BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-------

-------

NGUYỄN ĐẠT THẠCH

NGHIÊN CỨU, NÂNG CẤP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT CO2 LỎNG TẠI CÔNG TY TNHH MỘT
THÀNH VIÊN PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT HÀ BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-------

-------




LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn tới thầy
giáo TS. Ngô Trí Dương đã hướng dẫn tận tình trong suốt thời gian làm luận
văn vừa qua.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Công ty TNHH một thành viên Phân
đạm và Hóa chất Hà Bắc đã tạo điều kiện cho tôi tiếp cận, nghiên cứu các yếu
tố kỹ thuật và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện những nghiên
cứu của đề tài.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo của Khoa Cơ
Điện cùng các thầy cô giáo bộ môn đã truyền đạt những kiến thức mới và bổ
ích cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Học viên

Nguyễn Đạt Thạch

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii


Nội dung đề tài nghiên cứu

2

4.

Phương pháp nghiên cứu

2

5.

Giới hạn đề tài

3

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.1.

4

Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc

4

1.1.1. Thực trạng sản xuất của Công ty TNHH một thành viên Phân
đạm và Hóa chất Hà Bắc

4

11

1.3.3. Lưu lượng

13

1.3.4.

Số lượng và các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm và nguyên liệu phụ

13

1.4.

Thực trạng về hệ thống.

15

1.4.1. Về cơ cấu máy móc thiết bị
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

15
Page iii


1.4.2. Về hệ thống bảo vệ, giám sát

17

1.5.

22

2.1.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống rửa khí CO2

25

2.2.

Lưu đồ thuật toán điều khiển máy nén CM2000

26

2.2.1. Yêu cầu công đoạn nén lạnh CO2

26

2.2.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển máy nén lạnh CM 2000

28

2.2.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán cấu trúc điều khiển máy nén lạnh
2.3.

CM2000

29

Lưu đồ thuật toán điều khiển bộ sấy khô B1100

30


CHƯƠNG III. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CO2 LỎNG

42

3.1.

42

Nghiên cứu về PLC S7-300.

3.1.1. Tổng quan về PLC S7-300.

42

3.1.2. Cấu trúc của PLC S7-300.

42

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iv


3.1.3. Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7-300.

45

3.1.4. Nguyên tắc hoạt động của PLC S7-300.

67

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

76

1.

Kết luận

76

2.

Đề nghị

77

TÀI LIỆU THAM KHẢO

78

PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN S7 – 300 CHO DÂY
CHUYỀN SẢN XUẤT CO2 LỎNG TẠI CÔNG TY TNHH MỘT
THÀNH VIÊN PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHÁT HÀ BẮC

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

79


Chỉ tiêu về lưu lượng

13

3.1

Bảng tín hiệu vào ra cho hệ dây truyền sản xuất CO2

53

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vi


DANH MỤC HÌNH
Thứ tự

Tên hình

Trang

1.1.

Sơ đồ nguyên lý dây truyền sản xuất CO2

1.2.

Tủ điều khiển trung tâm


23

2.3.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển quá trình rửa khí CO2

24

2.4.

Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống rửa khí CO2

25

2.5.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy nén CM 2000

28

2.6.

Lưu đồ thuật toán điều khiển máy nén lạnh CM 2000

29

2.7.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển bộ sấy khô B1100


46

3.3.

Vòng quét chương trình

46

3.4.

Tạo New project

48

3.5.

Đặt tên cho project

48

3.6.

Xây dựng cấu cứng cho trạm PLC

49

3.7.

Chọn PLC



51

3.12.

Khung soản thảo chương trình.

52

3.13.

Tạo project mới.

57

3.15.

Của sổ tạo driver trong MPI

58

3.16.

Của sổ tạo tên cho driver mới

58

3.17.

Của sổ cài đặt thông số liên kết giữa PLC và WinCC


61

3.23.

Của sổ xác lập đặc tính thời gian chạy trong WinCC

62

3.24.

Giao diện chung của hệ thống

63

3.25.

Giao diện hệ thống rửa khí CO2

64

3.26.

Giao diện hệ thống máy nén CM2000

65

3.27.

Giao diện hệ thống sấy khô B1100


71

3.33.

Giao diện khi chạy hệ thống sấy khô B1100

72

3.34.

Giao diện quá trình tiếp theo của bộ sấy khô B1100

73

3.35.

Giao diện hệ thống sấy khô khi chuyển chế độ làm việc của

3.36.

hai bình B1101, B1102.

74

Giao diện khi chạy máy nén lạnh CM1600

75

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 1


2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu, đánh giá thực trạng hệ thống điều khiển quá trình sản xuất
CO2 lỏng.
- Đề ra giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển giám sát quá trình sản xuất
CO2 lỏng tại Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc.
3. Nội dung đề tài nghiên cứu
- Tổng quan về quy trình công nghệ sản xuất khí CO2.
- Thiết kế điều khiển quá trình sản xuất CO2 lỏng.
- Nghiên cứu phần mềm S7 - 300
- Thiết kế giao diện giám sát quá trình sản xuất khí CO2 lỏng tại Công ty
TNHH một thành viên Phân Đạm và hóa chất Hà Bắc.
4. Phương pháp nghiên cứu
* Các kết quả kế thừa:
- Dựa trên nghiên cứu thực trạng hệ thống điều khiển dây chuyền sản
xuất khí CO2 lỏng dựa trên các số liệu thống kê.
- Kế thừa công trình nghiên cứu của thế hệ trước về cơ sở lý thuyết các
phần mềm PLC S7 – 300.
* Định hướng nghiên cứu:
- Nghiên cứu phần mềm lập trình simatic S7 – 300 và phần mềm giao
diện WinCC 7.0
* Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng:
Chạy thử giao diện giám sát nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi, từ đó hoàn
thiện và nâng cấp hệ thống.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 2

tấn CO2 lỏng và 108.000 tấn NH3, các sản phẩm này đạt khoảng 31.746.000
USD. Hiện tại công ty đang sử dụng 7 nồi hơi đốt than để sản xuất hơi quá
nhiệt 39 at, hơi sản xuất ra được phân phối tới 5 tuốc bin thông qua hệ thống
đường ống hơi để sản xuất điện năng và cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
Về phần hệ thống sản xuất CO2 lỏng của Công ty TNHH một thành
viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc được đầu tư bởi thiết bị và công nghệ
tiên tiến của Cộng hòa Liên bang Đức, được áp dụng hệ thống quản lý chất
lượng theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001:2000. Với sản lượng trên 30.000

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 4


tấn/năm, công ty đang tiếp tục đầu tư mở rộng nhằm thỏa mãn nhu cầu của
các ngành kinh tế xã hội trong nền kinh tế quốc dân. Tất cả các sản phẩm CO2
lỏng của Công ty sản xuất đưa ra thị trường đều đạt tiêu chuẩn quốc gia, đáp
ứng được các yêu cầu cao của các ngành kinh tế kỹ thuật. Sản phẩm CO2 lỏng
của Công ty luôn được người tiêu dùng cả nước đánh giá là số 1 về chất lượng
và khả năng đáp ứng.
Sản phẩm của Công ty đạt Huy chương vàng Hội chợ Quốc tế Công
nghiệp Hóa chất Việt Nam; Giải thưởng Bông lúa vàng, Huy chương vàng
Hội chợ Nông nghiệp Quốc tế Cần Thơ; Huy chương vàng Hội chợ Công
nghiệp Quốc tế Việt Nam và Cúp vàng Nông nghiệp Việt Nam.
1.1.2. Chỉ tiêu chất lượng và đặc tính của Cacbonddioxxit (CO2) lỏng
* Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
- Hàm lượng CO2 là 99,9%
* Đặc tính của CO2 lỏng
- Ở trạng thái bình thường là một chất khí không màu, không mùi,
không duy trì sự cháy, nặng hơn không khí 1,5 lần.

Quạt khí thô

Nm3/h; số vòng quay của quạt 3620; C0180

1

N= 7,5 KW; n= 2895 v/phút
2

3

4

5

6

7

Bơm nước tuần Q= 6÷20 Nm3/h; Pvào= 1,1 at; Pra= 3,5
hoàn
Bơm KMnO4

Tháp rửa thô

at; N= 2,8 KW; n= 2840 v/phút.
Q= 6÷20 Nm3/h; Pvào= 1,1 at; Pra= 3,5
at; N=2,8 KW; n= 2840 v/phút.
Φ508×3; H= 5560; tvào= 60 oC; tra= 45
o


H2S bằng than 1,14 at; V= 1 m3 than hoạt tính
hoạt tính

(500kg)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

P0320

1

P0310

1

B0300

1

B0310

1

P0350

1

B0320


than hoạt tính 102 kg; Điểm sương: -

B1101/
B1102

2

65 oC báo cảnh, -60 oC báo động.
11

12

Bộ ngưng tụ
NH3
Bộ ngưng tụ
CO2

F= 247 m2

FNH3= 57 m2, FCO2= 55 m2.

1

W1610

1

C1600

1


P= 12÷17 at; t= -35÷ -25 oC; V= 50

50 tấn

m3; G= 50 tấn; Φ2600×15; H= 10160.

Bồn chứa CO2
100 tấn

P= 12÷17 at; t= -35÷ -25 oC; V=
13200.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 7


1.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất CO2 lỏng
1.2.2.1. Thuyết minh
Khí CO2 nguyên liệu từ khu tinh chế của xưởng NH3 với áp suất P=
1,03 at và nhiệt độ t= 40 oC được đưa vào quạt khí khô (C0180). Tại đây khí
CO2 được làm tăng lên nhiệt độ t= 10 oC, áp suất P= 1,14 at. Việc kiểm tra
nhờ áp kế (PI0181).
Sau đó, khí được đưa qua tháp rửa khí thô bằng nước (B0300) làm sạch
sơ bộ khí CO2 nguyên liệu. Tiếp đến qua tháp hấp thụ H2S bằng thuốc tím
KMnO4 (B0310) có nhiệm vụ làm sạch khí CO2 nguyên liệu, KMnO4 nồng độ
2÷ 5% phản ứng theo phương trình sau:
H2S + 2KMnO4 = 2MnO2 + K2SO4 + H2
Sản phẩm phụ sẽ tràn ra ngoài nhờ một phần dung dịch chảy tràn.

Xem sơ đồ kèm theo.
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý dây truyền sản xuất CO2

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 9


1.3. Chỉ tiêu Công nghệ
1.3.1. Áp suất
Bảng 1.2 Chỉ tiêu về áp suất
TT

HẠNG MỤC

ÁP SUẤT(at)

1

CO2 vào quạt

1,03

PI 0171

2

CO2 ra quạt

1,14


5

Áp suất bộ ngưng tụ CO2

17,5

PIC 1172

6

Áp suất tháp chưng

12,5

PIC 7032

7

Áp suất thùng chứa CO2 lỏng

8

Áp suất ra máy nén NH3

9

Áp suất dầu phun

10


NHIỆT
ĐỘ (oC)

KÝ HIỆU

1

Nhiệt độ CO2 vào quạt

40

2

Nhiệt độ CO2 ra quạt

≤45

3

Nhiệt độ CO2 ra đoạn I máy nén

≤180

4

Nhiệt độ CO2 ra đoạn II máy nén

≤180


Nhiệt độ CO2 trước sấy khô

42

TI 2171

Nhiệt độ CO2 sau sấy khô

≤50

TI 2131

11

Nhiệt độ CO2 lỏng tại thùng chứa B1300A,B

-25

12

Nhiệt độ CO2 ra hấp thụ than hoạt tính thô

≤42

13

Nhiệt độ NH3 ra máy nén

≤105


LƯỢNG

ĐƠN
VỊ

1

Lưu lượng CO2 vào quạt

695

Nm3/h

2

Lưu lượng CO2 ra khỏi bộ sấy khô

645

Nm3/h

3

Năng suất hệ thống

1000

Kg/h

KÝ


d) Chất tải lạnh
Hệ làm lạnh của bộ hóa lỏng CO2. Chất tải lạnh là NH3 theo thông số
kỹ thuật của công ty.
e) Dầu bôi trơn
Dầu cho máy nén CO2 là GB 11181

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 13


1.3.4.2. Nguyên liệu
a) Khí CO2 nguyên liệu
Thành phần CO2

: ≥ 98% V

H2S

: ≤ 10 mg/m3

b) Thuốc tím
Nồng độ

: 2÷ 5%

Lưu lượng

: 120 lít/giờ


: Bão hòa ở 40 oC, P= 1, 03 at

N2, O2

: Còn lại

b) CO2 sản phẩm
CO2

: ≥ 99,96%

H2S

: ≤ 1 PPM

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 14


1.4. Thực trạng về hệ thống
1.4.1. Về cơ cấu máy móc thiết bị
Dây chuyền sản xuất CO2 lỏng được sản xuất dựa trên các thiết bị, máy
móc đã được nêu ở bảng 1.1 cộng với việc sử dụng bộ điều khiển trung tâm
PLC S7- 300 gồm các module sau:

H×nh 1.2. Tủ điều khiển trung tâm

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật