Використання динамічного аналізу для зменшення ваги офшорних установок

Мінімізація ваги та габаритів обладнання зменшує встановлені витрати на офшорну переробну установку. Оскільки технічні характеристики обладнання повинні враховувати нестаціонарні режими роботи, офшорні інженерні підрядники застосовують динамічний аналіз для оцінки конструкції обладнання для початкового запуску, нормальної роботи, відключення, зупинки, перезапуску та змін у виробництві на всьому протязі. Знання, отримані в результаті динамічного аналізу, використовуються для мінімізації надмірного проектування, вивчення альтернативного обладнання з меншими розмірами та, врешті-решт, досягнення дизайну, який найбільш підходить для офшорного середовища.

Легше обладнання означає менші витрати

Джеффрі Фенг, Аваніш Аггарвал, Сураджіт Дасгупта, Хосс Шаріат - KBR

Обсяг і наголос динамічного аналізу змінюється в міру просування проекту. Щоб повністю оцінити ступінь знань, які можна отримати від динамічного аналізу, нижче наведені приклади попередніх офшорних установок, які охоплюють три основні програми: аналіз технологічної схеми, вибір матеріалів та детальний дизайн обладнання.

Аналіз технологічної схеми

Проект, як правило, починається з техніко-економічного обґрунтування, щоб розробити загальну технологічну схему. Мінімізація кількості обладнання на етапі техніко-економічного обґрунтування може покращити загальну матрицю витрат проекту, особливо для розробки полігону (матеріального поля), де додавання обладнання повинно бути мінімальним. Для розробки полевих територій динамічний аналіз перевіряє робочі межі існуючого обладнання, щоб визначити, чи можна його використовувати повторно.

Нещодавно розробник нафтового родовища планував модифікувати морську платформу, щоб врахувати зміни в пластових умовах та зв'язок нових потоків. Оригінальна платформа мала експортний газовий компресор із вхідним охолоджувачем, який також функціонував як рециркуляційний охолоджувач. В рамках розробки полевого поля слід було додати новий компресор. Однак розробник хотів зберегти існуючий теплообмінник як загальний охолоджувач для обох компресорів і попросив техніко-економічного обґрунтування цієї дещо незвичної конфігурації.

Додавання підсилювального компресора до існуючої системи стиснення.

Оскільки теплообмінник повинен був використовуватися як охолоджувач при нормальній роботі та як охолоджувач утилізації при запуску та вимкненні, був проведений динамічний аналіз, щоб повністю зрозуміти навантаження теплообмінника як для стаціонарного режиму, так і для перехідних операцій, і визначити, чи може існуючий теплообмінник прийняти передбачуване навантаження для всього спектра операцій з новим компресором.

Для забезпечення точності динамічного аналізу спочатку була побудована імітаційна модель для існуючої установки і затверджена на основі стаціонарних робочих даних для забезпечення точності кривих компресора, коефіцієнта тепловіддачі, потужності клапана та інших параметрів обладнання в моделі.

Після перевірки до моделі було додано новий компресорний блок та його лінію переробки. Потім на моделі виконали моделювання запуску.

Максимальне мито обмінника відбулось тоді, коли компресори працювали в утилізації повністю перед тим, як тиск нагнітання досяг тиску в експортному трубопроводі, тобто точка "D" на графіку нижче. Прогнозований витрата, температура та тиск, що відповідають максимальному навантаженню, були вилучені з імітаційної моделі та проведено детальний розрахунковий рейтинг для обмінника. Було зроблено висновок, що існуючий теплообмінник може задовольнити потреби в охолодженні обох компресорів, і новий теплообмінник не знадобиться.

Цей приклад показує, що динамічний аналіз може бути використаний на початку фази доцільності для розробки оптимального проекту з найменшим впливом на існуючий об'єкт. Як правило, такий тип аналізу проводиться для проектів забудови в Північному морі, де зацікавлені сторони розглядають економічно ефективний спосіб пристосувати нові умови водосховища після того, як об'єкти працюють протягом 10 років. Для нових проектів (нових полів) динамічний аналіз нечастий на початковому етапі техніко-економічного обґрунтування через відсутність даних.

Вибір матеріалу

Коли проект «зеленого поля» виходить за межі початкової фази техніко-економічного обґрунтування, інженерне дослідження, що виконується за фактом, зазвичай виконується підрядником-інженером з можливістю вибрати відповідний матеріал для будівництва з урахуванням таких факторів, як стійкість до корозії, вага, вартість тощо. системи охолодження та протипожежної води на морській платформі. Ці системи, як правило, мають труби великого діаметру, які проходять через цілі споруди. Для цих систем використання труб із армованого склопластиком (FRP) може значно заощадити вагу порівняно з металевими трубами. Однак надмірна динамічна сила може завдати шкоди FRP-трубам. Найбільш сильні динамічні сили зазвичай виникають під час запуску насоса та спрацювання насоса, коли відбувається швидка зміна тиску та швидкості рідини. Щоб забезпечити правильну специфікацію труб FRP, динамічний аналіз визначає максимальний та мінімальний тиск, максимальну швидкість та динамічні сили для кожного сегмента труби в системах.

Передбачуване мито обмінника для запуску. Точка A: Початковий стан, коли обидва компресора не працюють; Точка B: Компресори розігнали до мінімальної регулюючої швидкості; Точка С: Після того, як компресори досягли мінімальної швидкості, контролери компресора перейшли на автоматичний, який частково закрив циклічні клапани; Точка D: швидкість обертання компресора збільшувалася до тих пір, поки тиск нагнітання не досяг тиску в експортному трубопроводі, що запускало прямий потік через компресори; Точка E: компресори досягли нормальних робочих точок із повністю закритими рециркуляційними клапанами.