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基于标准化模块的联合站三维设计方法

2021/5/17    来源:互联网    作者:王青  林罡  王蓓  郭刚      
关键字:联合站标准化模块化  三维设计  
“标准化设计、模块化建设”在油田小型站场的建设中,利用三维设计软件设计出三维装置模型,更直观、更逼真、更容易发现前期存在问题。
1 长庆油田标准化建设现状

       随着长庆油田大规模建设,重复性的建设工作越来越多,同类事项大量存在,为开展标准化工作奠定了有利的条件。目前已在苏里格气田地面建设、油田小型站场设计中采用以“标准化设计和模块化建设”为核心的建设思路。

       标准化设计是根据井站的功能和流程,针对地面工程建设中同类型的站场、装置和设施,设计一套通用的、标准的、相对稳定的、可重复使用的、适用于地面建设的指导性和操作性文件。通过标准化设计的应用,加快了方案、设计、采购、施工的衔接转换,加强协调、互相促进,实现同步和交叉作业,加快节奏。

       通过“标准化设计、模块化建设”,使油气田建设按照“预制”、“组装”、“复制”的模式建设。经过三年的不断优化和完善,目前,油田标准化设计已完成增压点、接转站、注水站、供水站、区部、井场等27种标准化站场,6大类、95项标准化模块设计。

2 标联合站工程设计体系的构建

       联合站是一个复杂系统工程,站场种类、规格多样,为了简化标准化设计工作、提高设计通用性、互换性,以应对滚动调整及超前准备工作的要求,标准化设计中引入模块化设计方法和采用模块化的设计体系结构。模块化的优点在于模块分解的独立性、模块组合的系统性和模块接口标准化,是应对规模化和多样性的最佳选择。联合站是一个复杂设计系统,具有多站合建站场的复杂性,因此以复杂站场(系统)作为研究对象,应用系统分解的方法,构建了一个自上而下的、多层级的模块化设计体系。

       模块化的基础是模块,联合站模块单体根据工艺要求从模块图集库中挑选,以标准化的站场平面为母版,以插件的形式拼接组合,从而快速组合成形成各类标准化站场。

       主要山以下3部分内容构成:

       1)标准化站场设计图集,包括:平面、流程、综合管网、模块构成和选用明细说明等。

       2)标准化模块单体图集,包括各类标准化模块。工艺模块图集按工艺流程划分为不同单体,每一模块单体山直接相关设备、配管、基础、仪表、防腐等内容构成。

       3)配套技术标准,包括统一技术规定、定型设备库、配管数据库、技术规格书、计算书等。

3 联合站三维标准化设计研究

       联合站是一座包括油气集输、油气处理、注水、供水、污水处理、供配电、通讯、矿建等方面的综合油田生产站场。运用合理的优化理论进行优化设计,充分考虑近期与远期的结合和扩展,适应滚动开发的需要,最大限度的实现站场平面的最优化布局,筛选出最优的设计方案,最大限度的实现站内系统从设计到运行管理的总体优化,为站场布局、管网布局设计、分期建设、运行管理和生产决策提供科学的依据和指导,提高石油采收率,力求建设费用和运行费用最低。

       三维设计软件能在管道模型的基础上生成管道平面图、管道立面图、管道剖面图、管道轴测图、管道综合材料表等。通过自动标注软件,能在管道模型生成的管道平立面图、轴测图上进行自动标注。一般平面图标注包含设备、管道定位尺寸及各类属性、建筑轴线号、柱间距等相关信息;轴测图标注包括尺寸、管件标记、物料流向、端点坐标及接续号、管段材料表、管段切割长度表等。利用三维设计软件设计出的三维装置模型非常逼真、直观。三维设计软件均配有“漫游”功能软件(Review),使人有身临其境之感。设计审查直接在三维模型上进行,比用图纸审查更直观、更逼真、更容易发现问题。

       3.1 标准化联合站数据库和模型库

       为统一配管要求,制定标准化联合站配管数据库和设备三维模型库。

       数据库的建立实现了油田设计材料的数据化管理。根据GB12459,GB13401,GB/T91129124,GB9711.1,SY5257,GB8163、Q/SY CQ3394-2009等系列国家、行业标准建成了标准化联合站数据库。对管阀配件、管材、管线规格、管件标准、法兰标准、支管形式、连接形式和标准等配管内容做了统一规定,以避免由于不同标准体系之间的配合问题而带来的一些错误。数据库范围包括油气集输、热工、供水、水处理、伴生气、清水、热力等管道。

       3.2 三维化设计方法

       三维设备模型库是三维设计的基础。经过几年来的小断研究与积累,借助三维辅助设计,首次独立完成了联合站三维设备模型库的建立。通过对联合站站场工艺管道的三维配管设计,能够一目了然地从管道进出设备端、管道空间走向、工艺流程、模块的空间布置有很直观的了解。同时在三维仿真模型(图1)中引入属性的概念,如管道的属性,按照不同属性对管道仿真模型进行不同的表示方法,即便是在同一模块中的工艺管道,也能很明显看出其所属的专业流程系统。
 

三维模型构建

图1 三维模型构建

       3.2.1 联合站工艺系统的仿真技术

       标准化的站场平面是各工艺模块布置的母版和基础。站场平面布局遵循“满足生产需要,缩短生产流程,合理节约用地,降低工程投资,保证安全操作,节省管理费用”的基本布局原则进行设计,做到布局定型、风格统一。为节约用地、便于管理,各类站场通常会进行联合建设。各类标准化的站场采用积木式的拼接,形成多站合建的建设模式。

       合建后的布局美观合理的问题,公用设施合并调整的问题均亟待标准化来解决。采用了如下的解决方案:

       标准化的站场模块的平面设计即考虑了不同规模站场的统一性,也充分考虑了多站合建时布局的协调性。站场平面均采用近似黄金分割的矩形,骨架站场一般以54-60m为基本模数、小型站点以35m为基本模数,在站场拼接时,主要的甲,体模块的相对位置和接口方位均不需改动,对共用部分如道路围墙、供热、场地照明、防雷接地等公用系统进行整合,即可快速完成复杂的合建站场设计。管线的走向、连接、空间所处的位置、整个流程都能很清楚的从三维图上直观得到(图2)。
 

联合站三维示意图

图2 联合站三维示意图

       3.2.2 自动检查管线碰撞、自动统计材料

       三维设计软件具有对模型进行碰撞检查的功能。碰撞检查既可以是管道之间及管道与其他专业的设备、风管、梁、柱、基础、钢结构和电缆桥架的碰撞检查,也可以是管道与绝热层、维修预留空间的碰撞检查。这样能尽早发现问题及时修改,提高设计质量,减少施工返工,避免时间和经济上的损失。因此借助三维辅助设计实现了管道安装的自动检查,能够发现集输系统、注水系统、水处理系统工艺等专业的管线碰撞、管道接口不对、管道漏缺等管线安装二维设计中常见的问题。

       管道三维设计是按照空间坐标进行设计的,一张图纸完成后能够完成安装材料的自动统计,材料表准确无误,能很好地控制材料富余量,避免浪费。一般的,较人工统计材料可节省材料1%-3%,大大提高了设计速度,减少了错、漏、缺料的发生,提高了设计质量。

       3.2.3 模块内管线流水号的表示

       设计安装模块化是标准化设计的核心内容。以“便于采购、便于预制、便于运输、便于组装”为基本的模块划分标准,以满足模块化建设的需要。

       ①模块定型化

       内部的功能和布局

       定型模块所完成的功能是一致的;模块内的布局和风格保持不变;模块的设备实现定型化、系列化;模块的配管标准、配管要求是统一的。

       外部接口方位和方式固定

       模块的外部接口(开口)的高度、方位固化;模块的外部接口连接方式和配管标准统;模块有正向和镜像两种标准,适应调整需要。

       ②模块系列化

       按照工艺参数,每一设计模块均实现系列化设计,适应不同的需要。同一系列的标准化模块,应具有很强的通用性、互换性,易于插件式替换以适应滚动开发建设不确定性大的特点及规模化采购和建设的需要。

       ③模块整合定型的单体

       模块通过组装、拼接就可以形成不同类型、不同规模联合站的整体设计。组合标准化站场设计图设计内容包括:平面、流程、综合管网、模块构成和选用的明细说明等。标准化站场需和标准化模块相互的配合使用,模块甲体从模块图集库中挑选和组合,通过以标准化的站场平面为母版,以插件的形式在综合管网间进行定位拼接,从而快速组合成形成各类标准化站场。

       对标准化场站的设计要按照不同的设计规模进行分类,站场规模系列应尽量覆盖全面。通过对站场工艺流程研究中各具体功能模块的划分,结合场站平面布置,将各功能模块进行有效地整合或是细分,形成联合站模块划分。由于管线的属性不同,其压力等级、材质、质量等有不同的要求,为便于质量控制以及数据分析总结、了解模块的流程的功能用途,在管线轴侧图中标注管线的属性、所属模块以及在模块中位置编号等信息,以英文字母和阿拉伯数字表示。管线编号山四部分组成,在每个部分之间用一短横线隔开。管线的编号方法(图3)通过举例进行说明:
 

管线编号方法

图3 管线编号方法

       通过以上对管线的表示,实现了管线编号的唯一性,在所有模块的管线轴侧图中,每一条管线都有自己独立的、唯一的编号,便于工程施工数据统计、分析、数据追溯及下料。

       联合站平面布局较为复杂,受工艺、环境影响大。由于联合站的复杂性,且受地形影响大,整体开展标准化设计有一定难度,因此先对主要工艺单元(功能区)进行标准化设计,在通过定型单元模块的拼接,形成联合站。

4 联合站标准化三维设计应用效果

       4.1 标准化设计降低站场概算,节约成本

       研究成果已在某采油厂联合站联成功运用。该联合站通过优化、简化和创新,地面建设水半不断提高,投资比例不断下降,工程总投资3512万元,同比节约投资1050.3万元(与同规模联合站进行对比),建设投资的比例下降33%,建设投资得到有效控制,保证了油田的高效开发,推动了当地的发展,经济效益和社会效益十分显著。

       4.2 标准化设计缩短设计周期

       标准化设计转变设计方式,有效提高设计方案的建立及施工图的设计、校审效率。尤其是三维配管设计技术替代常规的二维平面设计手段后,提高了设计准确性,极大地降低了设计差错率,提高了设计效率,有效节约了的人力资源(图4)。
 

设计周期对比图

图4 设计周期对比图

       4.3 缩短工程施工周期

       标准化设计、模块化施工实现了布局标准化、流程标准化、材料设备标准化以及工程施工工厂组件预制化、现场模块组装化,模块预配深度平均达70-85%,使得油田各场站工艺安装有效施工周期可缩短35%以上,整体施工周期缩短20%以上,大大缩短了建设周期,提高质量。

       4.4 施工质量提高

       通过标准化设计,减少设计缺陷,保证设计质量;材料采购的系列化、规模化,有利于物资质量验收把关;利于开展有效的质量控制和质量监督;模块预制采用专业化的装配,流水化的作业,及先进的施工工艺和检测工艺,确保工程质量。

5 结论

       鉴于三维仿真设计的直观性、各专业工艺管线的易区分性,将各种模块进行三维仿真设计,在进行场站设计时,将所需的各模块调出,进行总流程的改造与相互的连接整合,形成整个场站的三维设计,为场站建设施工提供一个更真实、更切合实际、更直观的指导,也便于进行对场站整体施工的控制。
 
责任编辑:程玥
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