Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học e5 ứng dụng trong các tổng kho xăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------

NGUYỄN THỊ HƯƠNG TRẦM

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN PHỐI TRỘN XĂNG SINH HỌC E5
ỨNG DỤNG TRONG CÁC TỔNG KHO XĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. BÙI ĐĂNG THẢNH

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển
phối trộn xăng sinh học (E5) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” do tôi tự
nghiên cứu, thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Bùi Đăng Thảnh. Các nội
dung nghiên cứu, kết quả và số liệu là hoàn toàn đúng với thực tế, không sao chép
nội dung cơ bản từ các đồ án khác, hay các sản phẩm tương tự.
Để hồn thành luận văn cao học này, tơi chỉ sử dụng những tài liệu đã được
ghi trong phần những tài liệu tham khảo và không sử dụng bất cứ một tài liệu nào
khác. Nếu phát hiện có sự sao chép, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2018
Học viên thực hiện

Nguyễn Thị Hương Trầm


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .................................................. 3
1.1 Giới thiệu về Tổng kho xăng dầu Đức Giang: ............................................ 3
1.1.1Quy trình xuất hàng cho xitec tại Tổng kho xăng dầu Đức giang: ........... 4
1.1.2 Hệ thống tự động hóa Kho xăng dầu Đức Giang..................................... 7
1.2 Giới thiệu chung về xăng sinh học E5 ........................................................ 9
1.3 Hệ thống phối trộn xăng sinh học E5 ........................................................ 14
1.3.1 Phương pháp bơm trộn tuần hồn kín trong bồn: .................................. 15
1.3.2. Phối trộn bằng đoạn ống xoắn (static mixer) ........................................ 15
1.3.3.Phương pháp phối trộn trên đường ống (in-line) ................................... 17
1.4 Các yêu cầu đặt ra về hệ thống phối trộn .................................................. 17
1.4.1.Yêu cầu đối với hệ thống đặt ra: ............................................................ 18
1.4.2.Các chỉ tiêu an tồn và phịng chống cháy nổ........................................ 19
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỚNG ................................................................................................... 21
2.1. Phân tích u cầu điều khiển của hệ thống .............................................. 21
2.2 Thiết kế hệ thống:..................................................................................... 22
2.2.1 Giải pháp hệ thống: ................................................................................ 22
2.2.2. Mơ hình thiết kế kết nối phần cứng hệ thống TĐH điều khiển phối trộn
E5..................................................................................................................... 25
2.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống:................................................................. 26
2.3.1 Hệ Thống Bể Chứa................................................................................. 26

2.3.2 Hệ thống sử dụng PLC SLC 5000 của hãng Allen-Bradley ................. 28
2.3.3Thiết bị điều khiển Accuload Net.III: ..................................................... 36
2.3.3.1 Cấu tạo và tính năng:........................................................................... 37
2.3.3.2 Ứng dụng:............................................................................................ 39
2.3.3.3 Thơng số kỹ thuật:............................................................................... 40
2.3.4 Bơm động lực ......................................................................................... 42
2.3.4.1 Giới thiệu............................................................................................ 43
2.3.4.2 Thông số kỹ thuật ............................................................................... 44
2.3.4.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng: ........................... 44
2.3.5 Thiết bị đo lưu lượng.............................................................................. 46
2.3.5.1 Các đặc điểm riêng ............................................................................. 46
2.3.5.2. Thông số kỹ thuật ............................................................................... 47
2.3.5.4 Cấu tạo của thiết bị đo........................................................................ 49
2.3.5.5 Các thiết bị kết nối với Oval metter ................................................... 51
2.3.6 Cảm biến đo nhiệt độ ............................................................................. 51
2.3.6.1 Cảm biến nhiệt độ RTD PT100........................................................... 52
2.3.7. Van điện .............................................................................................. 54
2.3.7.1. Giới thiệu............................................................................................ 54
2.3.7.2. Thông số kỹ thuật .............................................................................. 54
2.3.7.3 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo .......................................................... 55
2.3.7.4. Khởi động và vùng điều chỉnh của van............................................. 57
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦM MỀM VÀ KẾT QUẢ ........................... 59
3.1. Hệ thống SCADA ................................................................................... 59
3.1.1 Khái niệm chung ................................................................................... 59
3.1.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống SCADA ................................................... 60
3.1.3 Chức năng của hệ thống SCADA: ......................................................... 60
3.1.4. Đặc điểm của hệ thống SCADA ........................................................... 61

3.1.5 Ưu, nhược điểm của hệ thống SCADA ................................................. 62
3.2 Lập trình PLC giám sát (SCADA) và quản lý dữ liệu của hệ thống phối
trộn E5 ............................................................................................................. 63
3.3. KẾT QUẢ ............................................................................................... 78
3.3.1 Hệ thống thiết bị phối trộn xăng E5 tại dàn xuất: ................................. 78
3.3.2 Màn hình giám sát và quản lý lưu trữ thông số phối trộn. ................... 79
KẾT LUẬN .................................................................................................... 84
1. Các kết quả đạt được ................................................................................... 84
2. Các hạn chế khi thực hiện ........................................................................... 84
3. Hướng phát triển của đề tài ........................................................................ 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 86


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TT

Tên đầy đủ

Từ viết tắt

1

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

2

PLC

Programmable Logic Control

3

Accuload III

Bộ điều khiển xuất hàng

4

PC

Personal Computer

5

FCS

Field Control Station

6

BCU

Bath Cotronller

7

API

American Petroleum Institute

8

FCS

Field Control Station

9

RTD

Resistance Temperature Detectors

10

S

Sensor


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Tình hình sản xuất bio-ethanol năm 2012 của một số nước.............. 13
Bảng 2.1. Các kiểu dữ liệu thường dùng......................................................... 34
Bảng 2.2. Số luợng các task của 1 số bộ điều khiển ....................................... 35
Bảng 2.4. Thống số kỹ thuật của thiết bị đo lưu luợng OVAL....................... 47
Bảng 3.2. Bảng Datalog ghi log lại các thông số chính theo thời gian trong
q trình xuất hàng .......................................................................................... 70
Bảng 3.3. Bảng Alarmlog ghi lại các cảnh báo của Accuload........................ 71
Bảng 3.4. Bảng Eventlog ghi lại một số sự kiện tương tác giữa người dùng và

phần mềm TĐH ............................................................................................... 71


DANH MỤC HÌNH VẼ

.
Hình 1.1. Tổng quan Tổng kho xăng dầu Đức giang........................................ 4
Hình 1.2. Sơ đồ xuất hàng của Tổng kho xăng dầu Đức Giang ....................... 4
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống tự động hóa dàn xuất xitec ....................................... 6
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình ln chuyển thơng tin nghiệp vụ xuất hàng tự động8
Hình 1.5. Mơ hình phối trộn bơm tuần hồn trong bồn kín. ........................... 15
Hình 1.6. Mơ hình phối trộn bằng đoạn ống xoắn. ......................................... 16
Hình 1.7. Thiết bị phối trộn ống xoắn ............................................................. 16
Hình 1.8. Mơ hình phối trộn trực tiếp trên đường ống. .................................. 17
Hình 2.1. Mơ hình tổng quan hệ thống dàn xuất xitec.................................... 23
Hình 2.2. Mơ hình hệ thống phối trộn xăng E5 .............................................. 25
Hình 2.3. Bể chứa xăng khống tại Tổng kho xăng dầu Đức giang. .............. 26
Hình 2.4. Bể chứa xăng khoáng tại Tổng kho xăng dầu Đức giang. .............. 27
Hình 2.5. Hệ thống bể kết nối với cộng nghệ đường ống. .............................. 27
Hình 2.6. CompactLogix 1769 L32E .............................................................. 28
Hình 2.7. Module etherNet/IP network ........................................................... 30
Hình 2.8. Module DeviceNet Network ........................................................... 31
Hình 2.9. Cấu trúc bộ nhớ của CompactLogix 1769L32E ............................. 31
Hình 2.10. Bộ điều khiển Accuload Net.III .................................................... 37
Hình 2.11. Mơ hình q trình điều khiển lưu lượng của một mẻ hàng .......... 39
Hình 2.12. Đường ống cơng nghệ xăng kết nối với máy bơm động lực ........ 43
Hình 2.13. Trạm bơm của hệ thống bơm phối trộn ........................................ 44
Hình 2.14. Cấu tạo trục bơm bánh răng ......................................................... 45
Hình 2.15. Nguyên lý hoạt động của bơm ..................................................... 45
Hình 2.16. Thiết bị đong đếm lưu lượng kế .................................................... 47

Hình 2.17. Các vị trí của 2 oval ...................................................................... 48
Hình 2.18. Cơ cấu truyền động của 2 bánh răng oval ..................................... 49
Hình 2.19. Cấu tạo của thiết bị đo lưu luợng .................................................. 50
Hình 2.20. Các màn hình hiển thị ................................................................... 51
Hình 2.21. Các thiết bị ghép nối với oval metter ............................................ 51
Hình 2.22. Cảm biến PT100........................................................................... 52
Hình 2.23. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ RTD........................ 53
Hình 2.24. Van điện Smith meter .................................................................. 54
Hình 2.25. Cấu tạo của van điện ..................................................................... 55
Hình 3.26. Đồ thị hoạt động của van điện ..................................................... 56
Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống SCADA .................................................... 60
Hình 3.2. Lưu đồ mơ tả tương tác giữa người dùng bộ Accuload và phần mềm
Scada ............................................................................................................... 64
Hình 3.3. Mơ tả hết nối hệ thống TĐH và SAP-ERP ..................................... 65
Hình 3.4. Mơ tả quy trình xử lý thơng tin ....................................................... 66
Hình 3.5. Các thiết bị tại hệ thống phối trộn xăng E5 .................................... 79
Hình 3.6. Màn hình SCADA hiển thị các thơng số phối trộn ......................... 80
Hình 3.7. Các thông số phối trộn được lưu lại trong cở sở dữ liệu ................ 80
Hình 3.8 Các filelog cảnh báo ......................................................................... 81
Hình 3.9. Modul phân quyền người sử dụng .................................................. 82
Hình 3.10. Modul kết nối với các phần mềm ứng dụng ................................. 83


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, cùng hồ nhập với chủ trương cơng nghiệp hố hiện đại hố thì
ngành cơng nghiệp năng lượng đóng vai trị chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh
tế của cả nước là một nhân tố tối quan trọng, có khả năng duy trì, là động lực để
phát triển sản xuất. Trong đó, xăng dầu là nguồn năng lượng không thể thiếu trong

các hoạt động sản xuất, giao thơng vận tải, góp phần to lớn vào sự phát triển của
nền kinh tế quốc dân.
Đặc biệt, cùng với sự hội nhập kinh tế thế giới với Việt Nam là một nước
đang phát triển thì lĩnh vực vận tải, công nghiệp, các khu chế xuất phát triển mạnh,
đời sống nhân dân ngày càng cao do dó đã kéo theo nhu cầu sử dụng năng lượng
tăng. Trước nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng mà nguồn năng lượng hóa
thạch ngày càng cạn kiệt và xu hướng đang chuyển dịch dần sang sử dung nhiên
liệu sạch, trong đó ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi
trường. Hiện nay trong các nguồn năng lượng thay thế thì năng lượng sinh học được
lựa chọn sử dụng để thay thế một phần nhiên liệu khoáng thạch. Nhà nước, chính
phủ Việt Nam đã có phương án lộ trình thay thế và chuyển tồn bộ xăng khống
RON 92 sang sử dụng xăng sinh học E5 bắt đầu từ 1/1/2018.
Cùng với sự phát triển thì điều khiển, tự động hố là một lĩnh vực đã hình
thành và phát triển rộng lớn trên phạm vi tồn thế giới, nó đem lại một phần không
nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu
thiết yếu trong cuộc sống. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được quan tâm và đấu
tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định
hướng cơng nghiệp hố - hiện đại hố đất nước. Khơng ngồi mục đích đó, việc ứng
dụng tự động hóa vào việc khai thác, quản lý xuất nhập xăng dầu là rất cần thiết. Vì
vậy, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển phối trộn xăng sinh học
(E5) ứng dụng trong các tổng kho xăng dầu” sẽ giúp tạo ra sản phẩm đảm bảo
đúng yêu cầu tiêu chuẩn.

1


Trong thời gian làm luận văn, với những kiến thức được học trong nhà
trường, kinh nghiệm làm việc và triển khai các hệ thống cùng với tài liệu tham
khảo, sách, tạp chí ở ngồi chương trình học tập và đặc biệt nhờ có sự hướng dẫn,
giúp đỡ tận tình của PGS.TS. Bùi Đăng Thảnh, các thầy cô trường Đại học Bách

khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tác giả đã hoàn thành bản luận văn này.
Tuy nhiên, do kiến thức, khả năng cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp cho bản luận
văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2018
Học viên

Nguyễn Thị Huơng Trầm

2


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về Tổng kho xăng dầu Đức Giang:
Tổng kho xăng dầu Đức Giang trực thuộc Công ty xăng dầu khu vực I là một
trong những tổng kho xăng dầu lớn của Tập đồn xăng dầu Việt Nam (Petrolimex),
có nhiệm vụ cung cấp xăng dầu liên tục cho thành phố Hà Nội và các tỉnh phía Bắc.
Tổng kho có tổng sức chứa trên 83.000 m3, sản lượng xuất nhập qua kho đạt gần
1,5 triệu m3/năm. Tại đây có hệ thống nhập xuất hàng hóa xăng dầu bao gồm hệ
thống xuất bao gồm: 02 bến xuất xitec, 01 bến xuất wagon, 01 bến xuất đường
thủy. Trong đó, hệ thống xuất hàng xitec với 18 họng xuất có tần xuất hoạt động
liên tục tới 300xe/ngày. Bến xuất xitec tại Tổng kho xăng dầu Đức Giang có nhiệm
vụ cung ứng xăng dầu cho Thành phố Hà Nội và một số tỉnh lân cận như Bắc Ninh,
Vĩnh Phúc. Do có tầm quan trọng nên việc yêu cầu hệ thống xuất hàng đảm bảo ổn
định, liên tục chính xác và minh bạch thương mại là điều rất cần thiết.
Tổng kho Đức Giang nhận xăng dầu bằng đường ống thông qua hệ thống

MicroMotion từ Công ty Xăng dầu B12 (Quảng Ninh) thay cho việc nhận hàng
bằng đường bộ góp phần hợp lý hố khâu vận chuyển và giảm chi phí . Do ngành
xăng dầu có tính đặc trưng riêng và nhạy cảm nên việc hiện đại hố Kho là một
trong những chương trình đầu tư trọng điểm cuả Cơng ty xăng dầu khu vực I. Trong
đó ưu tiên việc xây dựng công nghệ và xây dựng phân hệ TĐH bến xuất xitec nhằm
tăng sản lượng bán ra nâng cao uy tín của Cơng ty và thu hút nhiều khách hàng hơn
nữa. Ngoài ra để đồng bộ các thiết bị hồn chỉnh quy trình hoạt động và quản lý
thơng tin dữ liệu, xây dựng một mơ hình quản lý mới, tiên tiến, giảm tối thiểu các
hao hụt và tác động của con người trong khâu giao nhận, chống thất thoát hàng hoá,
đồng thời cải thiện văn minh thương mại trong quá trình kinh doanh, thuận tiện
trong giao tiếp với khách hàng khi thương mại điện tử (E-commerce) ở Việt Nam.

3


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Hình 1.1. Tổng quan Tổng kho xăng dầu Đức giang
1.1.1 Quy trình xuất hàng cho xitec tại Tổng kho xăng dầu Đức giang:
Tổng kho xăng dầu Đức giang xuất hàng chủ yếu bằng đường bộ thông qua 2
dàn xuất xitéc chiếm 80% tổng sản luợng xuất của cả kho.

Khách hàng
đăng ký lấy
hàng ở phịng
hóa đơn

Tịan bộ thông tin
mua hàng đuợc
lưu vào máy chủ

công ty

Khách hàng lái xe
vào cổng,xuất
trình lệnh xuất
hàng

Nhân viên và lái
xe xác nhân chỉ
số

Nhân viên bảo vệ sẽ kiểm
tra các đk an toàn PCCN và
hướng dẫn lái xe vào vị trí
nhận hàng thích hợp

Sau khi đạt đuợc số
luợng cần xuất thì
đóng nhanh van

Khách hàng lái xe
vào đuờng xuất

Nhân viên theo dõi
chỉ số trên đồng hồ
lưu luợng

Nv bán hàng
kiểm tra số luợng
xuất,thứ tự xuất

hàng

Nhân viên vận hành
mở van tay và bắt
đầu xuất hàng

Kết thúc xuất
hàng

Hình 1.2. Sơ đồ xuất hàng của Tổng kho xăng dầu Đức Giang
Tại phịng Phát hành hóa đơn
Khách hàng và tài xế đến đăng ký lấy hàng tại Phòng phát hành hóa đơn
cơng ty. Nhân viên phịng phát hành hóa đơn đưa số liệu vào máy tính qua phần
mềm UAT (phần mềm trung gian giao tiếp giữa cơ sở dữ liệu SAP-ERP với dữ liệu
TĐH) sau đó phát hành lệnh xuất hàng cho các Lái xe theo các thông tin đã đăng ký
lấy loại hàng. Tồn bộ thơng tin (mã hợp đồng, mã khách, nguồn hàng, lượng, loại
hàng, số mã xe/mã số người lái xe, v.v. và mã TĐH cũng được tạo ra tại đây làm cơ

4


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

sở vào họng xuất lấy hàng) được lưu tại máy chủ của Công ty - Tập đoàn
Petrolimex qua phần mềm quản trị doanh nghiệp SAP-ERP.
Tại phịng cổng kiểm sốt vào/ra
Người lái xe cho xe Xi-téc xếp hàng vào cổng xuất trình lệnh xuất hàng và
dung tích, giấy PCCN hợp pháp của phương tiện, lệnh vận chuyển hoặc sổ theo dõi
xuất hàng để nhân viên bảo vệ kiểm tra.
Nhân viên căn cứ vào tính hợp pháp của các giấy tờ trên thông qua phần

mềm điều xe sắp xếp thứ tự theo quy định đặt trước và thông báo số thứ tự và họng
được sắp xếp (sắp xếp nhận hàng đảm bảo liên tục, cân đối giữa các họng xuất cùng
một mặt hàng), hướng dẫn lái xe và phương tiện đến số họng theo phần mềm điều
xe nhận hàng theo thứ tự cho từng mặt hàng (tuân thủ quy định đúng những lệnh đã
được sắp xếp trên phần mềm trừ những trường hợp sự cố khác).
Căn cứ vào lệnh xuất hàng và phương tiện đã đăng ký, nhân viên bảo vệ tiếp
tục kiểm tra các điều kiện an tồn PCCC, chiều cao nhiên liệu chứa trong bình chứa
nhiên liệu của xe và kẹp liêm trì chống trường hợp rị rỉ và thất thốt từ tec trong
q trình nhận hàng.
Tại các dàn xuất hàng cho xe Xi-téc:
Khi xe Xi-téc đã vào họng xuất, công nhân vận hành tại dàn xuất sẽ kiểm tra
số lượng hàng xuất và thứ tự ghi trên Lệnh xuất hàng với dung tích xe, kiểm tra độ
kín, độ sạch của phương tiện, thao tác và kiểm tra an toàn (đặt họng xuất vào miệng
xe, lắp tiếp đất). Reset đồng hồ cơ khí về số 0 có sự chứng kiến của lái xe. Cơng
nhân vận hành mở van tay và quá trình xuất được bắt đầu.
Trong cả q trình này, cơng nhân vận hành phải theo dõi chỉ số trên đồng hồ
lưu lượng kế và đến khi đạt lượng hàng theo lượng đặt trước (được tạo từ phịng hóa
đơn) đối với từng ngăn của xe. Khi kết thúc quá trình xuất hàng cho xe xi-téc, người
tài xế đưa Lệnh xuất hàng cho nhân viên phát hành hóa đơn thao tác máy tính quản
lý hàng hố và in các hoá đơn xuất hàng cho khách hàng, in hố đơn với đầy đủ
thơng tin u cầu.

5


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Nhân viên tại cổng kiểm tra lượng hàng thực tế tiến hành đo lại mức xăng
dầu trong từng ngăn xe so với tấm mức lưỡi gà theo dung tích kiểm định barem của
xe. Kẹp chì niêm phong xe đồng thời đưa thông tin số hiệu chì và luơng hàng âm,

dương đã đo theo barem vào phần mềm niêm chì và in biên bản giao nhận hàng hóa
voiứ đầy đủ thơng tin của niêm chì và giao bản cam kết chất lượng của Công ty và
cho phép xe xi téc ra khỏi Kho.

`

`

`

Lớp Quản lý

Các máy tính hồn thiện hố đơn
Bộ phận bán hàng - Phịng Kinh doanh Cơng ty

DataServer

SCADA tích hợp chung
cho 2 Dàn xuất

`

`

(Sau khi hoàn thành giai đoạn 2)
COM1

COM2

RS232/485

Converter

RS232/485
Converter

FieldBus

…..

…..

10 họng xuất dàn 1

8 họng xuất dàn 2

Lưu lượng kế +
Phát xung
Tách khí

Van điện

Can nhiệt

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống tự động hóa dàn xuất xitec

6

Lớp điều khiển và vận hành

FieldBus

Batch Controller
1010A

Bơm

Lớp Giám sát, thu nhận

Mạng Ethernet


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

1.1.2 Hệ thống tự động hóa Kho xăng dầu Đức Giang
Hệ thống tự động hố Tổng kho xăng dầu Đức giang được xây dựng với
nguyên tắc đơn giản trong vận hành, minh bạch trong giao nhận, thuận tiện trong
quản lý và bảo trì, có khả năng dự phòng và dễ dàng mở rộng trong tương lai.
Các thiết bị được lựa chọn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo an toàn
PCCN theo các tiêu chuẩn của ngành, làm việc ổn định, bền trong môi trường công
nghiệp, hiện đại và đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam.
Với mục đích phục vụ sản xuất và kinh doanh, hệ thống tự động hố gồm có
các phân hệ cơ bản sau :
- Hệ thống thiết bị phòng điều khiển trung tâm
- Phân hệ tự động hóa xuất hàng.
- Phân hệ tự động hóa nhập hàng qua Micromotion.
- Phân hệ tự động hóa thu hồi hơi xăng trong quá trình xuất nhập xăng dầu.
Về tổng thể, hệ thống tự động hoá cho kho xăng dầu thiết kế trên nền tảng sử
dụng hệ thống điều khiển phân tán – DCS. lập trình điều khiển-PLC, phục vụ cho
ứng dụng điều khiển, đo lường, tích hợp thiết bị trong giai đoạn hiện tại phục vụ
giao nhận và tương lai. Chủng loại PLC được lựa chọn có tốc độ xử lý cao, có thể
phát hiện sự cố trên bất kỳ module nào và đảm bảo hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động

khi tiến hành thay thế module hỏng. Công nghệ truyền thông sử dụng trong hệ
thống là các công nghệ mạng tiên tiến và phổ biến nhất hiện nay: mạng công nghiệp
Modbus, mạng Ethernet… Trong hệ thống, cần xây dựng cơ sở dữ liệu nhằm mục
đích lưu trữ các thơng số q trình sản xuất, lưu trữ các thông tin xuất nhập, phục
vụ nhu cầu thống kê và kiểm tra. Hệ thống cơ sở dữ liệu thiết kế đảm bảo độ bảo
mật, tin cậy cao, cho phép nhiều máy tính có thể truy nhập những vẫn đáp ứng về
tốc độ đường truyền.
Để thực hiện tự động hoá xuất hàng, sử dụng thiết bị điều khiển xuất chuyên
dụng Batch Controller (BCU). Các bộ BCU này sẽ nhận số liệu xuất hàng trực tiếp
tại bến xuất do nhân viên cài đặt và thực hiện xuất hàng theo đúng lượng đăng ký.
Thơng tin trong q trình xuất hàng bao gồm: lượng đăng ký, lượng thực xuất, tên

7


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

khách hàng, thời gian xuất… sẽ được cập nhật và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu của máy
chủ Công ty từ BCU kết nối qua bộ điều khiển PLC đưa qua phần mềm SCADA và
phần mềm quản lý, lưu trữ dữ liệu.
Tất cả các thiết bị tiếp xúc với xăng, dầu cần đảm bảo yêu cầu PCCN, phù
hợp với yêu cầu về môi trường làm việc và phân vùng nguy hiểm nơi chúng được
lắp đặt. Độ chính xác của số liệu đo đếm đáp ứng tiêu chuẩn cho việc vận hành,
điều khiển, lưu trữ và thương mại.
Hệ thống tự động hóa xuất hàng
Trong phân hệ tự động hoá xuất hàng, thiết kế sử dụng thiết bị điều khiển
xuất chuyên dụng Batch Controller (BCU). Nhân viên cài đặt lượng hàng cần xuất
trực tiếp vào bộ BCU tại bến xuất. Từ thông tin này, bộ PLC căn cứ vào những dữ
liệu khác như thông số nhiệt độ, áp suất, thông số đo lường bể để tiến hành chạy
bơm công nghệ, mở van định lượng và xuất hàng tại cần xuất tương ứng.

Hình 1.4. Sơ đồ quy trình ln chuyển thơng tin nghiệp vụ xuất hàng tự động

8


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

1.2

Giới thiệu chung về xăng sinh học E5 [5]
Năng lượng có vai trị quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và

nâng cao chất lượng cuộc sống của các quốc gia trên thế giới vì vậy chính sách phát
triển kinh tế, xã hội bền vững của mỗi quốc gia đều có sự gắn kết chặt chẽ giữa an
ninh quốc gia, an ninh kinh tế và an ninh năng lượng. Đến nay, năng lượng hoá
thạch (đặc biệt là dầu mỏ) vẫn là dạng năng lượng chủ yếu, tuy nhiên theo thống kê
của Tập đoàn dầu mỏ BP: năm 2003 trữ lượng dầu mỏ tồn cầu khoảng 150 tỷ tấn
trong khi đó mức độ tiêu thụ khoảng 3,6 tỷ tấn/năm, như vậy sau khoảng 40 năm
nữa thì nguồn năng lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt. Nguồn dầu mỏ lớn của thế giới tập
trung chủ yếu ở khu vực Trung Đông là nơi luôn có tình hình chính trị bất ổn định,
bên cạnh đó nguồn cung vẫn thấp hơn cầu về dầu mỏ là những lý do làm cho giá
dầu luôn biến động phức tạp và tăng cao. Ngồi những lợi ích to lớn do nguồn năng
lượng dầu mỏ mang lại thì việc sử dụng, tiêu thụ nó cũng phát sinh nhiều vấn đề về
ơ nhiễm mơi trường do khí thải của q trình đốt cháy nhiên liệu. Theo thống kê,
khí thải từ các hoạt động có liên quan đến sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu hóa thạch
chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải trên toàn thế giới. Hàng năm, toàn thế giới
phát thải khoảng 25 tỷ tấn khí độc hại và khí nhà kính, tăng thêm 30% so với thời
kỳ tiền cơng nghiệp (từ 280 ppm tăng lên 360 ppm), khiến nhiệt độ trái đất tăng 0,6
đến 0,8oC. Hiện tượng trái đất nóng lên, mực nước biển dâng cao, dẫn tới thiên tai,

lũ lụt xảy ra ở quy mô rộng, hệ sinh thái mất cân bằng như hoang mạc hoá, sa mạc
hoá là những tác động mặt trái của việc gia tăng sử dụng nhiên liệu khống thạch
trên tồn thế giới. Trước bối cảnh các mối lo ngại về nguồn năng lượng hố thạch
ngày càng cạn kiệt, những biến động khó lường của giá dầu trên thế giới gây ảnh
hưởng tới các nền kinh tế, các tác động xấu tới môi trường do sử dụng nguồn năng
lượng này gây nên đòi hỏi cần thiết phải tìm các nguồn năng lượng mới thay thế,
trong đó ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường.
Trong số các nguồn năng lượng thay thế (năng lượng gió, mặt trời, hạt nhân...) thì
năng lượng sinh học (như xăng sinh học, diesel sinh học) hiên nay là xu thế phát

9


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

triển tất yếu được lựa chọn sử dụng như dạng nhiên liệu sạch để thay thế một phần
nhiên liệu khoáng thạch.
Xăng sinh học (gasohol) là gì?
Xăng sinh học là hỗn hợp của xăng khơng chì truyền thống và cồn sinh học
(bio-ethanol), trong đó 95 đến 90% thể tích là xăng khơng chì truyền thống và 5 đến
10% thể tích là cồn sinh học được sử dụng làm nhiên liệu cho các loại động cơ đốt
trong như xe máy, ô tô. Xăng sinh học được ký hiệu là “Ex”, trong đó “x” là tỷ lệ
% cồn sinh học biến tính. Ví dụ: xăng sinh học E5 tức là nhiên liệu được pha trộn từ
4 ÷ 5% thể tích cồn sinh học biến tính. Cồn sinh học để pha trộn thành xăng sinh
học bao gồm Bio-methanol, bioethanol, bio-butanol..., trong đó bio-ethanol là cồn
sinh học biến tính (ethanol biến tính) thơng dụng nhất được sử dụng để pha chế
xăng sinh học.
Cồn sinh học được sản xuất như thế nào?
Cồn sinh học hiện nay được sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp từ các nguồn
ngun liệu sẵn có và có khả năng tái tạo được như:

- Nguồn nguyên liệu có chứa đường và tinh bột cao: mía, củ cải đường, ngũ
cốc, ngô, sắn...; Tinh bột từ các loại ngũ cốc được chuyển hoá thành đường rồi lên
men thành bio-ethanol.
- Nguồn nguyên liệu sinh khối (sinh khối xenluloza): nguồn gốc từ các chất
thải nơng nghiệp (rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu...), chất thải rừng (bột gỗ, gỗ thải loại...),
chất thải rắn đơ thị (có chứa xenluloza), các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến
thực phẩm, các loại cây ngắn ngày có hàm lượng xenluloza cao.
- Nguồn nguyên liệu được phát triển nhờ công nghệ sinh học để lựa chọn,
cấy ghép và nuôi trồng thực vật theo các cấu trúc tế bào có thể điều chỉnh được
(lignin, xenluloza, hemixenluloza), ví dụ ni trồng tảo, vi tảo trong nuớc, lồi tảo
này sẽ cho năng lượng gấp 7-30 lần so với các loại cây trồng khác. Các nguồn
nguyên liệu trên là những nguồn ngun liệu thân thiện với mơi trường vì các cây
trồng nông nghiệp và các nguồn sinh khối khác tiếp nhận và giảm thiểu CO2 trong
mơi trường khơng khí thơng qua quá trình quang hợp theo chu kỳ sống của mình.

10


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Mỗi nguồn nguyên liệu khác nhau để sản xuất cồn sinh học đều có những ưu nhược
điểm khác nhau, ví dụ: sản xuất cồn sinh học từ nguồn tinh bột hoặc sản phẩm
lương thực được cho là không bền vững do ảnh hưởng tới an ninh lương thực, mặt
khác do sự biến đổi khí hậu tồn cầu nên ngành nơng nghiệp bị ảnh hưởng bị mất
mùa, nguồn cung cho sản xuất không ổn định dẫn tới giá thành sản phẩm cồn sinh
học tăng cao. Sản xuất cồn sinh học từ các cây trồng công nghiệp được cảnh báo là
cây trồng nhiên liệu sinh học có nguy cơ thành cây xâm lấn do cạnh tranh với diện
tích đất trồng cây lương thực và gây bất ổn an ninh lương thực. Vì vậy cần phải có
chính sách hài hoà để phát triển giữa đất canh tác lương thực và đất trồng cho vùng
nguyên liệu sản xuất cồn sinh học.

Sự khác nhau giữa etanol nhiên liệu và ethanol biến tính
Ethanol (etyl alcohol, etanol): là hợp chất hóa học có cơng thức C2H5OH,
sơi ở 78,3oC, là chất lỏng khơng màu, nhẹ hơn nước nhưng nặng hơn xăng (khối
lượng riêng khoảng 793,7 đến 797,7 kg/m3 ở 15oC), dễ cháy, tan vô hạn trong nước
và là dung môi hữu cơ đa dụng. Ethanol được tạo thành sau một chuỗi quá trình chế
biến và sản xuất, sản phẩm ethanol thơng thường có chứa nước và tạp chất vì vậy độ
tinh khiết của ethanol sau sản xuất chỉ đạt tới khoảng 95% (do điểm sôi hỗn hợp
ethanol và nước đạt cực đại khoảng 96%). Trong cơng nghiệp, để tạo ethanol có
nồng độ cao hơn (từ 99 – 99,5%) thì có thể sử dụng mộ t số thành phần khác pha
vào để phá vỡ điểm sơi hỗn hợp đẳng phí nhằm loại bỏ nước. Ethanol nhiên liệu: là
etanol có thể có một số ít tạp chất thông thường (bao gồm nước nhưng không bao
gồm chất biến tính). Ethanol biến tính: là etanol được sử dụng để pha chế với xăng
khơng chì truyền thống tạo ra xăng sinh học. Các chất biến tính phổ biến nhất để sử
dụng cho ethanol nhiên liệu là xăng tự nhiên, các thành phần xăng, hoặc xăng
khơng chì có nồng độ từ 1,96% - 5% thể tích ethanol nhiên liệu.
Lợi ích của việc sử dụng xăng sinh học:
Giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hố thạch: Như đã nói ở trên, khi xu
hướng sử dụng năng lượng và nhiên liệu trên thế giới tăng cao trong khi nguồn cung
và nguồn dự trữ ngày càng cạn kiệt đòi hỏi phải tìm kiếm nguồn năng lượng mới,

11


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

bên cạnh các nguồn năng lượng như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng
lượng hạt nhân... thì năng lượng và nhiên liệu sinh học là xu thế tất yếu phát triển.
Bảo vệ môi trường: Việc phát triển các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu
sinh khối khác góp phần thu và giảm thiểu CO2 thơng qua q trình quang hợp theo
chu kỳ sống của cây trồng đồng thời thông qua việc mở rộng sản xuất nông nghiệp

sẽ giúp cho tăng cường an ninh lương thực, tạo công ăn việc làm và thu nhập nhiều
hơn cho nông dân. Mặt khác sử dụng xăng sinh học làm nhiên liệu cho động cơ sẽ
cải thiện môi trường khí thải động cơ như: Giảm hàm lượng Hydrocacbon, CO,
NOx, CO2, hàm lượng BTX (benzen, toluen, xylen), giảm hàm lượng bụi.
Tình hình sản xuất và sử dụng xăng sinh học trên thế giới
Năm 2008, nhiên liệu sinh học (bio-ethanol và biodiesel) được sản xuất trên
toàn thế giới đạt 87 gigalitre, tương đương với lượng tiêu thụ của nước Đức vào
năm 2008. Theo dự báo của Bộ năng lượng Mỹ thì nhiên liệu tái tạo sẽ chiếm 8,5%
năng lượng sử dụng toàn cầu và lượng bio-ethanol được sử dụng sẽ thay thế 20%
nhiên liệu truyền thống vào năm 2030. Hiện nay Mỹ và Brazil là các nước đứng đầu
thế giới về sản suất bio-ethanol từ ngơ và ngun liệu có đường. Tại Mỹ, Bioethanol có thể được sử dụng để sản xuất xăng sinh học E85 cho các động cơ đặc
biệt (85% bio-ethanol và 15% xăng truyền thống). Dự kiến năm 2012 cung cấp 28,4
tỷ lít bio-ethanol, chiếm khoảng 5% nhu cầu xăng dầu sử dụng. Brazil bắt đầu sản
xuất bio-ethanol từ 1975, đến năm 1993 Chính phủ đã thơng qua luật bắt buộc cung
cấp xăng ra thị trường phải pha trộn 20-25% bio-ethanol. Hiện nay hơn 80% xe ô tô
của Brazil sử dụng nhiện nhiệu linh loạt (tới 30% bio-ethanol). Năm 2004 đã có
32.000 cửa hàng xăng dầu của Brazil cung cấp xăng sinh học. Các nước trong khối
EU phấn đấu tới 2010 sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu truyền
thống cho các phương tiện vận tải. Pháp có kế hoạch sử dụng 7% nhiên liệu sinh
học vào 2010 và 10% vào 2015, Bỉ đã sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học vào 2010.
Năm 2008, Uỷ ban Châu âu EU đã có chính sách bắt buộc sử dụng 10% nhiên liệu
sinh học và dự kiến đến 2020 sử dụng đến 20% nguồn năng lượng tái tạo. Năm
2005, Trung Quốc đã thơng qua chính sách sử dụng năng lượng tái tạo, Chính phủ

12


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

cam kết đến 2020 sẽ sử dụng 10% năng lượng của quốc gia là từ nguồn năng lượng

tái tạo. Năm 2012 Thái Lan tiêu thụ 410 triệu lít bio-ethanol. E20 tiêu thụ hơn 90
triệu lít, E10 tiêu thụ hơn 660 triệu lít và được bán ở 1.200 cửa hàng xăng dầu. Dự
báo 2013 bio-ethanol tiêu thụ hơn 450 triệu lít, xuất khẩu gấp 3 lần năm 2011 đạt
167 triệu lít tới các nước khu vực như Philippine, Singapore, Nhật, Australia, Đài
Loan, Hàn Quốc...
Bảng 1. Tình hình sản xuất bio-ethanol năm 2012 của một số nước
Tên nước

TT

Sản lượng
(triệu gallons)

1

Bắc Mỹ

13.768

2

Nam Mỹ

5.800

3

Brazil

5.577

4

Europe

1.139

5

Châu Á

952

6

Trung quốc

555

7

Canada

449

8

Australia

71

9

Châu Phi

42

Các chính sách về phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH) tại Việt Nam Quyết
định 177/2007/QĐ-TTg ngày 20/11/2007 về Đề án phát triển nhiên liệu sạch đến
năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025
Mục tiêu: Nhằm phát triển nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu
hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi
trường. Cụ thể như:
❖ Giai đoạn 2010:

13


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

+ Hoàn thiện hệ thống cơ chế, chính sách, văn bản quy phạm pháp luật;
+ Xây dựng lộ trình sử dụng nhiên liệu sinh học để thay thế một phần nhiên
liệu khống thạch, thí điểm mơ hình phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh
thành phố;
+ Quy hoạch phát triển vùng nguyên liệu để sản xuất cồn sinh học;
+ Xây dựng và phát triển mơ hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên liệu
sinh học quy mô 100.000 tấn E5 và 50.000 tấn B5 đảm bảo đáp ứng 0,4% nhu cầu
xăng dầu cả nước.
❖ Giai đoạn 2011- 2015:
+ Sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn

E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước;
+ Đến năm 2025, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp
ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước;
- Các nhiệm vụ chủ yếu:
+ Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ (RD), triển khai sản xuất thử
sản phẩm phục vụ phát triển nhiên liệu xăng sinh học;
+ Hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học;
+ Xây dựng tiềm lực phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học và hợp tác quốc
tế trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học.
❖ Theo thông báo số 255/TB-VPCP ngày 06/6/2017 ý kiến chỉ đạo của
Thủ tướng Chính phủ quyết định từ ngày 1/1/2018 cả nuớc sẽ chính thức chuyển
xăng RON 92 sử dụng hoàn toàn bằng xăng sinh học E5.
1.3 Hệ thống phối trộn xăng sinh học E5
❖ PHƯƠNG PHÁP PHA CHẾ (PHỐI TRỘN) XĂNG SINH HỌC
Trên thế giới theo nghiên cứu hiện tại có 3 phương pháp phối trộn phổ biến
và được áp dụng rộng dãi. Tuy vậy tùy theo điều kiện thực tiễn, hệ thống cơ sở vật
chất kỹ thuật của từng kho xăng dầu, phương án sản xuất kinh doanh của từng đơn
vị mà có thể lựa chọn một hoặc phối hợp các phương pháp phối trộn dưới đây:

14


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

➢ Phương pháp bơm trộn tuần hồn kín trong bồn (in-tank recirculation)
hoặc dùng máy khuấy trong bồn;
➢ Phương pháp phối trộn nội dòng (xăng – etanol) bằng đoạn ống lòng
xoắn (static mixer) tạo xăng sinh học và đưa tới bồn chứa;
➢ Phương pháp phối trộn trên đường ống (in line) xuất trực tiếp xăng sinh
học ra phương tiện vận tải.

1.3.1 Phương pháp bơm trộn tuần hồn kín trong bồn:
Hình vẽ dưới đây mơ tả phương pháp phối trộn xăng khoáng và E100 tại
bồn. E100 và xăng khoáng được bơm vào bồn dùng để chứa xăng sinh học ethanol
với tỷ lệ thể tích ethanol ấn định trước (5%, 10%). Nếu bơm lần lượt từng thành
phần vào bể pha trộn thì sẽ bơm Ethanol vào trước (có khối lượng riêng lớn hơn)
sau đó bơm xăng vào (có khối lượng riêng nhỏ hơn) hoặc bơm từng lớp một, sau đó
bơm tuần hồn (bơm quẩn) trong bồn hoặc sử dụng mixer để khuấy trộn tạo sự
đồng nhất của sản phẩm pha trộn.

Xăng khống
Bơm
Xăng E5

E100
Bơm
Hình 1.5. Mơ hình phối trộn bơm tuần hồn trong bồn kín.
1.3.2. Phối trộn bằng đoạn ống xoắn (static mixer)
Phối trộn bằng đoạn ống xoắn thực chất là phối trộn trên đường ống, trong
đó xăng khống và etanol nhiên liệu được bơm đồng thời vào cùng một đường ống

15


Chương 1: Giới thiệu tổng quan

(với lượng và tỷ lệ cho trước qua lưu lượng kế). Trên đường ống công nghệ lắp đặt
một đoạn ống xoắn để đảm bảo phối trộn tốt hơn giữa các thành phần.

Xăng Khoáng
Bơm

Lưu lượng kế

Xăng sau phối trộn

Static
E100
Bơm

Lưu lượng kế

Hình 1.6. Mơ hình phối trộn bằng đoạn ống xoắn.

Hình 1.7. Thiết bị phối trộn ống xoắn

16