（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）埕岛油田中心平台油气工艺系统模块化设计.pdf

埕岛油田中心平台油气工艺系统模块化设计 摘要 埕岛油田位于渤海南部的浅海和极浅海海域，是我国自行开发的第 一个浅海边际油田，与国外诸多浅海油田相比，其环境条件非常特殊。 依据特殊的环境条件，制定出了滚动开发的开采方式，“探明一块，开发 一块”。滚动开发具有投资省，见效快的优点，存在的问题是很难预见下 一步的生产能力，难以对生产设施进行全局性的规划和设计。这个问题 的存在给中心平台的设计造成了许多的矛盾，解决矛盾的最佳方法就是 、 采用模块化设计。陆设计中运用了模块化的大量的理论知识，其中包括 i 、系统论原理、系统工程方法、方法论及标准化等作为本课题研究的理论 基础。将模块化的设计方法贯穿于设计的始终。首先进行模块化的系统 设计，对中心平台的外部系统进行研究，搞清各外部因素与所研究对象 的关系，以及对系统的制约条件影响效果等等，制定出整体的设计规划。 其次对模块系列进行设计。第一步：确定系统的工艺流程，第二步：根 据陆海起吊能力，拖航能力，功能载体的要求，安装维修的要求等确定 各模块的功能、尺寸、以及重量。第三步：对设备进行选型计算并绘制 ： 二 、模块工艺流程图。根据模块工艺流程图以及具体的施工现场要求，即可 构成模块。模块设计为系列，可根据具体的生产要求进行选用。第四步： 对模块焊接、试压提出要求。最后完成模块化设计的根本环节即模块化 产品的设计，即将模块按照层次图一级一级组合起来，构成最后的模块 f 化产品。懈模块化的原理及设计方法应用于中心平台设计有着较高的优 越性：简化了设计，实现了技术和资源的共享；有利于发展产品品种， 引进新技术；并且使平台具有良好的可维修性和可发展性：降低了海上 作业量，提高了施工质量，降低了投资。解决了埕岛油田中心平台在设 计中存在的一些问题。在本篇论文中也对将来模块化的应用进行了展望。y 口 关键词：浅海油田，中心平台，模块化 m o d u l a r l z a t l 0 nd e s i g n o f 0 i la n dg a s p r o s s i n g s y s t e mo nc h e n g d a o0 i lf i e l d c e n t r a l p l a t f o m a b s t r a c t c h e n g d a o o i l f i e l di st h ef i r s to f f s h o r eo i l f i e l d d e v e l o p e db yc h i n a ，w h i c hi sl o c a t e da tt h es h a l l o wo f f s h o r ea r e a i ns o u t h e r nb o h a i s e a c o m p a r e d w i t h m a n yf o r e i g n o f f s h o r e o ii f i e l d s ，i th a si t so w ns p e c i a le n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt ot h i s s p e c i a le n v i r o n m e n t a “r o l l u p ”d e v e l o p i n g m o d et h a t i s 。 d e v e l o p m e n tf o l l o w sh a sb e e ne s t a b l i s h e dw h i c hh a st h ea d v a n t a g e s o fl o w e ri n v e s t m e n ta n dh i g he f f i c i e n c y b u tt h e r ei ss t i l la p r o b l e m ，t h a ti sd i f f i c u l tt op r e d i c tf u r t h e rp r o d u c t i v i t yw h i c h m a k ei td i f f i c u l tt om a k eao v e r a l lp l a na n dd e s i g na b o u tt h e p r o d u c t i o nf a c i l i t i e s ：t h ee x i s t e n c eo ft h i sp r o b l e mr e s u l t s ：i n al o to fc o n f l i c t si nd e s i g n i n gt h ec e n t r a lp l a t f o r m t h eb e s tw a y t os o l v et h e s ec o n f l i c t si s a d o p t i n g am o d u l a r i z a t i o n d e s i g n m e t h o d al o to fm o d u l a r i z a t i o nt h e o r e t i c a lk n o w l e d g e h a sb e e n u s e di nt h ed e s i g nt h a ti n c l u d e s t h e p r i n c i p l e o ft h e s y s t e m a t i z a t i o n ，s y s t e m i ce n g i n e e r i n gm e t h o d ， m e t h o d o l o g y a n d n o r m a l i z a t i o n a l lo ft h e s ec o n s t r u c tt h et h e o r e t i c a lb a s eo ft h e r e s e a r c h t h em o d u l a r i z a t i o nm e t h o di sp e r m e a t e df r o mt h e b e g i n n i n gt ot h ee n di nt h ed e s i g n f i r s tw h a ts h o u l dw ed oi s t o m a k et h e s y s t e m i cm o d u l a r i z a t i o nd e s i g n t os t u d y t h ee x t e r n a l s y s t e m ，t or e a l i z et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne a c he x t e r n a lf a c t o r a n do u rg o a l s ，a n dt h er e s t r i c t i o na n de f f e c to nt h es y s t e m s e c o n d i st o d e s i g n e a c hm o d u l e f i s t s t e p ：d e t e r m i n e t h e p r o c e s s i n g p r o c e d u r eo ft h es y s t e m s e c o n ds t e p ：d e t e r m i n et h ef u n c t i o n s s i z ea n dw e i g h to fe a c hm o d u l ea c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to f 1 i f t i n gc a p a c i t y b o t ho n s h o r ea n d o f f s h o r e ，t o w i n gc a p a c i t y ， f u n c t i o n a lc a r r i e r ，i n s t a l l a t i o na n dm a i n t e n a n c e t h i r ds t e p ： o p t i m i z et h ee q u i p m e n t ，c a l c u l a t ea n dd r a wt h ep r o c e s s i n gf l o w c h a r t so ft h em o d u l e a c c o r d i n gt ot h ef l o wc h a r t sa n df i e l d o p e r a t i o n ，t h e m o d u l ec a nb ec o n s t r u c t e d t h em o d u l ec a nb e d e s i g n e d a sas e r i e ss ot h a t t h e y c a nb es e l e c t e dd u et ot h e p r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t s f o u r t hs t e p ：s u p p o s et h er e q u i r e m e n to f w e l d i n ga n dp r e s s u r et e s t i n go ft h em o d u l e f i n a ls t e p ：c o m p l e t e t h ee s s e n t i a ls e c t o ro ft h em o d u l a r i z a t i o nd e s i g n ，n a m e l y ，t h e d e s i g no ft h em o d u l a rp r o d u c t s i t c a nb ed e s c r i b e da sc o m b i n i n g e a c hm o d u l eg r a d u a l l ya c c o r d i n g t ot h e s e q u e n t i a l c h a r t st o c o n s t r u c tt h ef i n a lm o d u l a rp r o d u c t s t h ea p p l i c a t i o no f m o d u l a r i z a t i o np r i n c i p l ea n dm e t h o dt ot h ec e n t r a lp l a t f o r mw o u l d h a v et h ef o l l o w i n ga d v a n t a g e s ：s i m p l i f yt h ed e s i g n ，r e a l i z et h e s h a r i n g o f t e c h n o l o g y a n dr e s o u r c e s ：a n dt ob eb e n e f i c i a lt o d e v e l o p m e n t o fp r o d u c t v a r i e t y a sw e l la si n t r o d u c t i o no fn e w t e c h n o l o g y ：f u r t h e r m o r e ， i tw o u l d g i v e t h e p l a t f o r m b e t t e r m a i n t a i n a b i l i t y a n d d e v e l o p a b i l i t y ： r e d u c et h eo f f s h o r e o p e r a t i o n s ，i n c r e a s e t h ec o n s t r u c t i o n q u a l i t y a n dl o w e rt h e i n v e s t m e n t i tc a ns o l v es o m ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h ed e s i g no f t h ec e n t r a lp l a t f o r mo fc h e n g d a oo i l f i e l d a l s op r o s p e c t i n go ft h e f u t u r ea p p l i c a t i o no fm o d u l a r i z a t i o nd e s i g ni sp r e s e n t e di nt h i s a r t i c l e k e yw o r d s ：s e a s h o r eo il f i e l d ， c e n t r a l p l a t f o r m ， m o d u l a r i z a t i o n 卜海交通大学t 程硕士论文埕岛油h 】中心平台油气工艺系统模块化设计 第一章概述 1 1 模块化概念的由来和发展 11 1 生活中的模块化 生活中到处都有模块，现代儿童所接触最多的模块莫过于积木，他们将一块块 的“积木块”搭成多种建筑模型，再将其模型拆散，放置于盒内。“1 、2 、3 、4 、5 ” 几个简单的音符，经音乐家精心搭配组合，就成为一首首美妙动听的乐曲，在现代 化的生活中，组合式沙发，组合式音响，组合式家具等等，都给我们的生活增添了 无穷的色彩。 1 1 2 模块化在工业技术中的发展 1 1 2 1 在现代工业中，模块应用于各个行业。事实上，模块在古代就已应用。据考 察，早在秦代就已有建筑用砖了，并且与明代的基本相同，其长、宽、厚之比为4 ： 2 ：1 。砖是早期建筑的基本单元。在如今，建筑工厂可以设计和生产各种标准模块， 建筑设计师的工作就是选用和组合模块，现场施工的主要工作创造是组装模块。 1 1 2 2 集装箱的迅速发展，使运输业发生根本性的革命，在国际标准化组织i s o 制 定了统一的集装箱标准之后，船舶、码头、车站等则按集装箱运输的需要进行设计 和改造。 l _ 1 2 3 造船业的模块化开始于6 0 年代。采用的模块化结构模式，是将船舶分解为 若干模块，以并行生产方式代替串行生产方式，将模块分别进行建造，舾装、涂装， 然后整体安装。据统计，用专业化企业生产的模块组装成模块化的船舶，与传统的 造船方法相比，可降低船价8 1 0 ，并大大缩短了建造周期。 1 1 2 4 模块化在机械行业、电子行业等方面都有了较大的发展。 ： 1 2 模块化的目的 模块化是标准化的高级形式，模块化的目的和宗旨与标准化是相同的，就是确保 ! 童銮堕盔堂三堡堡堡苎 堡璺塑! ! ：尘兰鱼塑篁三苎至竺堡些些堡! 产品质量，提高生产效率。尤其是在当今激烈竞争的市场环境下，如何满足多样化、 多品种的要求，如何不断开发产品品种，改进产品质量和可靠性，提高生产效率， 取得质量、品种与效益的有机统一，这就是模块化的基本目的。 1 3 模块化的概念 1 3 1 模块的概念 所谓模块，就是可组合系统的，具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用 独立单元。它具有以下特征 1 3 1 i 是系统的组合部分 模块是系统的组成部分，也就是说，它是系统的分解的产物。用模块可以组合 成新系统，也易于从系统中分离、拆卸和更换。在此“系统”即可是一大型的工程 系统，也可是某一种产品。 1 3 1 2 是具有确定功能的单元 模块虽是系统的组成部分，但它不是对系统任意分割的产物，它具有明确的特 定功能，这一功能不依附于其他功能而能相对独立的存在，并不受其它功能的干扰。 由于模块具有独立的特定功能，因而它可以作为一个单独的设计单元( 部件) ，而分 头并行进行设计，可以为单独制造，甚至预制，储备以供急需及维修之用，当由专 业厂制造时，则成为单独的商品，对模块的功能及性能可以单独进行检验，调试、 测试和试验。 1 3 1 3 是一个标准单元 模块结构具有典型性、通用性或兼容性，并往往可构成系列。这正是模块与一 般部件的区别。模块是通过对同类产品的功能和结构的分析，而分解出来的，是运 用标准化中简化和统一化方法而综合的、具有典型性的部件，这个典型性，正是模 块具有广泛通用性的基础。 。 1 3 2 模块化的定义： 1 3 2 1 所谓模块化，就是为了取得最佳效益，从系统观点出发，研究产品( 或系统) 的构成形式，用分解和组合的方法，建立模块体系，并运用模块组合成产品( 或系 2 上海交通大学_ 程顾上论文埕岛油田中心平台油气丁艺系统模块化设计 统) 的全过程。 1 3 2 2 模块化具有如下含义： ( 1 ) 模块化的宗旨是效益。它是为了满足人们对多样化的需求和适应激烈的市场， 在多品种、小批量的生产方式下，实现最佳的效益和质量。 ( 2 ) 模块化的对象是产品( 或系统) 的构成，模块化不是研究和解决某一孤立的产 品( 或系统) 的设计或构成问题，而是解决某类( 产品) 系统的最佳构成形式问题， 即系统是由标准化的模块组合而成。 ( 3 ) 模块化的主要方法是系统的分解和组合，系统的分解和组合的技巧和运用水平， 是模块化的核心问题。 ( 4 ) 模块化的目标是建立模块系统和对象系统。即是形成模块系统的模块化的产品 系统，建立模块系统是实施模块化设计的前提，形成模块化的产品则是模块化的最 终归宿。 ( 5 ) 模块化是一个活动过程，不是一个孤立的静止的事物，而是一个有目标有组织 的活动过程。 1 4 模块化在船舶及海洋工程上的应用 1 4 1 模块在船舶上的应用 造船的模块概念萌芽于二战美国大量造船年代，而形成于6 0 年代，日本造船 工业兴旺时期。7 0 年代末、8 0 年代初，美国在国家造船研究计划的促进下，模块造 船的思想又重新得到发展，8 0 年代中期，模块造船技术重新得到发展。与此同时， 模块造船被列入我国造船业，开始了模块造船技术的研究和探索。目前己开发了十 型船用模块，其中近十种已应用于实船，取得了显著的经济效益。 1 4 2 模块在海洋工程的应用 ： ： 1 4 2 1 海上石油平台模块的设计与船舶的设计有诸多不同，因而国外不少造船公 司为适应设计和建造平台模块都经历一段适应的过程。据日本石川播磨船厂设计部 门称，需七年的适应过程，可见海上石油平台有许多陌生的知识和技术需要去掌握。 海交通人学_ t 程硕l 论文埕岛油 i 中心平台油气工艺系统模块化役计 1 4 2 2 我国海洋工程界在固定式石油平台的设计和建造中也引进了“平台模块”。 所谓“平台模块”即平台甲板组模式之简称，它是指已完成最大限度的预舾装的甲 板立体分段( 包括钢结构、机械、设备、电器、仪表及连接之管道和电缆等) 。 1 5 本课题研究的目的 本课题的研究目的主要是如何采用模块化设计而对中心平台工艺系统进行优 化。如何应用模块化的原理，进行模块的划分，确定模块的大小、质量。使模块既 能满足系统功能的要求，又能满足施工作业的要求。并使设计更加简单、明了，减 少图纸量。形成标准化产品后，各系统内部无需重复设计，可以根据具体的设计参 数选择适合的产品即可。 1 6 课题研究对象及主要内容： 1 61 研究的对象 本课题研究的对象为中心平台，但在模块化设计中对油气工艺系统做进一步的 深入研究 1 6 2 课题研究的主要内容 1 6 2 1 模块化理论在埕岛油田中心平台设计中的应用 如何将模块化理论应用到中心平台的设计中去。 1 6 2 2 中心平台工艺系统的模块化设计 根据中心平台的功能要求，运用模块化的原理进行设计。将中心平台按层次进 行划分，并对各部分提出设计要求。确定主要的工艺流程，对所用设备进行选型计 算。利用模块化的设计方法对工艺系统进行划分，分为独立的几个模块，并画出模 ： 块的流程图，并对模块的焊接，试压等提出要求。 1 6 2 3 模块化设计的技术经济论证 从设计、施工、维修、发展等方面论述模块化产品的技术经济价值。 4 海交通人学工程顾上论文埕岛油中心平f 油气工艺系统模块化设计 1 7 埕岛油田中心平台模块化设计思想的由来： 1 7 1 采油平台的多次反夏设计 在埕岛油田的开发初期，由于设计资料的经常变更，使设计总是处于非常被动 的局面，常常是刚完成的设计图纸就要进行全面的更改。 1 7 2 多个相似平台的设计 埕岛油田原油处理工艺采用的是半海半陆式的集输系统，卫星平台仅对生产的油 气进行加热计量，靠井口压力通过海底管线混输至中心平台进行处理，因此，卫星 平台的模式是基本相同的。 173 海上施工费用太高 由于海上施工的特殊性，因此考虑如何降低海上的施工周期。 上海交通大学工程硕士论文埕岛油山中心平台油气工艺系统模块化设计 第- - 章模块化理论在埕岛油田中心平台设计中的应用 2 1 埕岛油田概述 2 11 油田开发简介 胜利海上石油勘探开发经过了二十多年的艰苦探索，自1 9 7 8 年开始海上钻探。 1 9 8 8 年发现了亿吨级油田。1 9 9 3 年胜利海上石油有了突破性的发展，年产油1 0 万 吨，结束了十四年海上只投入不产出的历史，9 4 年起产油量逐年提高，到9 9 年年产 油量已达2 0 0 5 吨。现有中心平台2 座、采油平台3 7 座、单井平台2 3 座、海底管 线6 1 0 2 9 m 、海底电缆7 7 2 4 1m 。 21 2 埕岛油田地理位置及环境资料 2 1 2 1 地理位置 埕岛油田位于渤湾南部的浅海和极浅海海域，东经1 1 8 。4 4 ”1 1 8 。5 6 ”，北 纬3 8 。0 8 ”3 8 。1 6 ”。油田南面距岸约3 k m ，与陆上的桩西油田相邻，北端距岸 约1 5 k m ；西北面与海上的埕北油田相望，东南面距龙口妃姆码头约8 0 海里，距黄 河港码头约1 0 海里。 2 1 2 2 环境资料 ( 1 ) 海底地形、地貌 本海区地形东南高、西北低为河口三角洲地貌类型，其沿岸属黄河三角洲淤泥 质侵蚀后退海岸。海底发育了大量形态各异的凹坑、坍塌洼地及海底滑坡等不稳定 的地貌形态。 ( 2 ) 海底工程地质 该区域主要是冲积的粘土，表层有2 8 m 5 2 m 的砂层，均含粘土团块土质松 散，在波浪的作用下遭冲刷，造成平台淘空、滑移，底层标高= 1 0 4 3 m 一1 3 9 m 是灰 色亚粘土，为黄河三角洲冲积地层，结构较密实，具有一定的强度和承载力。 ( 3 ) 海区水深 本海区海图水深2 5 m 1 3 5 m 。 6 卜海交通大学工程硕上论义埕岛油中心平台油气丁艺系统模块化设计 ( 4 ) 气象条件( 工程设计按5 0 年一遇) 风向：常风向 s 强风向n w n n wn n e e n e 风速：1 0 分钟平均风速：2 8 m s 1 分钟平均风速：6 m s 大气温度：最高4 0 。c 最低一1 8 雾：平均雾日3 5 6 天 生成时间上午8 1 1 时 ( 5 ) 海况条件 波浪：最大波高 3 3 m 6 2 m 海流：最大流速 l1 2 c m s 1 8 1 c m s 余流 1 0 m s 潮汐：校核高水位 + 3 0 2 m 设计高水位+ 1 4 8 m 黄河平均海平面0 0 0 风暴进：增水极值2 0 3 c m ( 5 0 年重现期) 1 8 9 c m ( 2 0 年重现期) 海冰：年平均冰期9 1 天 平整冰厚4 5 c m 重叠冰厚 6 7 c m ( 6 ) 地震 该海域位于地震活动带影响范围内，未来3 0 年或5 0 年超越概率分别为o 6 3 、 0 1 、0 0 3 ，地震裂度分别为度度度。 ： ： 2 1 3 开发特点： 埕岛油田的开发特点为滚动开发，总的特点是探明一块，开发一块。其优点是 投资省，见效快。存在的问题为很难预见下一步的生产能力，难以对生产设施进行 全局性规划和设计。 上海交通人学工程顾士论文埕岛油田中心平台油气丁艺系统模块化设计 2 2 中心平台的系统设计 2 2 1 油品性质： 对于埕岛油阳地区主要的开发层系有东营组、中生界、管陶组、古生界、太古 生界。其中管陶组为主力开发区块。以下数据以管陶组为例 2 2 1 1 原油物性 密度0 9 3 11 o 9 4 9 7 t m 3 平均0 9 3 8 t m 3 粘度1 2 9 5 3 6 m p a s平均2 4 3 m p a s 凝固点一1 3 - - 2 3 含硫0 0 8 o 3 1 含蜡6 1 l 1 6 1 8 含胶质3 1 0 7 4 3 9 6 初馏点1 8 0 2 2 1 2 天然气物性 相对密度0 5 7 0 7 甲烷7 2 9 9 5 3 乙烷0 3 6 4 2 8 丙烷0 0 3 0 1 _ 8 6 c 4o 0 8 8 c 5o 0 1 9 n 2o 2 1 1 l c 0 2 + h 2 so 6 3 0 油气比1 5 9 3 0 5 m 3 t 平均0 平均1 0 平均3 6 9 5 5 1 平均9 5 5 9 平均1 6 9 平均0 4 3 平均0 1 8 平均0 1 4 平均1 3 6 平均o 7 6 平均2 4 7 m 3 t 22 2 设计所遵循的标准、规范： ： 中华人民共和国能源部海上固定平台安全规则( 1 9 9 2 2 1 3 ) 中华人民共和国能源部原油生产与储存装置入级规范( q j h s 7 0 0 1 - - 9 2 ) 中华人民共和国能源部海上结构物上生产设施的推荐作法( s y t4 8 0 5 - - 9 2 ) 中华人民共和国能源部海上生产平台系统的设计和安装的推荐作法( s y t 4 8 0 9 8 海交通大学t 程硕 ：论文埕岛油h | 中心平台油气工岂系统模块化设计 一9 2 ) 中华人民共和国能源部泄压和减压系统指南( s y t 4 8 1 2 0 9 2 ) 中华人民共和国能源部陆上及海上固定与移动平台钻井与采油设施的电气安装区 域分类的推荐作法( s y t 4 8 11 9 2 ) 中华人民共和国能源部陆上及海上固定与移动式平台钻井与采油设施的电气安装 区域分类的推荐作法( s y t l 7 4 8 1 - - 9 2 ) 中华人民共和国能源部敞开式海上生产平台防火与消防的推荐作法( s y t 4 8 1 0 9 2 ) 中国船级社海上固定平台入级与建造规范( 1 9 9 2 ) 22 3 主要建设内容 2 2 3 1 总体部分 中心平台的主要功能是满足人员生活、通信、供配电、供热、油气处理、水处 理及原油外输等等。根据埕岛油田具体生产情况，中心平台是由生活平台、动力及 注水平台、油气及水处理平台和储罐平台组成。 2 2 3 2 生活平台 生活平台主要有生活区、应急发电机房、化验间、救生艇、吊机、淡水罐、淡水 增压间、淡水消毒问、生活污水处理间、泡沫液罐间、c 0 ：灭火间、电解防污装置、 消防泵、热水炉房、空压机房、维修间、配电间等。 2 2 3 3 动力及注水平台 动力及注水平台主要有变电所、注水泵、储水罐、膨胀罐及循环泵撬块、热煤 炉、热媒炉补给罐等。 2 2 3 4 油气及水处理平台： 油气及水处理平台主要布置有三相分离器、天然气分离器、天然气冷却器、天 然气洗涤器、反冲洗水罐、海水细滤器、脱氧装置和吊机、污水提升泵、水力旋流 ： 除油器、核桃壳过滤器、加药装置、压力斜管沉降罐、换热器、冲砂泵、反冲洗水 罐、海水提升泵、电解氧化装置、电解防污装置、粗滤器、压力斜管沉降罐、洗砂 装置、开式排放罐、闭式排放罐、污油泵。 2 2 3 5 储罐平台： 上海交通大学工程硕 ：论文埕岛油 l i 中心、f 台油气工芑：系统模块化设计 2 0 0 0 m 3 油罐、外输泵、缓冲罐和换热器等。 2 3 中心平台设计中遇到的问题 23 1 工艺流程与平面布置的协调统一 埕岛油阳中心平台与国内外一些深海平台的最大差别在于该平台是有几个平台 组成的平台群，而深海平台是集钻井、采油、作业为一体的一个整体平台。这是由 不同的环境要求所决定的。因为水浅，可以依靠间距来保障平台的安全，即采用栈 桥来拉开几个平台之间的距离，当一个平台出现不安全因素时，可保证其它平台的 安全。而深海平台由几十米至几百米水深设立栈桥显然是不可取的，平台上是依靠 措施来保证安全的。例如设置放火墙等。以不同的几个平台组合成中心平台，又会 出现一个新的问题，那就是如何进行合理的平面布置。将各系统随意布置，所造成 的结果可能是管线流程一片混乱，如何来解决这个问题，就需要用到模块化理论。 23 2 由于滚动开发而造成的几个不确定因素 2 3 2 1 地层层系的不确定 ( 1 ) 由于地层层系不同，原油物性就不同。油品的性质由深层到浅层会发生不同 的变化，由深到浅粘度越大比重越大。管陶组原油密度和粘度要比东营组大 得多。这将改变许多工艺设备的选型。 ( 2 )由于地层层系不同，地层压力不同。地层压力是注水系统设计的一个重要参 数，它的改变直接影响注水系统的设计。 ( 3 )由于地层层系不同，采油设备不同。会引起供配电系统的改变。 2 3 2 2 油气比参数的不确定 油气比参数资料是由地质院所提供的，它往往不能定为一个确切的数值而是给 一个数据范围，例如中心二号平台，实际的油气比在4 1 5m 3 t ，的范围内，给出的 推荐值为l o m 3 t ，可以看出该数据与实际峰值差5 、6 m v t ，若单井液量为1 7 5 t d ，则、 气量差值为1 0 5 0 m 3 d ，差值相当大。对设备的选型有相当大的影响。 2 3 2 3 单井油量值的不确定 单井油量是最基本的设计参数，它的值的变化会导致所有计算值的改变， 1 0 l 海交通人学工程硕士论文埕岛油田中心平台油气工艺系统模块化设计 2 3 2 4 含水数值的改变 很显然，油品中含水的不同直接影响到整个设计的热负荷，以及许多设备选型 计算。 2 3 2 5 系统的改变 中心平台各个系统之间都是相互关联的，油气工艺系统会影响供配电系统。污 水处理系统会影响注水系统。注水系统又会影响海水处理系统等等。它们就如同一 个相互交错的网络。 2 3 3 解决问题的方法 上述问题的出现主要是因为复杂的大系统受小系统的影响。因此可以考虑运用 模块化的原理先将大系统“化整为零”，使之便于处理，然后再“合零为整”组成一 个完整的系统。 2 4 模块化的理论基础 2 4 1 系统论原理的应用 2 4 1 1 系统一词的原意是由部分组成的整体。系统论中的系统是指“系统( s y s t e m ) 是由两个以上相互区别和相互作用的单元间有机地结合起来，完成某一功能的综合 体，每一个单元也可以称为一个子系统。而且它又是另一个更大系统的组成部分。” 系统论原理是由整体性原理、相关性原理、层次性原理、动态性原理和目标性原理 所组成。 2 4 1 2 本课题中从大的方面出发，先将中心平台作为一个系统。它的子系统从平台 布局上可分为生活平台、动力及注水平台、油气及水处理平台、储罐平台。而从功 能上分，又可分为油气工艺、污水处理、注水、消防等系统。在研究中心平台模块 化设计时，要将中心平台作为一个整体来看待。各个子系统都是围绕中心平台的功 ： 能而设置的。各个子系统也不是简单的加法组合。而是在具有良好协调和匹配作用 下，综合各子系统的组成，结构、性质极其多样性联系的总和。最后，研究的成果 验证中心平台这个整体效应。这所运用的就是整体性原理。作为油气工艺系统、污 水处理系统、注水等系统之间都不是孤立的。而油气工艺系统中的各个模块三相分 海交通大学工程硕+ 论文埕岛油h t 中心、f 台油气t 艺系统模块化设计 离器模块、分离缓冲罐模块、加热模块等之间都是相互联系、相互作用通过接i ：1 有 机的结合起来。 2 4 1 3 层次性是系统的普遍特性。一个系统可按其功能或结构分成若干层次，即 系统由子系统组成，而子系统又由更小的单元或要素组成，如此层层相套。当我们 认识一个系统或设计一个模块化系统时，可根据系统功能的要求，按其层次，依次 展开，按照该种方法中心平台可分为三个层次。第一级为中心平台、第二级为油气 工艺系统；污水处理系统；注水系统；消防系统等等第三级为设备模块。 2 4 1 4 现实系统一般都是动态系统，系统各要素间及系统与环境间有物质、能量、 信息的流动；系统不是一成不变的，都有自己的寿命、周期，就模块化系统而言， 有其形式、发展、应用、衰老、更新的过程。针对中心平台油气工艺系统来说也是 如此。例如：目前，三相分离器模块中三相分离器的选择是按常规进行计算得到的。 随着设备技术的发展，三相分离器己向高效率、多功能发展。相同规格的分离器的 处理量已大大提高了。并且还有了换热的功能。这种分离器的研制已经成功，进入 了推广阶段。当采用这种三相分离器时，脱水换热器就可以取消。再假如若有高效 降粘剂研制成功，就可以降低原油粘度，从而就可以减少分离缓冲罐的体积，降低 泵的扬程等等。设备的改变，导致模块的改变。这些说明在模块化实施过程中，需 要随时对模块化系统进行调整、扩展、修改，并有计划地进行更新，在此过程中还 需适当解决过度中技术继承性和模块复用性等问题。 2 4 1 5 系统具有目的性。系统的目的和要求既是系统的根据，也是系统分析的出发 点，在本研究课题中是确立中心平台为研究系统。同时也确定了系统要达到的目标 为简化设计，降低投资。 2 4 2 系统工程在模块化中的应用 2 ，4 ，2 1 分解协调 对于大系统，由于系统规模庞大，结构复杂，因素众多，难以直接对系统进行 ： 分析和优化，分解协调就是将复杂的大系统，“分解”为若干简单的小系统，以便应 用已有的经验、知识和通常的作法进行分析和综合，实现小系统的局部最优化；再 根据大系统的总目标、总任务，使各小系统相互“协调”配合，实现大系统的全局 最优化。在本项目中，运用了分解协调法对中心平台进行分解，因最后要落实到系 ：海交通大学工程硕上论文埕岛油田中心平台油气工艺系统模块化设计 统功能这个角度，故需要从功能上划分。可分为油气工艺系统、注水系统、水处理 系统、消防系统、供配电系统等等。各个系统又可以根据各子系统不同的功能向下 划分，并对各部分分别进行优化设计。从大的方面讲，有平面的布置，各系统流程 的优化，系统的连接等等。从小的方面讲有流程走向、阀门设置、液位控制、温度 控制以及整个的配管安装等等 2 4 2 2 反馈控制法 反馈控制法是系统控制方法之一，这是利用系统活动的结果来调整系统的活动， 运用反馈概念来分析处理问题的方法。实施模块化是一项系统工程，其中既有技术 问题，也有管理问题，需运用反馈控制法对系统进行调节与控制。在该项目，反馈 控制贯穿了整个设计的始末，在平台设计的过程中一方面需要不断地与甲方结合， 不断地将结合的意见溶入到设计中去。另一方面不断地学习先进的工艺技术，不断 地完善设计。还需要根据海况、环境等的变化修改设计，始终控制设计系统。 2 4 2 3 黑箱方法 由于系统的复杂性，人们不可能一一了解各组成单元的细节，而仅根据输入输 出关系来认识其功能，既把单元当作不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，黑箱法 是暂时忽略内部因素，首先着眼于系统的输入、输出关系，以分析系统总功能的方 法。在该项目设计中我们也采用了“黑箱”方法，因为中心平台是一个非常复杂的 系统，包括不同十几个子系统。需要由专业共同协作完成。项目总设计师首先将各 系统当作“黑箱”，忽视其内部结构及功能。仅对其接口部分提交资料。再由各专业 独自进行子系统内部的设计。在做整个油气工艺流程图时，各个模块之问由管线相 连，模块仅以一方框表示，与模块连接是管线的进出端口，而模块内部内容就暂时 不予考虑，在此模块也是作为一个“黑箱”来看待的。 2 4 2 4 宏模型法： 将系统分成比较可数的子系统( 或模块) ，只表示予系统间的相互关系，而又不 ： 涉及子系统内部的一种宏观模型，称宏模型。对模块化系统来说，建立宏模型是规 划阶段和总体设计阶段的中心任务，它是系统的首选，是系统优化的第一步。对于 一个系统的确立，首先要从宏观上进行分析，当拿到中心平台模块化设计这个任务 时，我首先对其进行定性的分析，确定中心任务为合理地划分模块以达到简化设计， 卜海交通人学工程硕十论文埕岛油h j 中心半台油气工艺系统模块化设计 降低投资的目的。 2 4 2 5 系统评价与价值分析法： 系统评价指在选择技术上先进、经济上合理的最优系统方案，它也是决策的依 据。由于模块化是以质量和效益作为最终目标，因而在模块化的各个阶段都应运用 价值分析法对系统作出分析，以作为系统优化的依据。中心平台模块化设计分方案 设计阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。在每一阶段，对每一个子系统都有投 资估算，并以此来衡量系统的优化程度。 2 4 3 逻辑思维方法在模块化中的应用 逻辑学是- - i 3 研究思维形式及其规律和方法的科学。逻辑思维的作用，不仅在 于它可以帮助人们经验上升到理论，而且还在于它可以推动理论自身的向前发展。 在模块化设计中，采用逻辑思维方法是很重要的。 2 4 3 1 比较和联想 比较思维法是各种事物和现象加以对比，来确定它们的异同点和关系。在设计 模块化系统时，就是根据各相关系统中各功能的差异性分离要素，然后把系统中相 同要系抽取来构成模块。 2 4 3 2 分析和综合： 分析是在人脑中把客观事物和对象分解成各个部分、侧面和属性，分别加以研 究的思维方法，在分析产品的模块化系统时，可以从产品功能和结构两个方面进行 分解，对于复杂产品还可以从层次上分解为子系统、模块及构成要素。 综合是把对若干相关对象的认识统一为一个整体的思维过程。在设计模块化系 统时，结合可验证分解是否合理，当用这些模块组成多种系统时，是否能满足系统 的功能要求，其组合方法是否最合理、方便、经济。 2 4 3 3 抽象和具体 人的思维是从感性认识开始的，这种认识是具体的，但不是粗浅的，表面的， 在感性具体的基础之上，运用抽象思维方法，把事物从它周围环境的总联系中抽取 上来，在一种纯粹的形态下加以观察；或者把一事物内部的某种( 或某些) 要素、 方面，从事物整体中割取出来，做相对孤立的观察。模块化理论的形成过程就是一 个由抽象到具体的过程。 1 4 f ：海交通大学工程硕上论文 埕岛油r i 中心甲台油气丁艺系统模块化设计 2 4 3 4 归纳和演绎： 归纳就是通过对个别事物的分析、研究，通过概括、发现掌握许多事物的共同 本质，形成对于事物的一般性认识。演绎就是以归纳来的普遍结论为出发点，用来 指导对新的个别事物研究，从而深化对个别事物的认识。一个模块化产品系统的建 立也要经历个由归纳到演绎的过程：经过分析认识该系统中各类产品的特有本质， 找出普遍适用的产品构成的规律，建立具体的产品模块系统，而运用模块体系开发 新产品，则是一个演绎的过程。 2 4 3 5 上述几种的逻辑思维方法是属于哲学思维方法。它既是研究模块化理论的方 法，也是运用模块化理论解决实际问题的一般方法。在本项目研究的整个过程中， 没有离开过逻辑思维。一个方案的确立，需经过反复的分析、判断和比较。中心平 台的方案就是从十几个方案中经过反复的比较、推敲最后确立的，这是比较和联想 的过程。在设计中是以满足系统的功能出发，设计最合理、方便、经济的组合方法 为主线的，也就是从系统整体出发，把综合渗透、贯穿于思维的全过程，即归纳和 演绎的过程。从设计构思到图纸完成的过程，事实上就是从抽象到具体的过程。 2 4 4 对模块化理论的深入认识 2 4 4 1 模块化是相关学科知识的综合运用，主要涉及3 个方面。 ( 1 ) 模块化本身就是一个系统工程，在模块化过程中，必须充分运用每一个系统工 程的原理和方法，才能取得预期效果。 ( 2 ) 模块化是一种标准化的新形式，它是标准化原理中简化、统一化、系列化、组 合化，等理论的综合运用，是标准化的高级形式。 ( 3 ) 方法论的依据。模块化本身就是一种方法论，它不仅是系统方法，标准方法及 逻辑思维方法的综合运用，并且由于模块化结构的复杂性及组织化特征，还需运用 非逻辑思维方法，对产品进行、创造性的构思，才能形成具有灵活性的、柔性的、 有生命力的、模块化产品系统。 ： ： 2 4 4 2 模块化具有标准化的属性 ( 1 ) 标准化的目的是为确保科学、技术、经济和管理的合理性，对于有关的事物和 要领，尽可能消除在技术、经济方面的重复性工作。模块化与标准化的基本目的是 一致的，即确保产品质量、提高生产效率。 e 海交通大学工程硕士论文埕岛油rj 中心平台油气工艺系统模块化设计 ( 2 ) 模块化是标准化的高级形式 模块化是标准化原理在应用上的发展。它是特征尺寸模数化，结构典型化、部 件通用化、参数系列化，组装积木化( 或组合化) 的综合体，它是多种标准化形式 在产品总体标准化上的综合运用。标准件、通用件是在零件级进行通用互换，而模 块则是在部件级甚至子系统级进行通用互换，模块可以直接构成整机以至大的系统， 从而在更高层次实现了简化。它大大提高了模块的重复利用率，并以灵活多样的组 装方式大大缩短了设计和生产的周期、提高了效率和质量，增强了对市场的适应能 力，以全新而高效的方式实现了标准化的宗旨。 ( 3 ) 模块化是对标准化理论的充实和发展 模块化是新的标准形式，它有自己特定的对象和内容，并以多种标准化形式的综 合运用为基础，同时也进一步充实和丰富了各种标准化形式的内容。第一，超前进 行简化和统一化；第二，对通用化含义进行扩展；第三，使系列化含有多样化的色 彩；第四，带动了模数理论的