浮式生產(chǎn)儲油裝置的仿真培訓(xùn)設(shè)施

陳衛(wèi)江 王 渤 陳正文

（1.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司 天津300452；2.中海油能源發(fā)展油建工程設(shè)計研發(fā)中心 天津300452）

引 言

隨著海洋石油事業(yè)不斷發(fā)展，新建海洋平臺和浮式生產(chǎn)儲油裝置（以下簡稱FPSO）不斷增多，需要越來越多的專業(yè)技術(shù)人員。由于海上油田設(shè)施布置相對緊湊、作業(yè)操作工藝復(fù)雜、安全生產(chǎn)問題突出［1］，而通常培訓(xùn)新入職人員主要靠學(xué)習(xí)培訓(xùn)手冊和觀看錄像等方式，不夠直觀且沒有動手操作，所以記憶不深刻，而且人員跟班現(xiàn)場操作培訓(xùn)周期長，獨立操作存在很大風(fēng)險。

針對以上問題，如何能有針對性地快速培訓(xùn)專業(yè)人員變得非常緊迫。仿真培訓(xùn)設(shè)施就是在這種背景下考慮設(shè)計的。培訓(xùn)設(shè)施包括井口平臺、FPSO油氣水處理設(shè)施，同時也配備電氣間和中控室等，完全模擬各種設(shè)備的實際運行狀態(tài)，幫助學(xué)員在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加強主觀認(rèn)知，提高實際操作能力和應(yīng)急情況處理能力［2］。

1 仿真培訓(xùn)設(shè)施設(shè)計簡介

1.1 設(shè)施布置

仿真培訓(xùn)設(shè)施包括從采油樹到FPSO上部組塊的主要處理設(shè)施，生產(chǎn)設(shè)備參照FPSO上部組塊經(jīng)典布置方式，設(shè)備左舷和右舷對稱布置，中間為主通道和管線布置區(qū)，幫助學(xué)員盡快適應(yīng)未來工作環(huán)境。每個單體設(shè)備之間均留有充?？臻g，方便培訓(xùn)學(xué)員觀察以及維修操作。

空壓機和水泵等動設(shè)備布置在室外房間，可以有效降低室內(nèi)噪聲，保證學(xué)員和講師的培訓(xùn)效果及職業(yè)健康。水罐布置在地下，方便流體返回罐內(nèi)，同時也有利于罐體保溫。電氣間和中控室既可以模擬現(xiàn)場實況，也可以作為講課教室，房間相對生產(chǎn)設(shè)施地面升高1 m，采用全透明玻璃窗，方便學(xué)員整體觀察培訓(xùn)設(shè)施。

圖1 培訓(xùn)設(shè)施

圖2 中控室

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

仿真培訓(xùn)設(shè)施以典型井口平臺加FPSO全海式開發(fā)模式為基礎(chǔ)，模擬井口物流匯集外輸、單井計量流程、原油脫水、生產(chǎn)污水處理、注水和公用系統(tǒng)等流程。

原油系統(tǒng)模擬井口平臺生產(chǎn)的流體經(jīng)單井計量匯集后，由海底管線輸至FPSO集中處理，分別通過生產(chǎn)分離器和電脫水器處理合格原油后返回油罐。

圖3 原油處理流程圖

生產(chǎn)水處理系統(tǒng)模擬兩套常用的生產(chǎn)水處理流程：第一套采用斜板除油器、氣浮選、核桃殼過濾器的處理流程；第二套采用水力旋流器、雙介質(zhì)過濾器的處理流程，處理后的含油污水在滿足注水水質(zhì)的要求后返回水罐。

圖4 生產(chǎn)水處理流程圖

注水系統(tǒng)模擬從FPSO向井口平臺注水的流程。水源由淡水罐提供，注水泵增壓后通過海底管線輸至井口平臺，經(jīng)采油樹模擬注入井底。

圖5 注水系統(tǒng)流程圖

根據(jù)實際處理流程還設(shè)置了化學(xué)藥劑系統(tǒng)、閉式排放系統(tǒng)、火炬放空系統(tǒng)、工廠風(fēng)和儀表風(fēng)等公用系統(tǒng)。

井口物流的油、氣、水三相介質(zhì)分別由硅油、淡水和壓縮空氣混合模擬，硅油和淡水分別儲存在相應(yīng)的油罐和水罐中。硅油有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性能，無味無毒、抗水、防潮，長期與空氣接觸不易變質(zhì)，閃點在300℃以上，凝點在-50℃以下。硅油與水混合界面清晰，可循環(huán)使用，為便于觀察在硅油中添加少量有機染料。培訓(xùn)裝置啟動時，硅油和淡水經(jīng)泵增壓后與壓縮空氣混合形成井口物流，各處理流程均為閉式循環(huán)，液體按培訓(xùn)流程循環(huán)后返回儲罐，不僅可以有效減少系統(tǒng)損耗量，也避免了含油污水排放造成環(huán)境污染。

培訓(xùn)設(shè)施可以模擬多種流程實際操作，設(shè)計中充分優(yōu)化設(shè)備使用，各種流程盡量共用一套設(shè)備，重疊使用的設(shè)備可以通過旁通避免流程沖突，實現(xiàn)原油脫水、生產(chǎn)水處理和注水系統(tǒng)等同時運行，這樣不同操作工種的學(xué)員可以同時進行實際操作培訓(xùn)，提高培訓(xùn)效率。

1.3 控制系統(tǒng)

仿真培訓(xùn)設(shè)施配置一套全真的中控系統(tǒng)，通過可編程邏輯控制系統(tǒng)（PLC）與集散控制系統(tǒng)（DCS）的通訊來實現(xiàn)對仿真平臺的控制。中控系統(tǒng)主要由DCS/PLC控制系統(tǒng)、模擬培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS）以及上位機電腦監(jiān)控站（包括教員站和學(xué)員站）組成，采用DCS控制與OTS模擬培訓(xùn)相結(jié)合的方式以達到學(xué)員掌握生產(chǎn)監(jiān)控的原理和操作，通過TCP/IP協(xié)議進行通訊并在上位機顯示，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的真實和模擬雙重性，學(xué)員可以通過培訓(xùn)教師模擬出的工藝流程畫面進行操作學(xué)習(xí)，達到提高技能、高效培訓(xùn)學(xué)員的目的。

DCS整合了過程控制系統(tǒng)（PCS）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）和火氣系統(tǒng)（F&G），動態(tài)顯示生產(chǎn)流程、主要工藝參數(shù)及主要設(shè)備運行狀態(tài)，以聲光報警形式顯示平臺生產(chǎn)和安全的異常狀態(tài)，并打印記錄備案。能定期打印生產(chǎn)報表，對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，具有自診斷功能，自動/手動執(zhí)行應(yīng)急關(guān)斷邏輯，顯示模擬平臺火氣探測系統(tǒng)狀態(tài)，火災(zāi)和可燃氣體泄漏時聲光報警，自動/手動執(zhí)行火氣狀態(tài)控制邏輯等。

2 培訓(xùn)模式

仿真培訓(xùn)設(shè)置注重理論結(jié)合實際，在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)員親自動手操作加強認(rèn)知。不僅對正常生產(chǎn)操作進行培訓(xùn)，還模擬一些實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的故障，讓學(xué)員進行分析判斷并制定解決方案，提高學(xué)員的風(fēng)險辨識及獨立思考的能力。培訓(xùn)設(shè)施主要包括三種模式：授課模式、實際操作模式和應(yīng)急處理模式。

2.1 授課模式

授課模式主要以講師講解和操作演示為主，幫助學(xué)員學(xué)習(xí)設(shè)備工作原理和操作規(guī)程等，加強風(fēng)險辨識，提高安全意識。

2.2 實際操作模式

實際操作模式主要培訓(xùn)學(xué)員安全正確的操作設(shè)備，在講師監(jiān)督下學(xué)員根據(jù)操作規(guī)程親自動手操作，加深直觀認(rèn)識。實際操作模式至少能實現(xiàn)以下培訓(xùn)內(nèi)容：

（1）油氣水處理流程切換；

（2）油氣水分離器氣液界面和壓力的調(diào)節(jié)；

（3）海底管線通球操作；

（4）海底管線進出口壓力和溫度的錄??；

（5）生產(chǎn)水處理設(shè)施的正常操作；

（6）化學(xué)藥劑混合濃度調(diào)節(jié)及注入操作；

（7）各類泵和壓縮機的啟停操作；

（8）各類泵和壓縮機的維護保養(yǎng)；

（9）流量計的正常計量操作和流量計算；

家長會當(dāng)天，家長們陸陸續(xù)續(xù)走進教室。剛坐下，就開始“審閱”孩子們的作業(yè)，還時不時與周圍的家長對比一下。有的家長一見面就開始不停地數(shù)落自己孩子的缺點，同時猛夸對方孩子，我看在眼里，心里很不是滋味。

（10）在中控通過PCS/DCS調(diào)節(jié)工藝流程運行參數(shù)；

（11）各類閥門的識別；

（12）各類閥門的維護保養(yǎng)；

（13）手動設(shè)置調(diào)節(jié)閥的開關(guān)度；

（14）各類濾網(wǎng)更換和清洗；

（15）壓力表更換；

（16）化學(xué)藥劑泵沖程的調(diào)節(jié)。

2.3 應(yīng)急處理模式

應(yīng)急處理模式由講師設(shè)置一些日常操作中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，學(xué)員分析判斷并解決問題，提高響應(yīng)速度和緊急事故時指揮協(xié)調(diào)能力。應(yīng)急處理模式至少能實現(xiàn)以下培訓(xùn)內(nèi)容：

（1）油氣水處理設(shè)施或系統(tǒng)一般故障的判斷和處理；

（2）生產(chǎn)水處理不合格時的應(yīng)對操作；

（3）各類報警的識別和處理；

（4）各級應(yīng)急關(guān)斷的處理；

（5）應(yīng)急信號種類的識別；

（6）啟動消防水滅火；

（7）使用手推或便攜式滅火器材滅火；

（8）啟動噴淋系統(tǒng)；

（9）組織發(fā)出各類救生、逃生信號；

（10）救逃生程序演示。

3 結(jié) 論

仿真實習(xí)對于學(xué)生了解工藝和控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，提高對工藝過程的運行和調(diào)整控制能力具有特殊的作用。這種運行、調(diào)整和控制能力集中反映了學(xué)生運用所學(xué)的理論知識分析和解決問題的水平，仿真實習(xí)是運用高科技手段強化學(xué)生理論聯(lián)系實際的新型教學(xué)方法［3-5］，可以更好地支持生產(chǎn)、服務(wù)生產(chǎn)，進而達到指導(dǎo)生產(chǎn)、提高生產(chǎn)的目的［6］。

仿真培訓(xùn)設(shè)施投入使用后效果良好，已培訓(xùn)多批學(xué)員，較海洋平臺現(xiàn)場跟班培訓(xùn)相比節(jié)省了大量費用，經(jīng)濟效益好。通過培訓(xùn)不僅幫助學(xué)員了解海洋油氣田的處理流程和日常操作，盡快熟悉未來的工作崗位，還能模擬處理一些日常操作中出現(xiàn)的事故，幫助學(xué)員提高安全意識，積累寶貴的事故處理經(jīng)驗。本套仿真設(shè)施在實際應(yīng)用中得到了客戶的好評，其直觀的多種培訓(xùn)方式為今后此類系統(tǒng)的開發(fā)提供了有益參考，有很強的推廣價值。

［1］ 林琳，劉賢梅.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的油田仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2012（10）：205-208.

［2］ 黃曉雪，韓端鋒，袁利毫，等.基于GL Studio的船舶駕控臺仿真系統(tǒng)的開發(fā)［J］.船舶，2013（4）：73-77.

［3］ 吳重光，納永良，夏迎春,等.過程與控制計算機仿真實習(xí)軟件及應(yīng)用［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009（21）：6760-6764.

［4］ 吳重光.化工仿真實習(xí)指南［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

［5］ 李士雨.化工仿真實習(xí)教學(xué)改革的研究與實踐［J］.化工高等教育，2003（2）：49-52.

［6］ 董超，孫濟洲.FPSO生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計［J］.計算機應(yīng)用與軟件，2007（12）：126-127.