SỰ HÌNH THÀNH VÀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ LPG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ-VIỄN THƠNG

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUN MƠN
CHUN NGÀNH TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI
SỰ HÌNH THÀNH VÀ Q TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ
LPG

Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Thị Chính
Sinh viên thực hiện : Hồng Quốc Bình
MSSV : 1751050056

Lớp: TD17B

Nhóm 1

TP.Hồ Chí Minh, tháng 8/2021


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................ 4
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................... 5
2.1.

KHÍ TỰ NHIÊN .................................................................................................. 5

2.1.1.

Khái niệm ......................................................................................................... 5

2.1.2.

Nguồn gốc ........................................................................................................ 5

2.1.3.

Xử lí khí tự nhiên ............................................................................................. 6

2.2.

SỰ HÌNH THÀNH KHÍ LPG ............................................................................. 7

2.2.1.

Khái niệm khí LPG ........................................................................................... 7

2.2.2.

Lịch sử khí LPG ............................................................................................... 7

2.2.3.

Đặc tính của khí LPG: ...................................................................................... 8

2.2.4.

Nguồn gốc ........................................................................................................ 8

2.3.

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ LPG .................................................................. 9

2.3.1.

Ngun liệu sản xuất và quá trình sản xuất LPG của Nhà máy Hazira .............. 9

2.3.2.

Các chế độ chính trong q trình sản xuất khí LPG của cơng ty Hazira .......... 11

2.4.

ỨNG DỤNG TỰ ĐỘNG HỐ ......................................................................... 14

2.4.1.

Điều khiển q trình. ...................................................................................... 14

2.4.2.

Mục đích và chức năng của điều khiển quá trình ............................................ 14

2.4.3.

Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình ............................... 14

2.4.4.

Cấu tạo hệ thống điều khiển quá trình ............................................................. 15

2.4.5.

Các bộ điều khiển tiêu biểu............................................................................. 16

2.4.6.

Ứng dụng tự động hoá trong tháp chưng cất (LEF COLUMN) ....................... 20

2.4.7.

Hệ thống SCADA trong công nghiệp.............................................................. 22
TỔNG KẾT .................................................................................. 25

Page | 2


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

MỤC LỤC HÌNH
Hình 2-1 Khí tự nhiên trong tự nhiên.................................................................................... 6
Hình 2-2 Nhà máy chế biến khí tự nhiên .............................................................................. 7
Hình 2-3 Quy trình sản xuất khí LPG của nhà máy Hazira ................................................. 10
Hình 2-4 HP GAS SECTION ............................................................................................. 11

Hình 2-5 LIQUID SECTION ............................................................................................. 12
Hình 2-6 LEF COLUMN và LPG COLUMN ..................................................................... 13
Hình 2-7 Các thành phần cơ bản trong hệ thống điều khiển quá trình ................................. 14
Hình 2-8 Cấu tạo hệ thống điều khiển quá trình.................................................................. 15
Hình 2-9 Hệ thống Condensate Fractionation Unit ............................................................. 20
Hình 2-10 Hệ thống SCADA trong cơng nghiệp ................................................................ 22
Hình 2-11 Hệ thống SCADA trong nhà máy Hazira ........................................................... 24

Page | 3


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, trong hầu hết các ngành kinh tế, kỹ thuật, nhất là các ngành công nghiệp đều áp
dụng tự động hóa vào điều khiển các thiết bị và dây chuyền sản xuất. Có thể nói tự động hóa
đã làm thay đổi diện mạo tất cả các ngành sản xuất, nhất là trong nền cơng nghiệp hóa học
nơi địi hỏi cần có sự chính xác cao trong các q trình điều khiển.
Việc ứng dụng rộng rãi tự động hóa các q trình cơng nghệ đang là một trong các yếu tố
then chốt để thúc đẩy tiến độ khoa học kỹ thuật của ngành cơng nghệ. Tự động hóa là bước
phát triển logic của cơ khí hóa sản xuất. Nếu cơ khí hóa thay thế lao động cơ bắp cho con
người thì tự động hóa là bước tiếp tục phát triển thay thế các cơ quan cảm giác và logic của
con người.
Nhờ ứng dụng các phương tiện kỹ thuật tiên tiến, hiện đại như các dụng cụ, các thiết bị và
máy điều khiển cho phép thực hiện các q trình cơng nghệ theo một chương trình đã được
tạo dựng, phù hợp với những tiêu chuẩn cho trước. Có thể nói việc ứng dụng các hệ thống
điều khiển trong các thiết bị cũng như toàn bộ hệ thống sản xuất là một bước tiến dài trong

sự nghiệp phát triển làm tăng sự ổn định và hiệu quả sử dụng.
Chính vì thế u cầu đặt ra đối với sinh viên ngành Tự động hóa là phải nắm vững kiến thức
lý thuyết, phải có thực tế để có thể bắt nhịp với các cơng nghệ tiên tiến. Để củng cố kiến
thức đã được học, chỉ đạo bộ môn đã tạo điều kiện cho sinh viên tìm hiểu kỹ về vấn đề hình
thành và sản xuất khí dầu mỏ hóa lỏng – LPG của Nhà máy Hazira. Em xin chân thành cảm
ơn Nhà trường, giáo viên hướng dẫn đã giúp em hoàn thành đợt thực tập này.

Page | 4


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. KHÍ TỰ NHIÊN
2.1.1. Khái niệm
 Khí tự nhiên là một trong những dạng năng lượng sạch, an toàn và hữu ích trong
cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Khí tự nhiên là một hydrocarbon. Có nghĩa là nó
được tạo thành từ các hợp chất của hydro và cacbon. Hydrocarbon đơn giản nhất là
mêtan,nó chứa một nguyên tử cacbon và bốn ngun tử hydro.
 Khí tự nhiên có thể được tìm thấy chính nó hoặc kết hợp với dầu. Nó khơng màu và
khơng mùi và thực sự là một hỗn hợp các hydrocarbon. Trong khi chủ yếu là khí
mê-tan. Các hydrocarbon khác bao gồm ethane, propan và butan. Nước, dầu, lưu
huỳnh, carbon dioxide, nitơ và các tạp chất khác có thể được trộn với khí khi đi ra
khỏi mặt đất. Những tạp chất này được loại bỏ trước khi khí tự nhiên được đưa đến
khách hàng sử dụng và các doanh nghiệp thương mại.
 Thực tế khí tự nhiên dễ bay hơi. Nó dễ cháy hơn các nguồn năng lượng khác. Điều
đó giúp củng cố vị trí của nó. Coi như là một trong những nguồn năng lượng được
sử dụng nhiều nhất.

2.1.2. Nguồn gốc
 Khí tự nhiên là một nhiên liệu hóa thạch. Điều này có nghĩa nó bắt nguồn từ phần
còn lại của thực vật và động vật sống cách đây hàng triệu năm. Những sinh vật này
đã bị chôn vùi và bị phơi nhiễm với nhiệt. Do nén sâu bên dưới hàng ngàn mét đất
và đá. Những lực này biến đổi một sinh vật sống thành khí tự nhiên.
 Khí tự nhiên được tìm thấy trong các hồ chứa bên dưới bề mặt trái đất. Các lớp đá
lớn bẫy khí tự nhiên khi nó trơi nổi lên bề mặt. Mặc dù các khu vực mà khí bị bẫy
được gọi là hồ bơi. Các phân tử khí tự nhiên thực sự được giữ trong các lỗ nhỏ và
vết nứt trong suốt quá trình hình thành đá.

Page | 5


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

Hình 2-1 Khí tự nhiên trong tự nhiên

2.1.3. Xử lí khí tự nhiên
 Khi khí thiên nhiên được khai thác khỏi mặt đất, nó được vận chuyển bằng đường
ống dẫn khí đến một nhà máy tinh lọc và xử lý, nơi nó được chế biến.
 Khí thiên nhiên được chế biến bằng các thiết bị tách lọc khí để loại bỏ các hợp chất
không phải là hydrocarbon, đặc biệt là hydro sulfide cacbon dioxide. Hai q trình
sử dụng cho mục đích này là hấp thụ và hút bám (absorption and adsorption).
 Quá trình hấp thụ sử dụng một chất lỏng hấp thụ khí tự nhiên và các tạp chất và
phân tán chúng trong chất lỏng này. Trong một quá trình được gọi là hấp thụ hóa
học, các tạp chất phản ứng với chất lỏng hấp thụ. Khí thiên nhiên sau đó thốt ra
khỏi chất hấp thụ còn chất hấp thụ còn tạp chất ở lại trong chất lỏng. Các chất lỏng
hấp thụ thường được sử dụng là nước, các dung dịch amin nước (aqueous amine)

và cacbonat natri.
 Quá trình hút bám là một q trình cơ đặc khí tự nhiên trên bề mặt một chất rắn
hoặc một chất lỏng để loại bỏ tạp chất. Một chất thường được sử dụng cho mục đích
này là cacbon (than), là chất có diện tích bề mặt trên đơn vị trọng lượng rộng. Ví dụ,
các hợp chất lưu huỳnh trong phí tự nhiên được bề mặt hấp thụ của cacbon giữ lấy.
Các hợp chất lưu huỳnh được kết hợp với hydro và oxi để tạo thành axit sulfuric và
có thể loại bỏ.
 Sau khi các tạp chất đã được loại bỏ trong các thiết bị tách lọc, khí thiên nhiên được
vận chuyển đến các nhà máy chế biến nơi các hợp chất như etan, butan và các chất
khác được tách ra để sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Các chất êtan, propan,
và butan được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa dầu.

Page | 6


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

Hình 2-2 Nhà máy chế biến khí tự nhiên

2.2. SỰ HÌNH THÀNH KHÍ LPG
2.2.1. Khái niệm khí LPG
 Khí ga dầu mỏ (LPG) hay khí tự động là tên được gọi chung cho hỗn hợp của
hidrocacbon (là sự kết hợp của 70% butan (C4H10), 30%(C3H8)) mà nó tồn tại ở
dạng khí trong điều kiện bình thường và chuyển sang dạng lỏng bằng cách áp dụng
áp suất vừa phải.
 Khi lưu trữ dưới áp suất nó sẽ trở thành 1 chất lỏng đậm đặc cho phép 1 lượng lớn
khí có thể được lưu trữ trong 1 khoảng không gian nhỏ. Hàm lượng năng lượng
tương tự như xăng.

 Vốn dĩ có đặc tính đốt sạch, LPG được biết đến trên toàn thế giới như là khí tự
động, nó cho bạn 1 cuốc sống mới bởi vì nó mang lại nhiều lợi ích. Khí tự động có
độ phổ biến đứng thứ 3 trong nguyên liệu ô tô và là nguyên liệu có thể thay thế sạch
đứng thứ 1 trên thế giới
2.2.2. Lịch sử khí LPG
 Khí dầu mỏ hố lỏng được tìm thấy vào năm 1912 khi Dr. Walter Snelling, 1 nhà
khoa học người Mỹ, nhận ra rằng khí có thể chuyển thành dạng lỏng và được lưu
trữ dưới áp suất vừa phải. Từ 1912 đến 1920, việc sử dụng khí LPG được phát triển.
Đầu tiên bếp ga LPG được sản xuất vào năm 1912, và nguyên liệu LPG cho ô tô
được phát tiển vào năm 1913. Nền cơng nghiệp khí LPG bắt đầu vào khoảng trước
chiến tranh thế giới I . Vào thời điểm đó, 1 vấn đề trong q trình phân phối khí ga
Page | 7


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

đã xuất hiện. Dần dần các cơ sở được tạo ra để làm mát và nén khí để có thể chuyển
nó về dạng lỏng (bao gồm propan C3H8 và butan C4H10).LPG được bán thương
mại vào 1920
2.2.3. Đặc tính của khí LPG:
 Dễ cháy và nặng hơn khơng khí
 Năng lượng nhiên liệu cao
 Lưu trữ dưới áp suất dạng chất lỏng
 Tỉ lệ hơi trên chất lỏng lớn
 Nó dưới dạng khí ở điều kiện mơi trường
 Khi đặt trong xylanh, nó được lưu trữ ở dạng chất lỏng
 Nó rất nhẹ
 Khơng ăn mịn

 Nó giống như nước và được tích tự ở nơi sâu hơn trong mặt đất hoặc ở chỗ khác
Lưu ý :
 có hai lưu ý khi sử dụng khí LPG.
 Thứ nhất là có thể nổ nếu hỗn hợp khí LPG và khơng khí khơng đúng và nếu ở
đó có nguồn lửa.
 Thứ hai là ngạt thở do LPG đẩy khơng khí ra, điều này làm giảm khí oxy.
 Ngồi ra, một chất tạo mùi được trộn với LPG dùng trong mục đích nhiên liệu có
thể tìm ra dễ dàng chỗ rị rỉ. Số lượng lớn khí LPG có thể được lưu trữ trong bình và
có thể chôn dưới mặt đất
2.2.4. Nguồn gốc
 LPG là sản phẩm của 2 ngành công nghiệp năng lượng lớn : chế biến khí tự nhiên
và lọc dầu thơ
 Trong chế biến khí tự nhiên : Khi khí tự nhiên được hút từ trái đất, nó là 1 hỗn
hợp của 1 vài khí và dung dịch. Metan, nó được bán bởi các cơng ty khí đốt dưới
dạng "khí tự nhiên", chiếm khoảng 90% trong hỗn hợp. 10% còn lại , 5% là
propan và 5% là những khí khác như butan và etan
 Trong tinh chế dầu thô : LPG là sản phẩm đầu tiên được sản xuất để chế tạo
nhiên liệu nặng như diesel, nhiên liệu máy bay, dầu, xăng. Khoảng 3% 1 thùng
dầu thơ điển hình được tinh chế thành LPG, mặc dù có tới 40% những thùng dầu
có thể chuển thành LPG. Trên tồn thế giới, lọc dầu thơ là nguồn cung cấp
khoảng 40% nguồn cung cấp LPG
Page | 8


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.3. Q TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ LPG
 Về cơ bản quy trình sản xuấ t LPG gồ m các bước sau:

 Làm sạch khí: loại bỏ các tạp chất bằng phương pháp lắng, lọc... Sau khi loại bỏ
các tạp chất, khí nguyên liệu còn lại chủ yếu là các hydrocarbon như etan,
propan, butan
 Tách khí: hỗn hợp khí nguyên liệu cần được tách riêng từng khí để sử dụng và
pha trộn cho từng mục đích sử dụng khác nhau. Có thể dùng các phương pháp
tách khí như phương pháp nén, hấp thụ, làm lạnh từng bậc, làm lạnh bằng giãn
nở khí…Qua hệ thống các dây chuyền tách khí có thể thu được propan và butan
tương đối tinh khiết với nồ ng đô ̣ từ 96-98%
 Pha trộn: các khí thu được riêng biệt lại được pha trộn theo các tỷ lệ thể tích
khác nhau tùy theo yêu cầu. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có khá nhiều loại
LPG khác nhau do các hãng cung cấp với các tỷ lệ propan: butan là 30:70, 40:60,
50:50..
 Sau đây em xin sử dụng quá trình sản xuất khí của Nhà máy Hazira
2.3.1. Ngun liệu sản xuất và quá trình sản xuất LPG của Nhà máy Hazira
2.3.1.1. Nguyên liệu đầu vào
 Khí ngọt (sweet gas) từ hệ thống GSU (Gas Sweetening Unit) :
 Khí ngọt là khí tự nhiên có chứa rất ít hoặc khơng chứa hydro sunfua. H2S là
khơng mong muốn do độc tính của nó ngồi việc ăn mịn tất cả các kim loại được
sử dụng trong thiết bị xử lý, xử lý và vận chuyển khí. Việc khơng có H2S ăn mịn
làm cho khí ngọt thân thiện với mơi trường hơn, ngồi ra chi phí sản xuất đường
ống và thiết bị đi kèm cũng thấp hơn cũng như chi phí lắp đặt và bảo trì thấp hơn.
 Hệ thống GSU có mục tiêu chính là loại bỏ khí H2S từ khí chua (Sour gas) để
cung cấp khí ngọt cho người dùng và là nguyên liệu cho hệ thống sản xuất LPG
 Nước ngưng tụ (Condensate) từ hệ thống DPD (Dew Point Depression Unit)
 Khí ngọt và khí khơ được xử lý trong hệ thống DPD để làm giảm mực độ sương
của khí hydrocacbon đến nhiệt độ mức thấp nhất. Khí cấp đầu tiên sẽ được làm
lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt và tiếp tục được làm lạnh tới 5 độ C tại thiết bị
làm lạnh. Nước ngưng tụ chứa hydrocacbon sẽ được sau khi tách sẽ được bơm
đến nhà máy LPG.

Page | 9


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.3.1.2. Q trình sản xuất khí LPG của Nhà máy Hazira

Hình 2-3 Quy trình sản xuất khí LPG của nhà máy Hazira

 Mơ tả q trình sản xuất khí LPG:
 Hệ thống sản xuất khí LPG của cơng ty Hazira có các sản phẩm là khí nạc HP
(HP Lean Gas), khí nạc LP (LP Lean Gas) , LPG và ARN
 Hệ thống có 2 q trình chính
 Q trình 1 : Xử lí khí ngọt (Sweet Gas) được cung cấp từ GSU. Trong q trình
này, khí ngọt sẽ được đưa đến bộ phận xấy khô (Drying) trước khi được đưa tới
hệ thống làm lạnh (Chilling). Ở đây quá trình sẽ sinh ra 2 sản phẩm chính. Sản
phẩm đầu tiên là khí nạc HP được làm lạnh và đưa tới nơi dự trữ. Sản phẩm thứ 2
là dịng chất lỏng chứa các khí cần thiết trong q trình sản xuất khí LPG và
được đưa tới tháp chung cất để kết hợp với dòng chất lỏng ở quá trình 2
 Quá trình 2: Xử lí dịng chất lỏng ngưng tụ ngọt (Sweet Condensate) từ DPD.
Trong q trình này, dịng chất lỏng ngưng tụ ngọt sẽ được xấy khô và được đưa

Page | 10


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

đến Tháp chưng cất. Ở trong tháp chưng cất sẽ sử dụng những hệ thống tách lọc
khí để tách khí LPG và ARN.
2.3.2. Các chế độ chính trong q trình sản xuất khí LPG của cơng ty Hazira
2.3.2.1. HP gas section

Hình 2-4 HP GAS SECTION

 Mơ tả q trình sản xuất khí trong HP Gas Section:
 Khí ngọt được cung cấp từ GSU với hàm lượng 5 MMSCMD ở nhiệt độ 28 độ C
sau khi đi qua thiết bị trao đổi nhiệt E122 sẽ được chứa trong bồn chứa V101.
Một phần khí sẽ được làm lạnh và ngưng tụ hoá lỏng và cung cấp cho chế độ
Liquid Section. Phần còn lại sẽ được đưa qua hệ thống sấy khơ khí (gas dryer)
D101AB.
 Khí sau khi được sấy khơ sẽ được lọc trong X101A/B trước khi được làm lạnh
trong Cold Box tới nhiệt độ -30 độ C và được chứa trong V102. Một phần khí
trong bồn V102 sẽ được tách ra và đưa qua bộ Turbo-Expander làm giản nở đẳng
hướng đến nhiệt độ -54 độ C và được lưu trữ trong bồn V-103. Các chất khí nặng
hơn C3+ trong 2 bồn này sẽ được ngưng tụ thành dạng lỏng và được cung cấp tới
chế độ Tháp chưng cất (LEF COLUMN) để sản xuất khí LPG
 Ngồi ra sản phẩm trong chế độ này là khí nạc HP (HP Lean Gas) được sản xuất
bằng cách trích xuất 1 phần khí ngọt được cung cấp sau đó đi qua hệ thống
COMP (compressor), khí được nén lại đẳng hướng, nhiệt độ khí từ 28 độ C tăng
Page | 11


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

lên 54 độ C, sau đó đi qua thiết bị làm lạnh và được lưu trữ trong bồn V-104. Khí
nạc sẽ được nén tuỳ theo yêu cầu sử dụng của khách hàng
2.3.2.2. LIQUID SECTION

Hình 2-5 LIQUID SECTION

 Mơ tả q trình sản xuất trong LIQUID SECTION
 Nước ngưng tụ được cung cấp từ DPD sẽ được làm lạnh thông qua E115 và kết
hợp với khí ngọt đã được làm lạnh và ngưng tụ thành dạng lỏng được đưa vào dự
trữ trong V115.
 Một phần hỗn hợp trong V115 sẽ được đưa tới người sử dụng thơng qua ổng
phân phối, phần cịn lại sẽ được lọc thông qua X102A/B và X103 và được đưa
tới hệ thống sấy dung dịch (LIQUID DRYER). Sau khi sấy dung dịch sẽ được
đưa tới tháp chưng cất (LEF COLUMN) để sản xuất khí LPG

Page | 12


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.3.2.3. LEF COLUMN và LPG COLUMN

Hình 2-6 LEF COLUMN và LPG COLUMN

 Mơ tả q trình sản xuất trong LEF COLUMN và LPG COLUMN
 Ba dung dịch được cung cấp từ HP SECTION và LIQUID SECTION sẽ được
lưu trự tại Tháp chưng cất (LEF COLUMN). Tháp chưng cất sử dụng hệ thống
chưng cất (Condensate Fractionation Unit) để tách khí nạc LP (LP lean gas)bằng

cách tại điểm cuối của tháp có gắn hệ thống tạo nhiệt. Khi dung dịch được đưa
vào tháp và nằm ở đáy tháp, dung dịch sẽ được trích xuất đi qua hệ thống tạo
nhiệt để làm bay hơi LP Lean Gas. LP Lean Gas sẽ được đưa lại vào tháp, dung
dịch còn lại sẽ đi qua thành tách và được đưa đến tháp LPG (LPG COLUMN)
 Khí LP Lean Gas sau khi được đưa trở lại tháp chưng cất (LEF COLUMN) sẽ
được ngưng tụ và lưu trữ trong bồn V108 để cung cấp cho người sử dụng
 Dung dịch sau khi được đưa vào tháp LPG cũng được làm nóng thơng qua E109.
Khí LPG sẽ được tách ra khỏi dung dịch và được đưa trở lại tháp LPG. Một phần
dung dịch không qua E109 sẽ được phân tách trong tháp LPG và được làm lạnh
để lưu trữ được gọi là khí NAPTHA.
 Khí LPG sau khi được đưa về tháp LPG sẽ được làm lạnh và ngưng tự thành
dạng lỏng và được lưu trữ trong bồn V109. Một phần khí LPG trong bồn V109 sẽ
được trích xuất để đưa tới tháp tách Propan, phần còn lại sẽ đưa tới người sử
dụng

Page | 13


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.4. ỨNG DỤNG TỰ ĐỘNG HỐ
2.4.1. Điều khiển q trình.
 Điều khiển là q trình tác động vào đối tượng cơng nghệ thông qua các cơ cấu
chấp hành nhằm đảm bảo các thông số công nghệ nằm trong giới hạn yêu cầu.
 Hệ thống điều chỉnh tự động là thiết bị, mà hoạt động của nó phụ thuộc vào các tác
động bên ngồi. Khi có sự thay đổi tác động từ bên ngoài, hệ thống điều chỉnh tự
động sẽ đưa ra những phản ứng thích hợp để duy trì các thơng số điều chỉnh.
2.4.2. Mục đích và chức năng của điều khiển quá trình

 Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiệu quả
và kinh tế cho q trình cơng nghiệp
 Tồn bộ chức năng của hệ thống điều khiển q trình có thể phân loại và sắp xếp để
phục vụ 5 mục đích chính sau đây:
 Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru
 Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm
 Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn
 Bảo vệ môi trường
 Nâng cao hiệu quả kinh tế
2.4.3. Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình

Hình 2-7 Các thành phần cơ bản trong hệ thống điều khiển quá trình

Page | 14


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

 Thiết bị đo : Cung cấp tín hiệu ra tỉ lệ theo 1 nghĩa nào đó với đại lượng đo. Một thiết
bị đo gồm 2 thành phần cơ bản là cảm biến (sensor) và thành phần chuyển đổi đo
(transducer)
 Thiết bị điều khiển : là thiết bị tự động thực hiện chức năng điều khiển, là thành phần
cốt lõi của hệ thống điều khiển cơng nghiệp. Tuỳ theo dạng tín hiệu vào ra và phương
pháp thể hiện luật điều khiển, một thiết bị điều khiển có thể được xếp loại là thiết bị
điều khiển tương tự (analog controller), thiết bị điều khiển logic (logic controller),
thiết bị điều khiển rời rạc (Digital controller)
 Thiết bị chấp hành : Một hệ thống/thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển
và thực hiện các tác động can thiệp đến biến điều khiển. Các thiết bị chấp hành tiêu

biểu trong công nghiệp là van điều khiển, động cơ, máy bơm, quạt gió
2.4.4. Cấu tạo hệ thống điều khiển quá trình

Hình 2-8 Cấu tạo hệ thống điều khiển quá trình

 Các giá trị trong hệ thống điều khiển q trình
 Reference Input (r(t)): tín hiệu vào là giá trị mà quá trình điều khiển cần đạt tới.
Đây là giá trị mà người điều khiển mong muốn, là giá trị để cho q trình cơng
nghệ hoạt động ổn định.
 System Output(c(t)) : chính là thơng số cần điều chỉnh, có thể là nhiệt độ, áp suất,
lưu lượng, tốc độ…Mục đích chính của q trình điều khiển là đưa giá trị của c(t)
bằng giá trị của r(t) hoặc thay đổi xung quanh giá trị của r(t)
 System Input (u(t)) : là tín hiệu điều khiển được đưa tới thiết bị chấp hành để thực
hiện. Tín hiệu này phụ thuộc tín hiệu input r(t) và tín hiệu hồi tiếp cht(t)
 Measured Ouput (cht(t)) : tín hiệu hồi tiếp là tín hiệu output của hệ thống mà thiết
bị đo đã đo được và chuyển đổi với tỉ lệ đo tương ứng.
 Error (e(t)) : tín hiệu sai số của tín hiệu input (c(t)) và tín hiệu hồi tiếp (cht(t)) để
đưa vào bộ điều khiển với mục đích tính tốn giá trị hợp lí cho hệ thống.
Page | 15


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.4.5. Các bộ điều khiển tiêu biểu
2.4.5.1. Bộ điều khiển dạng đóng mở (Digital On/Off)
 Đây là dạng cổ điển nhất, nguyên lý hoạt động của chúng chỉ là đóng và mở khi giá
trị cht(t) vượt qua một giá trị r(t) .
 Khi đó xảy ra hai trường hợp

 u(t) = 0 nếu cht(t) > r(t) và u(t) = 100 % nếu cht(t) < r(t);
 Cũng có thể thiết lập u(t) = 0% nếu cht(t) < r(t) và u(t) = 100% nếu cht(t) > r(t)
 Điều khiển đóng mở tuy khơng phổ biến nhưng cũng là khơng thể thiếu và có vai
trị quan trọng, đặc biệt trong các ứng dụng start up, shutdown, an toàn nhà máy.

2.4.5.2. Bộ điều khiển dạng tuyến tính (P- only)
 Khác với dạng đóng mở, dạng tuyến tính sẽ bắt đầu giảm sự dao động của biến điều
khiển q trình do tác động của nhiễu, khi đó OP của dạng này được định nghĩa như
sau:

u(t)=u+K p e(t) (1)
 u là giá trị mà tại đó e(t) = 0, tức là khi cht(t) bằng r(t).
 Kp hệ số tuyến tính
 Từ phương trình (1) thấy rằng giá trị e(t) bằng 0 khi u(t) bằng u , hoặc Kp vô cùng
lớn. Tuy nhiên Kp không thể lớn vô cùng vì Kp quá lớn sẽ dẫn đến những dao động
mạnh làm q trình hoạt động khơng bền vững.
 Ưu điểm: Quá trình phản ứng với các tác động của biến nhiễu nhanh, nguyên lý
hoạt động đơn giản.
 Nhược điểm: Do q trình hoạt động là liên tục, ln có sự tác động của các biến
nhiễu, nên u(t) không thể bằng u điều đó cũng có nghĩa rằng giá trị e(t) bao giờ
cũng khác 0. Khi đó tồn tại một khoảng giá trị giữa cht(t) và e(t), và được gọi
Steady State Error
Page | 16


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

Dạng tuyến tính

 Chính vì nhược điểm trên mà tín hiệu điều khiển dạng tuyến tính chỉ phù hợp khi sự
sai lệch giữa cht(t) và r(t) khơng quan trọng , có thể sai lệch ở mức cho phép.
2.4.5.3. Bộ điều khiển dạng tuyến tính tích phân PI ( Proportional Integral)
 Để cải thiện tính sai lệch của dạng tuyến tính người ta đưa thêm vào phương trình
một số hạng tích phân, tăng khả năng khử nhiễu. Khi đó u(t) được xác định như sau

u(t)=u+K p .e(t)+

Kp
Ti

 e(t)dt

 Mặc dù thành phần tích phân làm cho giá trị e(t) có thể đạt tới 0 nhưng nó lại làm
tăng tính dao động của tín hiệu điều khiển, đồng thời làm chậm sự phản ứng của
quá trình điều khiển tới đối tượng điều khiển.
 Ti gọi là hằng số thời gian tích phân (integral time).
 Ti có mối quan hệ tương hỗ với khả năng kích hoạt của hàm tích phân. Giảm Ti sẽ
làm tăng thời gian phản ứng điều khiển quá trình, làm cho q trình trở lên khó bền
vững, nếu tăng Ti sẽ làm giảm khả năng kích hoạt của hàm tích phân, giảm khả
năng ảnh hưởng của hàm tích phân tới u(t). Do vậy phải chọn Ti một cách phù hợp
với từng loại biến điều khiển. Đồng thời nên chọn lại giá trị Kp thấp hơn trong
trường hợp có thêm thành phần tích phân.
 Dạng PI là dạng tín hiệu điều khiển chính trong cơng nghệ hóa học vì nó vừa kết
hợp được tính hội tụ tới r(t) vừa có thời gian phản ứng đủ nhanh

Page | 17


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

Dạng tuyến tính – tích phân
2.4.5.4. Bộ điều khiển dạng tuyến tính – tích phân- vi phân (Proportional Integral
Derivative)
 Đây là dạng đầy đủ của phương trình u(t), khi đó phương trình có thêm thành phầ n
vi phân :

u(t)=u+K p .e(t)+

Kp
Ti

 e(t)dt+K pTd

de(t)
dt

 Td : hằng số vi phân
 Thành phần vi phân thêm vào có tác dụng tăng tốc độ thay đổi của e(t) để tiến tới 0,
có nghĩa là thời gian hội tụ của quá trình điều khiển sẽ giảm
 Tuy nhiên dạng điều khiển này không phù hợp với nguồn tín hiệu vào q nhiễu vì
khi đó thành phần vi phân sẽ khơng có tác dụng với q trình. Lúc đó dạng tín hiệu
PI sẽ phù hợp hơn.

Dạng tuyến tính – tích phân- vi phân

Page | 18

GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.4.5.5. Lựa chọn các thơng số điều khiển trong cơng nghệ hóa học
 Việc lựa chọn các hằng số Kp, Ti, Td là rất quan trọng, đây là ba tham số cơ bản của
bộ điều khiển, quyết định đến khả năng bền vững của mơ hình, cũng như ảnh hưởng
đến khả năng phản ứng của hệ thống đối với các tác động nhiễu.
 Trong cơng nghệ hóa học có một số thơng số thường được điều khiển là: điều khiển
dòng (FIC), điều khiển áp suất (PIC), điều khiển mức chất lỏng (LIC) và điều khiển
nhiệt độ (TIC).
Bảng 6.1. Giá trị các hằng số Kp, Ti, Td
Biến điều khiển

Kp

Ti

Td

Nhiệt độ

1-10 (1)

2-10 (10)

0-5 (0)

Áp suất

2-10 (2)

2-10 (2)

ít sử dụng

2

ít sử dụng

ít sử dụng

Mức chất lỏng (dạng
PI)

2-10 (2)

1-10 (10)

ít sử dụng

Lưu lượng

0,1-0,65 (0,1)

0,05-0,25 (0,2)

khơng sử dụng

Mức chất lỏng
(dạng P- only)

( ) là giá trị hay sử dụng trong nhiều trường hợp
 Các tác động điều chỉnh chủ yếu của tháp chưng thường được chọn là lưu lượng hơi
V và lưu lượng hồi lưu N.
 Các tác động nhiễu có thể thuộc nhóm kiểm tra được như lưu lượng vào đĩa tiếp
liệu F, nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong dịch vào, entanpi riêng phần của hơi cấp
nhiệt, lưu lượng nước làm lạnh cấp vào thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ nước làm lạnh
cấp vào thiết bị ngưng tụ hoặc nhóm các tác động nhiễu khơng kiểm tra được.
Nhóm này gồm có nhiệt tổn thất vào môi trường xung quanh, sự thay đổi hiệu suất
của các đĩa, của thiết bị truyền nhiệt và của các thiết bị khác. Tuy nhiên trong phần
lớn các trường hợp các tác động nhiễu này xuất hiện trong khoảng thời gian dài,
chính vì vậy mà khi nghiên cứu các chế độ không ổn định người ta thường bỏ qua.
 Các tác động nhiễu thuộc nhóm kiểm tra được, tuỳ thuộc vào đối tượng cụ thể được
thể hiện bằng các kiểu khác nhau. Đặc trưng hơn cả trong số các tác động nhiễu này
là lưu lượng, nồng độ và nhiệt độ dung dịch vào đĩa tiếp liệu và vận tốc dòng hơi đi
trong tháp.
Page | 19


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

 Các thơng số điều khiển có thể chọn là nhiệt độ, nồng độ pha hơi và nồng độ pha
lỏng trong vùng kiểm tra, áp suất, nồng độ sản phẩm đỉnh và đáy, lưu lượng sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, nhiệt độ sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, nhiệt độ
nước làm lạnh sau thiết bị ngưng tụ, mức chất lỏng trong tháp.
2.4.6. Ứng dụng tự động hoá trong tháp chưng cất (LEF COLUMN)

 Tháp chưng cất (LEF COLUMN) sử dụng hệ thống Condensate Fractionation Unit
với mục đích tách khí LP Lean Gas ra khỏi hỗn hợp dung dịch khí LPG để đạt được
khí LPG có hiệu suất tốt hơn

Hình 2-9 Hệ thống Condensate Fractionation Unit

 Để đảm bảo hiệu suất thu hồi LPG cao, tháp chưng cất phải đảm bảo các yêu cầu
thiết kế một cách chặt chẽ.
 Ở tháp chưng cất trong cơng nghiệp dầu khí sẽ có hình dạng trụ đứng. Vật liệu làm
tháp được thiết kế dựa trên độ ăn mòn của nguyên liệu di chuyển bên trong tháp, áp
suất , nhiệt độ làm việc, nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên, thông thường tháp chưng
cấtđược làm bằng thép. Chiều cao tháp được thiết kế dựa trên tổng số đĩa thực tế và
khoảng cách giữa chúng. Thường khi đường kính tháp nằm trong khoảng 1 đến 5 m
thì chiều cao tháp dao động trong khoảng từ 15 – 38 m. Bên trong tháp là một hệ
thống các đĩa (mâm), ngồi ra cịn có thêm cửa để có thể quan sát vệ sinh cũng như
tiến hành sửa chữa, lắp đặt.
 Đường kính: chủ yếu phụ thuộc vào cơng suất của tháp chưng cất, hay nói cách
khác là lưu lượng dòng hơi và dòng lỏng đi vào bên trong tháp. Thông số đường

Page | 20


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

kính tháp sẽ được thiết kế phù hợp sao cho khi tháp làm việc thì sẽ khơng xảy ra
hiện tượng ngập lụt hay cuốn theo dòng lỏng lên đĩa trên.
 Đĩa ( Tray): Là các phần bên trong của tháp chưng cất được đặt nằm ngang để tạo
điều kiện cho pha hơi đi lên và pha lỏng đi xuống bên trong tháp tiếp xúc với nhau

một thời gian đủ lâu để sự trao đổi giữa nguyên liệu xảy ra một cách hoàn hảo. Tùy
vào yêu cầu sản phẩm cũng như chế độ công nghệ mà số đĩa trong tháp thay đổi sao
cho phù hợp nhất. Trên đĩa bao gồm các thành phần:
 Gị chảy tràn: là vách ngăn có chiều cao cố định thấp hơn gờ chắn của ống hơi.Mục
đích của gờ chảy tràn là giữ cho mực chất lỏng bên trên đĩa, tạo điều kiện cho pha
lỏng cũng như pha hơi tiếp xúc.
 Ống chảy truyền: Tiết diện có thể là hình trịn, số ống phụ thuộc vào kích thước
tháp và lưu lượng lỏng. Có thể bố trí một ống hoặc nhiều hơn, và ở hai bên hay
chính giữa đĩa,ổng chảy truyền phải được kéo sát đến gần đĩa dưới ( phải thấp hơn
gờ chảy tràn của đĩa dưới ) để giữ một lớp chất lỏng ở trong ống, ngăn không cho
pha hơi đi qua.
 Nguyên lí hoạt động:
 Nguyên liệu ở dạng lỏng – hơi được đưa vào giữa tháp trở xuống (để dịng lỏng
có thời gian đi xuống vùng chưng của tháp). Phần ở dưới đĩa nhập liệu gọi là
vùng chưng, phần trên đĩa nhập liệu là vùng cất. Tại đây dòng lỏng sẽ chạy từ
vùng chưng xuống đáy tháp. Tại đây mức chất lỏng ln được duy trì và cung
cấp nhiệt để bay hơi, hơi bay lên sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi hơn so với dòng
lỏng. Hơi này sẽ sục vào phần lỏng của các đĩa phái trên. Ở đó, hơi cùng lỏng sẽ
thực hiện quá trình trao đổi pha. Kết quả tạo ra một dịng hơi mới giàu cấu tử dễ
bay hơi hơn, chất lỏng giàu cấu tử khó bay hơi hơn sẽ chảy xuống đáy tháp và lại
tiếp tục trao đổi nhiệt với dòng hơi đang bay lên tại các đĩa mà dòng lỏng này đi
xuống.
 Cứ như vậy tiếp tục qua nhiều bậc, hơi đi ra khỏi đỉnh tháp chưng cất sẽ chứa
nhiều cấu tử dễ bay hơi hơn.Phần lỏng giàu cấu tử khó bay hơi sẽ đi theo dịng
lỏng ra khỏi đáy tháp chưng cất. Dòng lỏng này một phần được đưa vào thiết bị
tái đun sơi, tại đây nó được đun sôi bay hơi một phần và dẫn trở lại tháp với mục
đích cung cấp nhiệt cho q trình đun sơi ở đáy tháp. Dòng hơi bay lên đỉnh tháp
đi qua các đĩa và lên đỉnh tháp, sau khi được hồi lưu 1 phần thì được bơm ra
thùng chứa sản phẩm.

Page | 21


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.4.7. Hệ thống SCADA trong công nghiệp
2.4.7.1. Khái niệm
 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) được hiểu là hệ thống quản lý
tự động hóa quy trình trong cơng nghiệp với chức năng điều khiển giám sát và thu
thập dữ liệu. Mục đích chính của hệ thống SCADA là kết nối đến các hệ thống điều
khiển công nghiệp để thu thập, giám sát, điều khiển và lưu trữ xử lý dữ liệu. Để làm
được điều này hệ thống SCADA phải có khả năng kết nối đến nhiều thiết bị, hệ
thống thống nhất nếu có thể nhằm đưa ra một cái nhìn tổng quan hệ thống và can
thiệp sâu vào hệ thống khi cần thiết.
 SCADA được ứng dụng rộng rãi ở tất cả các lĩnh vực bao gồm:
 Hệ thống quản lý sản xuất: sản xuất điện, thép, dệt may, dược phẩm, hóa chất…
 Hệ thống quan trắc từ xa: trạm bơm, xử lý nước thải…
 Hệ thống giám sát tòa nhà: nhiệt độ – độ ẩm, điều hịa khơng khí, chiếu sáng,
điện năng tiêu thụ

Hình 2-10 Hệ thống SCADA trong cơng nghiệp

2.4.7.2. Thành phần cấu tạo của hệ thống SCADA
 Mọi hệ thống SCADA đều có 3 cấp thành phần cấu tạo chính:
 Cơ cấu chấp hành:
 Bao gồm các thiết bị đo lường như cảm biến, bộ chuyển đổi tín hiệu đo lường,
bộ truyền tín hiệu đo và thiết bị chấp hành như động cơ, biến tần, van và các bộ
điều khiển van.

 Vai trị: Các thiết bị có nhiệm vụ đo đạc các thông số và trực tiếp điều khiển.
Page | 22


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

 Cấp điều khiển:
 Thiết bị trạm đầu xa RTU (Remote Terminal Unit) và thiết bị điều khiển logic
PLC + HMI.
 Vai trị: nhận tín hiệu từ các thiết bị đo lường và lệnh từ trung tâm điều khiển để
trực tiếp điều khiển cơ cấu chấp hành.
 Cấp giám sát và thu thập dữ liệu
 Bao gồm hệ thống máy chủ và màn hình giao diện HMI.
 Vai trị: giám sát hoạt động hệ thống, trực tiếp gửi lệnh điều khiển cho cấp điều
khiển và thu thập dữ liệu từ hệ thống.
2.4.7.3. Lợi ích khi sử dụng hệ thống SCADA
 Hệ thống SCADA đang được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp hiện đại
như năng lượng, thực phẩm, dầu khí, vận tải, xử lý nước và rác thải, v.v. với nhiều
ưu thế nổi bật như:
 Cải tiến quy trình hoạt động: thơng qua việc thu thập, lưu trữ và phân tích dữ
liệu, nhà quản lý có cơ sở để cải thiện quy trình tốt hơn với chi phí thấp hơn mà
lại hiệu quả hơn.
 Nâng cao năng suất: nhờ quá trình phân tích các quy trình sản xuất, nhà quản lý
có thể dùng các thông tin này để nâng cao năng suất sản xuất.
 Cải thiện chất lượng sản phẩm: cũng thơng qua việc phân tích các hoạt động, xử
lý tình huống kịp thời, nhà quản lý có thể tìm cách hạn chế, ngăn chặn các sai
sót, giảm lượng sản phẩm lỗi hỏng trong quá trình sản xuất.
 Giảm thời gian và chi phí vận hành, bảo trì: giảm thiểu nhân sự giám sát, phát

hiện kịp thời sự cố hỏng hóc giúp doanh nghiệp chủ động phương án và giảm chi
phí bảo trì.
 Tăng tính an tồn: hệ thống SCADA thay thế con người giám sát, điều khiển máy
móc tại những khu vực nguy hiểm, độc hại, đồng thời hạn chế sự cố trong q
trình vận hành.
 Bảo tồn vốn đầu tư: các chủ doanh nghiệp ln cân nhắc bài tốn chi phí – lợi
ích khi xem xét đầu tư nâng cấp hệ thống để đảm bảo tính hoạt động lâu dài, hiệu
quả. Một hệ thống SCADA được thiết kế mở sẽ cho phép chủ đầu tư chỉnh sửa,
thay đổi tùy theo quy mơ sản xuất, nhờ đó giúp loại bỏ tính nhất thời, có thể tiếp
tục đầu tư nâng cấp với chi phí thấp hơn nhiều.

Page | 23


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

2.4.7.4. Hệ thống SCADA điều khiển và giám sát sản xuất khí gas

Hình 2-11 Hệ thống SCADA trong nhà máy Hazira

 Trong các nhà máy dầu khí thì việc hiệu chỉnh và điều khiển quá trình hoạt động
của các loại động cơ – van được phân bổ rộng khắp khu vực khai thác.
 Cho nên việc sử dụng hệ thống scada trong việc tắt bật các loại động cơ – máy bơm
hoặc các loại van điều khiển khí nén – tuyến tính và giám sát tốc độ dịng chảy lưu
lượng dầu khí – nhiệt độ – áp suất lượng dầu khí trong nhà máy là điều rất cần thiết.
 Cơ chế thu thập dữ liệu:
 Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá
trình các RTU qt thơng tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng.

Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các
máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU
này.
 Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho
phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực
thi nhiệm vụ

Page | 24


GVHD: Nguyễn Thị Chính

Báo Cáo Thực Tập Chun Mơn

TỔNG KẾT
Tự động hố q trình mang lại nhiều lợi ích đáng kể, hạn chế được lao động chân tay và
tăng năng suất đáng kể
Cảm ơn cơ Nguyễn Thị Chính đã giúp đỡ em trong q trình hồn thành bài báo cáo thực
tập chuyên môn này
Do thời gian hạn chế đồng thời cũng không được tiếp xúc với các thiết bị nên bài báo cáo sẽ
khơng tránh những sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô

Page | 25