Tiến Sĩ Điều khiển tối ưu quá trình đa biến trong công nghiệp lọc hóa dầu

i
MỤC LỤC
Trang

MỤC LỤC . i
DANH LỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT . iv
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ . vii
LỜI CẢM ƠN x
MỞ ĐẦU . 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÁP CHƯNG CẤT 6
1.1. Khái quát về tháp chưng cất . 6
1.2. Nguyên lý hoạt động của tháp chưng cất. . 6
1.3. Mô hình hóa tháp chưng cất . 8
1.3.1. Xây dựng mô hình toán học bằng phương pháp lý thuyết . 9
1.3.2. Phương pháp thực nghiệm . 15
1.4. Điều khiển tháp chưng cất hai sản phẩm . 16
1.4.1. Các cấu hình điều khiển tháp chưng cất 16
1.4.1.1. Khái quát về cấu trúc điều khiển tháp chưng cất 17
1.4.1.2. Cấu hình LV 18
1.4.1.3. Cấu hình DB . 19
1.4.1.4. Cấu hình DV . 20
1.4.1.5. Các đặc điểm của cấu hình điều khiển 21
1.4.2. Phương pháp điều khiển tháp chưng cất hai sản phẩm . 25
1.4.2.1. Cấu trúc điều khiển đơn biến – phi tập trung 26
1.4.2.2. Cấu trúc điều khiển đa biến-tập trung . 28
1.5. Hoạt động nghiên cứu, khai thác dầu thô và xử lý khí ở Việt Nam . 31
Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO THÁP CHƯNG
CẤT C-02 34
2.1. Mục đích xây dựng mô hình . 34
2.2. Khái quát về tháp C-02 . . 35 ii
2.2.1. Chức năng và nhiệm vụ của tháp C-02 . 35
2.2.2. Nguyên tắc hoạt đông của cụm tháp ổn định C-02 .
2.2.3. Bình tích V-15 (Deethanizer Bottom Buffer Drum) .
35
38
2.2.4. Thiết bị ngưng tụ E-02 (Stabilizer Consender) . 38
2.2.5. Bình gia nhiệt E-03 (Stabilizer Reboiler) . 39
2.3. Xây dựng mô hình phi tuyến cho tháp C-02 . 39
2.3.1. Các giả thiết đơn giản hóa 41
2.3.2. Các phương trình toán động học . 43
2.3.3. Thông số của tháp C02 . 47
2.3.4. Khảo sát động học của tháp C02 57
2.4. Xây dựng mô hình tuyến tính cho tháp C-02 63
2.4.1. Mô hình với biến đầu ra là nồng độ sản phẩm 63
2.4.2. Mô hình với đầu ra là nhiệt độ tháp 68
2.5. Kết luận . 78
Chương 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÁP CHƯNG CẤT
C-02 80
3.1. Lựa chọn cấu trúc điều khiển cho tháp C-02 . . 80
3.1.1. Ma trận khuếch đại tương đối RGA 82
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của vòng điều khiển mức 83
3.1.3. Khảo sát đáp ứng động khi thay đổi lưu lượng nguồn cấp 85
3.1.4. Khảo sát đáp ứng tần số với nhiễu 87
3.1.5. So sánh đáp ứng tuyến tính và phi tuyến 90
3.1.6. So sánh giữa các cấu hình 91
3.1.7. Cấu hình L(V/F) . 92
3.1.8. Nhận xét 94
3.2. Thiết kế bộ điều khiển cho tháp C-02 . 94
3.2.1. Các yêu cầu và mục đích điều khiển . 94
3.2.2. Hệ thống điều khiển hiện tại của tháp C-02 . 95
3.2.3. Cấu trúc điều khiển đơn biến . 100 iii
3.2.4. Điều khiển dự báo theo mô hình (MPC) 103
3.2.4.1. Tình hình nghiên cứu, áp dụng MPC trong điều khiển tháp
chưng . 103
3.2.4.2. Xây dựng bộ điều khiển MPC cho tháp chưng cất C-02 . 104
3.3. Kết luận . 115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NCS 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 120
PHỤ LỤC . 128
iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT


Ký hiệu Mô tả Đơn vị
x D Nồng độ mol của pha lỏng trên đỉnh tháp phần mol
x B Nồng độ mol của pha lỏng dưới đáy tháp phần mol
y D Nồng độ mol của pha hơi trên đỉnh tháp phần mol
y B Nồng độ mol của pha hơi dưới đáy tháp phần mol
x i,j Nồng độ mol cấu tử j pha lỏng trên đĩa i phần mol
y i,j Nồng độ mol cấu tử j pha hơi trên đĩa i phần mol
x D,j Nồng độ mol của cấu tử j trong pha lỏng đỉnh tháp phần mol

x B,j Nồng độ mol của cấu tử j trong pha lỏng đáy tháp phần mol

y D,j Nồng độ mol của cấu tử j trong pha hơi đỉnh tháp phần mol

y B,j Nồng độ mol của cấu tử j trong pha hơi đáy tháp phần mol

z F Nồng độ phần mol dòng cấp liệu phần mol
H i Enthalpy của dòng hơi tại đĩa thứ i kcal/kmol
h i Enthalpy của dòng lỏng tại đĩa thứ i kcal/kmol
h D Enthalpy của pha lỏng trong sản phẩm đỉnh kcal/kmol
h B Enthalpy của pha lỏng trong sản phẩm đáy kcal/kmol
L Lưu lượng hồi lưu đỉnh tháp kmol/s
L i Lưu lượng lỏng ở đĩa thứ i kmol/s
L R Lưu lượng dòng lỏng chảy trên vùng cất kmol/s
L S Lưu lượng dòng lỏng chảy trên vùng chưng kmol/s
M i Lượng chất lỏng trên đĩa thứ i kmol
M D Lượng chất lỏng trong bình ngưng ở đỉnh tháp kmol
M B Lượng chất lỏng trong nồi tái đun đáy tháp kmol
M iV Trữ lượng pha hơi trên đĩa thứ i kmol
T i Nhiệt độ tại đĩa thứ i
o
C
V R Lưu lượng dòng hơi trên vùng cất kmol/s
V S Lưu lượng dòng hơi trên vùng chưng kmol/s
V n Dòng hơi đỉnh tháp kmol/s
V B Dòng hồi lưu hơi đáy tháp kmol/s
B Lưu lượng sản phẩm đáy kmol/s v
D Lưu lượng sản phẩm đỉnh kmol/s
F Lưu lượng của dòng cấp liệu kmol/s
L Lưu lượng hồi lưu kmol/s

V Lưu lượng hơi cấp nhiệt kmol/s

N Số lượng các đĩa lọc Đĩa
NT Số đĩa lý thuyết Đĩa
T Nhiệt độ tuyệt đối của hệ
o
C
Q c Lưu lượng nhiệt thu hồi trong bình ngưng (Condenser) J/s
Q R Lưu lượng nhiệt cấp cho nồi tái đun (Reboiler) J/s
R e Tỉ số dòng hồi lưu đỉnh %
FC Bộ điều khiển lưu lượng
LC Bộ điều khiển mức

LT Bộ chuyển đổi mức

FI Hiển thị lưu lượng

LI Hiển thị mức

PC Bộ điều khiển áp suất
PT Bộ chuyển đổi áp suất
PI Hiển thị áp suất

TC Bộ điều khiển nhiệt độ

TT Bộ chuyển đổi nhiệt độ

TI Bộ hiển thị nhiệt độ
LAHH Cảnh báo mức quá cao
PAHH Cảnh báo áp suất quá cao
LALL Cảnh báo mức quá thấp
GPP Gas Processing Plant
MF Minimum Facilities
AMF Absolute Minimum Facilities
n F Chỉ số đĩa cấp liệu tại đĩa f
N c Số lượng các cấu tử trong hỗn hợp
K j Hằng số cân bằng pha của hydrocacbon
NF Vị trí đĩa cấp liệu
α j,k Độ bay hơi tương đối của cấu tử j so với cấu tử k
vi
DANH MỤC BẢNG

Bảng Trang
2.1 Các thông số sản phẩm của tháp C-02 38
2.2 Số liệu vận hành tháp C02 48
2.3 Các thông số của tháp . 48
2.4 Xác định vị trí cấp liệu 50
2.5 Kết quả thông số tháp C-02 thu được từ Aspen . 51
2.6 Kết quả enthalpy của pha lỏng, pha hơi trên từng đĩa 55
2.7 So sánh kết quả với số liệu thực tế khi F thay đổi 62
2.8 Giá trị thành phần cấu tử nhẹ tại trạng thái xác lập 66
2.9 Giá trị nhiệt độ tháp tại trạng thái xác lập . 71
2.10 Tỷ số giữa sai lệch của nhiệt độ và L, V tại các đĩa đáy tháp 74
2.11 Tỷ số giữa sai lệch của nhiệt độ và L, V tại các đĩa đỉnh tháp 75
2.12 Tham số của bộ điều khiển PID cho hai vòng điều khiển thành phần 78
3.1 Ảnh hưởng của các yếu tố tới việc lựa chọn cấu hình điều khiển 91
3.2 Thay đổi của sản phẩm tháp khi tăng F ứng với các cấu hình khác
nhau .
93
3.3 Nồng độ sản phẩm tháp 96
3.4 Yêu cầu về chất lượng sản phẩm 104
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình Trang
1.1 Cấu trúc cơ bản của một tháp chưng cất . 7
1.2 Sơ đồ đặc tả các bài toán điều khiển tháp chưng cất hai sản phẩm 17
1.3 Cấu hình LV . 19
1.4 Cấu hình DB . 20
1.5 Cấu hình DV . 21
2.1 Sơ đồ công nghệ tháp C-02 37
2.2 Mô tả các dòng vật chất tại thiết bị ngưng . 43
2.3 Mô tả các dòng vật chất tại đĩa n 44
2.4 Mô tả các dòng vật chất tại đĩa i . 45
2.5 Mô tả các dòng vật chất tại đĩa cấp liệu f . 45
2.6 Mô tả các dòng vật chất đĩa thứ nhất . 46
2.7 Mô tả các dòng vật chất tại thiết bị gia nhiệt . 47
2.8 Mô hình mô phỏng tháp C02 . . 48
2.9 Thông số của tháp C-02 . 49
2.10 Kết quả khối sản phẩm đỉnh . 49
2.11 Kết quả khối sản phẩm đáy 50
2.12 Độ bay hơi tương đối của cấu tử nhẹ (C 3 H 8 ) so với cấu tử nặng
(C 5+ )
50
2.13 Lưu đồ thuật toán xác định mô hình tháp C-02 52
2.14 Lưu đồ thuật toán xác định mô hình tháp C-02, đầu ra là nhiệt độ 56
2.15 Sơ đồ mô phỏng tháp C02 . . 58
2.16 Đáp ứng của sản phẩm đỉnh tháp y D với các số liệu vận hành 58
2.17 Thay đổi của sản phẩm đỉnh tháp khi tăng F lên 1% với bộ điều
khiển PID
58
2.18 Phân bố nồng độ sản phẩm tháp theo chiều cao tháp 59
2.19 Động học dòng lỏng . 59 viii
2.20 Thay đổi của dòng ngoài: tăng 0.1% L và V riêng biệt 60
2.21 Đáp ứng của sản phẩm đỉnh khi thay đổi L và V riêng biệt 61
2.22 Ảnh hưởng của dòng trong: tăng L và V một giá trị 10% L . 61
2.23 Đáp ứng nhiệt độ đáy tháp 62
2.24 Đáp ứng nhiệt độ đáy tháp khi F tăng 3% 62
2.25 Lưu đồ thuật toán xác định ma trận A, B, E . 67
2.26 Lưu đồ thuật toán xác định các ma trận A’, B’, E’ . 72
2.27 Đáp ứng của nhiệt độ đỉnh tháp với bộ điều khiển PID . 76
2.28 Đáp ứng của nhiệt độ đáy tháp với bộ điều khiển PID 77
2.29 Ảnh hưởng của nhiễu lưu lượng cấp lên nhiệt độ đỉnh tháp 77
2.30 Tương tác giữa hai vòng điều khiển . 77
3.1 Lưu đồ thuật toán khảo sát ảnh hưởng của bộ điều khiển mức 84
3.2 Đáp ứng của sản phẩm tháp khi F tăng 1% 85
3.3 Đáp ứng của sản phẩm tháp khi tăng V lên 1% 85
3.4 Thay đổi trong sản phẩm đỉnh khi tăng F 1% 86
3.5 Lưu đồ thuật toan khảo sát đáp ứng tần số với nhiễu . 88
3.6 Ảnh hưởng của lưu lượng cấp lên sản phẩm đỉnh 89
3.7 Ảnh hưởng của thành phần nguồn cấp lên sản phẩm đỉnh . 89
3.8 Ảnh hưởng của lưu lượng cấp lên sản phẩm đáy . 89
3.9 Ảnh hưởng của thành phần nguồn cấp lên sản phẩm đáy 89
3.10 Đáp ứng sản phẩm đỉnh (a), logarithm thành phần sản phẩm đỉnh
(b) khi tăng L lên 0.1%; 1%; 10%; 50% 91
3.11 Thay đổi của nồng độ sản phẩm đỉnh khi tăng F lên 1% 92
3.12 Thay đổi của sản phẩm đỉnh khi F tăng 1.2% với cấu hình LV . 93
3.13 Thay đổi của sản phẩm đỉnh khi F tăng 1.2% với cấu hình
L(V/F) .
93
3.14 Sơ đồ cấu trúc điều khiển tháp C-02 96
3.15 Sơ đồ điều khiển áp suất tháp C-02 . 97
3.16 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ tháp C-02 . 98 ix
3.17 Sơ đồ điều khiển mức đáy tháp C-02 99
3.18 Điều khiển hai điểm sử dụng bộ điều khiển PI 101
3.19 Đáp ứng của sản phẩm tháp khi F tăng 1.25% ở t = 10 và zF
giảm 6.25% ở t = 150 . 101
3.20
Đáp ứng của sản phẩm tháp khi thay đổi giá trị đặt yD từ 0.9931
lên 0.996 ở t = 10 . 102
3.21 Sơ đồ mô phỏng cấu hình L(V/F) 102
3.22 Đáp ứng của sản phẩm tháp khi F tăng 1.25% ở t = 10 103
3.23 Sơ đồ mô phỏng MPC cho tháp C-02 . 112
3.24 Đáp ứng sản phẩm đỉnh, đáy và tín hiệu điều khiển với λ = 0.1;
N u = 1 .
112
3.25 Đáp ứng sản phẩm đỉnh, đáy và tín hiệu điều khiển với N y = 3; λ
= 0.1 .
113
3.26 Đáp ứng sản phẩm đỉnh, đáy và tín hiệu điều khiển với N y = 3;
N u = 5 .
113
3.27 Đáp ứng của sản phẩm đỉnh với lưu lượng hồi lưu . 114
3.28 Đáp ứng của sản phẩm đáy với lưu lượng hơi cấp nhiệt . 114
3.29 Đáp ứng của sản phẩm đỉnh với mô hình mẫu 114
3.30 Đáp ứng của sản phẩm đáy với mô hình mẫu . 114
3.31 Đáp ứng sản phẩm tháp và tín hiệu điều khiển với N u = 3; N y =
10
115


x
LỜI CẢM ƠN

Bản luận án của NCS đến nay đã được hoàn thành, trước hết:
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy giáo hướng dẫn khoa
học PGS.TS Thái Duy Thức, PGS.TS Hoàng Minh Sơn, PGS.TS. Nguyễn Đức
Khoát đã tận tình hướng dẫn, định hướng nghiên cứu và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho NCS trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin cảm ơn TS. Nguyễn Chí Tình và tất cả các Thầy, Cô trong Bộ môn
Tự động hóa Mỏ và dầu khí, Phòng đào tạo sau đại học Trường Đại học Mỏ - Địa chất
đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS trong thời gian nghiên cứu.
Tác giả xin cảm ơn Thầy PGS. TS Đào Văn Tân về sự định hướng và giúp
đỡ trong quá trình tìm hiểu về tài liệu có liên quan.
Tác giả xin cảm ơn các cán bộ trong bộ môn Quá trình và Thiết bị hóa học
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội về việc sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen.
Tác giả xin cảm ơn các cán bộ Phòng Điều khiển trung tâm – Nhà máy xử lý
khí Dinh Cố đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình lấy các số liệu thực nghiệm có
liên quan.
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, các bạn bè
đồng nghiệp không ngừng động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
NCS hoàn thành bản luận án này.
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Tháp chưng cất là thành phần quan trọng nhất trong công nghiệp lọc dầu và chế
biến khí, được sử dụng để tách một hỗn hợp hóa học thành các dòng sản phẩm tinh
khiết hơn dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của từng cấu tử.
Các tháp chưng cất chiếm một phần đáng kể trong nguồn vốn đầu tư của các
nhà máy hóa chất và lọc dầu [2], [35], [36], đồng thời cũng là một thành phần tiêu
tốn nhiều năng lượng. Phần năng lượng này có thể được giảm xuống đáng kể thông
qua quá trình tối ưu vận hành tháp chưng, bao gồm việc thiết kế tối ưu, xây dựng bộ
điều khiển để duy trì các điều kiện vận hành tối ưu [66]. Đã có rất nhiều tài liệu,
công trình nghiên cứu liên quan tới vấn đề điều khiển, vận hành tháp chưng cất
được công bố trong những năm qua [3], [4], [35], [36], [73], [75], [81]. Tuy nhiên,
việc nghiên cứu xây dựng mô hình và hệ thống điều khiển cho tháp chưng cất trong
điều kiện Việt Nam còn chưa được đầy đủ.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Sự biến động mạnh của giá xăng dầu và các sản phẩm khí trong những năm gần
đây (như năm 2014) đòi hỏi các nhà máy lọc dầu, xử lý khí phải nâng cao hiệu suất
hoạt động cũng như cải thiện chất lượng điều khiển để giảm thiểu chi phí và tối ưu
lợi nhuận.
Thực tế hiện nay hệ thống điều khiển cho các tháp chưng cất ở Việt Nam đang
có cấu trúc điều khiển vòng đơn, đôi khi có kết hợp điều khiển tầng. Độ tin cậy về
chất lượng sản phẩm, tính ổn định của hệ thống không cao vì tồn tại tương tác chéo
giữa các vòng điều khiển, tính kháng nhiễu kém. Hiện tại vòng điều khiển nhiệt độ
của tháp chưng cất ở một số nhà máy (như nhà máy xử lý khí Dinh Cố) đang phải
vận hành bằng tay càng làm giảm hiệu quả hoạt động của nhà máy. Hơn nữa, hệ
thống điều khiển chỉ chú ý tới chỉ tiêu chất lượng sản phẩm và ổn định dòng sản
phẩm, chưa chú ý tới mối tương quan giữa chất lượng sản phẩm và công suất cấp
nhiệt, do đó lợi nhuận chưa được như mong muốn. Trước thực tế này, các nhà máy 2
lọc dầu và xử lý khí đang đặt ra yêu cầu phải cải tiến hệ thống điều khiển nhằm
nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như năng suất làm việc của các tháp chưng cất.
Cho đến nay, chưa có công trình hay đề tài khoa học nào nghiên cứu đầy đủ và
chi tiết về hệ thống điều khiển của tháp chưng cất ở Việt Nam. Việc nghiên cứu xây
dựng mô hình toán học, lựa chọn cấu trúc điều khiển và tính toán xây dựng bộ điều
khiển phù hợp nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế cho tháp chưng cất
mang tính cấp thiết và thời sự.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Xây dựng được mô hình toán học cho tháp chưng bao gồm mô hình tuyến
tính, mô hình phi tuyến với các cấu hình khác nhau dựa trên phương pháp tiếp cận
mới. Từ mô hình thu được, phân tích đánh giá lựa chọn cấu trúc điều khiển phù hợp
và thiết kế bộ điều khiển nhằm điều khiển tối ưu quá trình chưng cất trong công
nghiệp lọc dầu và xử lý khí hóa lỏng để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu suất
làm việc cho tháp chưng cất.
4. Đối tượng nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu một đối tượng tháp chưng cất điển hình là tháp C-
02 của nhà máy xử lý khí Dinh Cố. Tháp C-02 có cấu tạo và chức năng đặc trưng
của một tháp chưng cất phân đoạn tại Việt Nam. Trong nhà máy xử lý khí Dinh Cố,
C-02 có vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng sản phẩm khí hóa lỏng
cung cấp cho thị trường trong nước. Hiện tại, hệ thống điều khiển cho tháp có cấu
trúc vòng đơn với vòng điều khiển nhiệt độ đáy tháp phải vận hành bằng tay, vì vậy
nhà máy cũng đang đặt ra yêu cầu cấp bách trong việc nâng cao chất lượng và năng
suất làm việc của tháp.
5. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tháp chưng cất, cơ sở lý thuyết quá trình chưng cất, các phương
pháp xây dựng mô hình tháp chưng cất, các cấu trúc điều khiển và phương pháp
điều khiển tháp chưng cất.
- Tổng quan về hệ thống điều khiển tháp chưng cất C-02, các nguyên tắc cơ bản
và phương pháp điều khiển. 3
- Xây dựng mô hình toán cho tháp C-02 dựa trên phương pháp lý thuyết kết
hợp số liệu mô phỏng và các số liệu vận hành của tháp, kiểm chứng mô hình với các
số liệu thực tế.
- Nghiên cứu các cấu trúc điều khiển, lựa chọn cấu trúc phù hợp cho tháp C-02.
Mô phỏng với các số liệu của tháp chưng cất thực để khẳng định giải pháp lựa chọn.
- Nâng cao chất lượng sản phẩm với cấu trúc mới, sử dụng cấu trúc điều khiển
đơn biến-phi tập trung và cấu trúc đa biến-tập trung.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích, tổng hợp các tài liệu, các công trình đã công bố trong và ngoài
nước để xác định mục tiêu của luận án.
- Sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp các số liệu mô phỏng và số liệu vận
hành để xây dựng mô hình toán học cho tháp chưng cất C-02. Sử dụng Matlab và
Aspen để mô phỏng hệ thống, lựa chọn cấu trúc điều khiển phù hợp và đề xuất các
giải pháp nâng cao chất lượng sản phẩm của tháp.
7. Ý nghĩa khoa học của luận án
- Đưa ra một cách tiếp cận phù hợp trong việc xây dựng mô hình toán học cho
các quá trình đa biến, kết hợp sử dụng phương pháp lý thuyết, phần mềm mô phỏng
và số liệu thực nghiệm.
- Phát triển phương pháp tính toán cấu trúc điều khiển tối ưu, xác định các cặp
biến vào/ra cho quá trình đa biến áp dụng cho một đối tượng cụ thể là tháp chưng
cất C-02.
- Bộ điều khiển đa biến – điều khiển dự báo theo mô hình đã được áp dụng
cho tháp C-02 nhằm nâng cao năng suất làm việc của tháp.
8. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Việc xây dựng mô hình cho tháp chưng cất dựa trên phương pháp tiếp cận
mới cho phép rút ngắn thời gian nghiên cứu cũng như tối thiểu chi phí cho hoạt
động này. Cải tiến cấu trúc điều khiển, nếu áp dụng có thể đưa chế độ điều khiển tự
động vào thay thế chế độ bằng tay hiện tại. 4
- Đưa ra giải pháp điều khiển phù hợp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm có
xem xét đến yếu tố chi phí vận hành ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
- Việc hiệu chỉnh tham số làm việc phù hợp từ mô hình và cấu trúc thu được
góp phần nâng cao tính ổn định, chất lượng sản phẩm và lợi nhuận cho nhà máy.
- Kết quả của đề tài có thể phát triển và áp dụng cho các tháp khác trong Nhà
máy xử lý khí Dinh Cố và các tháp khác có chức năng tương tự.
9. Luận điểm bảo vệ và điểm mới của đề tài
Luận điểm bảo vệ
- Xây dựng mô hình toán học cho tháp chưng trên cơ sở phương pháp tiếp cận
mới kết hợp phương pháp lý thuyết, công cụ mô phỏng và số liệu thực tế. Mô hình
có ý nghĩa quan trọng, cho phép tiến hành các nghiên cứu trong cấu trúc và điều
khiển nhằm rút ngắn thời gian và giảm thiểu chi phí.
- Cấu trúc điều khiển thích hợp cho tháp C-02 đã được xác định thông qua quá
trình phân tích dựa trên lý thuyết và số liệu thực tế, cấu trúc này đảm bảo chất lượng
trên cơ sở bù nhiễu.
- Bài toán nâng cao chất lượng sản phẩm cho tháp chưng và nhà máy được giải
quyết hiệu quả trên cơ sở thiết kế lại cấu trúc điều khiển hoặc phương pháp điều
khiển hiện đại – điều khiển dự báo theo mô hình.
Điểm mới của luận án
- Xây dựng mô hình cho tháp chưng trên cơ sở cách tiếp cận mới kết hợp
phương pháp lý thuyết, công cụ mô phỏng và số liệu thực tế.
- Tính toán xác định cấu trúc điều khiển thích hợp cho một tháp C-02 trên cơ sở
kháng nhiễu, sử dụng phương pháp phân tích SVD xác định biến vào/ra, đề xuất cấu
trúc mới nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm.
- Sử dụng bộ khiển dự báo để nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế cho tháp
chưng cất C-02.
10. Bố cục luận án 5
Nội dung luận án được trình bày trong 3 chương với 11 bảng biểu và 62 hình vẽ
bao gồm phần mở đầu, nội dung luận án, kết luận chung và kiến nghị, danh mục các
công trình nghiên cứu khoa học, tài liệu tham khảo và các phụ lục.
Chương 1 trình bày về các thông tin cơ bản cũng như tầm quan trọng của tháp
chưng cất trong ngành công nghiệp dầu khí. Bên cạnh đó, tổng quan về các công
trình nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng mô hình tháp chưng cất, bài toán điều
khiển tháp chưng với vấn đề lựa chọn cấu hình điều khiển và thiết kế bộ điều khiển
của các tác giả trên thế giới nghiên cứu trong những năm qua cũng được trình bày
trong chương này.
Chương 2 đi sâu vào bài toán nghiên cứu xây dựng mô hình cho tháp chưng cất.
Mô hình toán học thu được bằng phương pháp lý thuyết có nhiều ưu điểm và đã
được nhiều tác giả thiết lập và sử dụng. Tuy nhiên, việc xác định các tham số cụ thể
của mô hình lý thuyết thường gặp khó khăn tron thực tế. NCS đưa ra phương án xây
dựng mô hình cho tháp chưng cất bằng cách sử dụng Aspen - một phần mềm phân
tích và thiết kế của công nghiệp hóa dầu kết hợp với các số liệu vận hành thực tế
của tháp để đưa ra mô hình. Mô hình được kiểm chứng và sử dụng để khảo sát chế
độ làm việc xác lập, chế độ động, cũng như các ảnh hưởng của các dòng trong tháp,
đồng thời được sử dụng để xác định cặp đôi biến vào/ra cho tháp C-02.
Trên cơ sở mô hình toán học của tháp C02 thu được ở chương 2, cấu hình điều
khiển và bộ điều khiển được xây dựng và lựa chọn trong chương 3 nhằm nâng cao
hiệu suất và chất lượng sản phẩm tháp. Thông qua việc phân tích các yếu tố ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm như nhiễu lưu lượng nguồn cấp, nhiễu thành phần
nguồn cấp, tương tác giữa các vòng điều khiển, ảnh hưởng của bộ điều khiển mức
cho từng cấu hình dựa trên mô hình thu được trong chương 2, cấu hình phù hợp
nhất cho tháp C-02 đã được NCS xác định. Cấu trúc điều khiển tháp chưng cất bao
gồm cấu trúc đơn biến-phi tập trung và cấu trúc đa biến-tập trung được áp dụng
điều khiển tháp C-02. Chất lượng sản phẩm được cải thiện với đề xuất cải tiến cấu
hình điều khiển hiện tại trong cấu trúc đơn biến và áp dụng cấu trúc đa biến sử dụng
bộ điều khiển dự báo theo mô hình.