thể tích)
0
IBP
C
0
5%
C
0
10%
C
0
30%
C
0
50%
C
0
70%
C
0
90%
C
0
95%
C

0
FBP
C
Hàm lượng S
wtppm
Hàm lượng N
wtppm
Tỷ trọng (ở 150C)

Giá trị
29.4
46
54.1
80.3
103.4
126.9
182.4
214.9
252
186
20
0.7322

Hình 2.1: Đồ thị phân bố của condensate nguyên liệu
2.3.2. Khả năng cung ứng
Lưu lượng (theo specs của Nam Côn Sơn) vào khoảng 7 m3/h, ứng với lưu lượng
khối 5124 kg/h yêu cầu vận hành ở mức 8000 h/năm.
6

TỔNG QUAN
2.4. Sản phẩm
2.4.1. Các tiêu chuẩn cơ bản của sản phẩm
Sản phẩm của cụm chưng cất bao gồm: BMSol Petro, BMSol F2046 và BMSol
A3040.
Bảng 2.2: Tiêu chuẩn BMSol Petro [3]
Tiêu chuẩn
Đơn vị
Phương pháp
Quan sát
Bằng mắt
Màu, Saybolt
ASTM D156
kg/l
ASTM D4052
𝜌 (15°C)
kg/l
ASTM D4052
𝜌 (15°C)
IBP
°C
ASTM D86
FBP
°C
ASTM D86
Bảng 2.3: Tiêu chuẩn BMSol A3040 [3]
Tiêu chuẩn
Đơn vị
Phương pháp
Quan sát

Bằng mắt
Màu, Saybolt
ASTM D156
kg/l
ASTM D4052
𝜌 (15°C)
kg/l
ASTM D4052
𝜌 (15°C)
IBP
°C
ASTM D86
FBP
°C
ASTM D86
Điểm chớp cháy
°C
IP 170
Bảng 2.4: Tiêu chuẩn BMSol F2046 [3]
Tiêu chuẩn
Đơn vị
Phương pháp
Quan sát
Bằng mắt
Màu, Saybolt
ASTM D156
kg/l
ASTM D4052
𝜌 (15°C)
kg/l

ASTM D4052
𝜌 (15°C)
IBP
°C
ASTM D86
FBP
°C
ASTM D86
Điểm chớp cháy
°C
ASTM D93
2.4.2. Cơ cấu sản phẩm cần đạt
- BMSol Petro:

> 77% khối lượng

- BMSol A3040:

> 8% khối lượng

- BMSol F2046:

< 12% khối lượng
7

Min

0.7200

Min

0.7700

Max
trong
25
0.7600
Report
Report
155

Chú thích

Max
trong
25
0.7900
Report

Chú thích

145
210
34.0

Min

0.7900

Max

trong
25
0.8400
Report

190
270
75

Chú thích


TỔNG QUAN
2.5. Quy trình công nghệ cụm chưng cất
Dòng nhập liệu (0 barg, 30°C) sẽ được bơm P-101 bơm qua các thiết bị trao đổi
nhiệt E-101, E-102, E-103, E-104 để tận dụng nhiệt của các dòng sản phẩm đáy tháp
T-101, dòng ra khỏi đỉnh tháp T-101, sản phẩm đáy tháp stripper T-102 và sản phẩm
đỉnh T-101 trước khi qua gia nhiệt E-107 bổ sung nhiệt còn thiếu, đảm bảo cho nhập
liệu vào tháp, dòng 101-7 ở khoảng 140-160 °C. Dòng ra đỉnh tháp T-101 sau khi làm
nóng nhập liệu ở E-102 thì đến E-105 để làm mát, hóa lỏng hoàn toàn (107.6°C) trước
khi vào bình ngưng tụ V-101 (áp suất 3 barg ; ngưng tụ hoàn toàn). Tại đây, một phần
sản phẩm sẽ được hoàn lưu về lại đỉnh tháp. Sản phẩm đỉnh BMSol Petro được bơm P102 bơm đến E-101.
Dòng trích ngang lấy ra từ mâm số 12 đi vào đỉnh tháp stripper T-102. Sản phẩm
đỉnh của tháp T-102 được dẫn quay lại mâm số 10 tháp T-101.
Các dòng sản phẩm A3040 và F2046 từ 2 reboiler là E-106 và F-101 cũng lần
lượt được các bơm P-103 và P-104 bơm đi với áp suất 3.862 barg đến E-103 và E-104.
Sau cùng, sản phẩm được làm mát qua các cooler E-108, E-109, E-110 xuống
nhiệt độ tồn trữ ≤45°C.

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất

8


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Thành phần cơ bản của hệ thống [4]
Tùy theo quy mô ứng dụng và mức độ tự động hóa mà các hệ thống điều khiển
quá trình công nghiệp có thể từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên chúng ta đều dựa
trên ba thành phần cơ bản, đó là: thiết bị đo, thiết bị chấp hành và thiết bị điều khiển.
Chức năng của mỗi thành phần hệ thống và quan hệ của chúng được thể hiện một cách
trực quan qua cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình bất kì.

Hình 3.1: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình

Hình 3.2: Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển quá trình

9


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.2. Điều khiển phản hồi [4]
Điều khiển phản hồi dựa trên nguyên tắc đo liên tục giá trị biến được điều khiển
và phản hồi thông tin về bộ điều khiển để tính toán lại giá trị của biến điều khiển. Vì
cấu trúc được khép kín nên điều khiển phản hồi còn được gọi là điều khiển vòng kín.
Trong hệ thống điều khiển quá trình, sách lược điều khiển phản hồi đóng vai trò quan
trọng so với các sách lược điều khiển khác.
✓

Ưu điểm: Điều khiển phản hồi là cách duy nhất để ổn định một quá trình

không ổn định. Một vai trò quan trọng nữa của điều khiển phản hồi là khả
năng bền vững với sự sai lệch của mô hình. Nếu được thiết kế tốt, bộ điều
khiển phản hồi có khả năng triệt tiêu sai lệch điều khiển điều mà các sách
lược điều khiển khác không thể làm được.

✓

Nhược điểm: Ổn định hệ thống là vấn đề riêng của điều khiển phản hồi.
Một bộ điều khiển phản hồi có thể ổn định một đối tượng không ổn định,
song một vòng điều khiển kín chứa một đối tượng ổn định cũng có thể trở
nên mất ổn định. Bản thân các cảm biến cũng chịu tác động của nhiễu đo
nên khi các giá trị đo có sai số lớn thì chất lượng điều khiển không còn
được đảm bảo nếu không có các thuật toán lọc nhiễu thích hợp. Một nhược
điểm nữa là bộ điều khiển phản hồi làm việc theo nguyên tắc phản ứng,
nghĩa là chỉ khi có ảnh hưởng của nhiễu được thể hiện trong giá trị biến
được điều khiển thì mới có tác động trở lại, điều này là không thể chấp
nhận được đối với những quá trình có tính đáp ứng chậm (như quá trình
nhiệt, quá trình phản ứng). Như vậy, trước khi bộ điều khiển kịp đưa ra tác
động điều chỉnh thì chất lượng sản phẩm đã bị ảnh hưởng.

3.3. Điều khiển truyền thẳng [4]
Đặc điểm cơ bản của điều khiển truyền thẳng là số biến nhiễu quá trình được đo
và được đưa tới bộ điều khiển. Dựa trên các giá trị đo được và giá trị đặt cho bộ điều
khiển, bộ điều khiển sẽ tính toán và đưa ra giá trị cho biến điều khiển. Nếu đặc tính
đáp ứng của quá trình với biến điều khiển cũng như với nhiễu biết trước, bộ điều khiển
có thể thực hiện thuật toán bù trước sao cho giá trị biến điều khiển đúng bẳng giá trị
đặt.
10

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
✓ Ưu điểm: là khả năng loại bỏ nhiễu trước khi nó kịp ảnh hưởng xấu đến quá
trình. Nó được sử dụng rộng rãi bởi vì tác động nhanh, cho phép loại bỏ
đáng kể ảnh hưởng của nhiễu đo được trước khi nhiễu này kịp tác dộng xấu
đến hệ thống, cũng như giúp hệ thống đáp ứng nhanh với giá trị đặt thay đổi.
✓ Nhược điểm: Một bộ điều khiển truyền thẳng không có khả năng ổn định
một quá trình không ổn định. Đồng thời, nó cũng khá nhạy cảm với sai lệch
mô hình. Một nhược điểm nữa của điều khiển truyền thẳng là khả năng bị
ảnh hưởng của nhiễu không đo được. Trong thực tế, bất kì một quá trình nào
cũng tồn tại nhiều nguồn nhiễu. Ngay khi các biến nhiễu được xem xét đến
thì không phải biến nhiễu nào cũng đo được.
3.4. Điều khiển tầng [4]
Điều khiển tầng là một cấu trúc mở rộng của điều khiển phản hồi vòng đơn được
sử dụng nhằm khắc phục những nhược điểm ở trên của điều khiển phản hồi. Điều
khiển tầng giúp loại bỏ ảnh hưởng của một số dạng nhiễu và cải thiện rõ rệt đặc tính
động học của hệ thống. Tư tưởng chính của điều khiển tầng là phân cấp điều khiển
nhằm loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu ngay tại nơi nó được sinh ra.
Hai cấu trúc của điều khiển tầng là nối tiếp (thêm một biến đo) và song song
(thêm một biến điều khiển). Cấu trúc nối tiếp được ứng dụng nhiều trong thực tế.
Ưu điểm của điều khiển tầng là cải thiện khả năng loại bỏ nhiễu cục bộ, giảm độ
quá điều chỉnh, cải thiện tính ổn định của toàn hệ kín và nâng cao tính năng bền vững
của hệ kín. Do đó, ta chỉ áp dụng sách lược điều khiển tầng khi:
✓

Chất lượng của hệ điều khiển vòng đơn thông thường không đáp ứng được
yêu cầu đề ra.

✓

Quá trình có thể phân chia thành hai quá trình con với nguồn nhiễu tác động

độc lập, trong đó khâu đứng sau phải chậm hơn nhiều so với khâu đứng
trước.

✓

Sách lược bộ nhiễu không áp dụng được hoặc áp dụng nhưng kém hiệu quả
hoặc không giải quyết được triệt để ảnh hưởng của nhiễu cục bộ và khâu
đứng trước.
11


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.5. Quy trình xây dựng mô hình động

1

2
3
4
5
6
7
8
9

• Thiết lập mô hình tĩnh: (Add Component, lựa chọn gói nhiệt động, tạo
Assay và Blend để khởi tạo dòng nhập liệu.)
• Sau đó tạo tháp chưng với các spec mong muốn để tháp hội tụ
(converged) và có số liệu sơ khởi.
• Cuối cùng thêm các thiết bị trao đổi nhiệt cần thiết và kiểm tra lại mô

hình.

• Tính toán kích thước cho tháp (T-101, T-102) và các thiết bị chứa lỏng
(condenser, reboiler, heater, cooler)

• Lắp đặt van và bơm cần thiết (bơm nhập liệu, bơm sản phẩm,...)
• Tính toán cho các thiết bị trở lực (resistance devices)
• Lựa chọn mô hình điều khiển và cài đặt các thông số điều khiển đầu tiên
• Xác định chỉ tiêu pressure/flow đối với các dòng biên (boundary streams)
• Chuyển đổi từ môi trường từ tĩnh sang động
• Cài đặt các faceplates, stripchart và tạo spreadsheet để theo dõi
• Khởi động, theo dõi và điều chỉnh lại các thông số điều khiển

Hình 3.3: 9 bước cơ bản để xây dựng một mô hình động

12


THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
4.1. Thiết kế quá trình và tính toán cân bằng vật chất năng lượng
➢

Lựa chọn gói nhiệt động (Fluid Package): Peng-Robinson

Hình 4.1: Package type
Lựa chọn gói nhiệt động theo hướng dẫn ở tài liệu tham khảo [5]. Peng-Robinson
là gói nhiệt động phổ biến trong các ứng dụng dầu khí.
➢

Áp suất đỉnh tháp Ptop - T101: 3.000 barg

➢

Áp suất đáy tháp Pbottom -T101: 3.162 barg

➢

Specs của tháp

➢

•

Reflux Rate: 3.5 m3/h

•

T-102 Boil Up Ratio: 4

•

D86 5%: 154°C

•

D86 95%: 195°C

Thông số các dòng quá trình chính
•

Nhập liệu Cond Feed:

5124 kg/h;

30°C ;

0.000 barg ;

•

101-7 (vào tháp):

5124 kg/h;

154.9°C ;

3.121 barg ;

•

Sản phẩm đỉnh:

4000 kg/h;

107.6°C ;

3.000 barg ;

•

Sản phẩm đáy:

591.5 kg/h;

282.6°C ; 3.162 barg ;

•

Out E-106 (stripper):

532.5 kg/h;

231.1°C ; 3.162 barg ;

13