Nghiên cứu về giao tiếp giữa modul NI và phần mềm LabVIEW để thực hiện việc đo lường và điều khiển các thông số quan trọng của nhà máy

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong nền công nghiệp hiện đại, thuật ngữ “đo lường và điều khiển” đã trở
nên quá quen thuộc, sẽ không phải mô tả nhiều để có thể hình dung được mục đích
và tầm quan trọng của nó. Nhu cầu về đo lường – điều khiển ngày càng phức tạp
và nhu cầu làm việc liên tục của các q trình sản xuất địi hỏi độ tin cậy của các
thiết bị đo lường – điều khiển ngày càng cao. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để tăng
năng suất, giảm thời gian và chi phí cho các ứng dụng thiết kế, điều khiển, kiểm
tra, tạo ra các ứng dụng linh hoạt có khả năng tích hợp dễ dàng với nhiều kiểu I/O
khác nhau phục vụ đắc lực trong đo lường và điều khiển tự động trong cơng nghiệp
hiện đại.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu về giao tiếp giữa modul NI và phần mềm LabVIEW để thực hiện
việc đo lường và điều khiển các thông số quan trọng của nhà máy, đây là công cụ
để ta thực hiện việc điều khiển hệ thống từ mơi trường LabVIEW [11].
Tiến hành xây dựng mơ hình hệ thống đo đạc và hiển thị thông số quan trọng
của nhà máy. Sau đó xây dựng mơ hình vật lý, thiết kế giao diện và cấu trúc
chương trình trong LabVIEW để giám sát thông số.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong luận văn này, tôi xin giới thiệu, phân tích dây chuyền và đề xuất hệ
thống cần giám sát đưa ra những thông số quan trọng cần giám sát trong dây
chuyền sản xuất Las. Giới thiệu những nét cơ bản về ngơn ngữ lập trình LabVIEW
để mọi người có thể hiểu được và sử dụng được nó. Bên cạnh đó, tác giả sẽ ứng
dụng ngơn ngữ lập trình này để xây dựng chương trình điều khiển và giám sát các
thông số quan trọng này.
Bố cục luận văn bao gồm ba chương:
Chương 1: Phân tích dây chuyền cơng nghệ và đề xuất sơ đồ khối hệ thống giám
sát dây chuyền sản xuất hóa chất Las
Chương 2: Nghiên cứu phần mềm LabVIEW và Card USB NI 6001
1

Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ thống giám sát một số thơng số chính của dây
chuyền sản xuất hóa chất Las
4. Phương pháp nghiên cứu khoa học
Trong luận văn tác giả xây dựng ứng dụng giao tiếp giữa phần mềm LabVIEW
với thiết bị cần đo thông qua module NI-6001 USB. Với PC và các công nghệ
thương mại, thiết bị đo ảo này làm tăng năng suất và giảm chi phí cho các ứng
dụng kiểm tra và đo lường tự động. Đối với ngơn ngữ lập trình sử dụng dạng sơ đồ
khối như LabVIEW, việc lập trình trở nên đơn giản so với ngơn ngữ C, VB do
người lập trình không cần phải nhớ cấu trúc lệnh, không cần phải mất thời gian học
nhiều mà vẫn có thể lập trình được. LabVIEW sử dụng dạng sơ đồ khối nên
chương trình ngắn gọn, việc rà soát lỗi dễ dàng, với những ai khơng trực tiếp lập
trình khi đọc chương trình cũng thấy dễ hiểu hơn.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài đã thành công trong việc ứng dụng mơi trường lập trình LabVIEW
trong thiết kế hệ thống giám sát. Cụ thể là giám sát một số thông số của dây
chuyền sản xuất Las. Qua đề tài em nhận thấy việc giám sát các thông số dây
chuyền dựa vào phần mềm LabVIEW rất tiện lợi. Với ưu điểm lập trình và hiển thị
thơng số dễ dàng, nó cho chúng ta thấy một điều là trên thế giới hiện nay,
LabVIEW đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đo lường,
phân tích, mơ phỏng,... Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng LabVIEW rộng rãi ở
Việt Nam hiện nay cần phải được tiến hành trong thời gian càng sớm càng tốt.

2


CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ VÀ ĐỀ

XUẤT SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN
XUẤT HĨA CHẤT LAS

1.1. Giới thiệu nhà máy sản xuất hóa chất LAS
Tên Dự án: Nhà máy sản xuất chất hoạt động bề mặt LAS
Chủ Đầu tư: : Công ty TNHH Hóa Chất PTN
Địa Chỉ: Số 1 Sở Dầu,Quận Hồng Bàng ,Thành Phố Hải Phòng,Việt nam
Nghành nghề Kinh doanh:
+ Sản xuất chất hoạt động bề mặt Alkyl Benzen Sulfooric mạch thẳng(LAS)
+ Sản xuất các chất tảy rửa công nghiệp và gia dụng,
+ Thực hiện quyền nhập khẩu và quyền xuất khẩu: keo và các chất làm kín,dung
mơi Cơng nghiệp, Hóa chất công nghiệp cơ bản, phẩm màu công nghiệp và pha
xăng dầu, Hóa chất cơng nghiệp tinh khiết.
Cơng ty TNHH Hóa chất PTN là công ty liên Doanh giữa Tổng Công Ty Xăng dầu
Việt Nam( nay là Tập Đoàn Xăng Dầu Việt nam), Tập Đoàn TAYCA và Tập Đoàn
NISHO IWAI của Nhật.Công ty được thành lập theo giấy phép đầu tư số 1985/GP
do Bộ kế Hoạch và đầu tư cấp ngày 10/5/1997 với chức năng: Sản xuất chất hoạt
động bề mặt
Tổng số vốn đầu tư: 7.300.000USD
Vốn pháp định:4.350.000USD
Thời gian hoạt động: 20 năm
PETROLIMEX: Là một Doanh nghiệp nhà nước thuộc bộ thương Mại. Tập Đoàn
thuộc hạng đặc biệt và hoạt động theo mơ hình tổ chức của Quyết định 90TTG
ngày 7/3/1994. Tập đồn Petrolimex có 51 Cơng ty và 30 chi nhánh kinh doanh
trực thuộc của mình tại tất cả các tỉnh trong tồn Quốc. Đóng góp 4.758.000USD
bao gồm tiền mặt và tiền sử dụng đất chiếm 60% vốn pháp định của dự án.
3


TAYCA: Là một trong những tập Đoàn hàng đầu của nhật Bản về các chất hoạt
động bề mặt.Việt nam đã và đang là một thị trường tiêu thụ chất hoạt động bề mặt
quan trọng của TAYCA.Đóng góp 1.586.000USD chiếm 20% vốn,
NISSHO IWAI: Là một trong những tập Đoàn kinh doanh lớn nhất thế giới. Đối

với nghành công nghiệp sản xuất bột giặt Việt nam, NISSHO IWAI đã cung cấp
nguyên liệu để sản xuất bột giặt từ năm 1988 như là một đại lý của nhà sản xuất
hàng đầu nhật Bản-TayCa. Số đóng góp: 1586.000USD chiếm 20% vốn.
Ngày 15/9/1997 Cơng ty được cấp giấy phép quyền sử dụng 10.000m2 đất.
Ngày 31/12/1998 Công ty bắt đầu khởi công xây du8wngj và lắp đặt dây truyền
sản xuất.
Ngày 15/7/1999 Cơng ty hồn thành việc xây dựng và chạy thử dây chuyền.
14/8/1999 Cơng ty chính thức đưa sản phẩm vào thị trường.
Sản lượng trung bình 12.000 tấn /năm.
1.2. Khái quát chung về sản xuất hóa chất LAS
LAS là một chất hoạt động bề mặt anionic được tổng hợp từ alkylbenzen
mạch thẳng LAB(Linear Akyl Benzene). Khoảng 99% sản lượng LAB được
chuyển thành LAS qua quá trình sulphonat hóa. LAS thì hầu hết được sử dụng
dành riêng trong thành phần chất tẩy rửa. Và trong một vài trường hợp đặc biệt thì
LAS cũng được sản xuất từ dẫn xuất khác. LAB: Linear Akyl Benzene là một chất
thu được từ paraffin và bezene. Dưới những điều kiện bình thường thì LAB là một
chất lỏng trong suốt khơng mùi. LAS thì hầu hết được sử dụng dành riêng trong
thành phần chất tẩy rửa.
LAS được tạo bởi từ 2 nguyên liệu chính:
LAB: Linear Ankyl Benzen
S: lưu huỳnh
Sản phẩm được tạo theo sơ đồ khối trên hình 1.1 :
+ Air Supply: Hệ thống cấp gió.
4


+ Sulfur Supply: Hệ thống cung cấp lưu huỳnh.
+ SO3 Converter: Hệ thống chuyển hóa lưu huỳnh.
+ Reactor: Hệ thống lò phản ứng.
+ SO3 Absorber: Hệ thống hấp thụ lưu huỳnh.

+ Effluent Gas System: Hệ thống xử lí khí thải.
+ Waste Water Treatment System: Hệ thống xử lý nước thải.
Lưu huỳnh được đưa vào lị đốt tạo thành khí SO 2, khí SO2 sinh ra chuyển
hóa thành SO3 nhờ hệ thống chuyển hóa SO3 converter. Hệ thống cấp gió (Air
Supply) một phần được đưa đến lò đốt cháy lưu huỳnh, một phần đưa đến bộ
chuyển hóa SO3 để tham gia vào q trình chuyển hóa. Hệ thống hấp thụ SO 3 (SO3
Absorber) ở đây SO3 được hấp thụ với nước tạo thành axit(sản phẩm phụ). Sau thời
gian khởi động khoảng 4h lượng SO3 tạo ra từ bộ chuyển hóa đạt hiệu suất cao.
Việc kiểm sốt mức độ chuyển hóa SO2  SO3 bằng các cặp nhiệt có gắn ở các
đầu vào ra ở mỗi tầng của tháp chuyển hóa SO3, khi nào nhiệt độ ở mỗi tầng đật
xấp xỉ giá trị đặt thì lúc đó là lượng SO 3 được chuyển hóa cao đủ điều kiện để tham
gia vào quá trình phản ứng. Núc này SO3 được đưa vào lị phản ứng (Reactor) cho
phản ứng với LAB tạo thành sản phẩm chính LAS.
Hệ thống xử lý khí thải Effuent Treatment: Khí thải dư ở lị phản ứng và bộ
hấp thụ SO3 trước khi thải ra ngồi mơi trường được đưa qua bộ Effuent Treatment
[7].

5


Sulfur
Supply

SO2

SO3
Converter

SO3

Reactor

LAS To Storage

SO3
Absorber
Air
Supply

Efluent Gas
System

H2SO4 To Storage

Waste Water
Treatment
System

To River

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ tổng thể của q trình sản xuất LAS

6


1.3. Phân tích dây chuyền cơng nghệ
1.3.1 Hệ thống cấp gió
a. Đặc điểm hệ thống cấp gió
Gió để cấp cho hệ thống được tạo từ quạt gió qua bộ làm lạnh rồi đến bộ
làm khô rồi được cấp vào buồng đốt và tháp chuyển hóa. Theo u cầu cơng

nghệ lượng gió phải thật khơ .Do vậy bộ làm khơ khí Ari Dryer bên trong chủ
yếu là các hạt silicagen làm nhiệm vụ hút ẩm khí để khí cấp cho dây chuyền
phải đủ khô.
b. Phần tử trong hệ thống
B2011 : Quạt gió chính
Ari Chiller : Bộ làm mát khí
Water Chiller : Máy làm lạnh nước
P2022 : Bơm tuần hoàn nước lạnh
TI2023 : Chỉ báo nhiệt độ khí ra khỏi Ari Chiller
XV : Các van khí nén
Dryer : Các bộ làm khơ khí
B2031 : Quạt gió để làm mát bộ Dryer
c. Hoạt động
Nguồn gió chính để cấp cho hệ thống được tạo ra bởi quạt gió B2011.
Quạt gió này được lai bởi động cơ 3pha roto lồng sóc cơng suất 47KW. Động cơ
này được trang bị một bộ khởi động mềm nhằm mục đích giảm dịng khởi động.
Gió từ máy nén được đưa tới bộ phận làm mát khí. Khí qua bộ làm mát được
làm mát qua hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Gió được trao đổi nhiệt với nước làm mát ở giàn trao đổi
nhiệt 1. Nước mát được cấp từ hệ thống bơm nước làm mát ở nhà máy phụ trợ.
Giai đoạn 2: Sau khi gió được làm mát ở giai đoạn 1 nó được làm mát qua
giai đoạn 2. Gió được trao đổi nhiệt với nước lạnh, nước lạnh này được làm lạnh
bởi bộ làm lạnh nước và được chứa ở bồn chứa. Bơm P2022 làm nhiệm vụ bơm
tuần hoàn nước lạnh từ bồn chứa nước lạnh tới giàn trao đổi nhiệt 2. Sau khi khí
7


được làm lạnh bởi bộ làm mát nó được đưa tới bộ làm khơ khí Dryer, 2 bộ Dryer
làm việc luân phiên nhau. Nguyên lý làm việc của chúng như sau:
Do nhiệm vụ vủa chúng là hút ẩm có trong khơng khí vì vậy sau một thời

gian làm việc thì các hạt Silicagen ở trong bộ Dryer sẽ ngậm rất nhiều nước nên
mỗi bộ chỉ làm việc với một thời gian nhất định rồi dừng lại để sấy khô, để tách
nước. Để cấp khí khơ liên tục cho hệ thống thì hai bộ phận Dryer được sắp xếp
làm việc luân phiên nhau, nếu bộ Dryer 1 làm việc thì bộ Dryer 2 nghỉ để sấy
khô và ngược lại.Giả sử bộ Dryer 1 dừng làm việc để sấy khô và làm mát còn bộ
Dryer 2 làm việc: khí ra khỏi bộ làm mát đi qua va XV2034 đưa đến Dryer 2 rồi
qua van XV2032 và cấp tới các hệ thống khác.
Bộ Dryer 1 sau khi dừng làm việc nó ngậm rất nhiều nước bên trong và nó
được sấy khô như sau: khí nóng được lấy từ hệ thống chuyển hóa SO 3 được đưa
về hệ thống cấp gió để sấy bộ Dryer qua van XV2037. Bộ TI20314 làm nhiệm
vụ chỉ báo nhiệt độ khí để sấy, khí nóng được đưa về Dryer 1 qua van XV 2035
rồi qua bên ngoài môi trường qua van XV2039.
Thời gian đặt chế độ sấy phải đủ thời gian nước tách hết ở Dryer 1. Sau
thời gian sấy khô thì Silicagen ở trong bộ Dryer 1 rất nóng trước khi tiếp tục làm
việc trở lại nó được làm mát bởi quạt gió B20317 theo đường sau: gió từ quạt
gió B20317 qua bộ trao đổi nhiệt để làm mát gió rồi được đưa đến Dryer 1 qua
van XV20310 qua bộ trao đổi nhiệt và được tuần hoàn tiếp cho tới khi hết thời
gian đặt ở chế độ làm mát.
e. Các thơng số chính
Áp suất gió đưa vào bộ Air chiller khoảng 100-110Kpa, nhiệt độ từ 120140oC
Nhiệt độ nước cấp đến dàn trao đổi nhiệt là 30o, nước lanh cấp đến giàn
trao đổi nhiệt 2 khoảng 5o, nhiệt độ khí ra khỏi Air chiller khoảng 15oC.
Thời gian làm việc của mỗi bộ Dryer khoảng 240 phút, thời gian sấy
khoảng 150 phút, thời gian làm mát khoảng 90 phút [1]

8


COOLING WATER OUTLET

236

XV 8002
XV 20310

AIR DRYER
REGENATION AIR
SEE DWG.0A020302

237

233

230

XV 2037

XV 2038

XV 2031

XV 2032

204

AFTER-COOLER/REGENATION
H2032

XV 2039

AIR DRYER NO.2
V2032

232

BY - PASS AIR TO
CASCADE COOLER INLET
SEE DWG.0A020302

206

COOLING AIR
BLOWER B2031

XV 2035

COOLING WATER INLET

PROCESS AIR TO
SULFUR BURNER
SEE DWG.0A020302

VENT
AIR DRYER NO.1
V2031

231

205

208

XV 2036

COOLING AIR TO
CONVERTER 3RD PASS

234

XV 2033

XV 2034
207

PROCESS 'A' AIR TO
REATOR BLOWDOWN
SEE DWG.0A020302

201

NOTES:

MAIN PROCESS AIR
BLOWER B2011

202

1. ALL FLOWS ARE IN KC/HR UNLESS
OTHERWISE NOTED.
2. ALL HEAT DUTIES IN KCAL'S/HR.

3. DRYER OPERATING CYCLE 8 HOURS TOTAL:
2 1/2 HOURS REGENERATION
1 1/2 HOURS COOLING
4 HOURS ON-LINE
4. VARIABLE FLOWS
5. USED ONLY DURING START-UP

203

COOLING WATER OUTLET

216

217

COOLING WATER INLET

215

218

GV2022
AIR CHILLER
V2021

DRAIN

216

P 2021

Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ hệ thống cấp gió

9


1.3.2. Hệ thống cấp lưu huỳnh
a. Đặc điểm hệ thống
Lưu huỳnh được bơm vào lò đốt. Trong lò đốt lưu huỳnh được đốt cháy
tạo thanh SO2. Lưu huỳnh trước khi đưa vào buồng đốt được bơm qua bộ điều
chỉnh lưu lượng để khống chế lưu lượng vào buồng đốt.
b. Phần tử trong hệ thống
Bảng 1.1. Thiết bị hệ thống cấp lưu huỳnh
P1021, P1022
TI1024
FIC1023
TI1023

Bơm lưu huỳnh
Chỉ thị nhiệt độ lưu huỳnh trong bể chứa
Bộ điều chỉnh lưu lượng lưu huỳnh
Chỉ thị nhiệt độ lưu huỳnh ở bộ điều chỉnh

XV1001
XV3011
XV3073
TLC3071
SP3071

lưu lượng

Van cấp lưu huỳnh vào buồng đốt
Van cấp khí nén vào buồng đốt
Van cấp gió vào buồng đốt
Chỉ báo nhiệt độ gió vào buồng đốt
Bộ sấy khí(Air Heater)

TLC3072
FI2001
TI3001

Chỉ báo nhiệt độ ở bộ sấy khí
Chỉ báo lưu lượng gió vào buồng đốt
Chỉ báo nhiệt độ khí ra khỏi buồng đốt

c. Hoạt động
Lưu huỳnh ở thể rắn được đưa vào bể chứa và được chuyển hóa thành thể
lỏng nhờ hơi nóng được cấp từ nồi hơi đặt ở nhà phụ trợ. Các ống hơi có hình
ruột già được đặt ở trong bể chứa. Lưu huỳnh được tan ra ở thể lỏng ở nhiệt độ
120 oC, nhiệt độ của lưu huỳnh được chỉ thị nhờ chỉ thị nhiệt độ TI1024.
Lưu huỳnh lỏng được đưa vào buồng đốt bởi hai bơm P1021 và P1022. Hai
bơm này làm nhiệm vụ ln phiên nhau,mỗi bơm có cơng suất 1KW được điều
chỉnh tốc độ nhờ có bộ biến tần ACS140 -1KW do hãng ABB chế tạo dẫn đến
lưu lượng lưu huỳnh cấp vào buồng đốt luôn được giữ ở một giá trị ổn định 210
kg/h.

10


Lưu lượng trước khi vào buồng đốt được bơm qua bộ điều chỉnh FIC1023.
Bộ này có nhiệm vụ đo lưu lượng lưu huỳnh và khống chế lưu lượng bằng giá trị

đặt nhờ tín hiệu từ cảm biến dịng để đưa về điều chỉnh tốc độ bơm đảm bảo sao
cho lưu lượng lưu huỳnh luôn ở giá trị đặt. Giá trị đặt này có thể được thay đổi
thơng qua bàn phím bởi người vận hành. Bộ điều chỉnh FIC1023 và bộ biến tần
ACS140 kết hợp tạo thành một hệ điều khiển. Hệ này có hai chế độ hoạt động.
Chế độ bằng tay: Tần số của bộ biến tần được đặt cố định,tốc độ bơm sẽ
khơng thay đổi và lưu lượng dịng chảy phụ thuộc vào tốc độ của bơm.
Chế độ tự động: Lưu lượng của lưu huỳnh được đặt cố định (210kg/h). Tín
hiệu phản hồi từ bộ cảm biến đo lưu lượng đưa về để điều khiển bộ biến tần làm
giảm tần số đầu ra của bộ biến tần dẫn đến tốc độ của bơm giảm  lưu lượng
giảm. Ngược lại nếu tín hiệu lưu lượng đo được nhỏ hơn giá trị đặt thì tín hiệu
từ bộ cảm biến lưu lượng được đưa về PLC và PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển
biến tần làm tăng tần số đầu ra của bộ biến tần dẫn đến tốc độ của bơm tăng,lưu
huỳnh tăng.Cứ như vậy lưu lượng của lưu huỳnh được giữ ổn định
Trong hệ thống này biến điều khiển là giá trị lưu lượng lưu huỳnh đưa vào
buồng đốt. Ở chế độ điều khiển bằng tay thì giá trị lưu huỳnh đưa vào buồng đốt
được điều khiển bằng giá trị đặt trên biến tần để điều khiển trực tiếp động cơ
bơm.Trường hợp này mạch điều khiển là mạch hở,chỉ có giá trị đặt tác động vào
phần tử thục hiện để thay đổi giá trị lưu lượng lưu huỳnh cấp cho buồng đốt.Lúc
đó biến tần là phần tử đặt giá trị đặt còn bơm là phần tử thực hiện.
Ở chế độ điều khiển tự động thì giá trị lưu huỳnh đưa vào buồng đốt luôn
giữ ở giá trị không đổi. Trường hợp này mạch điều khiển là mạch kín. Từ giá trị
cảm biến đo được đem so sánh với giá trị đặt và tín hiệu so sánh này đưa đến
PLC. Nếu giá trị lưu lượng đo được lớn hơn giá trị đặt thì tín hiệu đầu ra của
PLC sẽ điều khiển biến tần giảm tần số của biến tần cấp cho bơm.Khi đó tốc độ
bơm sẽ giảm và vì vậy lưu lượng đưa vào cũng giảm. Tốc độ bơm sẽ giữ ở tốc
độ ổn định khi không xuất hiện sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị đặt.Nếu
giá trị lưu lượng đo được nhỏ hơn giá trị đặt thì tín hiệu đầu ra của PLC sẽ điều
11

khiển biến tần tăng tần số của biến tần cấp cho bơm. Khi đó tốc độ bơm sẽ tăng
và vì vậy lưu lượng đưa vào cũng tăng. Tốc độ bơm sẽ giữ ở tốc độ ổn định khi
không xuất hiện sai lệch giữa giá trị đo được và giá trị đặt.
Ưu điểm của việc sử dụng mạch vòng điều khiển là tính đáp ứng
nhanh,chính xác khi giá trị biến điều khiển thay đổi. Điều này có ý nghĩa rất
quan trọng trong sản xuất cơng nghiệp,nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng
sản phẩm,tiêu hao nguyên nhiên liệu và năng suất hệ thống [1]
e. Các thơng số chính
- Nhiệt độ lưu huỳnh lỏng ở bề mặt chứa khoảng 140 oC.
- Lưu lượng dòng chảy đạt 120kg/h.
- Tốc độ bơm khoảng 35% tốc độ định mức.
- Lưu lượng gió cấp vào buồng đốt 2400m3/h
- Nhiệt độ gió cấp cho buồng đốt khoảng 290 0C để có thể đốt cháy lưu
huỳnh,khi lưu huỳnh đã bị đốt cháy nhiệt độ trong buồng đốt cao thì bộ sấy khí
ngừng làm việc.
- Nhiệu độ khí SO3 ra khỏi buồng đốt 680 ÷ 700 oC [1]

12


STEAM

333

VENT

343
331

237

REGEN AIR
TO DRYERS

332

NOTES:
REGNERATION
AIR HEATER
B2041

REGNERATION BLOWER
B2041

1.ALL FLOWS ARE IN KC/HR UNLESS OTHERWISE NOTED.
2.ALL HEAT DUTIES IN KCAL'S/HR.
3.IGINITION HEATER START-UP ONLY
4.START-UP ONLY
5.RATE IS ON A CONTINUOUS BASIS

303

302

340

SO3 GAS
TO REACTOR

SO2 COOLER

H3021
CATALYST

341
SO3 GAS
TO INCINERATOR
SYSTEM

TLC 3072

FI 2001

305

PROCESS AIR
TO SULFUR BURNER

310

1st PASS COOLER

205

COOLING WATER SUPPLY

305
IGINITION
AIR HEATER
H3071

CATALYST

310

STEAM

102
310

208
COND

101
SULFUR
SUPPLY
INLET

BY
PASS
AIR

SULFUR METERING PUMP
P1021
CATALYST

TLC 3071

CONVERTER
V3031

310
311

STEAM

323
301
FROM
INSTRUMENT AIR
COMPRESSOR

321

CASCADE COOLER
H3051

310

322

COND

ATOMIZING
HEATER
H3011

XV 3073

361
P 3051

SULFUR
BURNER
OV3011

TI 3001

Hình 1.3. Lưu đồ công nghệ hệ thống cấp lưu huỳnh và chuyển hóa SO3

13


1.3.3. Hệ thống chuyển hóa SO3
a. Đặc điểm hệ thống
Hệ thống này là nơi diễn ra q trình chuyển hóa SO 2 thành SO3. Tháp
chuyển hóa gồm 3 tầng. Mức độ chuyển hóa được thể hiện bởi nhiệt độ ở mỗi
tầng. Do vậy ở đầu vào và ra mỗi tầng của tháp đều được gắn các cặp nhiệt độ
để theo dõi mức độ chuyển hóa SO2 thành SO3.
b. Phần tử trong hệ thống
Bảng 1.2. Thiết bị của hệ thống chuyển hóa SO3
TIxxyy
Tin
Tout
H3021,H3031
B2041

Các chỉ báo nhiệt độ
Tín hiệu vào
Tín hiệu ra
Bộ trao đổi nhiệt (dạng ống)

Quạt gió tái sinh (Regeneration Air

PV2042
PIC2042
P3051

Blower)
Van điều chỉnh áp suất
Bộ điều chỉnh áp
Bơm nước

c. Hoạt động
Khí SO2 ra khỏi buồng đốt lưu huỳnh có nhiệt độ rất cao trước khi được
đưa vào tầng 1 của tháp chuyển hóa nó được làm mát ở bộ trao đổi nhiệt H
3021.
H3021: Bộ trao đổi nhiệt này có dạng ống. Ống bên trong là đường khí SO 2
cịn ống bên ngồi là gió để làm mát. Gió được tạo ra từ quạt B2041 để làm mát
khí SO2. Nhiệt độ gió ra khỏi bộ trao đổi nhiệt H3021 có nhiệt độ cao được đưa
về sấy Silicagen ở bộ Air Dryer ở hệ thống cung cấp gió.
Nhiệt độ khí SO2 vào tháp chuyển hóa được điều chỉnh xấp xỉ bằng giá trị
đặt.Nhiệt độ khi ra khỏi tầng 1 có nhiệt độ cao được đưa qua bộ giải nhiệt
14


H3031 và được điều chỉnh sao cho nhiệt độ khí vào tầng 2 xấp xỉ bằng giá trị
đặt.
Khí đầu ra tầng 2 được đưa thẳng vào tầng 3 để tham gia vào q trình
chuyển hóa. Đầu ra tầng 3 có nhiệt độ cao, trước khi được đưa đến hệ thống tiếp
theo được làm mát ở tháp giải nhiệt để hạ nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ đặt.
Nước làm mát được cấp bởi hệ thống bơm nước từ nhà phụ trợ được đưa

đến tháp làm mát.
Bơm P 3051 làm nhiệm vụ bơm nước ra ngồi tháp làm mát. Áp suất gió
đưa về sấy ở hệ thống cung cấp gió được khống chế bởi bộ điều chỉnh áp suất
PIC 2042 và van điều chỉnh áp suất PV 2042
Van PV và bộ điều chỉnh áp PIC kết hợp tạo thành hệ điều khiển. Hệ này
cấp 2 khả năng điều khiển. Ở chế độ tự động áp suất được đặt cố định còn van
PV2042 tự điều chỉnh để giữ cho áp suất luôn bằng giá trị đặt.
Ở chế độ bằng tay van PV 2042 được đặt mở thơng ở mức độ nhất định cịn
áp suất gió phụ thuộc vào % mở thơng van [1]
e. Các thơng số chính
Nhiệt độ khí SO2 ra khỏi bng đốt khoảng từ 6800C ÷7000C (TI 3001)
Nhiệt độ khí vào tầng 1 Tin = 4400C.TI 3031
Nhiệt độ khí ra tầng 1 Tout =5900C.TI 3032
Nhiệt độ khí vào tầng 2 Tin = 4400C.TI 3033
Nhiệt độ khí ra tầng 2 Tout =4800C.TI 3034
Nhiệt độ khí vào tầng 3 Tin = 4400C.TI 3035
Nhiệt độ khí ra tầng 3 Tout =4500C.TI 3036
Nhiệt độ khí ra khỏi :Tháp làm mát.TI 3052 = 400C
PIC 2042 = 8.3 Kg/cm2
Nhiệt độ khí đưa về để sấy bộ Air Dryer.TI 3052 = 2400C

15


1.3.4. Hệ thống hấp thụ SO3
a. Đặc điểm hệ thống
Hệ thống này là nơi diễn ra quá trình hấp thụ SO 3 với nước để tọa thành
axit trong giai đoạn đầu của dây chuyền,khi mà SO3 chưa được chuyển hóa tới
mức độ cao thì chưa thể đưa tới lị phản ứng.Vì vậy nó được hệ thống này hấp
thụ cho đến khi SO3 được chuyển hóa hồn tồn ở tháp chuyển hóa.

b. Phần tử trong hệ thống
Bảng 1.3. Thiết bị của hệ thống hấp thụ SO3
SO3 Absorber
P7011
XV8001
XY7015
CV7012
CIC7012
LIC7013
LV7011
HE7011

Bình hấp thụ SO3
Bơm tuần hồn axit
Van từ cấp khí SO3 vào bình hấp thụ
Van từ cấp nước
Van điều chỉnh nồng độ
Bộ điều chỉnh nồng độ
Bộ điều chỉnh mức
Van điều chỉnh mức axit ở bình hấp thụ
Bộ trao đổi nhiệt

c. Hoạt động
Khí SO2 từ bộ chuyển hóa SO3 trong giai đoạn đầu của dây chuyền qua
van XV8001 tới bình hấp thụ

đồng thời nước qua van CV7012 qua van

XY7015 cấp tới bình hấp thụ để tác dụng với SO3 tạo thành axit H2SO4. Bơm
7011 làm nhiệm vụ bơm tuần hoàn axit giúp cho SO3 được hấp thụ ở mức tốt

nhất.
Để quá trình hấp thụ được tốt nhất thì nồng độ axit H 2SO4 phải được khống
chế ở mức độ % nhất định, việc này được thực hiện ở van CV7012 và bộ đo và
bộ điều chỉnh nồng độ axit CIC7012
Trong khâu này biến điều khiển giá trị nồng độ % axit H 2SO4. Van CV 7012
và bộ CIC 7012 tạo thành một bộ điều khiển,bộ này có hai chế độ điều khiển:
- Chế độ tự động: Nồng độ axit được đặt cố định còn van CV7012 sẽ tự
động điều chỉnh để giữ cho nồng độ axit luôn bằng giá trị đặt.Giả sử nồng độ
axit đo được từ bộ CIC7012 cao hơn giá trị đặt thì tín hiệu từ bộ CIC7012 sẽ
16


đưa về PLC và bộ PLC sẽ đưa tín hiệu điều khiển để van CV7012 mở thêm để
tăng thêm lượng nước vào bình hấp thụ và nồng độ axit sẽ giảm xuống. Ngược
lại nếu nồng độ axit đo được từ bộ CIC7012 thấp hơn giá trị đặt thì tín hiệu từ
bộ CIC7012 sẽ đưa về bộ PLC và bộ PLC sẽ đưa tín hiệu điều khiển để van
CV7012 giảm bớt độ mở  giảm lượng nước vào bình hấp thụ và nồng độ axit
sẽ cao hơn trở về giá trị ban đầu. Lúc này mạch vòng điều khiển là mạch vịng
khép kín
- Chế độ bằng tay: Van CV7012 được đặt ở % nhất định và nồng độ axit
phụ thuộc vào mức độ % này.
Axit tạo ra sau phản ứng một phần được bơm tuần hồn lại bình hấp thụ để
tiếp tục hấp thụ SO3 và một phần được bơm ra ngồi bồn chứa qua van LV7011.
Mức của bình hấp thụ luôn được giữ ở mức độ nhất định để đặt hiệu suất cao.
Trong khâu này mức của bình hấp thụ là giá trị biến điều khiển.Bộ
LIC7013 kết hợp với van LV7011 tạo thành một bộ điều khiển nhằm thực hiện
mục đích trên,bộ này có hai chế độ điều khiển.
- Chế độ tự động: mức ở bình hấp thụ được đặt ở mức độ % nhất định còn
van LV7011 sẽ tự động thay đổi để giữ cho mức ở bình hấp thụ ln ở giá trị
đặt.Giả sử mức ở bình hấp thụ đo được thấp hơn giá trị đặt thì tín hiệu phản hồi

từ bộ đo LIC7013 sẽ được đưa về PLC  PLC đưa ra tín hiệu điểu khiển tới
van LV7011 làm van LV7011 đóng bớt lại và mức ở bình sẽ cao lên. Ngược lại
nếu mức ở bình hấp thụ đo được cao hơn giá trị đặt thì tín hiệu phản hồi từ bộ đo
LIC7013 sẽ đưa về PLC  PLC sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển tới van LV7011
làm van LV7011 mở thêm và mức ở bình sẽ tụt xuống trở về giá trị ban đầu.Lúc
này mạch vịng điều khiển là mạch vịng khép khín.
- Chế độ bằng tay: van LV7011 sẽ được đặt ở % nhất định mức ở bình sẽ
phụ thuộc vào mức độ % này.
Do quá trình hấp thụ SO3 là quá trình phản ứng giữa SO 3 và nước để tạo
thành axit H2SO4 nên phản ứng tỏa nhiệt do axit H 2SO4 trước khi được bơm trở
lại bình hấp thụ phải qua bộ nhiệt HE7011.Khí từ bộ chuyển hóa SO 3 sang bộ
17


hấp thụ bao gồm SO2 và SO3 ,do SO2 không tác dụng với nước nên nó được đưa
qua bộ xử lí trước khi đưa ra ngồi mơi trường.[1]
e. Các thơng số chính
Mức ở bình hấp thụ có giá trị 45%
Nồng độ axit 98%

18


708

DWG.0A020305

NOTES:
708

SO3 GAS FROM
SEE DWG 0A020302

1. ALL FLOWS ARE IN KC/HR UNLESS OTHERWISE NOTED.
2. RATES ARE ON A CONTINUOS BASIS

313

401

TO EFFLUENT
GAS TREATMENT
SEE DWG.0A020306

706

COOLING
WATER SUPPLY
COOLING
WATER RETURN

710

HE 7011
709

SO3
ABSORBER
VC7011

P7011
704
703
705

98% H2SO4
TO STORAGE

312

COOLING
WATER SUPPLY
COOLING
WATER SUPPLY

Hình 1.4. Lưu đồ công nghệ hệ thống hấp thụ SO3
1.4.5 Hệ thống lị phản ứng
a. Đặc điểm cơng nghệ
Lị phản ứng là nơi diễn ra phản ứng giữa SO 2 và LAB tạo thành sản phẩm
chính là LAS. SO3 sau khi được chuyển hóa hồn tồn được đưa tới lị phản ứng
để tác dụng với LAB. Do phản ứng này là phản ứng sinh nhiệt rất lớn nên nó
được làm mát từ hệ thống cấp nước làm máy. Nước làm mát này được tạo ra từ
máy lạnh đặt ở nhà phụ trợ
b. Phần tử của hệ thống
Bảng 1.4. Thiết bị của hệ thống lò phản ứng
P4041
P4061
P4021
P4031
P4051

P4201

Bơm cấp LAB vào lò phản ứng
Bơm nước làm máy lị phản ứng
Bơm tuần hồn LAS
Bơm LAS ra bể chứa
Bơm nước
Bơm để rửa lò phản ứng
Van cấp gió để thổi sạch khí dư trong lị

XV 4011

phản ứng trước khi khởi động dây
19


XV 8002
FIC4041
Reactor
TI4012

chuyền hoặc sau khi dừng dây chuyền.
Van từ cấp SO3 tới lò phản ứng
Bộ điều chỉnh lưu lượng
Lò phản ứng
Chỉ báo nhiệt độ SO3 cấp vào lò phản

TI4023

ứng

Chỉ báo nhiệt độ LAS ra khỏi lò phản

TIC4062
TV4062
LIC4024
FI4032
H4021,H4041
c. Hoạt động

ứng
Bộ điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát
Van điều chỉnh nhiệt độ
Bộ điều chỉnh mức
Chỉ báo lưu lượng
Bộ trao đổi nhiệt

Khí SO2 từ bộ chuyển hóa SO3 qua van XV8002 được đưa tới lò phản
ứng, động thời LAB cũng được đưa vào lò phản ứng bởi bơm P4041 qua bộ điều
chỉnh lưu lượng FIC4041.
Trong khâu này lưu lượng LAB là giá trị biễn điều khiển. Để lưu lượng
LAB được bơm vào ổn định nên bơm P4041 được trang bị một bộ biến tần để
điều chỉnh tốc độ bơm. Bộ biến tần này kết hợp với bộ điều chỉnh lưu lượng
FIC4041 tạo thành một bộ điều khiển. Bộ điều khiển này có hai chế độ hoạt
động:
- Chế độ tự động: lưu lượng LAB đưa vào lị phản ứng được đặt ở vị trí
khơng đổi. Giả sử lưu lượng đo được ở bộ điều chỉnh lưu lượng FIC4041 lớn
hơn giá trị đặt thì tín hiệu từ bộ cảm biến lưu lượng này được đưa về PLC và
PLC sẽ đưa tín hiệu tới điều khiển bộ biến tần làm cho tín hiệu tần sơ đầu ra của
bộ biến tần giảm làm tốc độ bơm giảm khiến cho lưu lượng LAB vào lò phản
ứng giảm. Ngược lại nếu lưu lượng đo được ở bộ điều chỉnh lưu lượng FIC4041

nhỏ hơn giá trị đặt thì tín hiệu từ bộ cảm biến lưu lượng này được đưa về PLC
và PLC sẽ đưa tín hiệu tới điều khiển bộ biến tần làm cho tín hiệt tần số đầu ta
của bộ biến tần tăng lên làm tốc độ bơm tăng lên khiến cho lưu lượng LAB vào

20


lò phản ứng tăng, cứ như vậy lưu lượng LAB được giữ ổn định. Lúc này mạch
vòng điểu khiển là mạch vịng khép kín.
- Chế độ bằng tay: tần số đầu ở bộ biến tần được đặt cố định còn lưu lượng
LAB được bơm vào lò phản ứng sẽ phụ thuộc vào tần số đặt này. Vì quá trình
phản ứng giữa LAB và SO3 là phản ứng tỏa nhiệt nên để giữ cho lị phản ứng
ln được làm mát người ta sử dụng bơm P4061 để bơm nước làm mát. Để chất
lượng LAS được tốt nhất thì nhiệt độ phải giữ được ở một giá trị nhất định.
Trong khâu này nhiệt độ là giá trị biến điều khiển.Bộ điều chỉnh nhiệt độ
TIC4062 và van điều chỉnh nhiệt độ TV4062 kết hợp để tạo thành một bộ điều
khiển,bộ điều khiển này có hai chế độ:
+Chế độ tự động: nhiệt độ nước làm mát được đặt ở giá trị nhất định.Nếu
nhiệt độ nước làm mát đo được ở bộ điều chỉnh nhiệt độ TIC4062 cao hơn so
với giá trị đặt thì tín hiệu phản hồi sẽ đưa về PLC và PLC sẽ đưa ra tín hiệu để
điểu khiển van TV4062 sao cho van mở thông hơn làm nhiệm độ nước làm mát
hạ xuống, cứ như vậy nhiệt độ được giữ ổn định. Lúc này mạch vịng điều khiển
là mạch vịng khép kín.
+Chế độ bằng tay: van TV4062 được đặt mở thông ở % nhất định còn nhiệt
độ nước làm mát phụ thuộc vào % mở thơng này. Sau q trình phản ứng LAS
được tạo thành và được đưa tới bộ tách mù (Cyclone Separator). Ở bộ này các
khí dư như SO2, SO3, và các hạt mù chứa trong LAB được tách ra và được xử lý
ở khâu tiếp theo. LAS ở bộ Cyclone một phần được bơm tuần hồn trở lại lị
phản ứng bởi bơm tuần hoàn P4021 qua bộ giải nhiệt H4021 và một phần được
bơm ra ngoài bồm chứa bởi bơm P4031. Để cho tách mù đạt hiệu quả cao thì

mức ở bộ Cyclone ln được giữ ở giá trị ổn định.
Trong khâu này mức ở bộ tách mù là giá trị biến điều khiển. Việc này được
thực hiện với sự kết hợp bởi bơm P4031 và bộ điều chỉnh mức LIC4024. Bộ này
có hai chế độ hoạt động:
+Chế độ tự động: mức ở bộ tách mù luôn được đặt ở chế độ tự động
ổnđịnh. Nếu mức đo được từ bộ điều chỉnh mức LIC4024 thấp hơn giá trị đặt thì
21


tín hiệu phản hồi từ cảm biến sẽ đưa về PLC và PLC sẽ đưa tín hiệu điều khiển
tói bộ biến tần làm tín hiệu tần số ở đầu ra của bộ biến tần giảm làm tốc độ bơm
giảm làm lượng LAS bơm ra ngoài bồn chứa giảm và mức ở bộ tách mù tăng
lên. Ngược lại nếu mức đo được từ bộ điều chỉnh mức LIC4024 cao hơn giá trị
đặt thì tín hiệu phản hồi từ cảm biến sẽ đưa về PLC và PLC sẽ đưa tín hiệu điều
khiển tới bộ biến tần làm tín hiệu tần số ở đầu ra bộ biến tần tăng làm tốc độ
bơm tăng làm lượng LAS bơm ra ngoài bồn chứa tăng và mức độ tách mù giảm
xuống. Cứ như vậy mức ở bộ tách mù được giữ ổn định. Lúc này mạch vịng
điều khiển là mạch vịng khép kín:
+Chế độ bằng tay: tần số của bộ biến tần của bơm P4031 được đặt cố định
do đó tốc độ của bơm phụ thuộc vào tần số đặt của bộ biến tần. Như vậy mức ở
bộ tách mù phụ thuộc vào tần số đặt của bộ biến tần. Như vậy mức ở bộ tách mù
phụ thuộc vào tần số đặt của bộ biến tần. Lúc này mạch vòng điều khiển là mạch
hở. Trước khi LAS được đưa ra ngồi bồn chứa nó được ngậm một ít nước để
hydrat hóa. Việc này được thực hiện bởi bơm P4051 [1]
e. Các thống số chính
Lưu lượng dịng LAB được giữ ổn định ở giá trị 1400 kg/h.Giá trị này
được thay đổi phụ thuộc vào chất lượng LAS
Nhiệt độ LAS ở bộ tách mù: 40oC
Mức ở bộ tách mù: 50oC
Nhiệt độ nước làm mát ở lò phản ứng: 15oC

22


Drawing No:0A020304

RETURN

459

453

456
FILM
REACTOR
V4011
455

454

451
SUPPLY

P4061
457

RECYCLE H.E
H4021

SULFONIC

ACID

458

457

Hình 1.5. Lưu đồ cơng nghệ hệ thống lò phản ứng

23


1.3.6 Hệ thống xử lý khí thải
a. Đặc điểm hệ thống
Hệ thống này chủ yếu diễn ra quá trình xử lý hấp thụ khí thải SO2 dư có từ
lị phản ứng và hệ thống hấp thụ SO 3, SO3 còn dư xử lý do luong SO2 chuyển
hóa thành SO3 chưa hồn tồn. Do SO2 là loại khí gây ra ơ nhiễm môi trường lên
cần được xử lý trước khi đưa ra ngồi mơi trường.
Một phần khác cửa hệ thống khí thải đó là xử lý tác mù. Vì trong LAB có
chứa một lượng các hạt mù (Mist organic) nó được tách ra ở (Cyclone separator)
và được thu lại ở bộ phận lọc tĩnh điện ESP.
b. Phần tử trong hệ thống
ESP: Bộ lọc bụi tĩnh điện.
SO2 Absober: Bình hấp thụ khí SO2.
B8032: Quạt gió ESP.
XV8042: Van cấp nước cho bình hấp thụ SO2..
XV8043: Van cấp NaOH cho bình hấp thụ SO2.
P8046: Bơm cấp NaOH.
P8041: Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH
AI8045: Chỉ báo độ PH
LI8042: Chỉ báo mức .

LI8047: Chỉ báo xút được cấp tới bình hấp thụ.
XV8044: Van xả nước thải.
c. Hoạt động
Khí thải từ hệ thống SO3 sang chủ yếu là SO2, nó được đưa qua thiết bị lọ
bụi tĩnh điện (ESP) sang bình hấp thụ SO2.
Khí từ lị phản ứng và các hạt mù chứa trong LAB. Các hật mù này được
giữa lại được giữa lại ở hệ thống lọc bụi ESP và được thải ra con đường bằng
tay. Cịn SO2 được đưa đến bình hấp thụ SO2
Ngun lý hấp thụ SO2:Khí SO2 từ bộ lọc tĩnh điện được đưa tới bình hấp
thụ . Ở bình này khí SO2 được hấp thụ với dung dịch NAOH tạo thành Na 2SO3 .
24


Bơm P8041 làm nhiệm vụ bơm tuần hoàn dung dịch kiềm từ bình chứa tới bình
hấp thụ SO2.
AI8045 đo độ PH của dung dịch kiềm, giai đoạn đầu độ PH của dung dịch
kiềm lớn, trong quá trình hấp thụ NaOH được bơm tuần hồn tới bình hấp thụ
SO2 lên độ PH sẽ giảm dần vì do nó đã hấp thụ với khí SO 2 tạo ra Na2SO3. Để
tránh khí thải SO2 ra ngồi mơi trường thì khi độ PH đạt đến giá trị đặt thì hệ
thống sẽ tự động xả van dung dịch hấp thụ ra ngoài bể chứa khu xử lý nước thải
và tự động cấp thêm một lượng NaOH vào bình hấp thụ.[1]
TO ATMOSPHERE
TO ATMOSPHERE
Drawing No:0A020306
852

703

850

30%
CAUSTIC
INLET

PACKED TOWER

SULFITE
OXIDATION
TOWER
OV8051

MAKE - UP
WATER
INLET

851
853

862

SULFATE
SOLUTION
PUTLET TO WHTS

854

SULFITE SOLITION
STORAGE
AIR INLET

860

PURGE AIR
BLOWER
B8032

RECYCLE PUMP
OP8051

BLOWER
B8051

812

OVER FLOW

RYCLE PUMP
P
B041

861

810

PURGE AIR
BLOWER
B8032

NOTES:

ELECTROSTATIC
PRECIPITATOR
V8041

EFFLUENT
GAS INLET

WAST

1. ALL FLOWS ARE IN KC/HR UNLESS OTHERWISE NOTED.

800

813

Hình 1.6. Lưu đồ cơng nghệ hệ thống xử lý khí thải

25