浮式生产储油装置的仿真培训设施

陈卫江 王 渤 陈正文

（1.中海油安全技术服务有限公司 天津300452；2.中海油能源发展油建工程设计研发中心 天津300452）

引 言

随着海洋石油事业不断发展，新建海洋平台和浮式生产储油装置（以下简称FPSO）不断增多，需要越来越多的专业技术人员。由于海上油田设施布置相对紧凑、作业操作工艺复杂、安全生产问题突出［1］，而通常培训新入职人员主要靠学习培训手册和观看录像等方式，不够直观且没有动手操作，所以记忆不深刻，而且人员跟班现场操作培训周期长，独立操作存在很大风险。

针对以上问题，如何能有针对性地快速培训专业人员变得非常紧迫。仿真培训设施就是在这种背景下考虑设计的。培训设施包括井口平台、FPSO油气水处理设施，同时也配备电气间和中控室等，完全模拟各种设备的实际运行状态，帮助学员在理论学习的基础上，加强主观认知，提高实际操作能力和应急情况处理能力［2］。

1 仿真培训设施设计简介

1.1 设施布置

仿真培训设施包括从采油树到FPSO上部组块的主要处理设施，生产设备参照FPSO上部组块经典布置方式，设备左舷和右舷对称布置，中间为主通道和管线布置区，帮助学员尽快适应未来工作环境。每个单体设备之间均留有充裕空间，方便培训学员观察以及维修操作。

空压机和水泵等动设备布置在室外房间，可以有效降低室内噪声，保证学员和讲师的培训效果及职业健康。水罐布置在地下，方便流体返回罐内，同时也有利于罐体保温。电气间和中控室既可以模拟现场实况，也可以作为讲课教室，房间相对生产设施地面升高1 m，采用全透明玻璃窗，方便学员整体观察培训设施。

图1 培训设施

图2 中控室

1.2 系统设计

仿真培训设施以典型井口平台加FPSO全海式开发模式为基础，模拟井口物流汇集外输、单井计量流程、原油脱水、生产污水处理、注水和公用系统等流程。

原油系统模拟井口平台生产的流体经单井计量汇集后，由海底管线输至FPSO集中处理，分别通过生产分离器和电脱水器处理合格原油后返回油罐。

图3 原油处理流程图

生产水处理系统模拟两套常用的生产水处理流程：第一套采用斜板除油器、气浮选、核桃壳过滤器的处理流程；第二套采用水力旋流器、双介质过滤器的处理流程，处理后的含油污水在满足注水水质的要求后返回水罐。

图4 生产水处理流程图

注水系统模拟从FPSO向井口平台注水的流程。水源由淡水罐提供，注水泵增压后通过海底管线输至井口平台，经采油树模拟注入井底。

图5 注水系统流程图

根据实际处理流程还设置了化学药剂系统、闭式排放系统、火炬放空系统、工厂风和仪表风等公用系统。

井口物流的油、气、水三相介质分别由硅油、淡水和压缩空气混合模拟，硅油和淡水分别储存在相应的油罐和水罐中。硅油有优良的化学稳定性和电绝缘性能，无味无毒、抗水、防潮，长期与空气接触不易变质，闪点在300℃以上，凝点在-50℃以下。硅油与水混合界面清晰，可循环使用，为便于观察在硅油中添加少量有机染料。培训装置启动时，硅油和淡水经泵增压后与压缩空气混合形成井口物流，各处理流程均为闭式循环，液体按培训流程循环后返回储罐，不仅可以有效减少系统损耗量，也避免了含油污水排放造成环境污染。

培训设施可以模拟多种流程实际操作，设计中充分优化设备使用，各种流程尽量共用一套设备，重叠使用的设备可以通过旁通避免流程冲突，实现原油脱水、生产水处理和注水系统等同时运行，这样不同操作工种的学员可以同时进行实际操作培训，提高培训效率。

1.3 控制系统

仿真培训设施配置一套全真的中控系统，通过可编程逻辑控制系统（PLC）与集散控制系统（DCS）的通讯来实现对仿真平台的控制。中控系统主要由DCS/PLC控制系统、模拟培训系统（OTS）以及上位机电脑监控站（包括教员站和学员站）组成，采用DCS控制与OTS模拟培训相结合的方式以达到学员掌握生产监控的原理和操作，通过TCP/IP协议进行通讯并在上位机显示，从而实现系统的真实和模拟双重性，学员可以通过培训教师模拟出的工艺流程画面进行操作学习，达到提高技能、高效培训学员的目的。

DCS整合了过程控制系统（PCS）、紧急关断系统（ESD）和火气系统（F&G），动态显示生产流程、主要工艺参数及主要设备运行状态，以声光报警形式显示平台生产和安全的异常状态，并打印记录备案。能定期打印生产报表，对生产过程进行监控，具有自诊断功能，自动/手动执行应急关断逻辑，显示模拟平台火气探测系统状态，火灾和可燃气体泄漏时声光报警，自动/手动执行火气状态控制逻辑等。

2 培训模式

仿真培训设置注重理论结合实际，在课程学习的基础上，让学员亲自动手操作加强认知。不仅对正常生产操作进行培训，还模拟一些实际生产中出现的故障，让学员进行分析判断并制定解决方案，提高学员的风险辨识及独立思考的能力。培训设施主要包括三种模式：授课模式、实际操作模式和应急处理模式。

2.1 授课模式

授课模式主要以讲师讲解和操作演示为主，帮助学员学习设备工作原理和操作规程等，加强风险辨识，提高安全意识。

2.2 实际操作模式

实际操作模式主要培训学员安全正确的操作设备，在讲师监督下学员根据操作规程亲自动手操作，加深直观认识。实际操作模式至少能实现以下培训内容：

（1）油气水处理流程切换；

（2）油气水分离器气液界面和压力的调节；

（3）海底管线通球操作；

（4）海底管线进出口压力和温度的录取；

（5）生产水处理设施的正常操作；

（6）化学药剂混合浓度调节及注入操作；

（7）各类泵和压缩机的启停操作；

（8）各类泵和压缩机的维护保养；

（9）流量计的正常计量操作和流量计算；

家长会当天，家长们陆陆续续走进教室。刚坐下，就开始“审阅”孩子们的作业，还时不时与周围的家长对比一下。有的家长一见面就开始不停地数落自己孩子的缺点，同时猛夸对方孩子，我看在眼里，心里很不是滋味。

（10）在中控通过PCS/DCS调节工艺流程运行参数；

（11）各类阀门的识别；

（12）各类阀门的维护保养；

（13）手动设置调节阀的开关度；

（14）各类滤网更换和清洗；

（15）压力表更换；

（16）化学药剂泵冲程的调节。

2.3 应急处理模式

应急处理模式由讲师设置一些日常操作中经常出现的故障，学员分析判断并解决问题，提高响应速度和紧急事故时指挥协调能力。应急处理模式至少能实现以下培训内容：

（1）油气水处理设施或系统一般故障的判断和处理；

（2）生产水处理不合格时的应对操作；

（3）各类报警的识别和处理；

（4）各级应急关断的处理；

（5）应急信号种类的识别；

（6）启动消防水灭火；

（7）使用手推或便携式灭火器材灭火；

（8）启动喷淋系统；

（9）组织发出各类救生、逃生信号；

（10）救逃生程序演示。

3 结 论

仿真实习对于学生了解工艺和控制系统的动态特性，提高对工艺过程的运行和调整控制能力具有特殊的作用。这种运行、调整和控制能力集中反映了学生运用所学的理论知识分析和解决问题的水平，仿真实习是运用高科技手段强化学生理论联系实际的新型教学方法［3-5］，可以更好地支持生产、服务生产，进而达到指导生产、提高生产的目的［6］。

仿真培训设施投入使用后效果良好，已培训多批学员，较海洋平台现场跟班培训相比节省了大量费用，经济效益好。通过培训不仅帮助学员了解海洋油气田的处理流程和日常操作，尽快熟悉未来的工作岗位，还能模拟处理一些日常操作中出现的事故，帮助学员提高安全意识，积累宝贵的事故处理经验。本套仿真设施在实际应用中得到了客户的好评，其直观的多种培训方式为今后此类系统的开发提供了有益参考，有很强的推广价值。

［1］ 林琳，刘贤梅.基于虚拟现实技术的油田仿真培训系统的设计［J］.计算机技术与发展，2012（10）：205-208.

［2］ 黄晓雪，韩端锋，袁利毫，等.基于GL Studio的船舶驾控台仿真系统的开发［J］.船舶，2013（4）：73-77.

［3］ 吴重光，纳永良，夏迎春,等.过程与控制计算机仿真实习软件及应用［J］.系统仿真学报，2009（21）：6760-6764.

［4］ 吴重光.化工仿真实习指南［M］.北京：化学工业出版社，1999.

［5］ 李士雨.化工仿真实习教学改革的研究与实践［J］.化工高等教育，2003（2）：49-52.

［6］ 董超，孙济洲.FPSO生产仿真系统的设计［J］.计算机应用与软件，2007（12）：126-127.