PIPENET水力分析在曹妃甸改造项目中的应用研究

张克雄，毛伟志，陈 好，贾 媛

（1．森松（江苏）海油工程装备有限公司，上海201323；2.海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

PIPENET水力分析在曹妃甸改造项目中的应用研究

张克雄1，毛伟志2，陈 好2，贾 媛2

（1．森松（江苏）海油工程装备有限公司，上海201323；2.海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

针对海上平台消防系统水力分析的特点，本文以实际工程曹妃甸项目为例，简要介绍了曹妃甸改造项目的消防水系统以及PIPENET水力分析软件的应用背景，重点论述了PIPENET在实际工程项目中消防水系统水力分析方面的应用，并对其应用情况进行了分析，并提出了建议。

海上平台；PIPENET；水力分析；消防水系统

曹妃甸油田位于中国渤海湾西部，西距天津新港90 km，东北距唐山港60 km，所处水域水深约20m。曹妃甸油田分三期开发：一期由WGPA和WHPA两座井口平台和一座SPM单点以及一艘15万t级的海洋石油112号浮式生产储存缺货装置（FPSO）等设施组成，于2004年7月投产；二期2005年7月WHPC无人值守井口平台投产；三期2006年9月WHPD井口平台投产，10月WHPE和WHPF两座无人值守井口平台相继投产，标志着该油田完成工程建设［1］。

1 海上油田固定消防水系统简介

平台水消防系统主要是由消防泵、消防主管网、软管站、消防泡、消防栓、喷淋阀、水喷淋系统等几部分组成［2］，广义而言还包括泡沫系统和生活楼水喷淋系统（如图1所示）。消防水系统是海上生产设施中非常复杂的一个系统，它涉及的用户多，工况复杂，如何确保消防泵的性能和管网的性能同时满足各种用户在各种工况下的工作需求，并且让消防水系统配置最经济合理，是消防水系统设计过程中必须考虑的问题。因而需要进行水力分析，在实际工程中常把消防水系统分成消防主环网和阀后喷淋系统两部分进行分别建模。

图1 消防水系统示意图

2 PIPENET软件说明

PIPENET软件广泛服务于石油、天然气、造船、化工以及电力工业等领域，用以进行管网系统计算和优化、设备选型以及事故公开水力分析，有利于提高系统设计安全性，降低事故发生率，并能有效降低维护成本。PIPENET软件包括3个 计 算 模 块 ，Standard Module、Spray／Sprinkler Moudule和Transient Module。

本文利用了PIPENET软件的Spray／Sprinkler Moudule模块进行曹妃甸WHPD平台改造项目的水力分析计算。

3 曹妃甸某平台改造项目的PIPENET水力计算分析

曹妃甸该平台改造项目的消防水系统只包括消防主管网、软管站、消防栓、喷淋阀、水喷淋系统等几部分，由老平台的消防泵供水。因此对于泵的校核和管网的优化设计要求较高，这就更体现出了做水力分析的必要性。

3．1 建模

建模依据是总图、水消防系统PID、消防管网规划图或ISO图、管道详细参数和厂家提供的设备参数等。首先根据项目要求完成管道材质、喷头类型、泵曲线等基础数据的输入，然后依据PID图和立体图完成整个系统的建模。PID图是模型搭建的主要依据，过程需要结合消防管网规划图或ISO图确定管线的具体走向、管路附件的数量等。在完成管网的整体模型搭建后，需要进行系统组件的建模，计算软件一般会带有喷头、阀门、孔板等设备的模型。本项目对主环网和阀后喷淋系统进行分别建模（如图2、图3）。

图2 主环网水力计算模型

图3 阀后喷淋系统水力计算模型

3．2 水力分析结果

经过计算得到，当经过改造加入2个泄露后泵14-P-8610A可以提供5．62×105Pa的压力，泵14-P-8610B可以提供9．29×105Pa的压力。阀后喷淋系统的计算结果见表1。

而14-X-8640C喷淋阀后的压力需要6．84×105Pa， 但是泵14-P-8610A只能提供5．62×105Pa的压力，不能满足设计要求，因此需要进行优化设计。优化可以提高泵14-P-8610A的出口压力，也可以降低喷淋阀后的压力。根据泵14-P-8610A的特性曲线（如图4）可得，减小流量可以使泵出口压力提高。

表1 阀后喷淋系统水力计算表

图4 泵14-P-8610A的特性曲线

管道的特性方程［3］如下：

因而阀后的压力主要是由最不利点的流量以及沿程的摩阻决定的，所以主要从这两方面调整优化。但是设备的喷淋管线都是已经存在的，所以优化应当尽量少的更改管线。因而就考虑到改变最不利点喷头的流量。喷头流量的计算公式如下［4］：

式中：Q——喷头的流量；

K——喷头的K系数（厂家提供）；

P——Q流量下的喷头压力。

由上述公式可得，当喷头的K系数减小时，喷头的流量就会相应减少，根据厂家资料，N4W的K值为54．9，而N2W的K值为24．2，因而考虑把原设计的部分N4W的喷头更换为N2W型号后，然后进行建模计算，如图5所示，计算结果见表2。

图5 优化设计后的阀后喷淋系统模型

计算结果表明，14-X-8640C喷淋阀后的压力需求为5．5×105Pa，这样泵14-P-8610A和泵14-P-8610B都能满足设计要求。而且把N4W型号的喷头换成N2W后水量也能满足要求。通过上述水力分析计算达到了优化设计的目的。

4 结论和建议

（1）PIPENET水力分析软件具有很强的实际应用价值和指导性，并已经在实际项目中得到了应用和推广。

（2）从实际方案建立模型，进行水力计算，将计算结果进行分析和对比，进一步优化实际设计方案，是水力分析的总体思路。

（3）借助于PIPENET进行水力分析，能够较准确模拟出消防系统的水力关系，但前提是系统建模的准确性。

（4）建议主要依据各专业提供的资料，针对实际的流程和设备特点灵活建立子系统、组件模型是整个系统模型准确性的关键。

表2 优化后的阀后喷淋系统水力计算表

［1］ 赵军凯，张晓冬，等．Q4 Safety在海洋石油安全管理中的应用［J］．安全与环境工程，2008，（12）：87-91．

［2］ 《海洋石油工程设计指南》编委会．海洋石油工程设计概论与工艺设计 ［M］．北京：石油工业出版社，2007．345-351．

［3］ 姚玉英，等．化工原理［M］．天津：天津大学出版社，2003．102-103．

Application of Pipenet Hydraulic Analysis in CFD Platform

ZHANG Ke-xiong1，MAO Wei-zhi2，CHEN Hao2，JIA Yuan2
（1．Morimatsu（Jiangsu）Offshore Oil Engineering＆Equipment Co．，Ltd．，Shanghai 201323，China；2．Offshore Oil Engineering Co．，Ltd．，Tianjin 300451，China）

According to the particularity of hydraulic analysis of offshore platform，the application background of PIPENET hydraulic analysis software was introduced．The application on fire water system hydraulic analysis of PIPENET was mainly discussed．The application of PIPENET was analyzed．Suggestions were supplied．

offshore platform；PIPENET；hydraulic analysis；fire water system

TU 998.1

B

1671-9905（2011）05-0050-03

张克雄，男，高级工程师，1988年毕业于西南石油学院油气储运专业，现从事油气水处理设备研制工作

2011-02-22