浮式生產儲油裝置的仿真培訓設施

陳衛江 王 渤 陳正文

（1.中海油安全技術服務有限公司 天津300452；2.中海油能源發展油建工程設計研發中心 天津300452）

引 言

隨著海洋石油事業不斷發展，新建海洋平臺和浮式生產儲油裝置（以下簡稱FPSO）不斷增多，需要越來越多的專業技術人員。由于海上油田設施布置相對緊湊、作業操作工藝復雜、安全生產問題突出［1］，而通常培訓新入職人員主要靠學習培訓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，而且人員跟班現場操作培訓周期長，獨立操作存在很大風險。

針對以上問題，如何能有針對性地快速培訓專業人員變得非常緊迫。仿真培訓設施就是在這種背景下考慮設計的。培訓設施包括井口平臺、FPSO油氣水處理設施，同時也配備電氣間和中控室等，完全模擬各種設備的實際運行狀態，幫助學員在理論學習的基礎上，加強主觀認知，提高實際操作能力和應急情況處理能力［2］。

1 仿真培訓設施設計簡介

1.1 設施布置

仿真培訓設施包括從采油樹到FPSO上部組塊的主要處理設施，生產設備參照FPSO上部組塊經典布置方式，設備左舷和右舷對稱布置，中間為主通道和管線布置區，幫助學員盡快適應未來工作環境。每個單體設備之間均留有充裕空間，方便培訓學員觀察以及維修操作。

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

圖1 培訓設施

圖2 中控室

1.2 系統設計

仿真培訓設施以典型井口平臺加FPSO全海式開發模式為基礎，模擬井口物流匯集外輸、單井計量流程、原油脫水、生產污水處理、注水和公用系統等流程。

原油系統模擬井口平臺生產的流體經單井計量匯集后，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

生產水處理系統模擬兩套常用的生產水處理流程：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、雙介質過濾器的處理流程，處理后的含油污水在滿足注水水質的要求后返回水罐。

圖4 生產水處理流程圖

注水系統模擬從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，經采油樹模擬注入井底。

圖5 注水系統流程圖

根據實際處理流程還設置了化學藥劑系統、閉式排放系統、火炬放空系統、工廠風和儀表風等公用系統。

井口物流的油、氣、水三相介質分別由硅油、淡水和壓縮空氣混合模擬，硅油和淡水分別儲存在相應的油罐和水罐中。硅油有優良的化學穩定性和電絕緣性能，無味無毒、抗水、防潮，長期與空氣接觸不易變質，閃點在300℃以上，凝點在-50℃以下。硅油與水混合界面清晰，可循環使用，為便于觀察在硅油中添加少量有機染料。培訓裝置啟動時，硅油和淡水經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，液體按培訓流程循環后返回儲罐，不僅可以有效減少系統損耗量，也避免了含油污水排放造成環境污染。

培訓設施可以模擬多種流程實際操作，設計中充分優化設備使用，各種流程盡量共用一套設備，重疊使用的設備可以通過旁通避免流程沖突，實現原油脫水、生產水處理和注水系統等同時運行，這樣不同操作工種的學員可以同時進行實際操作培訓，提高培訓效率。

1.3 控制系統

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

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

2 培訓模式

仿真培訓設置注重理論結合實際，在課程學習的基礎上，讓學員親自動手操作加強認知。不僅對正常生產操作進行培訓，還模擬一些實際生產中出現的故障，讓學員進行分析判斷并制定解決方案，提高學員的風險辨識及獨立思考的能力。培訓設施主要包括三種模式：授課模式、實際操作模式和應急處理模式。

2.1 授課模式

授課模式主要以講師講解和操作演示為主，幫助學員學習設備工作原理和操作規程等，加強風險辨識，提高安全意識。

2.2 實際操作模式

實際操作模式主要培訓學員安全正確的操作設備，在講師監督下學員根據操作規程親自動手操作，加深直觀認識。實際操作模式至少能實現以下培訓內容：

（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節；

（3）海底管線通球操作；

（4）海底管線進出口壓力和溫度的錄取；

（5）生產水處理設施的正常操作；

（6）化學藥劑混合濃度調節及注入操作；

（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；

（9）流量計的正常計量操作和流量計算；

家長會當天，家長們陸陸續續走進教室。剛坐下，就開始“審閱”孩子們的作業，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調節工藝流程運行參數；

（11）各類閥門的識別；

（12）各類閥門的維護保養；

（13）手動設置調節閥的開關度；

（14）各類濾網更換和清洗；

（15）壓力表更換；

（16）化學藥劑泵沖程的調節。

2.3 應急處理模式

應急處理模式由講師設置一些日常操作中經常出現的故障，學員分析判斷并解決問題，提高響應速度和緊急事故時指揮協調能力。應急處理模式至少能實現以下培訓內容：

（1）油氣水處理設施或系統一般故障的判斷和處理；

（2）生產水處理不合格時的應對操作；

（3）各類報警的識別和處理；

（4）各級應急關斷的處理；

（5）應急信號種類的識別；

（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；

（9）組織發出各類救生、逃生信號；

（10）救逃生程序演示。

3 結 論

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

仿真培訓設施投入使用后效果良好，已培訓多批學員，較海洋平臺現場跟班培訓相比節省了大量費用，經濟效益好。通過培訓不僅幫助學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的事故，幫助學員提高安全意識，積累寶貴的事故處理經驗。本套仿真設施在實際應用中得到了客戶的好評，其直觀的多種培訓方式為今后此類系統的開發提供了有益參考，有很強的推廣價值。

［1］ 林琳，劉賢梅.基于虛擬現實技術的油田仿真培訓系統的設計［J］.計算機技術與發展，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的開發［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軟件及應用［J］.系統仿真學報，2009（21）：6760-6764.

［4］ 吳重光.化工仿真實習指南［M］.北京：化學工業出版社，1999.

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

［6］ 董超，孫濟洲.FPSO生產仿真系統的設計［J］.計算機應用與軟件，2007（12）：126-127.