BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Khoa Tuấn Nâng cao chất lượng điều khiển tháp chưng cất nhà máy lọc dầu LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Huy Phương HÀ NỘI – 2010 Luận văn Cao học MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỎ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Một số đặc điểm dầu khí 12 1.2.1 Thành phần hoá học dầu khí 12 1.2.2 Các đặc tính quan trọng dầu thô 13 1.2.2.1 Tỷ trọng 13 1.2.2.2 Độ nhớt dầu sản phẩm dầu 13 1.2.2.3 Nhiệt độ sôi trung bình .13 1.2.2.4 Hệ số đặc trưng K .13 1.3 Các phân đoạn dầu mỏ 14 1.3.1 Phân đoạn khí 14 1.3.2 Phân đoạn xăng 15 1.3.3 Phân đoạn kerosene 15 1.3.4 Phân đoạn gasoil nhẹ 15 1.3.5 Phân đoạn gasoil nặng 16 1.3.6 Phân đoạn cặn dầu mỏ (cặn gudon) 16 1.4 Các trình chế biến dầu mỏ 17 1.4.1 Các trình chế biến vật lý lọc dầu 17 1.4.1.1 Chuẩn bị dầu thô trước chế biến 17 1.4.1.2 Quá trình chưng cất dầu thô 19 1.4.2 Các trình chế biến hóa học 19 1.4.2.1 Quá trình cracking 19 1.4.2.2 Quá trình reforming 20 1.4.2.3 Quá trình izome hóa 21 1.4.2.4 Quá trình hydrotreating 22 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT DẦU THÔ .24 2.1 Cơ sở lý thuyết trình chưng cất 24 2.2 Quá trình chưng cất dầu thô 25 2.3.2 Lựa chọn sơ đồ công nghệ chế độ công nghệ trình chưng cất 29 2.3.3 Chế độ công nghệ dây chuyền 32 Trang Luận văn Cao học 2.4 Tháp chưng cất 34 2.4.1 Các loại tháp chưng cất 34 2.4.1.1 Tháp đệm 34 2.4.1.2 Tháp với loại đĩa chụp 34 2.4.1.3 Tháp với đĩa lòng máng, đĩa lưới, đĩa sàng 34 2.4.2 Mô tả toán học tháp chưng cất 35 2.4.2.1 Một số giả thiết 35 2.4.2.2 Các phương trình cân 36 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 38 3.1 Cơ sở điều khiển trình 38 3.1.1 Quá trình biến trình 38 3.1.2 Chức điều khiển trình 40 3.1.3 Các thành phần hệ thống điều khiển trình 40 3.1.3.1 Thiết bị đo 41 3.1.3.2 Thiết bị điều khiển 41 3.1.3.3 Thiết bị chấp hành 41 3.2 Một số sách lược điều khiển sở 42 3.2.1 Điều khiển truyền thẳng 42 3.2.1.1 Cấu trúc tổng quát điều khiển truyền thẳng 42 3.2.1.2 Tính chất điều khiển truyền thẳng 43 3.2.1.3 Ứng dụng điều khiển truyền thẳng 45 3.2.2 Điều khiển phản hồi 45 3.2.2.1 Cấu trúc điều khiển phản hồi .45 3.2.2.2 Vai trò điều khiển phản hồi 46 3.2.3 Điều khiển tỉ lệ 48 3.2.3.1 Cấu hình điều khiển tỉ lệ 48 3.2.3.2 Bản chất ý nghĩa điều khiển tỉ lệ 49 3.2.4 Điều khiển tầng 50 3.2.4.1 Cấu trúc điều khiển tầng 50 3.2.4.2 Ứng dụng điều khiển tầng 52 3.2.5 Một số sách lược điều khiển khác 52 3.2.5.1 Điều khiển suy diễn 52 3.2.5.2 Điều khiển lựa chọn 53 3.2.5.3 Điều khiển phân vùng .53 3.4 Chỉnh định điều khiển PID 54 3.4.1 Phương pháp chỉnh định Ziegler-Nichols 55 3.4.2 Phương pháp mô hình nội (IMC) 57 3.4.2.1 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp IMC 58 3.4.2.2 Hàm truyền mạch vòng kín IMC 58 3.4.2.3 Tổng hợp điều khiển tương quan theo phương pháp IMC 59 3.5 Điều khiển trình đa biến 61 Trang Luận văn Cao học 3.5.1 Tổng quan trình đa biến 61 3.5.2 Điều khiển đa biến/tập trung 63 3.5.2.1 Cấu trúc điều khiển tập trung 63 3.5.2.2 Ưu điểm điều khiển tập trung 63 3.5.2.3 Hạn chế điều khiển tập trung 64 3.5.3 Điều khiển đơn biến/phi tập trung 65 3.5.3.1 Tổng quan điều khiển phi tập trung 65 3.5.3.2 Cấu trúc đối tượng điều khiển 66 3.5.3.3 Phương pháp phân tích ma trận khuếch đại tương đối RGA .67 3.5.3.4 Tính ổn định hệ phi tập trung 69 3.5.4 Điều khiển tách kênh trình đa biến 70 3.5.4.1 Tổng quan 70 3.5.4.2 Tách kênh phần 70 3.5.4.3 Tách kênh hoàn toàn 72 3.6 Bài toán điều khiển tháp chưng cất lọc dầu 76 3.6.1 Cấu hình điều khiển LV 79 3.6.2 Cấu hình điều khiển DV 80 3.6.3 Cấu hình điều khiển D/(L+D)V 81 3.6.4 Cấu hình điều khiển DB 82 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG CẤT HAI CẤU TỬ 83 4.1 Xác định đối tượng mô hình đối tượng 83 4.2 Tính toán điều khiển tháp chưng cất hai cấu tử 84 4.2.1 Điều khiển theo phương pháp tách kênh 85 4.2.2 Tính toán điều khiển PID theo phương pháp IMC 86 4.2.2.1 Xấp xỉ hàm truyền đạt s11 s22 86 4.2.2.2 Tính toán điều khiển theo phương pháp IMC 95 4.2.2.3 Tính toán điều khiển truyền thẳng 97 4.3 Mô trường hợp thiết kế điều khiển không xét đến tác động xen kênh 98 4.4 Mô trường hợp thiết kế điều khiển tách kênh 101 4.3.1 Mô mạch vòng đơn s11 s22 101 4.3.1.1 Mạch vòng đơn s11 101 4.3.1.1 Mạch vòng đơn s22 104 4.3.2 Mô hệ đa biến 106 4.3.2.1 Xây dựng mô hình hệ đa biến 106 4.3.2.2 Mô tác động kênh hệ thống đa biến 108 KẾT LUẬN 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 Trang Luận văn Cao học DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AD : chưng cất khí (Atmospheric Distillation) VD : chưng cất chân không (Vacumn Distillation) CDU : trình lọc dầu thô (Crude oil Distillation Unit) BTX : Benzen, Toluen, Xylen IMC : phương pháp mô hình nội (Internal Model Control) PEM : phương pháp dự báo lỗi (Prediction Error Method) SISO : hệ đơn biến đầu vào đầu MIMO : hệ đa biến nhiều đầu vào nhiều đầu Decoupler : khâu bù kênh RGA : phương pháp ma trận khuếch đại tương đối (Relative Gain Array) Trang Luận văn Cao học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình ảnh nhà máy lọc dầu 11 Hình 1.2 Quy trình chế biến nhà máy lọc dầu 11 Hình 1.3 Sơ đồ trình chế biến dầu mỏ 17 Hình 2.1 Cấu tạo tháp chưng cất đơn giản 26 Hình 2.2 Chưng cất AVD có nhận nguyên liệu cho sản xuất BTX 30 Hình 3.1 Quá trình phân loại biến trình 39 Hình 3.2 Các thành phần hệ thống điều khiển trình 40 Hình 3.3 Cấu trúc tổng quát điều khiển truyền thẳng 42 Hình 3.4 Hai cấu trúc điều khiển truyền thẳng 43 Hình 3.5 Hai cấu hình điều khiển phản hồi thông dụng 46 Hình 3.6 Hai cấu hình điều khiển tỉ lệ .49 Hình 3.7 Hai cấu trúc điều khiển tầng .51 Hình 3.8 Đặc tính đối tượng 56 Hình 3.9 Xác định hệ số khuếch đại tới hạn 57 Hình 3.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển trình theo mô hình nội 58 Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc điều khiển đa biến / tập trung 63 Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phi tập trung 65 Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc tách kênh phần 71 Hình 3.14 Cấu trúc tách kênh Boksenbom Hood 72 Hình 3.15 Sơ đồ cấu trúc tách kênh Zalkind Luyben 74 Hình 3.16 Sơ đồ tháp chưng cất hai cấu tử 77 Hình 3.17 Cấu hình điều khiển LV 79 Hình 3.18 Cấu hình điều khiển DV 80 Hình 3.19 Cấu hình điều khiển D/(L+D)V 81 Hình 3.20 Cấu hình điều khiển DB 82 Hình 4.1 Sơ đồ sách lược điều khiển tách kênh 86 Hình 4.2 Sơ đồ Simulink ước lượng s11 88 Hình 4.3 Khối IDDATA 88 Hình 4.4 Cửa sổ Systems Identification Toolbox GUI 89 Hình 4.5 Cửa sổ nhập liệu 90 Hình 4.6 Cửa sổ Systems Identification Toolbox GUI sau nhập liệu 91 Hình 4.7 Cửa sổ chọn mô hình ước lượng 92 Hình 4.8 Kết ước lượng s11 93 Hình 4.9 Đồ thị so sánh kết ước lượng s11 93 Hình 4.10 Kết ước lượng s22 94 Hình 4.11 Đồ thị so sánh kết ước lượng s22 94 Hình 4.12 Cấu trúc Feedforward 97 Hình 4.13 Mô hình Simulink mô điều khiển không xét đến tác động xen kênh 98 Trang Luận văn Cao học Hình 4.14 Kết mô xen kênh 99 Hình 4.15 Kết mô xen kênh thành phần sản phẩm đỉnh thay đổi 100 Hình 4.16 Kết mô xen kênh thành phần sản phẩm đáy thay đổi 100 Hình 4.17 Mô hình Simulink mạch vòng đơn s11 101 Hình 4.18 Kết mô mạch vòng s11 thay đổi thành phần sản phẩm đỉnh 102 Hình 4.19 Kết mô mạch vòng s11 có tác động nhiễu chưa có khâu bù nhiễu 102 Hình 4.20 Kết mô mạch vòng s11 có tác động nhiễu có khâu bù nhiễu 103 Hình 4.21 Mô hình Simulink mạch vòng đơn s22 104 Hình 4.22 Kết mô mạch vòng s22 thay đổi thành phần sản phẩm đáy 104 Hình 4.23 Kết mô mạch vòng s22 có tác động nhiễu chưa có khâu bù nhiễu 105 Hình 4.24 Kết mô mạch vòng s22 có tác động nhiễu có khâu bù nhiễu 105 Hình 4.25 Mô hình Simulink hệ đa biến 106 Hình 4.26 Sơ đồ khối Process 107 Hình 4.27 Sơ đồ khối Decoupler 107 Hình 4.28 Sơ đồ khối Disturbance model 107 Hình 4.29 Sơ đồ khối Feedforward 107 Hình 4.30 Kết mô hệ đa biến thay đổi thành phần sản phẩm đỉnh 108 Hình 4.31 Kết mô hệ đa biến thay đổi thành phần sản phẩm đáy 108 Hình 4.32 Kết mô hệ đa biến thay đổi điểm làm việc có tác động nhiễu 109 Trang Luận văn Cao học LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam ta nước có trữ lượng dầu mỏ lớn khu vực với mỏ Bạch Hổ, mỏ Rạng Đông, mỏ Rồng,… xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy lọc dầu nước ta Trước chưa có nhà máy lọc dầu, đất nước ta chưa chế biến dầu thô thành sản phẩm có giá trị thương mại cao mà chủ yếu khai thác, xuất dầu thô, lại phải nhập hầu hết sản phẩm từ dầu mỏ để phục vụ cho việc phát triển công nghiệp sống sinh hoạt Hiện tại, với nhà máy lọc dầu Dung Quất đất nước ta chế biến phần lượng dầu thô khai thác được, song tương lai đất nước ta phải xây dựng thêm nhà máy lọc dầu để khai thác chế biến dầu mỏ với sản lượng cao hiệu kinh tế tốt hơn, đóng góp nhiều vào GDP đất nước Ngày nay, khoa học công nghệ không ngừng phát triển lĩnh vực điều khiển trình không nằm xu hướng Trong lĩnh vực điều khiển trình, nhiều lý thuyết điều khiển, phương pháp điều khiển mới, nhiều thiết bị điều khiển đại nghiên cứu, đưa áp dụng để giải toán điều khiển công nghiệp ngày phức tạp Trong đó, nhà máy lọc dầu nơi chứa nhiều toán điều khiển công nghiệp điển hình phức tạp mảnh đất cho nhà khoa học, nhà điều khiển nghiên cứu, khám phá thử nghiệm áp dụng lý thuyết Những năm gần đây, Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu điều khiển trình công nghệ lọc hóa dầu đưa ra, song so với giới bước nhỏ Vì lý tác giả chọn đề tài : “Nâng cao chất lượng điều khiển tháp chưng cất nhà máy lọc dầu” để nghiên cứu mong muốn đóng góp phần nhỏ vào công việc nghiên cứu điều khiển trình nước ta Mục tiêu đề tài tìm hiểu công nghệ lọc hóa dầu, đối tượng tháp chưng cất, làm rõ toán điều khiển đó, tìm hiểu phương pháp điều khiển Trang Luận văn Cao học tạo sở cho việc thiết kế điều khiển nâng cao chất lượng điều khiển tháp chưng cất lọc dầu Để giải nội dung đề tài, luận văn gồm chương: - Chương 1: Tổng quan nhà máy lọc dầu công nghệ chế biến dầu mỏ - Chương 2: Công nghệ chưng cất dầu thô - Chương 3: Giới thiệu điều khiển trình - Chương 4: Nghiên cứu điều khiển tháp chưng cất hai cấu tử Để hoàn thành luận văn tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô môn Tự động hóa XNCN, thầy cô Khoa Điện - Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình học, nghiên cứu hoàn thành luận văn Đặc biệt luận văn hoàn thành hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Huy Phương, người tận tình dẫn tác giả nghiên cứu đề tài Tác giả xin cảm ơn người thân, bạn bè đồng nghiệp ủng hộ động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình hoàn thành luận văn Trong trình thực luận văn thân nỗ lực làm việc nghiêm túc, khó khăn thời gian hạn chế kiến thức, mặt khác vấn đề phức tạp nên chắn luận văn nhiều thiếu sót, tác giả mong nhận đánh giá góp ý phê bình quý thầy cô bạn đồng môn Hà Nội, ngày 22 tháng 10 năm 2010 Học viên thực Đỗ Khoa Tuấn Trang Luận văn Cao học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỎ 1.1 Giới thiệu chung Công nghệ chế biến dầu mỏ xem bắt đầu đời từ năm 1859, với nước Mỹ nước tiên phong Nhưng sau thời gian ngắn sau đó, nhiều nước toàn giới tham gia khai thác dầu mỏ Thế kỷ 20 trở thành kỷ chứng kiến ngành công nghiệp dầu mỏ tăng trưởng nhanh chóng trở thành công nghiệp mũi nhọn Ngày nay, sản phẩm lượng dầu mỏ chiếm tới 70% tổng số lượng tiêu thụ toàn giới Hai mục tiêu công nghiệp dầu khí là: + Cung cấp sản phẩm lượng cho nhu cầu nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp sản phẩm dầu mỡ bôi trơn + Cung cấp hóa chất cho ngành tổng hợp hóa dầu hóa học tạo phát triển mạnh chủng loại sản phẩm ngành hóa chất, vật liệu Hóa dầu thay dần hóa than đá vượt lên công nghiệp chế biến than Nguyên liệu dầu mỏ có nhiều đặc tính quý mà nguyên liệu từ than đá khoáng chất khác được, giá thành thấp, thuận tiện cho trình tự động hóa, dễ khống chế điều kiện công nghệ có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu từ dầu mỏ có chất lượng cao, tạp chất, dễ tinh chế tạo nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế Trước hết phải kể đến sản phẩm lượng từ dầu khí Đặc điểm lớn sản phẩm dễ sử dụng, dễ điều khiển tự động, dễ vận chuyển, bảo quản, sử dụng có tro xỉ Nhiên liệu xăng ngày phát triển nhiều chất lượng, đáp ứng yêu cầu động có tỷ số nén cao, độc tố có hại cho môi trường, hoạt động tốt nhiều loại điều kiện Bởi vậy, nhiên liệu xăng trở nên quen thuộc xã hội đại Các nhiên liệu khác nhiên liệu phản lực, nhiên liệu diezel góp phần phát triển động có kích thước Trang Luận văn Cao học  Trường hợp thiết kế điều khiển không xét đến tác động xen kênh: Trong trường hợp ta coi hệ đa biến vào thành hai hệ SISO có hai hàm truyền g11 g22 (tức bỏ qua, không xét đến tác động xen kênh hai kênh), điều khiển tính toán sau:  Với hàm truyền g11: Mô hình: g11  12,8 es  16,7 s Chọn số thời gian mạch vòng kín là:  C = 8,35; ta tính tham số điều khiển PI: KC = 0,14  I = 16,7  Với hàm truyền g22: Mô hình: g 22   19,4  3s e  14,4 s Chọn số thời gian mạch vòng kín là:  C = 12; ta tính tham số điều khiển PI: KC = -0,049  I = 14,4 4.2.2.3 Tính toán điều khiển truyền thẳng Thành lập thành phần cấu thành Feedforward: Hình 4.12 Cấu trúc Feedforward Ta có từ lý thuyết điều khiển truyền thẳng: G ff ( s )  Gd ( s ) G(s) (4.30) Trang 97 Luận văn Cao học  Tính toán thành phần gff1 cho mạch vòng đơn s11: Ta có: * s11  g d1  6,3228 e 0,12181s  10,339s 4,9e 3 s ; 13,2 s   g ff  gd  3,8e 8 s 14,9 s  g d 0,775(10,339s  1)  2,87819s  e * s11 13,2 s  (4.31)  Tính toán thành phần gff2 cho mạch vòng đơn s22: Ta có: * s22  gd   9,6064  , 9423s e  7,9541s 3,8e 8 s 14,9 s   g ff  g d  0,396(7,9541s  1)  5, 0577 s  e * s22 14,9 s  (4.32) 4.3 Mô trường hợp thiết kế điều khiển không xét đến tác động xen kênh Xây dựng mô hình Simulink sau: Hình 4.13 Mô hình Simulink mô điều khiển không xét đến tác động xen kênh Trang 98 Luận văn Cao học  Mô hệ không xét tác động xen kênh Trường hợp này, hai công tắc CT CT1 đặt vị trí Ta tiến hành thay đổi giá trị đặt thành phần sản phẩm đỉnh thành phần sản phẩm đáy từ giá trị (96 mol%; 0,5 mol%) thành (97 mol%; 0,4 mol%): Hình 4.14 Kết mô xen kênh  Mô hệ có tác động xen kênh Lúc này, ta cho hai công tắc CT CT1 vị trí tiến hành mô phỏng: + Thay đổi giá trị đặt thành phần sản phẩm đỉnh từ 96 mol% lên 97 mol% để xem tác động lên thành phần sản phẩm đáy: Trang 99 Luận văn Cao học Hình 4.15 Kết mô xen kênh thành phần sản phẩm đỉnh thay đổi + Thay đổi giá trị đặt thành phần sản phẩm đáy từ 0,5 mol% lên 0,6 mol% để xem tác động lên thành phần sản phẩm đỉnh: Hình 4.16 Kết mô xen kênh thành phần sản phẩm đáy thay đổi Từ kết mô ta thấy: có thay đổi giá trị đặt kênh hai kênh hệ kênh lại bị thay đổi tương đối lớn, tức tác Trang 100 Luận văn Cao học động xen kênh tương đối nhiều Như vậy, thiết kế điều khiển cho hệ coi hệ đa biến hai hệ SISO cho chất lượng không tốt không loại trừ ảnh hưởng lẫn kênh hệ thống 4.4 Mô trường hợp thiết kế điều khiển tách kênh 4.3.1 Mô mạch vòng đơn s11 s22 4.3.1.1 Mạch vòng đơn s11 Từ kết tính toán ta xây dựng mô hình Simulink sau: Hình 4.17 Mô hình Simulink mạch vòng đơn s11  Kết mô tác động nhiễu, giá trị đặt thành phần sản phẩm đỉnh thay đổi từ 96 lên 97 mol%: Trang 101 Luận văn Cao học Hình 4.18 Kết mô mạch vòng s11 thay đổi thành phần sản phẩm đỉnh Ta thấy với điều khiển thành lập phương pháp IMC cho kết tốt: trình độ độ điều chỉnh  Khi có tác động nhiễu lưu lượng nguyên liệu cấp thay đổi từ 2,45 lb/min lên 2,79 lb/min tức tăng thêm 0,34 lb/min (khoảng 14%): + Khi khâu bù nhiễu: Hình 4.19 Kết mô mạch vòng s11 có tác động nhiễu chưa có khâu bù nhiễu Trang 102 Luận văn Cao học + Khi có khâu bù nhiễu: Hình 4.20 Kết mô mạch vòng s11 có tác động nhiễu có khâu bù nhiễu Từ kết trên, ta dễ dàng thấy kết hợp điều khiển phản hồi với điều khiển truyền thẳng với nhiệm vụ bù nhiễu ảnh hưởng nhiễu lên trình giảm đáng kể Khi chưa có bù nhiễu: ảnh hưởng nhiễu lên thành phần sản phẩm đỉnh lớn khiến hệ kín phải thời gian độ để đưa biến đầu giá trị xác lập lớn (khoảng 40 phút) với đỉnh dao động lớn Còn có bù nhiễu ảnh hưởng nhiễu lên biến trình giảm đáng kể, đỉnh dao động giảm nhiều khoảng 1/3 so với chưa có bù nhiễu thời gian độ giảm nhiều (chỉ khoảng 20 phút) Trang 103 Luận văn Cao học 4.3.1.1 Mạch vòng đơn s22 Xây dựng mô sau: Hình 4.21 Mô hình Simulink mạch vòng đơn s22  Kết mô chưa có nhiễu tác động, thành phần sản phẩm đáy thay đổi từ 0,5 mol% lên 0,6 mol%: Hình 4.22 Kết mô mạch vòng s22 thay đổi thành phần sản phẩm đáy Kết mô cho thấy đặc tính độ hệ có điều khiển tính theo phương pháp IMC tốt, đặc tính độ điều chỉnh, thời gian đáp ứng không chậm Trang 104 Luận văn Cao học  Khi có tác động nhiễu lưu lượng nguyên liệu cấp thay đổi từ 2,45 lb/min lên 2,79 lb/min tức tăng thêm 0,34 lb/min (khoảng 14%): + Khi chưa có bù nhiễu: Hình 4.23 Kết mô mạch vòng s22 có tác động nhiễu chưa có khâu bù nhiễu + Khi có bù nhiễu: Hình 4.24 Kết mô mạch vòng s22 có tác động nhiễu có khâu bù nhiễu Trang 105 Luận văn Cao học Từ hai đồ thị trên, ta thấy việc kháng nhiễu cách sử dụng điều khiển truyền thẳng hiệu Khi chưa có bù nhiễu: ảnh hưởng nhiễu lên thành phần sản phẩm đỉnh lớn, hệ kín phải khoảng thời gian độ để đưa biến đầu giá trị xác lập tương đối lớn (khoảng 100 phút) với đỉnh dao động lớn, đặc biệt ta thấy biến thành phần sản phẩm đáy nhạy với nhiễu Khi có bù nhiễu ảnh hưởng nhiễu lên biến trình giảm đáng kể, đỉnh dao động giảm nhiều khoảng 1/4 so với chưa có bù nhiễu thời gian độ giảm (chỉ khoảng 80 phút) Thực ta thấy rõ ưu điểm điều khiển truyền thẳng khả loại bỏ nhiễu trước kịp ảnh hưởng xấu tới trình Tuy nhiên mô hình trình mô hình nhiễu không hoàn toàn xác nên việc tính toán hàm bù nhiễu cũng xác với sử dụng bước xấp xỉ tính toán dẫn đến ảnh hưởng nhiễu lên hệ khắc phục hoàn toàn, có ảnh hưởng nhỏ lên hệ 4.3.2 Mô hệ đa biến 4.3.2.1 Xây dựng mô hình hệ đa biến Hình 4.25 Mô hình Simulink hệ đa biến Trong đó: Trang 106 Luận văn Cao học - Khối hàm truyền đối tượng – Process: Hình 4.26 Sơ đồ khối Process - Khối tách kênh – Decoupler: Hình 4.27 Sơ đồ khối Decoupler - Khối hàm truyền nhiễu – Disturbance model: Hình 4.28 Sơ đồ khối Disturbance model - Khối bù nhiễu – Feedforward: Hình 4.29 Sơ đồ khối Feedforward Trang 107 Luận văn Cao học 4.3.2.2 Mô tác động kênh hệ thống đa biến Chưa xét tác động nhiễu, ta tiến hành cho thành phần sản phẩm đỉnh thay đổi từ 96 mol% lên 97 mol% để xem tác động xen kênh lên thành phần sản phẩm đáy: Hình 4.30 Kết mô hệ đa biến thay đổi thành phần sản phẩm đỉnh Như vậy, có tác động thay đổi biến đầu vào, trường hợp thay đổi giá trị đặt thành phần sản phẩm đỉnh ta thấy tác động xen kênh nhỏ, biến đầu thành phần sản phẩm đáy bị tác động nhỏ  Ngược lại, thay đổi thành phần sản phẩm đáy từ 0,5 lên 0,6 mol% ta có : Hình 4.31 Kết mô hệ đa biến thay đổi thành phần sản phẩm đáy Trang 108 Luận văn Cao học Ta thấy thay đổi giá trị điểm đặt thành phần sản phẩm đáy tác động xen kênh lên biến đầu thành phẩn sản phẩm đỉnh nhỏ, khiến thành phần sản phẩm đỉnh thay đổi không đáng kể  Tiếp tục ta tiến hành thay đổi điểm làm việc tháp chưng cất hai cấu tử sau: đưa hệ thống làm việc từ điểm làm việc ban đầu (y1,y2) = (96mol%; 0,5mol%) tới điểm làm việc (y1,y2) = (97mol%; 0,4mol%): Hình 4.32 Kết mô hệ đa biến thay đổi điểm làm việc có tác động nhiễu Nhận xét: Từ kết mô trên, ta kết luận việc thiết kế điều khiển thành phần sản phẩm tháp chưng cất hai cấu tử tương đối tốt, hệ điều khiển cho đặc tính độ gần độ điều chỉnh, thời gian độ không lớn, tác động qua lại kênh loại bỏ; ảnh hưởng nhiễu trình lên hệ giảm thiểu Trang 109 Luận văn Cao học KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài cách nghiêm túc, tác giả hoàn thành luận văn cao học: “Nâng cao chất lượng điều khiển tháp chưng cất nhà máy lọc dầu” đạt công việc sau: + Giới thiệu tổng quan công nghệ lọc hóa dầu, đối tượng tháp chưng cất nhà máy lọc dầu + Tìm hiểu sách lược điều khiển, phương pháp chỉnh định điều khiển, phương pháp điều khiển tách kênh điều khiển hệ đa biến + Tính toán, thiết kế điều khiển thành phần sản phẩm đối tượng tháp chưng cất hai cấu tử sở phương pháp điều khiển tách kênh, phương pháp điều khiển theo mô hình nội, bù nhiễu điều khiển truyền thẳng Từ so sánh đánh giá kết quả, chất lượng điều khiển Tháp chưng cất đối tượng điều khiển phức tạp gồm nhiều biến đầu vào, đầu với nhiều chế độ hoạt động khác Bởi vậy, việc điều khiển tháp chưng cất công việc có khối lượng lớn phức tạp Trong luận văn tác giả dừng lại tháp chưng cất điển hình tháp chưng cất hai cấu tử, hướng nghiên cứu nghiên cứu với đối tượng tháp chưng cất nhiều cấu tử hơn, phần điều khiển phát triển hướng điều khiển tách kênh phản hồi trạng thái,… Trang 110 Luận văn Cao học TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TSKH Nguyễn Bin (2004), Các trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, Nhà xuất KHKT, Hà Nội Lê Văn Hiếu (2009), Công nghệ chế biến dầu mỏ, Nhà xuất KHKT, Hà Nội Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất KHKT, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất KHKT, Hà Nội Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở điều khiển trình, Nhà xuất KHKT, Hà Nội Douglas J Copper (2004), Control Station LLC, Practical Process Control using Control Station 3.7 Page S Buckey, William L Luyben, Joseph P Shunta (1985), Design Distillation Column Control Systems, Publishers Creative Services Inc., New York Sigurd Skogestad (1997), “Dynamics and Control of Distillation Columns A tutorial introduction”, Trans IchemE, Vol 75, Part A, Sept 1997 John M Wassick, R Lai Tummala (1987), “Multivariable Internal Model Control for a Full-Scale Industrial Distillation Column”, American Control Conference, Minnesota 10 R.K Wood, M.W Berry (1973), “Terminal Composition Control of a Binary Distillation Column”, Chemical Engineering Science, 28: 1707-1717 11 M T Tham (1999), “Multivariable control: An introduction to decoupling control”, chapter 8, Industrial Digital Control Systems, IEEE Control Engineering Series 37 Trang 111 ... việc thiết kế điều khiển nâng cao chất lượng điều khiển tháp chưng cất lọc dầu Để giải nội dung đề tài, luận văn gồm chương: - Chương 1: Tổng quan nhà máy lọc dầu công nghệ chế biến dầu mỏ - Chương... trình nghiên cứu điều khiển trình công nghệ lọc hóa dầu đưa ra, song so với giới bước nhỏ Vì lý tác giả chọn đề tài : Nâng cao chất lượng điều khiển tháp chưng cất nhà máy lọc dầu để nghiên cứu... vật chất vào tháp phải tổng lượng vật chất khỏi tháp Toàn nhiệt lượng vào tháp chưng cất tổng lượng nhiệt khỏi tháp Nếu ta thay đổi nhiệt lượng vào tháp hay nhiệt lượng khỏi tháp thành phần chất