[發明專利]一種FPSO核心生產模塊布局優化方法

有效

• 申請號: 201910677291.0
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110472300B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 姚凱凱;章青;王顯康;閆斌;譚鵬飛
• 申請（專利權）人: 天津大學青島海洋技術研究院
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/15;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 張曉艷

1.一種FPSO核心生產模塊布局優化方法，其特征在于：采用的技術方案是：

(1)對FPSO生產工藝流程進行分析，將能完成特定功能的設備打包為一個模塊處理；

(2)對模塊本身以及模塊間可能存在的危險進行分析，通過研究模塊的布置方案、模塊間的影響、模塊間的工藝聯系以及維修條件，確定其針對相應船體的布局方案以及模塊間的安全間距；

(3)對功能模塊進行簡化假設；

(4)按照核心模塊的生產工藝流程和模塊間的布局約束條件，建立目標函數以及模塊間約束條件的數學模型，以約束條件為基準，圍繞海上油氣生產平臺生產處理油氣水的工藝流程，實現設備的優化布置；

(5)對數學模型進行求解，得出模塊在甲板上的坐標位置；

需要布置n個模塊F_i，需要布置的模塊與設施成為待布物，要求將n個待布物最優的配置在甲板上，總體布置要求滿足：①甲板和待布物視為質量均勻的矩形，各自邊長己知；②將模塊簡化，將模塊看作被包裝的長方體塊；③各待布物的中心線與甲板的中心線平行；④假定模塊的重心在長方體塊的中心，布局是對待布物的正交布局，在平面直角坐標系x-o-y中，第i個矩形的位置可用(x_i，y_i，v_i)表示，表示x_i，y_i待布物的質心坐標，v_i表示待布物的橫、堅，橫、堅定義為：如果待布物的長邊l_i與軸x平行，寬邊w_i與軸y平行，則物體的布局狀態為“橫”，記v_i＝0；反之記v_i＝1；⑤各模塊間不能重疊；⑥待布物不能超出甲板邊界；⑦質心偏量小于許用值；⑧滿足其他功能約束條件；步驟(4)具體為：優化目標包括：減小占有甲板面積，提高甲板使用率；減小質心偏量，提高平臺穩定性，建立目標函數如下：

MinF(x)＝w₁f_s(x)+w₂f_center(x)

MinF(x)＝w₁f_s(x)+w₂f_center(x)為總目標函數，w₁，w₂為各分目標的權重系數，f_s為占用的總面積，為x方向和y方向最大占甲板長度的乘積，f_center為所有模塊的質心偏量，可用式表示，m_i，x_i，y_i分別是各模塊的質量，質心橫坐標，質心縱坐標；

2.布局約束條件g₁(x)，所有物體必須布置在甲板上，且不超過甲板邊界：

g₁(x)或g₁(x)

局約束條件g₂(x)，待布物之間不相互干涉：

g₂(x)：或g₂(x)：

或g₂(x)：或g₂(x)：

4.布局約束條件g₃(x)，生產分離模塊最終模塊的布局范圍，x_fl為生產分離模塊最終模塊的形心橫坐標，l_fi，w_fl分別為生產分離模塊最終模塊的長和寬：

g₃(x)：

5.布局約束條件g₄(x)，為天然氣壓縮模塊最終模塊布局范圍，x_ys為天然氣壓縮模塊最終模塊的形心橫坐標，l_fl，l_ys分別為生產分離模塊最終模塊的長度和天然氣壓縮模塊最終模塊的長度：

g₄(x)：

6.布局約束條件g₅(x)，三甘醇天然氣脫水模塊最終模塊的布局范圍，x_ts為三甘醇天然氣脫水模塊最終模塊的形心橫坐標，l_ts，l_ys分別為三甘醇天然氣脫水模塊最終模塊的長度和天然氣壓縮模塊最終模塊的長度：

g₅(x)：

7.布局約束條件g₆(x)，天然氣胺脫硫模塊最終模塊的布局范圍，x_ta為天然氣胺脫硫模塊最終模塊的形心橫坐標，l_ta為天然氣胺脫硫模塊最終模塊的長度：

g₇(x)：

8.布局約束條件g₇(x)，注水模塊最終模塊的布局范圍，x_zs為注水模塊最終模塊的形心橫坐標，l_zs為注水模塊最終模塊的長度：

g₇(x)：

9.布局約束條件g₈(x)，化學注入模塊最終模塊的布局范圍，x_hx為化學注入模塊最終模塊的形心橫坐標，l_hx為化學注入模塊最終模塊的長度：

g₈(x)：

10.布局約束條件g₉(x)，井口管匯模塊最終模塊的布局范圍，x_jk，y_jk分別為井口管匯模塊最終模塊的形心橫坐標和形心縱坐標，l_jk為井口管匯模塊最終模塊的長度：

g₉(x)：

11.布局約束條件g₁₀(x)，二氧化碳注入模塊最終模塊的布局范圍，為二氧化碳注入模塊最終模塊的形心橫坐標，為二氧化碳注入模塊最終模塊的長度：

g₁₀(x)：

12.布局約束條件g₁₁(x)，閉式/開式排放模塊最終模塊的布局范圍，x_pf為閉式/開式排放模塊最終模塊的形心橫坐標，l_pf為閉式/開式排放模塊最終模塊的長度：

g₁₁(x)：

13.布局約束條件g₁₂(x)，火炬塔分離罐模塊最終模塊的布局范圍，x_hjg為火炬塔分離罐模塊最終模塊的形心橫坐標，l_hjg為火炬塔分離罐模塊最終模塊的長度：

g₁₂(x)：

14.布局約束條件g₁₃(x)，外輸模塊最終模塊的布局范圍，x_ws為外輸模塊最終模塊的形心橫坐標，max＝(x₁，x₂，x₃，…x_n)為所有模塊最終模塊形心橫坐標的最大值：

g₁₃(x)：x_ws＝max{x₁，x₂，x₃，…x_n}

15.布局約束條件g₁₄(x)，火炬塔模塊最終模塊的布局范圍，x_hjt為火炬塔模塊最終模塊的形心橫坐標，w_hjt，w_ws分別為火炬塔模塊最終模塊的寬度和外輸模塊最終模塊的寬度：

g₁₄(x)：

16.布局約束條件g₁₅(x)，主管廊的布局范圍，x_gl，y_gl分別為主管廊最終模塊的形心橫坐標和形心縱坐標，l_gl為主管廊最終模塊的長度：

g₁₅(x)：。

2.根據權利要求1所述一種FPSO核心生產模塊布局優化方法，其特征在于：步驟(5)中采用模擬退火算法進行求解：

①生產初始解，首先根據約束條件，隨機生成一個解作為初始解，也可自已按照約束條件輸入一個正確解，這樣可以有利于尋找最優解；

②設置退火參數，包括初始溫度t，終止溫度tf，退火系數a；

③新解產生方法，產生新解的方式應盡量在符合約束的條件內產生，這樣可以減少不必要的迭代，節約計算時間；

④代價函數差，將當前解與新解作比較；

⑤接受準則，計算ΔE＝E(x′)-E(x)，若ΔE＜0，則接受，x′為新的狀態，否則以概率P＝exp(-ΔE/(kT))接受x′，其中k為波爾茲曼常數；具體做法是產生0到1之間的隨機數a，若P＞a則接受x′，否則拒絕x′，系統仍停留在狀態x；每次以概率接受新解時，對之前的一個解進行保存，防止最優解的丟失；

⑥退火降溫過程，在某個溫度下迭代完設定的次數后，溫度按照t＝t*a下降并重復③～⑤過程，直到溫度t達到給定值，迭代結束。