Utilizarea analizei dinamice pentru a reduce greutatea instalațiilor offshore Offshore

Minimizarea greutății și dimensiunilor echipamentelor reduce costul instalat al unei instalații de procesare offshore. Deoarece specificațiile echipamentelor trebuie să ia în considerare operațiunile la starea de echilibru, contractorii de inginerie offshore aplică analize dinamice pentru a evalua proiectarea echipamentelor pentru pornirea inițială, funcționarea normală, coborârea, oprirea, repornirea și variația instalației. Cunoștințele obținute în urma analizei dinamice sunt utilizate pentru a minimiza supra-proiectarea, a explora echipamente alternative cu o amprentă mai mică și, în cele din urmă, pentru a realiza un design care este cel mai potrivit pentru mediul offshore.

Echipamentul mai ușor înseamnă costuri mai mici

Jeffrey Feng, Avanish Aggarwal, Surajit Dasgupta, Hoss Shariat - KBR

Scopul și accentul analizei dinamice evoluează pe măsură ce proiectul avansează. Pentru a aprecia pe deplin gradul de cunoștințe care poate fi obținut din analiza dinamică, exemplele din instalațiile offshore din trecut sunt prezentate mai jos și acoperă cele trei aplicații principale: analiza foilor de flux, selecția materialelor și proiectarea detaliată a echipamentelor.

Analiza foii de flux

Un proiect începe de obicei cu un studiu de fezabilitate pentru a dezvolta foaia de flux generală. Reducerea la minimum a numărului de echipamente în faza de fezabilitate poate îmbunătăți matricea de cost globală a unui proiect, în special pentru dezvoltarea terenurilor industriale (câmp material), unde adăugarea de echipamente trebuie să fie redusă la minimum. Pentru dezvoltarea terenurilor industriale, analiza dinamică verifică limitele de funcționare ale echipamentelor existente pentru a determina dacă acestea pot fi refolosite.

Recent, dezvoltatorul unui câmp petrolier a planificat să modifice o platformă offshore pentru a face față schimbărilor în condițiile rezervorului și legătura noilor linii de curgere. Platforma originală avea un compresor de gaz de export cu un răcitor de admisie care funcționa și ca un răcitor de reciclare. Ca parte a dezvoltării terenului industrial, urma să fie adăugat un nou compresor. Cu toate acestea, dezvoltatorul a dorit să păstreze schimbătorul existent ca un sistem de răcire obișnuit pentru ambele compresoare și a solicitat un studiu de fezabilitate pentru această configurație oarecum neobișnuită.

Adăugarea compresorului de rapel la un sistem de compresie existent.

Deoarece schimbătorul trebuia să fie folosit ca răcitor de aer în funcționare normală și ca răcitor de reciclare la pornire și oprire, a fost efectuată o analiză dinamică pentru a înțelege pe deplin sarcina schimbătorului atât pentru starea de echilibru, cât și pentru operațiunile tranzitorii și pentru a determina dacă schimbătorul existent ar putea acomodați sarcina prevăzută pentru întreaga gamă de operații cu noul compresor.

Pentru a asigura acuratețea analizei dinamice, mai întâi a fost construit un model de simulare pentru instalația existentă și validat pe baza datelor de funcționare la starea de echilibru pentru a asigura precizia curbelor compresorului, coeficientul de transfer de căldură, capacitatea supapei și alți parametri ai echipamentului din model.

După validare, un nou bloc de compresor și linia sa de reciclare au fost adăugate la model. O simulare de pornire a fost apoi efectuată pe model.

Taxa maximă a schimbătorului a avut loc atunci când compresoarele funcționau în reciclare totală chiar înainte ca presiunea de refulare să atingă presiunea conductei de export, adică indicați „D” pe graficul de mai jos. Debitul prevăzut, temperatura și presiunea corespunzătoare sarcinii maxime au fost extrase din modelul de simulare și s-a efectuat un calcul detaliat al ratingului pentru schimbător. S-a ajuns la concluzia că schimbătorul existent ar putea satisface cererea de răcire pentru ambele compresoare și că nu ar fi nevoie de un schimbător nou.

Acest exemplu arată că analiza dinamică poate fi utilizată la începutul fazei de fezabilitate pentru a dezvolta un design optim cu cel mai mic impact asupra unei instalații existente. În general, acest tip de analiză se realizează pentru proiectele de dezvoltare a zonelor industriale dezafectate din Marea Nordului, unde părțile interesate iau în considerare o modalitate rentabilă de a acomoda noile condiții ale rezervorului după ce facilitățile au funcționat continuu de peste 10 ani. Pentru proiectele greenfield (câmp nou), analiza dinamică este rară în faza inițială de fezabilitate din cauza lipsei de date.

Selectarea materialelor

Când un proiect greenfield trece dincolo de faza inițială de fezabilitate, un studiu de inginerie front-end este de obicei realizat de către un antreprenor de inginerie, cu oportunități de a selecta materialul adecvat pentru construcție luând în considerare factori precum rezistența la coroziune, greutate, cost etc. Exemple sunt sistemele de apă de răcire și de incendiu de pe o platformă offshore. Aceste sisteme au, în general, țevi cu diametru mare care traversează toate instalațiile. Pentru aceste sisteme, utilizarea țevilor din plastic armat cu fibră de sticlă (FRP) poate economisi mult greutate în comparație cu țevile metalice. Cu toate acestea, forța dinamică excesivă poate fi în detrimentul țevilor din FRP. Cele mai severe forțe dinamice apar în general în timpul pornirii și declanșării pompei atunci când există o schimbare rapidă a presiunii și vitezei fluidului. Pentru a ne asigura că țevile FRP sunt specificate corect, analiza dinamică determină presiunile maxime și minime, viteza maximă și forțele dinamice pentru fiecare segment de țeavă din sisteme.

Taxa schimbătorului prevăzută pentru pornire. Punctul A: Stare inițială, cu ambele compresoare la ralanti; Punctul B: Compresoarele au fost accelerate la viteza minimă de reglare; Punctul C: După ce compresoarele au atins viteza minimă, controlerele compresorului au fost trecute la automat, care a închis parțial supapele de ciclu; Punctul D: viteza compresorului a fost crescută până când presiunea de refulare a atins presiunea conductei de export, care a început un flux înainte prin compresoare; Punctul E: compresoarele au atins punctele normale de funcționare cu supapele de reciclare complet închise.