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)操作工藝復雜、安全生產(chǎn)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(xiàn)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(yè)人員變得非常緊迫。仿真培訓設(shè)施就是在這種背景下考慮設(shè)計的。培訓設(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)，幫助學員在理論學習的基礎(chǔ)上，加強主觀認知，提高實際操作能力和應(yīng)急情況處理能力［2］。

1 仿真培訓設(shè)施設(shè)計簡介

1.1 設(shè)施布置

仿真培訓設(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(shè)備布置在室外房間，可以有效降低室內(nèi)噪聲，保證學員和講師的培訓效果及職業(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，方便學員整體觀察培訓設(shè)施。

圖1 培訓設(shè)施

圖2 中控室

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

仿真培訓設(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)置了化學藥劑系統(tǒng)、閉式排放系統(tǒng)、火炬放空系統(tǒng)、工廠風和儀表風等公用系統(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(tǒng)

仿真培訓設(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)、模擬培訓系統(tǒng)（OTS）以及上位機電腦監(jiān)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(jié)合的方式以達到學員掌握生產(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(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 培訓模式

仿真培訓設(shè)置注重理論結(jié)合實際，在課程學習的基礎(chǔ)上，讓學員親自動手操作加強認知。不僅對正常生產(chǎn)操作進行培訓，還模擬一些實際生產(chǎn)中出現(xiàn)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(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，幫助學員學習設(shè)備工作原理和操作規(guī)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(shè)備，在講師監(jiān)督下學員根據(jù)操作規(guī)程親自動手操作，加深直觀認識。實際操作模式至少能實現(xiàn)以下培訓內(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

仿真實習對于學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(lián)系實際的新型教學方法［3-5］，可以更好地支持生產(chǎn)、服務(wù)生產(chǎn)，進而達到指導生產(chǎn)、提高生產(chǎn)的目的［6］。

仿真培訓設(shè)施投入使用后效果良好，已培訓多批學員，較海洋平臺現(xiàn)場跟班培訓相比節(jié)省了大量費用，經(jīng)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(xiàn)的事故，幫助學員提高安全意識，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軟件及應(yīng)用［J］.系統(tǒng)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(yè)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(chǎn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計［J］.計算機應(yīng)用與軟件，2007（12）：126-127.