模块化的处理设施的制作方法

本申请是申请号为2010800642319、发明名称为“模块化的处理设施”的专利申请的分案申请

本申请要求2009年12月18日提交的序列号为61/287956的美国临时申请的优先权，连同同时提交的所有其它参考文献一起，其通过引用的方式被整体合并于此处。

本发明的领域是处理设施的模块化构建，其中相对于模块化的油砂处理设施给出特定的例子。

背景技术：

在偏远地点处或在不利条件下构建大规模处理设施可能是格外有挑战性的。一个既偏远又遭受严重不利条件的特定的地理包括包含加拿大的西部省份的陆地，若干公司现在正试图在那里建立处理工厂，用于从油砂中除去油。

假使完全就地构建设施是困难的，则在我们所称的第二代模块化构建中存在相当大的益处。在该技术中，设施在逻辑上被分割成可运输的(truckable)模块，所述模块在已建立的工业区内被构建、被陆运或空运到工厂现场、并且随后在所述工厂现场被耦合在一起。若干第二代模块化构建设施就位在加拿大的亚伯达省的油砂场(thetarsandsofalberta)，并且它们已被证明在部署的速度、建设工程质量、安全风险的减小、以及总的项目成本方面提供了许多的优点。甚至有模块化氦反应器(mhr)的例子，其在arkalshenoy博士和alexandertelengator博士的论文(generalatomics,3550generalatomicscourt,sandiego,ca92121)中被描述。

在专利文献中也已经描述了第二代模块化设施。在shumway的wo03/031012中描述了由多个、独立的(self－contained)、互连的、模块化的炼制单元组成的大容量炼油厂的例子。在stanfield的us20080127662中描述了一般的第二代模块化设施。

除非此处另外明确地指示，shumway和此处以及优先权说明书和附件中所讨论的所有其它外部材料通过引用的方式被整体地并入。在并入的参考文献中的术语的定义或使用与此处所提供的该术语的定义不一致或相反之处，适用此处所提供的该术语的定义并且不适用所述参考文献中该术语的定义。

在使用第二代模块化中存在非常显著的成本节省。例如，如下被考虑：针对构造构建设施中的同等模块所花费的每1美元，在现场构造处理模块花费4美元。然而，不论第二代模块化的许多优点，仍然存在问题。可能地最严重的问题由将各个模块互连的方法引起。在现有技术的第二代模块化单元中，模块之间的流体、电力和控制线由外部管架(piperacks)承载。这可以在wo03/031012的图1和图2中被清楚地看到。在使用多个、独立的、实质上相同的生产单元的设施中，如下在逻辑上是简单的：并行地操作那些单元，并且沿外部管架提供馈入线(流入)和产品(流出)线。但是在小的生产单元是不实际的或不经济的之处，使用外部管架是障碍。

所需要的是新的模块化范例，在其中工厂的各个过程被分割成包括多个模块的处理块。我们将这样的设计和实现称为第三代模块化构建。

技术实现要素：

本创造性的主题提供了在其中工厂的各个过程被分割成处理块的装置、系统和方法，每个处理块包括多个模块，其中，使用直接的模块－到－模块连接，至少一些所述块中的至少一些模块被流体地且电气地耦合到所述模块的至少另一个。

在优选的实施例中，至少部分地通过将三个或更多处理块耦合在一起来构建处理设施。所述块的至少两个中的每个包括至少两个可运输的模块，并且更优选地包括三个、四个、五个或者甚至更多这样的模块。所考虑的实施例可以是相当大的，并且可以具有四个、五个、十个或者甚至二十个或更多的处理块，其总起来说包括高达一百、两百、或者甚至更高数量的可运输的模块。工业处理设施的所有方式被考虑，包括核设施、烧气的设施、烧煤的设施或其它能量生产设施、化学工厂和机械工厂。

除非上下文作出相反规定，此处所提出的所有范围应被解释为包括它们的端点，并且开端式的范围应被解释为包括仅商业上实用的值。相似地，值的所有列表应被认为是包括中间值，除非上下文作出相反指示。

如在此处所使用的，术语“处理块”意思是具有在不同的地理边界内的若干处理系统的处理设施的一部分。举例来说，设施可以具有用于生成或电或蒸汽、用于蒸馏、擦洗或以别的方式将一个材料从另一材料分离、用于压碎、研磨、或执行其它机械操作、用于在使用或不使用催化剂的情况下执行化学反应、用于冷却等等的处理块。

如在此处所使用的，术语“可运输的模块”意思是包括多件设备并且具有在20,000kg和200,000kg之间的运输重量的处理块的一部分。该概念是：可运输的模块的商业上可使用的子集会足够大以实际上承载所需要的设备和支撑结构，但是也将适于在相关的地理区域中的商业上使用的道路上的运输，针对特定的年时(timeofyear)。如下被考虑：用于西加拿大油砂区的典型的可运输的模块会是在30,000kg和180,000kg之间，并且更优选地在40,000kg和160,000kg之间。从尺寸视角，这样的模块典型地将测量为15和30米之间长，并且至少3米高和3米宽，但是至多35米长、8米宽和8米高。

可运输的模块可以在所有侧面上以及在顶部和底部上被闭合，但是更典型地这样的模块将具有至少一个开的侧面，并且可能具有所有四个开的侧面，以及开的顶部。所述开的侧面允许模块在所述开的侧面邻近彼此而被放置，因此创建大的开放空间，包括2个、3个、4个、5个或者甚至更多的模块，工程师可以通过该开放空间从处理块内的一个模块走到另一个模块。

典型的可运输的模块有可能包括根据多个规程(disciplines)的设备，举例来说，处理和分级设备、平台、线路、仪表装置(instrumentation)和照明。

第三代模块化构建的一个非常重要的优点是：处理块被设计为仅具有相对小数量的外部耦合。例如，在优选的实施例中，存在由至多三个、四个或五个流体线(不包括效用线)流体地耦合的至少两个处理块。然而，被考虑的是：可以存在由六个、七个、八个、九个、十个或更多流体线(不包括效用线)耦合的两个或更多处理块。关于电源线，同样的被考虑，并且关于控制(即有线通信)线，同样的被考虑。在流体线、电源线和控制线这些情况中的每一个中，被考虑的是：进入处理块中的给定的线将“扇出”到该处理块内的各个模块。不是在狭隘的文字意义上对术语“扇出”作解释，而是在更宽广的意义上，以包括在其中例如给定的流体线分成通过正交的、平行的和其它线定向将流体运送到所述处理块的不同部分的更小的线的情况。

可以以任何合适的方式装配处理块。例如，被考虑的是：处理块可以被彼此端到端地放置和/或彼此侧到侧地放置和/或彼此上/下地放置。所考虑的设施包括被布置在x乘y块的矩阵中的那些，在其中x是至少2并且y是至少3。在每个处理块内，所述模块也可以以任何合适的方式被布置，尽管因为模块可能比它们的宽度长得多，优选的处理块具有以并排地方式被布置并且在它们的共同端(collectiveends)之一或两者处由一个或多个其它模块的侧面邻接的3个或4个模块。各个处理块可以确定地具有不同数量的模块，并且例如，第一处理块可以具有5个模块，另一处理块可以具有2个模块，并且第三处理块可以具有另两个模块。在其它实施例中，第一处理块可以具有至少5个模块，另一处理块可以具有至少另5个模块，并且第三处理块可以具有至少另5个模块。

在一些所考虑的实施例中，第三代模块化构建设施是在其中所述处理块共同地包括被配置成从油砂中提取油的设备的那些。也被考虑的是如下设施：在其中所述处理块中的至少一个产生由所述处理块中的至少另一个所使用的电力，并且独立地，其中所述处理块中的至少一个产生由所述处理块中的至少另一个所使用的蒸汽，并且独立地，其中所述处理块中的至少一个包括至少两层冷却塔。也被考虑的是：所述处理块中的至少一个包括人员控制区域，使用光纤，其被可控制地耦合到所述处理块中的至少另一个。通常，但不是在所有情况下必须地，第三代模块化设施的处理块将共同地包括导管、压缩机、热交换器、泵、过滤器中的至少一个。

尽管第三代模块化设施可能具有一个或多个管架以将处理块内的模块互连，这样做不是必须的。因此，被考虑的是：模块化构造系统可以包括以侧到侧方式并列的a、b和c模块，所述模块中的每个具有(a)大于4米的高度和大于4米的宽度，以及(b)至少一个开的侧面；以及耦合所述a和b模块的第一流体线；耦合所述b和c模块的第二流体线；并且其中所述第一和第二流体线不穿过通常的互连管架。

从下面的示例性实施例的描述以及附图，本创造性主题的各个目的、特征、方面和优点将变得更显而易见。

附图说明

图1是显示了第三代构建处理中所涉及的步骤中的一些的流程图。

图2是显示了第一级网格和设备布置的第三代构建处理块的例子。

图3是简单的第三代构建“块”布局。

图4是为西加拿大的油砂区域设计的油分离设施中的三个示例性处理块(#1、#2和#3)的示意图。

图5是处理块模块布局立视图的示意图，在其中模块c、b和a在一个级上(最可能是地平面)，其中第四模块d被布置在模块c顶上。

图6是油分离设施(在其中又存在三个处理块(#1、#2和#3))的一部分的可替代实施例的示意图。

图7是图3的油加工处理块#1的示意图，显示了上面所描述的三个模块，加上被布置在第二层中的两个附加的模块。

图8是具有四个处理块的第三代模块化设施的示意图，每个所述处理块具有五个模块。

具体实施方式

在优选的实施例的一个方面中，所述模块化构造系统会进一步包括耦合所述a和b模块的第一命令线；耦合所述b和c模块的第二命令线；并且其中所述第一和第二命令线不穿过通常的管架。在更优选的实施例中，所述a、b和c模块包括至少5个、至少8个、至少12个、或至少15个模块。优选地，所述a、b和c处理块中的至少两个被至多5个流体线(不包括效用线)流体地耦合。在又另外的优选的实施例中，d模块可以被堆叠在所述c模块上，并且第三流体线可以直接耦合c和d模块。

布置第二代模块化设施的方法在许多方面不同于被用于布置第三代模块化设施的那些。前者通常仅涉及在各个模块之间为给定的处理划分设备，而后者优选地以如下面所描述的五步处理进行。被考虑的是：虽然传统的第二代模块化构建可以预制复杂的多处理设施的工作的大约50－60％，第三代模块化构建可以预制所述工作的高达大约90－95％。

用于设计第三代模块化构建设施的附加信息被包括在第三代模块化实施设计指南中，其被包括在本申请中。所述设计指南应被解释为一个或多个优选的实施例的示例，并且指示特定细节的语言(例如，“应是”或“必须是”)因此应仅被视为是对一个或多个优选的实施例的建议。在所述设计指南提到未被包括在本申请中的机密软件、数据或其它设计工具之处，这样的软件、数据或其它设计工具不被认为是通过引用的方式被并入。如果在所述设计指南和本说明书之间存在差异，则以本说明书为准。

图1是显示了第三代构建处理设施的生产中的步骤的流程图100。一般而言，存在三个步骤，如下面所讨论的。

步骤101是标识使用处理块的第三代构建处理设施配置。在此步骤中，所述处理导程(processlead)典型地将所述设施分离成处理“块”。通过开发处理块流程图，这被最佳地完成。每个处理块包含不同的处理系统组。处理块将具有一个或多个馈送流和一个或多个产品流。所述处理块将把所述馈送处理成不同的产品，如其中所示。

步骤102是为每个第三代构建处理块分配地块空间。所述地块空间分配需要管道布局专业人员在每个第三代构建处理块内分布相关的设备。在所述项目的该阶段，仅需要使用被估计尺寸和重量(如由处理/机械所规定的)的设备来准备每个“块”。第三代构建处理块设备布局需要注意位置以确保与管道、电和控制分布的有效的集成。为了向所述布局专业人员提供指导，应遵循下面的步骤：

步骤102a是获得必需的设备类型、尺寸和重量。重要的是：设备被确定尺寸以使得它能够有效地安装到模块上。已被确定大小并且不能有效地安装到模块包封上的任何设备需要被所述处理导程评估，该评估用于可能的为有效的模块安装重新确定尺寸。

步骤102b是使用可运输的模块尺寸的组合来为所述处理块建立总体的几何区域。第一和第二级应使用网格布局而被标识，其中所述网格标识所述处理块内的每个模块边界。

步骤102c是为第一级上的电和控制配线板分配空间。图2是第三代构建处理块第一级网格和设备布置的例子。所述e&i面板被确定尺寸以包括马达控制中心和分布的仪器控制器以及对所述处理块内的设备、仪表装置、照明和电热跟踪提供能量并进行控制所必需的i/o。包含所述e&i面板的模块被指定为第三代主处理块模块。参考针对第三代模块设计的e&i安装细节。

步骤102d是要由主系统使用所述处理块pfds来将所述设备和仪器分组。

步骤102e是由系统将每个设备分组布置到所述处理块布局上，确保设备不越过模块边界。所述布局应聚焦在将泵保持在位于与所述e&i分布面板相同的模块网格和级上。这将有助于把电源本垒打式(homerun)线缆保持在一起。如果其是不实际的，则第二最佳布局将是使泵或任何其它马达接近于具有所述e&i分布面板的模块。此外，设备应被间隔开以确保有效的可操作性、可维护性和安全访问和外出。

fluor的optimeyestm的使用是在所述项目的这个阶段的有效的工具以有助于处理块布局。

步骤103是准备处理块内的详细的设备布局以生产集成的第三代设施。从步骤2标识的每个处理块被布置到地块空间上，确保块之间所需的互连被最小化。从处理流块图，所述主互连被标识。优选地不再需要或使用传统的互连管架。管路被集成到所述模块中。在图3中示出了简单的、典型的第三代“块”布局。

步骤104是开发第三代模块配置表以及电力和控制分布计划，其为整个设施将处理块组合以消除传统的互连管架并减少互连的数量。使用上面的数据开发第三代模块配置表。模板可以被使用，并且例如，可以使用第三代电力和控制分布架构模板来有利地准备第三代电力和控制分布计划。

步骤105是开发第三代模块化构建计划，其包括集成的多规程基础上的完全详细的处理块模块。用于项目的该阶段的最后的步骤是准备总的模块化第三代模块化实施计划，其可以被用于设置基线以进行到下一阶段。被考虑的是：第三代模块化实施将需要与传统地被实施的模块化项目不同的时间表。

根据第三代模块化实施设计指南(其与父临时申请一起被提交)，在下面的表1中列出了传统的第一代和第二代模块化构建与第三代模块化构建之间的许多不同：

表1

图4是为西加拿大的油砂区域设计的油分离设施中的三个示例性处理块(#1、#2和#3)的示意图。此处，处理块#1具有两个模块(#1和#2)，处理块#2具有两个模块(#3和#4)，并且处理块#3仅具有一个模块(#5)。模块之间的虚线指示邻近的模块的开的侧面，而所述模块周围的实线指示墙壁。箭头显示了模块之间的流体和电耦合。因此，图1仅显示了模块#1和#2之间的两个一个电线连接和一个流体线连接。相似地，图1没有显示处理块#1和#2之间的电线连接，并仅显示了那些处理块之间的单一流体线连接。

图5是处理块模块布局立视图的示意图，在其中模块c、b和a在一个级(很可能是地平面)上，而第四模块d被布置在模块c的顶上。尽管仅两个流体耦合被显示，该图应被理解为潜在地包括一个或多个附加的流体耦合，以及一个或多个电和控制耦合。

图6是油分离设施的一部分的可替代实施例的示意图，在其中又存在三个处理块(#1、#2和#3)。但是此处，处理块#1具有三个模块(#1、#2和#3)，处理块#2具有两个模块(#1和#2)，并且处理块#3具有两个附加的模块(#1和#2)。

图7是图3的油加工处理块#1的示意图，显示了上面所描述的三个模块，加上被布置在第二层中的两个附加的模块。

图8是具有四个处理块的第三代模块化设施的示意图，每个处理块具有五个模块。尽管尺寸没有被显示，所述模块中的每个应被解释为具有(a)至少15米的长度、(b)大于4米的高度、(c)大于4米的宽度、以及(d)具有开的侧面和/或开的端，其中给定处理块内的模块被彼此邻近地放置。在此特定的例子中，第一和第二处理块被至多四个流体线(不包括效用线)、四个电线和两个控制线流体地耦合。所述第一和第三处理块被六个流体线(不包括效用线)以及被一个电线和一个控制线连接。

同样在图8中，来自处理块1的主电供应扇出到处理块3的五个模块中的四个，并且来自处理块1的控制线扇出到处理块3的所有五个模块。

对本领域技术人员而言应是显而易见的是：除已经被描述的那些之外，许多更多的修改是可能的，而不背离此处的创造性概念。除了在所附的权利要求的精神中之外，该创造性主题因此不将被限制。此外，在解释说明书和权利要求书两者时，应按照与上下文一致的最宽的可能的方式来解释所有术语。特别地，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”应被解释为以非排他的方式引用元件、部件或步骤，指示所引用的元件、部件或步骤可以与未被明确引用的其他元件、部件或步骤一起出现、或一起被利用或与未被明确引用的其他元件、部件或步骤相组合。在说明书权利要求书引用从由a、b、c…和n组成的组中选择的某事物中的至少一个时，该文本应被解释为仅需要来自该组的一个元素，不是a加n，或b加n，等等。