Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thích nghi cho mức nước bể khử khí tk 3201 tại nhà máy lọc dầu dung quất

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM KIM LONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN
THÍCH NGHI CHO MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201
TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM KIM LONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN
THÍCH NGHI CHO MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201
TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số
:
62.52.02.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHAN VĂN HIỀN

Đà Nẵng – Năm 2019


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Kim Long


ii
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỂ KHỬ KHÍ TK-3201 TẠI NHÀ MÁY
LỌC DẦU DUNG QUẤT
Học viên: Phạm Kim Long
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 62.52.02.16 Khóa:2016-2018 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Bể khử khí trong Nhà máy Lọc dầu Dung Quất là thiết bị cực kỳ quan trong,
chúng được dùng để khử khí O2, CO2, và các khí khơng ngưng khác trong nước ngưng nhằm
tránh gây ăn mòn trong thiết bị sinh hơi, thiết bị trao đổi nhiệt,…của nhà máy. Điều khiển tự
động để giữ ổn định mức nước và áp suất trong bể là yêu cầu chính trong điều khiển, trong đó
vấn đề tương tác giữa mức nước nước và áp suất của bể luôn là vấn đề được quan tâm. Có
nhiều phương pháp, kỹ thuật điều khiển cho bể khử khí đã được nghiên cứu và cơng bố. cho

hệ thống bể khử khí TK-3201 tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất là 1 giải pháp đã được nghiên
cứu ứng dụng 2 bộ PI1 và PI2 để điều khiển mức nước và áp suất trong bể khử khí khi vân
hành bình thường và 2 bộ Feedforward FFC1 và FFC2 để khử tương giữa áp suất và mức
nước nhằm nâng cao chất lượng điều khiển khi có sự thay đổi đột ngột phụ tải, thay đổi chế
độ vận hành của nhà máy.
Luận văn này đã đề nghiên cứu ứng dụng trong quá trình cơng nghệ, q trình động lực học
diễn ra trong bể khử khí, xây dựng các phương trình tốn học để mơ tả đối tượng bể khử khí
TK-3201. Trên cơ sở kỹ thuật điều khiển mức nước và áp suất đang áp dụng tại nhà máy, tác
giả đã thiết kế lại hệ thống điều khiển cho bể khử khí TK-3201 tại nhà máy Lọc dầu Dung
Quất với mục tiêu nâng cao chất lượng điều khiển, khắc phục những tồn tại trong điều khiển
bể khử khí TK-3201 trong thời gian qua.
Từ khóa: được là đã nâng cao chất lượng điều khiển, khử gần như hoàn toàn sự tương tác
xen kênh giữa mức nước và áp suất trong điều khiển bể khử khí tại Nhà máy Lọc dầu Dung
Quất.
APPLIED STUDY FOR TK-3201 DEGASSING TANK AT DUNG QUAT REFINERY
Abstract – Deaerator in Dung Quat Refinery is an extremely important facility, which is used
to remove O2, CO2, and other non-condensable gases in water to prevent corrosion in steam
generating equipment, heat exchange, affecting the safety of production of the plant.
Automatic control to keep the water level and pressure in the tank stable is the main
requirement in the control, in which the inter-channel interaction between water level and
tank pressure is always a big concern. There are many methods and control techniques for
degassing tanks that have been studied and published. For TK-3201 degassing tank system at
Dung Quat Refinery, there is a solution designed and applied with 2 sets of PI1 and PI2 to
control the water level and pressure in the degassing tank when operating normally and 2
sets of Feedforward FFC1 and FFC2 to eliminate interactions between the pressure and
water level to improve the control quality when there is a sudden change in the load and
change of operation mode of the plant.
This dissertation deals with application in technological process, dynamic process taking
place in the degasser tank, creating the mathematical equation to describe the deaerator of
the TK-3201. Based on the water level and pressure control technique being applied at the

factory, the author has redesigned the control system for the TK-3201 degassing tank at
Dung Quat Refinery with the aim of improving the quality control over the shortcomings of
the TK-3201 degassing tank during the last time.
Keywords
The result is improved quality of control, reducing inter-channel interactiKons between water
level and pressure in the control tank at the Dung Quat Oil Refinery.related to the control
program of additive manufacturing and traditional manufacturing are also presented. The achieved
results are summarized and perspective of the work is provided.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i
TÓM TẮT .................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................2
3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................................2
5. Cấu trúc luận văn ..................................................................................................3
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT TỔNG
QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN MỨC BỂ TK - 3201 ...............................4
1.1. Địa điểm và diện tích sử dụng ..................................................................................4
1.2. Cấu hình cơng nghệ ..................................................................................................5
1.3. Cơng suất chế biến và ngun liệu ...........................................................................5
1.4. Quy trình hoạt động của Nhà máy lọc Dầu ..............................................................5

1.5. Cơ cấu sản phẩm.......................................................................................................6
1.6. Tổng mức đầu tư .......................................................................................................7
1.7. Giới thiệu các hạng mục cơng trình..........................................................................7
1.7.1. Phao rót dầu SPM và tuyến ống dẫn dầu thô ..................................................7
1.7.2. Khu bể chứa dầu thô .......................................................................................8
1.7.3. Các phân xưởng công nghệ .............................................................................8
1.7.4. Nhà máy điện và các trạm điện .......................................................................9
1.7.5. Hệ thống nhập nước biển làm mát ..................................................................9
1.7.6. Khu bể chứa trung gian .................................................................................10
1.7.7. Hệ thống ống dẫn sản phẩm ..........................................................................10
1.7.8. Khu bể chứa sản phẩm ..................................................................................11
1.7.9. Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ .............................................................12
1.7.10. Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển ........................................................12
1.7.11. Đê chắn sóng ...............................................................................................13
1.7.12. Khu nhà hành chính và điều hành ...............................................................13
1.7.13. Nhà máy sản xuất Polypropylene ...............................................................13
1.8. Vấn đề điều khiển mức bể tk-3201.........................................................................14


iv
1.9. Cấu tạo bể khử khí, vai trị việc khử khí ...............................................................14
1.9.1. Cấu tạo bể khử khí ........................................................................................14
1.9.2. Vai trị việc khử khí đối với vận hành nhà máy ............................................16
1.10. Vấn đề tồn tại trong điều khiển mức bể khử khí TK-3K3201 .............................18
1.11. Kết luận Chương 1................................................................................................21
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHUNG .....................................................22
2.1. Mơ hình tính tốn chung.........................................................................................22
2.2. Mơ hình tốn học dạng gián đoạn của bể khử khí ..................................................24
2.3. Mơ phỏng bể khử khí TK-3201 với bộ điều khiển PI cố định ...............................25
2.4. Kết luận Chương 2..................................................................................................29

CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI .............................................................30
3.1. Giới thiệu chung .....................................................................................................30
3.2. Hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu (MRAS) ..................................................30
3.3. Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh ..........................................................................32
3.4. Ước lượng thơng số ................................................................................................33
3.5. Chứng minh thuật tốn ước lượng thơng số theo phương pháp đệ qui ..................36
Các công thức trong mục 3.4 đã được chứng minh như sau : .................................. 36
3.6. Luật thích nghi .......................................................................................................37
3.6.1. Phương pháp độ nhạy (luật MIT) .................................................................37
3.6.2. Gradient và phương pháp bình phương bé nhất dựa trên tiêu chí đánh giá
hàm chi phí sai số ..........................................................................................................38
3.6.3. Hàm Lyapunov..............................................................................................38
3.7. Kêt luận chương 3 ..................................................................................................39
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PI THÍCH NGHI ĐIỀU
KHIỂN MỨC NƯỚC BỂ KHỬ KHÍ TK-3201 ........................................................40
4.1. Giới thiệu chung .....................................................................................................40
4.2. Nghiên cứu bộ điều khiển PI thích nghi .................................................................40
4.3. Xây dựng mơ hình giải thuật ước lượng thơng số .................................................42
4.4. Mơ phỏng điều khiển thích nghi bể khử khí TK-3201 ...........................................46
4.5. Nhận xét đánh giá các kết quả tổng hợp .................................................................50
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ..............................................................................................50
KẾT LUẬN ..................................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................52
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

FIC
LIC

Bộ điều khiển lưu lượng
Bộ điều khiển mức

H, h
C

Chiều cao cột nước
Tiết diện bể chứa

Qin, qin

Lưu lượng nước đầu vào

Qo, q0
Ts

Lưu lượng nước đầu ra
Chu kỳ lấy mẫu

f
U

Tần số
Tín hiệu ngõ vào đối tượng điều khiển

Y

Tín hiệu ngõ ra đối tượng điều khiển

ε

Sai số hệ thống

Kp
Ki

Hệ số khâu tỉ lệ
Hệ số khâu tích phân

∂

Tốn tử vi phân



Hệ số quên

θ

Véc tơ tham số hệ thống

φ

Véc tơ hồi qui hệ thống

G

Hàm truyền đối tượng


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

hình
1.1.

Tồn cảnh các phân xưởng cơng nghệ nhà máy lọc dầu Dung
Quất

Trang
4

1.2.

Tồn cảnh các q trình cơng nghệ trong nhà máy lọc dầu
Dung Quất

5

1.3.

Khu bể chứa dầu thơ NMLD Dung Quất

8

1.4.

Một góc Trung tâm điểu khiển (CCC) NMLD Dung Quất

9

1.5.

Khu bể chứa trung gian

10

1.6.

Hệ thống ống dẫn sản phẩm NMLD Dung Quất

10

1.7.

Bồn cầu chứa khí hóa lỏng (LPG) Khu bể chứa sản phẩm

11

1.8.

Khu bể chứa sản phẩm NMLD Dung Quất

12

1.9.

Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ

12

1.9.

Bể Khử khí TK-3201 tại Nnhà máy lọc dầu Dung Quất

14

1.10.

Các dịng vào – ra của bể Khử khí DA-3201

15

1.11.

Bể khử khí TK-3201 và các vịng điều khiển mức

18

1.12.

Các tín hiệu điều khiển mức bể khử khí dao động mạnh khi
thay đổi đầu ra của bể

19

1.13.

Hình ảnh nhân viên vận hành chuyển chế độ vận hành của bộ
điều khiển về tình trạng vận hành bằng tay, giữ nguyên giá trị
điều khiển khơng đổi để kiểm sốt ổn định mức bể.

20

2.1.

Mơ hình bể nước

22

2.2.

Quan hệ giữa lưu lượng và chiều cao cột nước, tuyến tính hóa
lân cận điểm làm việc

23

2.3.

Sơ đồ mơ hình bể nước

25

2.4.

Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201
tại điểm làm việc ổn định H01

26

2.5.

Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201
tại điểm làm việc H01.

26

2.6.

Sơ đồ mô hình bể nước trong trường hợp có thêm ngõ rat hay
đổi.

27

2.7.

Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PI cho mức nước bể TK-3201
khi thay đổi điểm làm việc.

28


vii

Số hiệu

Tên hình

hình
2.8.

Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển PID cho mức nước bể TK3201 trong trường hợp thay đổi điểm làm việc.

Trang
29

3.1.

Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển thích nghi.

30

3.2.

Sơ đồ khối hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu

31

3.3.

Sơ đồ khối hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu trực tiếp.

32

3.4.

Sơ đồ khối hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu gián tiếp.

32

3.5.

Sơ đồ khối hệ thống thích nghi tự chỉnh.

33

3.6.

Bài tốn nhận dạng thơng số mơ hình

33

3.7.

Bài tốn ước lượng bình phương tối thiểu

34

3.8.

Mơ hình sai số

37

3.9.

Các trạng thái cân bằng

39

4.1.

Sơ đồ khối bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh PI

40

4.2.

Bộ điều khiển thích nghi tự chỉnh PI cho bể nước

42

4.3.
4.4.

Sơ đồ mô phỏng phương pháp ước lượng thơng số mơ hình bể
nước
Sơ đồ mơ phỏng so sánh kết quả ước lượng thơng số mơ hình
và giá trị thật

43
44

4.5.

So sánh kết quả giữa giá trị ước lượng bằng phương pháp ước
lượng thơng số mơ hình và giá trị thật của bể nước.

45

4.6.

Sơ đồ tính tốn bộ điều khiển thích nghi cho bể nước DA-3201.

46

4.7.

Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển thích nghi cho bể nước TK3201 trong trường hợp Q0 thay đổi

47

4.8.

Kết quả mô phỏng so sánh 3 bộ điều khiển cho mức nước bể
TK-3201.

48

4.9.

Kết quả mơ phỏng chi tiết bộ điều khiển thích nghi cho mức
nước bể TK-3201 trong trường hợp Q0 thay đổi.

49


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam là một trong những nước trong khu vực có trữ lượng dầu mỏ và
khí khá lớn. Tuy nhiên, trước kia dầu khai thác được chủ yếu xuất khẩu dưới dạng
dầu thơ, cịn các sản phẩm tính chế được nhập từ nước ngồi. Đó là một hạn chế.
Những năm gần đây, cùng với sự tăng tốc của khoa học kỹ thuật, công nghệ chế
biến dầu mỏ ngày càng phát triển, trở thành một trong những ngành công nghiệp
mũi nhọn trên thế giới. Nằm trong trào lưu chung đó, cơng nghiệp dầu khí nước ta
cũng có những bước khởi sắc với sự ra đời của hàng loạt nhà máy đã đi vào vận
hành ổn định và hiệu quả như: nhà máy chế biến khí Dinh Cố, nhà máy Đạm Phú
Mỹ, Đạm Cà Mau, Nhà máy lọc dầu Dung Quất và sắp tới là nhà máy lọc dầu Nghi
Sơn, Nhà máy lọc dầu Long Sơn - Vũng Tầu đã đóng góp vào sự phát triển của
ngành cơng nghiệp dầu khí nói riêng và nền cơng nghiệp của nước ta nói chung.
Đặc điểm của q trình chế biến dầu mỏ đó là sự liên tục, kế tiếp nhau. Sản
phẩm đầu ra của quá trình này sẽ là đầu vào của một hay nhiều quá trình khác. Sự
thay đổi chế độ vận hành của một quá trình này sẽ dẫn đến sự ảnh hưởng của quá
trình khác. Quyết định đến số lượng và chất lượng của các sản phẩm đầu ra.
Trong quá trình sản xuất Bể khử khí là một trong những thiết bị đóng vai trị
cực kỳ quan trọng trong phân xưởng thu hồi và xử lý nước ngưng. Khơng khí hịa
tan trong nước ngưng, nước cấp và nước bổ sung có chứa khi xâm thực (O2 , CO2 )
gây ăn mòn thiết bị và đường ống dẫn trong Nhà máy. Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn
mịn của khí trong nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí hịa tan ra khỏi nước –
gọi là khử khí cho nước.
Ngồi việc giữ nhiệt độ của nước trong bể khử khí ở nhiệt độ bão hịa, bể
khử khí cịn là nơi cấp nước cho các phân xưởng cơng nghệ cho các mục đích sau:

Cung cấp nước sinh hơi cho lò hơi CO (RFCC) chiếm 40% lượng hơi của nhà máy,
các thiết bị sinh hơi Thấp áp, trung áp và cao áp của phân xưởng RFCC như E1503, E1504, E-1505..., cấp nước cho Steam Drum của CCR Heater sinh hơi cao
áp, cấp nước sinh cho thiết bị sinh hơi cao áp tại SRU và cung cấp nước
Desuperheated cho các dòng hơi để điều khiển nhiệt độ các dòng hơi đi vào các
thiết bị quay quan trọng, các bơm, máy nén dùng tua bin hơi, đảm bảo chất lượng,
tránh gây ảnh hưởng đến năng suất làm việc và đặc biệt là tuổi thọ của các thiết bị
quay quan trọng. Nếu mất nước cấp tại bể TK- 3201A/B thì các sẽ không cấp nước
BFW liên tục cho các phân xưởng công nghệ được, sẽ dẫn đến hầu như dừng tồn
bộ các phân xưởng cơng nghệ liên quan như RFCC, LTU, NTU, PRU, CCR, NHT,
ISOM, LCO-HDT, PP Plant, SRU. Như vậy việc điều khiển để giữ mức nước trong


2

bể khử khí ổn định là một cơng việc quan trọng sống còn đối với nhà máy, yêu cầu
bộ điều khiển có đáp ứng nhanh, ổn định và tin cậy.
Do đó, tơi chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp với mục đích tìm hiểu
nghiên cứu, ứng dụng hệ điều khiển thích nghi cho mức nước bể khử khí TK- 3201.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là bể khử khí tại phân xưởng Thu hồi và Xử lý Nước
ngưng, Nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu phương pháp điều khiển thích
nghi để điều khiển mức bể khử khí TK-3201.

3. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện nghiên cứu đề tài khoa học này, thì cần phải kết hợp 2 phương
pháp sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các vấn đề về ứng dụng
điều khiển thích nghi, các mơ hình bể nước, các hàm tối ưu trong Matlab và các tính

tốn hỗ trợ ước lượng thơng số mơ hình.
- Phương pháp mơ phỏng: Sử dụng cơng cụ tính tốn tìm tối ưu trong phần
mềm Matlab, tạo dữ liệu mô phỏng, mô phỏng kiểm.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần hồn thiện một phương pháp điều
khiển mới khắc phục được một số nhược điểm của các phương pháp điều khiển , từ
đó mở ra một tiềm năng áp dụng cài đặt vào các thiết bị điều khiển trong công
nghiệp làm nâng cao hơn nữa chất lượng điều khiển cho các mơ hình có thơng số
thay đổi lớn theo thời gian.


3

5. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, trong luận văn cịn có các chương kế tiếp như
sau:
Mở đầu
Lý do chọn đề tài.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Cấu chúc luận văn.
Chương 1: Giới thiệu về Nhà máy lọc dầu Dung Quất
Giới thiệu về Nhà máy lọc dầu
Giới thiệu các hạng mục cơng trình.
Vấn đề điều khiển mức bể TK-3201.
Vấn đề tồn tại trong điều khiển bể TK-3201.
Kết luận chương 1.
Chương 2. Mơ hình tính tốn chung
Mơ hình tốn bể TK-3201.

Mơ hình tốn học dạng gián đoạn của bể TK-3201.
Mơ phỏng bể khử khí TK-3201 với bộ điều khiển PI cố định.
Kết luận chương 2.
Chương 3. Điều khiển thích nghi.
Giới thiệu chung.
Hệ thống thích nghi theo mơ hình mẫu (MRAS)
Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh.
Ước lượng thơng số.
Chứng minh thuật tốn ước lược thơng số theo phương pháp đệ quy.
Luật thích nghi
Kết luận chương 3.
Chương 4. Nghiên cứu bộ điều khiển PI thích nghi điều khiển mức nước
bể khử khí TK-3201.
Giới thiệu chung.
Nghiên cứu bộ điều khiển PI thích nghi.
Xây dựng mơ hình giải thuật tốn ước lượng thơng số.
Mơ phỏng điều khiển thích nghi bể khử khí TK-3201.
Nhận xét đánh giá các kết quả tổng hợp.
Kết luận chương 4.


4

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT TỔNG QUAN
VỀ NHÀ MÁY VÀ ĐIỀU KHIỂN MỨC BỂ TK - 3201
1.1. Địa điểm và diện tích sử dụng
Địa điểm: Nhà máy được xây dựng tại Khu kinh tế Dung Quất, thuộc địa bàn
các xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi.
Diện tích sử dụng: Khoảng 956 ha (bao gồm cả 140 ha mở rộng trong tương

lai) bao gồm 485 ha mặt đất và 471 ha mặt biển, trong đó (hiện tại): Khu nhà máy
chính 110 ha; Khu bể chứa dầu thô 42 ha; Khu bể chứa sản phẩm 43,83 ha; Khu
tuyến dẫn dầu thô, cấp và xả nước biển 17 ha; Tuyến ống dẫn sản phẩm 77,46 ha;
Cảng xuất sản phẩm 135 ha và Hệ thống phao nhập dầu không bến, tuyến ống ngầm
dưới biển và khu vực vịng quay tàu 336 ha.

Hình 1.1. Tồn cảnh các phân xưởng công nghệ nhà máy lọc dầu Dung Quất


5
1.2. Cấu hình cơng nghệ

Hình 1.2. Tồn cảnh các q trình cơng nghệ trong nhà máy lọc dầu Dung Quất
1.3. Công suất chế biến và nguyên liệu
- Công suất chế biến: 6,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 148.000
thùng/ngày. Sau khi hoàn thành nâng cấp mở rộng: 8,5 triệu tấn dầu thô/năm,
tương đương 192.000 thùng/ngày.
Nguyên liệu:
- Giai đoạn 1: Chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ - Việt Nam (hoặc dầu thô
tương đương).
- Giai đoạn 2: Chế biến dầu chua.
1.4. Quy trình hoạt động của Nhà máy lọc Dầu
Dầu thơ được nhập vào nhà máy lọc dầu để chế biến thơng qua hệ thống
phao rót dầu một điểm neo (SPM) có khả năng tiếp nhận tàu có trọng tải từ 80.000
đến 150.000 tấn (Sau khi nâng cấp, mở rộng 300.000 tấn) và đường ống dẫn dầu từ
phao đến khu bể chứa dầu thô dài khoảng 4,2km.
Dầu thô được bơm vào khu bể chứa dầu thơ gồm 08 bể có dung tích bằng
nhau mỗi bể là 65.000m3. Sau đó dầu thơ được bơm vào tháp chưng cấp khí quyển
có Cơng suất 140 ngàn thùng một ngày để tách thành các phân đoạn như: Gas,
Naptha, Kerosen, Gas oil nặng và nhẹ và cặn khí quyển.

Khí Gas được đưa đến phân xưởng chế biến Gas và thu hồi Propylene để cho


6
ra khí hóa lỏng và Propylene đưa qua nhà máy Polypropylene để chế biến hạt nhựa.
Naptha được đưa đến các phân xưởng công nghệ để nâng cao chỉ số octan
phối trộn xăng.
Kerosen được đưa đến phân xưởng xử lý kerosen để cho ra nhiên liệu phản
lực Jet A1 và dầu hỏa.
Gas oil nặng và nhẹ được đưa đến các phân đoạn xử lý cho ra dầu diesel.
Cặn khí quyển được đưa đến phân xưởng xử lý để cho ra các sản phẩm:
xăng, diesel, dầu nhiên liệu…
Toàn bộ các phân xưởng công nghệ và phụ trợ của Nhà máy được điều hành
tại Nhà điều khiển trung tâm thông qua hệ thống điều khiển phân tán DCS hiện đại
có chức năng điều khiển, giám sát, ghi nhận, lưu trữ và hiển thị dữ liệu về quá trình
vận hành của Nhà máy.
Để phục vụ cho các phân xưởng công nghệ hoạt động, NMLD có 10 phân
xưởng phụ trợ như Nhà máy điện, các phân xưởng cung cấp khí nén và khí điều
khiển, hóa chất, nước làm mát, nước cứu hỏa và nước sinh hoạt, khí nhiên liệu, dầu
nhiên liệu, phân xưởng xử lý nước thải...
Các sản phẩm từ khu vực công nghệ được đưa đến chứa tại khu bể chứa
trung gian, tại đây các sản phẩm được kiểm tra chất lượng và phối trộn với tỉ lệ hợp
lý trước khi đưa ra khu bể chứa sản phẩm bằng đường ống dài khoảng 7 km.
Các sản phẩm của nhà máy được chứa trong 22 bể chứa thành phẩm và xuất
bán bằng đường bộ và cảng xuất bằng đường biển để xuất bán tất cả các sản phẩm
của Nhà máy.
Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển đặt trong vịnh Dung Quất cách Khu bể
chứa sản phẩm khoảng 3 km. Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển xuất các sản
phẩm qua 6 bến xuất cho tàu có trọng tải từ 1.000 đến 30.000 tấn.
Nhằm ngăn sóng, bảo vệ khu Cảng xuất sản phẩm của NMLD và các cơng

trình khác trong vịnh Dung Quất, một Đê chắn sóng được xây dựng với tổng chiều
dài gần 1.600m, mặt đê rộng 11 m, chiều cao đê so với mặt nước biển từ 10 đến
11m.
1.5. Cơ cấu sản phẩm
Nhà máy sản xuất khí hóa lỏng LPG, propylene, polypropylene, xăng A92 và
A95, dầu hỏa, nhiên liệu phản lực, diesel và dầu nhiên liệu. Nhà máy gồm 14 phân
xưởng chế biến công nghệ, 10 phân xưởng năng lượng phụ trợ và 8 hạng mục ngoại
vi. Các sản phẩm chính của nhà máy bao gồm:


7
Tên sản phẩm

(Nghìn tấn/năm)

Khí hóa lỏng Propylene

135 - 150

Khí hóa lỏng LPG

294 - 340

Xăng Mogas RON 92

1000 - 1200

Xăng Mogas RON 95

1100 - 1300

Dầu hỏa/nhiên liệu Jet A1

200 - 300

Diesel

2400 - 2600

Dầu nhiên liệu (FO)

100 - 130

Hạt nhựa

135 - 150

Nhiên liệu cho nhà máy

470 – 490

Lưu huỳnh

1.5 – 2

1.6. Tổng mức đầu tư
+ Theo Quyết định 514/QĐ-TTg ngày 10/7/1997 (giai đoạn tự đầu tư từ năm
1997 đến 1999): Tổng mức đầu tư là 1,5 tỷ USD;
+ Theo Theo Quyết định 560/CP-DK ngày 21/6/2001 của Chính phủ (giai
đoạn liên doanh với Nga): Tổng mức đầu tư cho dự án là 1,297 tỷ USD khơng bao

gồm phí tài chính;
+ Theo Quyết định 546/QĐ-TTg ngày 17/6/2005 (Giai đoạn trở lại hình thức
tự đầu tư): 2,501 tỷ USD;
+ Theo Quyết định số 1291/QĐ-TTg ngày 17/8/2009 (sau khi hồn thành
cơng tác xây dựng và chạy thử nhà máy): Phê duyệt tổng mức đầu tư là 3,053 tỷ
USD.
1.7. Giới thiệu các hạng mục cơng trình
1.7.1. Phao rót dầu SPM và tuyến ống dẫn dầu thơ
Vận hành nhập dầu thô tại SPM của NMLD Dung Quất
- Đường kính phao: 12m.
- Chiều cao phao: 5m (phần chìm là 3,75m, phần nổi là 1,25m).
- Công suất của phao: Được thiết kế nhập dầu thô với công suất 6.000 m3/h.
- Công suất hệ thống thông rửa bằng thoi (pig): 1300 m3/h.
Dầu thô được bơm từ tàu chở dầu qua phao SPM, hệ thống ống phân phối
(PLEM), đường ống dẫn dầu thơ đến khu bể chứa dầu thơ. Phao SPM có thể cập tàu
có tải trọng 150.000 tấn. Đường ống dẫn dầu thô từ phao SPM vào khu bể chứa dầu
thô dài khoảng 4,2 km, trong đó có đoạn đi ngầm dưới đáy biển là 3,2 km và đoạn
đi ngầm trên bờ khoảng 1 km.


8
1.7.2. Khu bể chứa dầu thơ

Hình 1.3. Khu bể chứa dầu thô NMLD Dung Quất
- Tổng số bể chứa dầu thơ : 08 bể- Tổng dung tích xây lắp : 760.133 m3
- Tổng dung tích làm việc : 520.000 m3
Các bể chứa dầu thơ có dung tích bằng nhau, đường kính 69,0 m, chiều cao
22,4 m. Bể được thiết kế mái nổi, vật liệu chế tạo bằng thép carbon. Trong khu bể
chứa dầu thơ cịn có các hệ thống giá, bệ đỡ đường ống, trạm biến áp, trạm bơm
dầu, hệ thống thu gom nước thải, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống cấp điện cho

trạm bơm và điện bảo vệ, các cơng trình phụ trợ khác.
1.7.3. Các phân xưởng cơng nghệ
+ Các phân xưởng công nghệ (gồm 14 phân xưởng):
- Phân xưởng chưng cất dầu thơ ở áp suất khí quyển (CDU)
- Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hyđrô (NHT)
- Phân xưởng reforming xúc tác liên tục (CCR)
- Phân xưởng cracking xúc tác cặn dầu (RFCC)
- Phân xưởng thu hồi Propylen (PRU)
- Phân xưởng tái sinh Amine (ARU)
- Phân xưởng xử lý LPG (LTU)
- Phân xưởng xử lý nước chua (SWS)
- Phân xưởng trung hòa kiềm (CNU)
- Phân xưởng xử lý Kerosene (KTU)
- Phân xưởng thu hồi Lưu huỳnh (SRU)
- Phân xưởng xử lý Naphta của RFCC (NTU)
- Phân xưởng đồng phân hóa Naphta nhẹ (IZOMER hóa)
- Phân xưởng xử lý LCO bằng Hydro (LCO-HTD)


9
Tồn bộ các phân xưởng cơng nghệ và phụ trợ của Nhà máy được điều hành
tại Nhà điều khiển trung tâm thông qua hệ thống điều khiển phân tán DCS hiện đại
có chức năng điều khiển, giám sát, ghi nhận, lưu trữ và hiển thị dữ liệu về quá trình
vận hành của Nhà máy.
- Để phục vụ cho các phân xưởng cơng nghệ hoạt động, Nhà máy có 10 phân
xưởng phụ trợ như Nhà máy điện, các phân xưởng cung cấp khí nén và khí điều
khiển, hóa chất, nước làm mát, nước cứu hỏa và nước sinh hoạt, khí nhiên liệu, dầu
nhiên liệu, phân xưởng xử lý nước thải v.v. để đảm bảo quá trình hoạt động của các
phân xưởng công nghệ và các hạng mục liên quan khác.
1.7.4. Nhà máy điện và các trạm điện

Nhà máy điện có 4 tổ máy với tổng công suất là 108 MW và 4 nồi hơi có
tổng cơng suất 784 tấn hơi/h ở nhiệt độ 505oC và 107 at- mốt-phe. Nhà máy điện là
nguồn cung cấp hơi nước và điện sử dụng trong Nhà máy lọc dầu.

Hình 1.4. Một góc Trung tâm điểu khiển (CCC) NMLD Dung Quất
1.7.5. Hệ thống nhập nước biển làm mát
Hệ thống bao gồm một đầu lấy nước biển nằm ngoài khơi, một bể chứa nước
biển, ống dẫn nước biển, bơm nước biển, cụm nạp hypochlorite và đầu xả nước
biển. Hệ thống được thiết kế nhằm: Cung cấp nước biển làm mát cho các Turbine
Condenser của phân xưởng RFCC và của Nhà máy điện, và cung cấp nước biển làm
mát cho phân xưởng nước làm mát.


10
1.7.6. Khu bể chứa trung gian
- Tổng số bể chứa trung gian : 23 bể
- Tổng dung tích xây lắp : 336.727 m3
Khu bể chứa trung gian dùng để chứa các sản phẩm trung gian và các sản
phẩm sau khi pha trộn (bể kiểm tra) trước khi bơm ra khu bể chứa sản phẩm.

Hình 1.5. Khu bể chứa trung gian
1.7.7. Hệ thống ống dẫn sản phẩm
Hệ thống ống dẫn từ nhà máy tới khu bể chứa: Chiều dài khoảng 7 km, gồm
12 tuyến ống (8 tuyến ống sản phẩm, 4 tuyến ống phụ trợ/dầu cặn), có kích cỡ từ
5,08 cm - 40,64 cm, để vận chuyển các sản phẩm như Xăng RON 92/95, Jet A1,
dầu Diesel, FO, Propylene, LPG, nước cơng nghiệp, nước nồi hơi, nitơ và dầu thải.

Hình 1.6. Hệ thống ống dẫn sản phẩm NMLD Dung Quất

11
Hệ thống ống dẫn từ khu bể chứa sản phẩm tới khu vực xuất sản phẩm bằng
đường biển: Chiều dài khoảng 3 km, có 15 tuyến ống (10 tuyến ống sản phẩm, 5
tuyến ống phụ trợ/dầu thải/nước dằn tàu), kích cỡ từ 5,08 cm - 76,2 cm để vận
chuyển các sản phẩm như xăng Mogas 90, xăng Mogas 92/95, Jet A1, Auto diesel,
FO, Propylene, LPG, nước cứu hỏa, nước dằn tàu, nước sinh hoạt, khí điều khiển và
nitơ.
1.7.8. Khu bể chứa sản phẩm
- Tổng số bể chứa sản phẩm : 22 bể
- Tổng dung tích làm việc : 393.073 m3
Khu bể chứa sản phẩm được chia thành 8 lô đất, mỗi lơ bố trí từ 2-5 bể, các
lơ được ngăn cách bởi các đê chắn bằng đất đắp, mái đê được gia cường bằng
bêtông cốt thép. Trong khu bể chứa sản phẩm cịn có các hạng mục như trạm biến
áp, trạm cứu hỏa, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống cấp điện, điều hịa thơng gió,
trạm xử lý nước thải và các cơng trình phụ trợ khác.

Hình 1.7. Bồn cầu chứa khí hóa lỏng (LPG) Khu bể chứa sản phẩm


12

Hình 1.8. Khu bể chứa sản phẩm NMLD Dung Quất
1.7.9. Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ
Trạm xuất cho xe bồn nằm ở phía Tây của khu bể chứa sản phẩm dùng để
xuất các sản phẩm thông dụng như xăng Mogas 92/95, Mogas 90, Jet A1, Auto
Diesel và FO.
Trạm xuất được thiết kế với 2 giàn xuất, trên mỗi giàn lắp các cần xuất có thể
phục vụ cho cả 2 phía của giàn xuất, trạm sẽ xuất được cùng lúc 4 xe. Trạm bơm
cũng được thiết kế với diện tích dự phịng cho khu mở rộng trong tương lai.

Hình 1.9. Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ
1.7.10. Cảng xuất sản phẩm bằng đường biển
Cảng xuất sản phẩm nằm trong khu vực vịnh Dung Quất sát phía trong của
thân đê chắn sóng, có diện tích sử dụng khoảng 135 ha gồm mặt đất và mặt biển với


13
quy mô như sau:
- Hai bến xuất (số 1 và số 2) cho phép tiếp nhận tàu có trọng tải từ 15.000 tấn
đến 30.000 tấn, có thể mở rộng để tiếp nhận tàu có trọng tải lớn nhất là 50.000 tấn.
- Bốn bến xuất thành phẩm (số 3, 4, 5 và 6) cho phép tiếp nhận tàu có trọng
tải từ 1.000 tấn đến 5.000 tấn, có thể mở rộng để tiếp nhận tàu 30.000 tấn.
- Hệ thống cầu dẫn ra các bến gồm các trụ cầu dẫn đỡ tuyến ống và một
đường công vụ.
- Tuyến luồng dẫn vào bến và vũng quay tàu.
1.7.11. Đê chắn sóng
Đê chắn sóng được xây dựng tại vịnh Dung Quất nhằm ngăn sóng, bảo vệ
khu Cảng xuất sản phẩm của NMLD.
- Chiều dài toàn đê: gần 1.600 m.
- Chiều rộng trung bình của đê: 11 m.
- Chiều cao đê so với mặt nước biển: khoảng 10 - 11 m.
- Lõi đê : Đá các loại theo tiêu chuẩn quy định.
- Vỏ ngoài đê : Phủ bằng cấu kiện Accropode.
Việc xây dựng đê chắn sóng khơng những bảo vệ an toàn khu Cảng xuất sản
phẩm, mà cịn có tác dụng chắn sóng cho tồn bộ vịnh Dung Quất, đảm bảo hoạt
động của các hạng mục như Bến số 1 của Cảng công vụ, các bến của Cảng tổng
hợp, Cảng chun dụng và một số cơng trình biển khác của Khu kinh tế Dung
Quất.
1.7.12. Khu nhà hành chính và điều hành
Khu xưởng bảo trì cơ khí

Hạng mục nhà hành chính và điều hành nằm phía bắc của khu nhà máy
chính, có tổng diện tích khoảng 10ha, trên cao trình san nền +11m, được quy hoạch
trong khu vực khơng có nguy cơ cháy nổ. Bao gồm các hạng mục nhà hành chính,
nhà bảo vệ, trạm y tế, trạm cứu hỏa, gara sửa chữa ôtô, nhà ăn, cửa hàng, nhà giặt
là, xưởng bảo trì cơ khí, xưởng bảo trì điện, hệ thống thơng tin liên lạc, kho bảo trì,
đường giao thông, sân bãi, cây xanh, vườn hoa và hệ thống kỹ thuật kết nối với khu
nhà máy chính.
1.7.13. Nhà máy sản xuất Polypropylene
Nhà máy PP có cơng suất 150.000 tấn/năm sản phẩm nhựa homopolymer
trên cơ sở 8.000 giờ vận hành mỗi năm, được xây dựng dựa trên công nghệ bản
quyền Hypol-II của Tập đồn hóa chất Mitsui, Nhật Bản.
Ngun liệu đầu vào là propylene, đây là một trong các sản phẩm của Nhà
máy lọc dầu. Từ propylene, cùng với hydrogen và xúc tác, nhà máy sản xuất trên 30
loại sản phẩm nhựa homopolymer PP cho các ứng dụng khác nhau như đúc


14
(injection molding), thổi (blow molding), phim (film), và sợi (fibre), đáp ứng một
phần nhu cầu nhựa PP thị trường nội địa
1.8. Vấn đề điều khiển mức bể tk-3201
Tìm hiểu về q trình khử khí, cấu tạo, các điểm làm việc và vai trị, tầm
quan trọng của bể khử khí tại nhà máy lọc dầu Dung Quất. Trong chương này cũng
sẽ trình bày và mơ phỏng các q trình điều khiển của bể khử khí TK-3201 hiện
đang áp dụng tại nhà máy lọc dầu Dung Quất.
1.9. Cấu tạo bể khử khí, vai trị việc khử khí
1.9.1 . Cấu tạo bể khử khí
Bể khử khí TK-3201 là một bể hình trụ, chiều cao 2.5 mét, tiết diện làm việc
C = 17.5 mét vng. Bể được lắp đặt tại vị trí cao khoảng 20 mét so với mặt đất như
hình 1.9.
Bể TK-3201 được cung cấp nước bởi một đường ống vào chính có lưu lượng

lớn nhất đạt 275m3/h.
Bể có ba đường ra tương ứng là V01, V02, V03. Trong quá trình vận hành
bình thường ở 100% công suất của nhà máy lọc dầu Dung Quất, bể nước TK-3201
được duy trì ở mức nước H01 = 1.7 mét. Đường V01, V02 mở hoàn toàn và V03 đóng
hồn tồn với tổng lưu lượng ra của hai đường là Q01 = 100 m3/h. Đây là điểm làm
việc thường xuyên nhất của bể nước TK-3201.
Tuy nhiên trong q trình vận hành của nhà máy, có những thời điểm nhu
cầu sử dụng nước lò hơi tăng cao đòi hỏi đường V03 tiếp tục mở, bể nước sẽ vận
hành tại điểm làm việc có chiều cao H02 = 1.5 mét và tổng lưu lượng ra là Q 02 =
140 m3/h.

Hình 1.9. Bể Khử khí TK-3201 tại Nnhà máy lọc dầu Dung Quất


15
Bên cạnh đó, nếu trong q trình vận hành tại điểm H01, nhu cầu sử dụng
nước cấp lò hơi giảm đi, đường V02 sẽ đóng lại, bể nước sẽ vận hành tại điểm H03
với độ cao 2 met và tổng lưu lượng ra 80 m3/h.

Hình 1.10. Các dịng vào – ra của bể Khử khí DA-3201
Tóm lại, bể khử khí TK-3201 có 3 điểm làm việc chính:
- H01: tương ứng chiều cao H01 = 1.7 mét và Q01 = 100 m3/h; quan hệ giữa
hai đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức
Q01 = K1H01
Theo thực nghiệm K1 
-

Q01
= 0.01634 m2/s. (1.1)
H 01

H02: tương ứng chiều cao H02 = 1.5 mét và Q02 = 140 m3/h; quan hệ giữa
hai đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức
Q02 = K2H02
Theo thực nghiệm K1 

-

Q02
= 0.02593 m2/s. (1.2)
H 02

H03: tương ứng chiều cao H03 = 2 mét và Q03 = 80 m3/h; quan hệ giữa hai
đại lượng này khi dòng chảy đều được mô tả bởi biểu thức
Q03 = K3H03
Theo thực nghiệm K 3 

Q03
= 0.0074 m2/s.
H 03

(1.3)


16
1.9.2. Vai trị việc khử khí đối với vận hành nhà máy
Bể khử khí là một trong những thiết bị đóng vai trị cực kỳ quan trọng trong
phân xưởng thu hồi và xử lý nước ngưng. Khơng khí hịa tan trong nước ngưng,
nước cấp và nước bổ sung có chứa khi xâm thực (O 2, CO2) gây ăn mòn thiết bị và
đường ống dẫn trong Nhà máy. Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mịn của khí trong

nước, người ta áp dụng biện pháp tách khí hịa tan ra khỏi nước – gọi là khử khí cho
nước.
Để tách khơng khí hòa tan, trong Nhà máy lọc dầu áp dụng phương pháp khử
khí hịa tan trong nước bằng nhiệt. Lượng oxy cịn lại trong nước sau khi khử khí
bằng nhiệt sẽ được vơ hiệu hóa thêm bằng cách kết hợp nó với chất phản ứng hóa
học.
Khử khí bằng nhiệt dựa trên cơ sở sau[4]:
Theo định luật Henri thì lượng khí hịa tan trong nước (nồng độ khối lượng
của nó) ở nhiệt độ đã cho tỉ lệ với áp suất của khí trên bề mặt thoáng của nước.
Theo định luật Henri – Đantơn thì lượng khí Gj có trong hỗn hợp khí và hịa
tan trong nước ở nhiệt độ khơng đổi, tỉ lệ với phân áp suất của nó pj trên bề mặt
thoáng của nước:
Gj = Kjpj
Ở đây Kj là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào loại khí, áp suất và nhiệt độ của nó.
Theo định luật này thì thành phần tương đối của các chất khí có trong khơng
khí hịa tan trong nước sẽ khác với thành phần của chúng trong khơng khí.
Chẳng hạn, ở nhiệt độ 00C và áp suất khí quyển, nước chứa (tính theo thể
tích) 34.9% oxy (trong khơng khí là 21%); 2.5% CO2 (trong khơng khí là 0.04%);
62.6% nitơ và các khí khác (trong khơng khí là 78.96%).
Gây ăn mịn chính cho kim loại chế tạo thiết bị và đường ống là ơxy. Nó có
nhiều trong khơng khí và hịa tan nhiều trong nước.
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
Hệ số ăn mịn của Ơxy:
KƠxy 

4 Fe 4 x56

 2.34
3O2 3x32

Đặc biệt khi có CO2 thì tác động ăn mịn của ơxy tăng lên rất nhiều:
Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 8CO2
Lúc này:
KÔxy 

4 Fe 4 x56

7
O2
32

Bởi vậy CO2 được xem là chất xúc tác ăn mịn của ơxy đối với kim loại vì