天然氣集輸站場工藝流程模塊化設(shè)計

天然氣集輸站場工藝流程模塊化設(shè)計

理論分析1.方案設(shè)計和布置設(shè)計天然氣站流程的簡化設(shè)計包括方案和布局設(shè)計。方案設(shè)計主要研究完成項目任務(wù)的技術(shù)路線,布置設(shè)計則用具體的幾何學(xué)方法和計算機模擬技術(shù)來表達方案設(shè)計。(1)用戶要求分析方案設(shè)計是根據(jù)市場分析、綜合設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗,確定天然氣集輸場站工藝流程的方案和選擇滿足用戶要求的模塊。方案設(shè)計大致包括市場調(diào)查和用戶要求分析、模塊的創(chuàng)建、模塊的劃分、模塊的選擇與評價。通過使用專家系統(tǒng)技術(shù),系統(tǒng)自動調(diào)整確定工藝流程的性能參數(shù)和模塊的性能參數(shù),形成參數(shù)化數(shù)據(jù)庫,供系統(tǒng)的布置設(shè)計和實體裝配造型使用。在方案設(shè)計中,系統(tǒng)采用“設(shè)計—分析—評價—再設(shè)計”技術(shù),基于約束的再設(shè)計技術(shù)和實例學(xué)習(xí)的推理技術(shù)實現(xiàn)多方案及多方案求優(yōu),以滿足不同用戶、不同加工條件以及布置、造型和裝配各種約束條件要求。(2)約束機制與設(shè)計工藝流程模塊化設(shè)計的信息包括工藝流程與模塊的設(shè)計參數(shù)信息和布置的拓撲信息。前者描述模塊內(nèi)部的相關(guān)性和約束關(guān)系,后者描述模塊之間的裝配關(guān)系。約束推理就是綜合考慮這兩方面信息之間約束關(guān)系的過程。本文在專家系統(tǒng)技術(shù)中采用約束推理,克服了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中知識組織的松散性,突出了變量與參數(shù)之間的相關(guān)性,有利于引導(dǎo)設(shè)計過程和實現(xiàn)再設(shè)計。模塊化設(shè)計,理論上對應(yīng)一定的輸入,有無數(shù)的輸出,但可行的方案畢竟是有限的,原因是輸入與輸出之間存在著多種多樣的約束關(guān)系。約束推理的目的就是建立設(shè)計的約束網(wǎng)絡(luò),通過約束的分解和簡化變量與參數(shù)之間的關(guān)系,直到變量之間存在單一的對應(yīng)關(guān)系。設(shè)計過程可以視為約束的傳播過程。在模塊化設(shè)計中,約束關(guān)系可以分為兩類:一類是決策層的約束關(guān)系,反映的是設(shè)計專家啟發(fā)性知識或經(jīng)驗;另一類是參數(shù)層的約束關(guān)系,可借助精確的數(shù)學(xué)語言描述。在模塊化設(shè)計中采用約束推理有簡化模塊的性能參數(shù)及幾何參數(shù)的計算和引導(dǎo)再設(shè)計兩個重要的作用,達到系統(tǒng)自動修改參數(shù)或提供可行的參考建議的目的。(3)對模式分析技術(shù)布置設(shè)計是一項非常復(fù)雜的過程。為了在計算機上實現(xiàn)自動的布置設(shè)計,本文提出以下步驟:①通過市場調(diào)查和用戶要求的分析,進行模塊的創(chuàng)建和劃分,解決如何獲得各種模塊;②通過功能到結(jié)構(gòu)分析,并采用力流方法獲得模塊的連接模式,解決連接模式定義問題;③通過專家系統(tǒng)技術(shù)選擇滿足各種關(guān)聯(lián)要求的模塊,解決模塊綜合問題;④通過基于特征的參數(shù)化實體造型技術(shù),實現(xiàn)工藝流程和模塊的造型;⑤利用圖論技術(shù)解決模塊的裝配問題;⑥利用約束推理技術(shù)解決失敗處理和再設(shè)計問題。2.工藝流程已經(jīng)定型國外各種類型油氣田集輸、處理工藝和設(shè)備早已實現(xiàn)了整套的密閉輸送和處理流程,其井口、分離、計量、凈化、脫硫、脫水、脫鹽、加熱等處理和儲存設(shè)備都已定型達到了標準化、系列化、訂購選用的程度。由于國內(nèi)剛起步,所以本文將標準化、系列化、互換通用化作為天然氣集輸場站工藝流程設(shè)計的參考準則。(1)種低成本的技術(shù)引進積極采用國際標準和國內(nèi)先進標準以及推薦性標準是我國的一項重大技術(shù)政策,也是一種廉價的技術(shù)引進,是促進產(chǎn)品技術(shù)進步,提高標準水平,產(chǎn)品質(zhì)量,經(jīng)濟效益的重要途徑,也是企業(yè)參與國際市場競爭,加快與國際慣例接軌的需要。運用標準化原理指導(dǎo)設(shè)計天然氣集輸場站工藝流程能提高天然氣集輸場站的性能價格比,保證產(chǎn)品質(zhì)量。(2)提高生產(chǎn)技術(shù)水平通過天然氣集輸場站工藝流程的系列化設(shè)計,用最少的品種規(guī)格滿足多方面的要求。品種減少后生產(chǎn)批量相對增大,從而可以組織大批量生產(chǎn),便于采用新技術(shù)、新工藝,不斷提高生產(chǎn)技術(shù)水平,提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高勞動生產(chǎn)力和降低成本。抓住產(chǎn)品開發(fā)的系列化進行組合設(shè)計,將固定結(jié)構(gòu)部分的大批量、少品種、低成本與可變結(jié)構(gòu)部分的小批量、多品種、高成本有機地結(jié)合起來以滿足用戶多樣化要求。(3)一般交換和使用在天然氣集輸場站工藝流程的設(shè)計過程中,擴大各工藝模塊的通用化程度可以保證產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。天然氣集輸工藝流程設(shè)計本文提出的模塊化設(shè)計方法在四川石油管理局川南礦區(qū)排水找氣工程的天然氣集輸場站工藝流程設(shè)計中已得到了成功的應(yīng)用。排水找氣是通過工藝措施使氣井內(nèi)的水排出,從而釋放井內(nèi)天然氣。在此過程中氣和水時常一起排到井外,這就要在井場內(nèi)通過合適的集輸工藝對其進行處理,其處理措施包括節(jié)流降壓、高壓放空、氣液分離、天然氣計量、生產(chǎn)用氣處理、低壓放空、氣田水計量、氣田水處理、氣田水泵排等眾多環(huán)節(jié)。該類井在設(shè)計上有兩個特點:一是處理工藝較為統(tǒng)一,環(huán)節(jié)內(nèi)容變化不大;二是井站設(shè)計壓力等級和處理能力等參數(shù)變化范圍較寬。據(jù)此,我們采用模塊化方法為該類井設(shè)計了天然氣集輸工藝流程(圖1)。工藝流程模塊的劃分(表1)。由表1可知,各模塊功能固定,內(nèi)部參數(shù)符合設(shè)計規(guī)范,實現(xiàn)了壓力等級和處理能力系列化。各模塊按照模塊名稱、模塊功能、模塊能力、模塊上下鏈接關(guān)系、接口名稱、接口屬性、接口鏈接對應(yīng)關(guān)系、接口管徑、接口相對坐標等項目進行標準化定義,便于模塊的自動鏈接和最終實現(xiàn)自動設(shè)計(表2)。1997年川南礦區(qū)設(shè)計室完成了納14井,老14井等大小幾十項