本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?010800642319、發(fā)明名稱為“模塊化的處理設(shè)施”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求2009年12月18日提交的序列號(hào)為61/287956的美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，連同同時(shí)提交的所有其它參考文獻(xiàn)一起，其通過引用的方式被整體合并于此處。

本發(fā)明的領(lǐng)域是處理設(shè)施的模塊化構(gòu)建，其中相對(duì)于模塊化的油砂處理設(shè)施給出特定的例子。

背景技術(shù)：

在偏遠(yuǎn)地點(diǎn)處或在不利條件下構(gòu)建大規(guī)模處理設(shè)施可能是格外有挑戰(zhàn)性的。一個(gè)既偏遠(yuǎn)又遭受嚴(yán)重不利條件的特定的地理包括包含加拿大的西部省份的陸地，若干公司現(xiàn)在正試圖在那里建立處理工廠，用于從油砂中除去油。

假使完全就地構(gòu)建設(shè)施是困難的，則在我們所稱的第二代模塊化構(gòu)建中存在相當(dāng)大的益處。在該技術(shù)中，設(shè)施在邏輯上被分割成可運(yùn)輸?shù)?truckable)模塊，所述模塊在已建立的工業(yè)區(qū)內(nèi)被構(gòu)建、被陸運(yùn)或空運(yùn)到工廠現(xiàn)場、并且隨后在所述工廠現(xiàn)場被耦合在一起。若干第二代模塊化構(gòu)建設(shè)施就位在加拿大的亞伯達(dá)省的油砂場(thetarsandsofalberta)，并且它們已被證明在部署的速度、建設(shè)工程質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)的減小、以及總的項(xiàng)目成本方面提供了許多的優(yōu)點(diǎn)。甚至有模塊化氦反應(yīng)器(mhr)的例子，其在arkalshenoy博士和alexandertelengator博士的論文(generalatomics,3550generalatomicscourt,sandiego,ca92121)中被描述。

在專利文獻(xiàn)中也已經(jīng)描述了第二代模塊化設(shè)施。在shumway的wo03/031012中描述了由多個(gè)、獨(dú)立的(self－contained)、互連的、模塊化的煉制單元組成的大容量煉油廠的例子。在stanfield的us20080127662中描述了一般的第二代模塊化設(shè)施。

除非此處另外明確地指示，shumway和此處以及優(yōu)先權(quán)說明書和附件中所討論的所有其它外部材料通過引用的方式被整體地并入。在并入的參考文獻(xiàn)中的術(shù)語的定義或使用與此處所提供的該術(shù)語的定義不一致或相反之處，適用此處所提供的該術(shù)語的定義并且不適用所述參考文獻(xiàn)中該術(shù)語的定義。

在使用第二代模塊化中存在非常顯著的成本節(jié)省。例如，如下被考慮：針對(duì)構(gòu)造構(gòu)建設(shè)施中的同等模塊所花費(fèi)的每1美元，在現(xiàn)場構(gòu)造處理模塊花費(fèi)4美元。然而，不論第二代模塊化的許多優(yōu)點(diǎn)，仍然存在問題?？赡艿刈顕?yán)重的問題由將各個(gè)模塊互連的方法引起。在現(xiàn)有技術(shù)的第二代模塊化單元中，模塊之間的流體、電力和控制線由外部管架(piperacks)承載。這可以在wo03/031012的圖1和圖2中被清楚地看到。在使用多個(gè)、獨(dú)立的、實(shí)質(zhì)上相同的生產(chǎn)單元的設(shè)施中，如下在邏輯上是簡單的：并行地操作那些單元，并且沿外部管架提供饋入線(流入)和產(chǎn)品(流出)線。但是在小的生產(chǎn)單元是不實(shí)際的或不經(jīng)濟(jì)的之處，使用外部管架是障礙。

所需要的是新的模塊化范例，在其中工廠的各個(gè)過程被分割成包括多個(gè)模塊的處理塊。我們將這樣的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)稱為第三代模塊化構(gòu)建。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本創(chuàng)造性的主題提供了在其中工廠的各個(gè)過程被分割成處理塊的裝置、系統(tǒng)和方法，每個(gè)處理塊包括多個(gè)模塊，其中，使用直接的模塊－到－模塊連接，至少一些所述塊中的至少一些模塊被流體地且電氣地耦合到所述模塊的至少另一個(gè)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，至少部分地通過將三個(gè)或更多處理塊耦合在一起來構(gòu)建處理設(shè)施。所述塊的至少兩個(gè)中的每個(gè)包括至少兩個(gè)可運(yùn)輸?shù)哪K，并且更優(yōu)選地包括三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或者甚至更多這樣的模塊。所考慮的實(shí)施例可以是相當(dāng)大的，并且可以具有四個(gè)、五個(gè)、十個(gè)或者甚至二十個(gè)或更多的處理塊，其總起來說包括高達(dá)一百、兩百、或者甚至更高數(shù)量的可運(yùn)輸?shù)哪K。工業(yè)處理設(shè)施的所有方式被考慮，包括核設(shè)施、燒氣的設(shè)施、燒煤的設(shè)施或其它能量生產(chǎn)設(shè)施、化學(xué)工廠和機(jī)械工廠。

除非上下文作出相反規(guī)定，此處所提出的所有范圍應(yīng)被解釋為包括它們的端點(diǎn)，并且開端式的范圍應(yīng)被解釋為包括僅商業(yè)上實(shí)用的值。相似地，值的所有列表應(yīng)被認(rèn)為是包括中間值，除非上下文作出相反指示。

如在此處所使用的，術(shù)語“處理塊”意思是具有在不同的地理邊界內(nèi)的若干處理系統(tǒng)的處理設(shè)施的一部分。舉例來說，設(shè)施可以具有用于生成或電或蒸汽、用于蒸餾、擦洗或以別的方式將一個(gè)材料從另一材料分離、用于壓碎、研磨、或執(zhí)行其它機(jī)械操作、用于在使用或不使用催化劑的情況下執(zhí)行化學(xué)反應(yīng)、用于冷卻等等的處理塊。

如在此處所使用的，術(shù)語“可運(yùn)輸?shù)哪K”意思是包括多件設(shè)備并且具有在20,000kg和200,000kg之間的運(yùn)輸重量的處理塊的一部分。該概念是：可運(yùn)輸?shù)哪K的商業(yè)上可使用的子集會(huì)足夠大以實(shí)際上承載所需要的設(shè)備和支撐結(jié)構(gòu)，但是也將適于在相關(guān)的地理區(qū)域中的商業(yè)上使用的道路上的運(yùn)輸，針對(duì)特定的年時(shí)(timeofyear)。如下被考慮：用于西加拿大油砂區(qū)的典型的可運(yùn)輸?shù)哪K會(huì)是在30,000kg和180,000kg之間，并且更優(yōu)選地在40,000kg和160,000kg之間。從尺寸視角，這樣的模塊典型地將測量為15和30米之間長，并且至少3米高和3米寬，但是至多35米長、8米寬和8米高。

可運(yùn)輸?shù)哪K可以在所有側(cè)面上以及在頂部和底部上被閉合，但是更典型地這樣的模塊將具有至少一個(gè)開的側(cè)面，并且可能具有所有四個(gè)開的側(cè)面，以及開的頂部。所述開的側(cè)面允許模塊在所述開的側(cè)面鄰近彼此而被放置，因此創(chuàng)建大的開放空間，包括2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或者甚至更多的模塊，工程師可以通過該開放空間從處理塊內(nèi)的一個(gè)模塊走到另一個(gè)模塊。

典型的可運(yùn)輸?shù)哪K有可能包括根據(jù)多個(gè)規(guī)程(disciplines)的設(shè)備，舉例來說，處理和分級(jí)設(shè)備、平臺(tái)、線路、儀表裝置(instrumentation)和照明。

第三代模塊化構(gòu)建的一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)是：處理塊被設(shè)計(jì)為僅具有相對(duì)小數(shù)量的外部耦合。例如，在優(yōu)選的實(shí)施例中，存在由至多三個(gè)、四個(gè)或五個(gè)流體線(不包括效用線)流體地耦合的至少兩個(gè)處理塊。然而，被考慮的是：可以存在由六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)、十個(gè)或更多流體線(不包括效用線)耦合的兩個(gè)或更多處理塊。關(guān)于電源線，同樣的被考慮，并且關(guān)于控制(即有線通信)線，同樣的被考慮。在流體線、電源線和控制線這些情況中的每一個(gè)中，被考慮的是：進(jìn)入處理塊中的給定的線將“扇出”到該處理塊內(nèi)的各個(gè)模塊。不是在狹隘的文字意義上對(duì)術(shù)語“扇出”作解釋，而是在更寬廣的意義上，以包括在其中例如給定的流體線分成通過正交的、平行的和其它線定向?qū)⒘黧w運(yùn)送到所述處理塊的不同部分的更小的線的情況。

可以以任何合適的方式裝配處理塊。例如，被考慮的是：處理塊可以被彼此端到端地放置和/或彼此側(cè)到側(cè)地放置和/或彼此上/下地放置。所考慮的設(shè)施包括被布置在x乘y塊的矩陣中的那些，在其中x是至少2并且y是至少3。在每個(gè)處理塊內(nèi)，所述模塊也可以以任何合適的方式被布置，盡管因?yàn)槟K可能比它們的寬度長得多，優(yōu)選的處理塊具有以并排地方式被布置并且在它們的共同端(collectiveends)之一或兩者處由一個(gè)或多個(gè)其它模塊的側(cè)面鄰接的3個(gè)或4個(gè)模塊。各個(gè)處理塊可以確定地具有不同數(shù)量的模塊，并且例如，第一處理塊可以具有5個(gè)模塊，另一處理塊可以具有2個(gè)模塊，并且第三處理塊可以具有另兩個(gè)模塊。在其它實(shí)施例中，第一處理塊可以具有至少5個(gè)模塊，另一處理塊可以具有至少另5個(gè)模塊，并且第三處理塊可以具有至少另5個(gè)模塊。

在一些所考慮的實(shí)施例中，第三代模塊化構(gòu)建設(shè)施是在其中所述處理塊共同地包括被配置成從油砂中提取油的設(shè)備的那些。也被考慮的是如下設(shè)施：在其中所述處理塊中的至少一個(gè)產(chǎn)生由所述處理塊中的至少另一個(gè)所使用的電力，并且獨(dú)立地，其中所述處理塊中的至少一個(gè)產(chǎn)生由所述處理塊中的至少另一個(gè)所使用的蒸汽，并且獨(dú)立地，其中所述處理塊中的至少一個(gè)包括至少兩層冷卻塔。也被考慮的是：所述處理塊中的至少一個(gè)包括人員控制區(qū)域，使用光纖，其被可控制地耦合到所述處理塊中的至少另一個(gè)。通常，但不是在所有情況下必須地，第三代模塊化設(shè)施的處理塊將共同地包括導(dǎo)管、壓縮機(jī)、熱交換器、泵、過濾器中的至少一個(gè)。

盡管第三代模塊化設(shè)施可能具有一個(gè)或多個(gè)管架以將處理塊內(nèi)的模塊互連，這樣做不是必須的。因此，被考慮的是：模塊化構(gòu)造系統(tǒng)可以包括以側(cè)到側(cè)方式并列的a、b和c模塊，所述模塊中的每個(gè)具有(a)大于4米的高度和大于4米的寬度，以及(b)至少一個(gè)開的側(cè)面；以及耦合所述a和b模塊的第一流體線；耦合所述b和c模塊的第二流體線；并且其中所述第一和第二流體線不穿過通常的互連管架。

從下面的示例性實(shí)施例的描述以及附圖，本創(chuàng)造性主題的各個(gè)目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更顯而易見。

附圖說明

圖1是顯示了第三代構(gòu)建處理中所涉及的步驟中的一些的流程圖。

圖2是顯示了第一級(jí)網(wǎng)格和設(shè)備布置的第三代構(gòu)建處理塊的例子。

圖3是簡單的第三代構(gòu)建“塊”布局。

圖4是為西加拿大的油砂區(qū)域設(shè)計(jì)的油分離設(shè)施中的三個(gè)示例性處理塊(#1、#2和#3)的示意圖。

圖5是處理塊模塊布局立視圖的示意圖，在其中模塊c、b和a在一個(gè)級(jí)上(最可能是地平面)，其中第四模塊d被布置在模塊c頂上。

圖6是油分離設(shè)施(在其中又存在三個(gè)處理塊(#1、#2和#3))的一部分的可替代實(shí)施例的示意圖。

圖7是圖3的油加工處理塊#1的示意圖，顯示了上面所描述的三個(gè)模塊，加上被布置在第二層中的兩個(gè)附加的模塊。

圖8是具有四個(gè)處理塊的第三代模塊化設(shè)施的示意圖，每個(gè)所述處理塊具有五個(gè)模塊。

具體實(shí)施方式

在優(yōu)選的實(shí)施例的一個(gè)方面中，所述模塊化構(gòu)造系統(tǒng)會(huì)進(jìn)一步包括耦合所述a和b模塊的第一命令線；耦合所述b和c模塊的第二命令線；并且其中所述第一和第二命令線不穿過通常的管架。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述a、b和c模塊包括至少5個(gè)、至少8個(gè)、至少12個(gè)、或至少15個(gè)模塊。優(yōu)選地，所述a、b和c處理塊中的至少兩個(gè)被至多5個(gè)流體線(不包括效用線)流體地耦合。在又另外的優(yōu)選的實(shí)施例中，d模塊可以被堆疊在所述c模塊上，并且第三流體線可以直接耦合c和d模塊。

布置第二代模塊化設(shè)施的方法在許多方面不同于被用于布置第三代模塊化設(shè)施的那些。前者通常僅涉及在各個(gè)模塊之間為給定的處理劃分設(shè)備，而后者優(yōu)選地以如下面所描述的五步處理進(jìn)行。被考慮的是：雖然傳統(tǒng)的第二代模塊化構(gòu)建可以預(yù)制復(fù)雜的多處理設(shè)施的工作的大約50－60％，第三代模塊化構(gòu)建可以預(yù)制所述工作的高達(dá)大約90－95％。

用于設(shè)計(jì)第三代模塊化構(gòu)建設(shè)施的附加信息被包括在第三代模塊化實(shí)施設(shè)計(jì)指南中，其被包括在本申請(qǐng)中。所述設(shè)計(jì)指南應(yīng)被解釋為一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的示例，并且指示特定細(xì)節(jié)的語言(例如，“應(yīng)是”或“必須是”)因此應(yīng)僅被視為是對(duì)一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的建議。在所述設(shè)計(jì)指南提到未被包括在本申請(qǐng)中的機(jī)密軟件、數(shù)據(jù)或其它設(shè)計(jì)工具之處，這樣的軟件、數(shù)據(jù)或其它設(shè)計(jì)工具不被認(rèn)為是通過引用的方式被并入。如果在所述設(shè)計(jì)指南和本說明書之間存在差異，則以本說明書為準(zhǔn)。

圖1是顯示了第三代構(gòu)建處理設(shè)施的生產(chǎn)中的步驟的流程圖100。一般而言，存在三個(gè)步驟，如下面所討論的。

步驟101是標(biāo)識(shí)使用處理塊的第三代構(gòu)建處理設(shè)施配置。在此步驟中，所述處理導(dǎo)程(processlead)典型地將所述設(shè)施分離成處理“塊”。通過開發(fā)處理塊流程圖，這被最佳地完成。每個(gè)處理塊包含不同的處理系統(tǒng)組。處理塊將具有一個(gè)或多個(gè)饋送流和一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品流。所述處理塊將把所述饋送處理成不同的產(chǎn)品，如其中所示。

步驟102是為每個(gè)第三代構(gòu)建處理塊分配地塊空間。所述地塊空間分配需要管道布局專業(yè)人員在每個(gè)第三代構(gòu)建處理塊內(nèi)分布相關(guān)的設(shè)備。在所述項(xiàng)目的該階段，僅需要使用被估計(jì)尺寸和重量(如由處理/機(jī)械所規(guī)定的)的設(shè)備來準(zhǔn)備每個(gè)“塊”。第三代構(gòu)建處理塊設(shè)備布局需要注意位置以確保與管道、電和控制分布的有效的集成。為了向所述布局專業(yè)人員提供指導(dǎo)，應(yīng)遵循下面的步驟：

步驟102a是獲得必需的設(shè)備類型、尺寸和重量。重要的是：設(shè)備被確定尺寸以使得它能夠有效地安裝到模塊上。已被確定大小并且不能有效地安裝到模塊包封上的任何設(shè)備需要被所述處理導(dǎo)程評(píng)估，該評(píng)估用于可能的為有效的模塊安裝重新確定尺寸。

步驟102b是使用可運(yùn)輸?shù)哪K尺寸的組合來為所述處理塊建立總體的幾何區(qū)域。第一和第二級(jí)應(yīng)使用網(wǎng)格布局而被標(biāo)識(shí)，其中所述網(wǎng)格標(biāo)識(shí)所述處理塊內(nèi)的每個(gè)模塊邊界。

步驟102c是為第一級(jí)上的電和控制配線板分配空間。圖2是第三代構(gòu)建處理塊第一級(jí)網(wǎng)格和設(shè)備布置的例子。所述e&i面板被確定尺寸以包括馬達(dá)控制中心和分布的儀器控制器以及對(duì)所述處理塊內(nèi)的設(shè)備、儀表裝置、照明和電熱跟蹤提供能量并進(jìn)行控制所必需的i/o。包含所述e&i面板的模塊被指定為第三代主處理塊模塊。參考針對(duì)第三代模塊設(shè)計(jì)的e&i安裝細(xì)節(jié)。

步驟102d是要由主系統(tǒng)使用所述處理塊pfds來將所述設(shè)備和儀器分組。

步驟102e是由系統(tǒng)將每個(gè)設(shè)備分組布置到所述處理塊布局上，確保設(shè)備不越過模塊邊界。所述布局應(yīng)聚焦在將泵保持在位于與所述e&i分布面板相同的模塊網(wǎng)格和級(jí)上。這將有助于把電源本壘打式(homerun)線纜保持在一起。如果其是不實(shí)際的，則第二最佳布局將是使泵或任何其它馬達(dá)接近于具有所述e&i分布面板的模塊。此外，設(shè)備應(yīng)被間隔開以確保有效的可操作性、可維護(hù)性和安全訪問和外出。

fluor的optimeyestm的使用是在所述項(xiàng)目的這個(gè)階段的有效的工具以有助于處理塊布局。

步驟103是準(zhǔn)備處理塊內(nèi)的詳細(xì)的設(shè)備布局以生產(chǎn)集成的第三代設(shè)施。從步驟2標(biāo)識(shí)的每個(gè)處理塊被布置到地塊空間上，確保塊之間所需的互連被最小化。從處理流塊圖，所述主互連被標(biāo)識(shí)。優(yōu)選地不再需要或使用傳統(tǒng)的互連管架。管路被集成到所述模塊中。在圖3中示出了簡單的、典型的第三代“塊”布局。

步驟104是開發(fā)第三代模塊配置表以及電力和控制分布計(jì)劃，其為整個(gè)設(shè)施將處理塊組合以消除傳統(tǒng)的互連管架并減少互連的數(shù)量。使用上面的數(shù)據(jù)開發(fā)第三代模塊配置表。模板可以被使用，并且例如，可以使用第三代電力和控制分布架構(gòu)模板來有利地準(zhǔn)備第三代電力和控制分布計(jì)劃。

步驟105是開發(fā)第三代模塊化構(gòu)建計(jì)劃，其包括集成的多規(guī)程基礎(chǔ)上的完全詳細(xì)的處理塊模塊。用于項(xiàng)目的該階段的最后的步驟是準(zhǔn)備總的模塊化第三代模塊化實(shí)施計(jì)劃，其可以被用于設(shè)置基線以進(jìn)行到下一階段。被考慮的是：第三代模塊化實(shí)施將需要與傳統(tǒng)地被實(shí)施的模塊化項(xiàng)目不同的時(shí)間表。

根據(jù)第三代模塊化實(shí)施設(shè)計(jì)指南(其與父臨時(shí)申請(qǐng)一起被提交)，在下面的表1中列出了傳統(tǒng)的第一代和第二代模塊化構(gòu)建與第三代模塊化構(gòu)建之間的許多不同：

表1

圖4是為西加拿大的油砂區(qū)域設(shè)計(jì)的油分離設(shè)施中的三個(gè)示例性處理塊(#1、#2和#3)的示意圖。此處，處理塊#1具有兩個(gè)模塊(#1和#2)，處理塊#2具有兩個(gè)模塊(#3和#4)，并且處理塊#3僅具有一個(gè)模塊(#5)。模塊之間的虛線指示鄰近的模塊的開的側(cè)面，而所述模塊周圍的實(shí)線指示墻壁。箭頭顯示了模塊之間的流體和電耦合。因此，圖1僅顯示了模塊#1和#2之間的兩個(gè)一個(gè)電線連接和一個(gè)流體線連接。相似地，圖1沒有顯示處理塊#1和#2之間的電線連接，并僅顯示了那些處理塊之間的單一流體線連接。

圖5是處理塊模塊布局立視圖的示意圖，在其中模塊c、b和a在一個(gè)級(jí)(很可能是地平面)上，而第四模塊d被布置在模塊c的頂上。盡管僅兩個(gè)流體耦合被顯示，該圖應(yīng)被理解為潛在地包括一個(gè)或多個(gè)附加的流體耦合，以及一個(gè)或多個(gè)電和控制耦合。

圖6是油分離設(shè)施的一部分的可替代實(shí)施例的示意圖，在其中又存在三個(gè)處理塊(#1、#2和#3)。但是此處，處理塊#1具有三個(gè)模塊(#1、#2和#3)，處理塊#2具有兩個(gè)模塊(#1和#2)，并且處理塊#3具有兩個(gè)附加的模塊(#1和#2)。

圖7是圖3的油加工處理塊#1的示意圖，顯示了上面所描述的三個(gè)模塊，加上被布置在第二層中的兩個(gè)附加的模塊。

圖8是具有四個(gè)處理塊的第三代模塊化設(shè)施的示意圖，每個(gè)處理塊具有五個(gè)模塊。盡管尺寸沒有被顯示，所述模塊中的每個(gè)應(yīng)被解釋為具有(a)至少15米的長度、(b)大于4米的高度、(c)大于4米的寬度、以及(d)具有開的側(cè)面和/或開的端，其中給定處理塊內(nèi)的模塊被彼此鄰近地放置。在此特定的例子中，第一和第二處理塊被至多四個(gè)流體線(不包括效用線)、四個(gè)電線和兩個(gè)控制線流體地耦合。所述第一和第三處理塊被六個(gè)流體線(不包括效用線)以及被一個(gè)電線和一個(gè)控制線連接。

同樣在圖8中，來自處理塊1的主電供應(yīng)扇出到處理塊3的五個(gè)模塊中的四個(gè)，并且來自處理塊1的控制線扇出到處理塊3的所有五個(gè)模塊。

對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)是顯而易見的是：除已經(jīng)被描述的那些之外，許多更多的修改是可能的，而不背離此處的創(chuàng)造性概念。除了在所附的權(quán)利要求的精神中之外，該創(chuàng)造性主題因此不將被限制。此外，在解釋說明書和權(quán)利要求書兩者時(shí)，應(yīng)按照與上下文一致的最寬的可能的方式來解釋所有術(shù)語。特別地，術(shù)語“包括(comprises)”和“包括(comprising)”應(yīng)被解釋為以非排他的方式引用元件、部件或步驟，指示所引用的元件、部件或步驟可以與未被明確引用的其他元件、部件或步驟一起出現(xiàn)、或一起被利用或與未被明確引用的其他元件、部件或步驟相組合。在說明書權(quán)利要求書引用從由a、b、c…和n組成的組中選擇的某事物中的至少一個(gè)時(shí)，該文本應(yīng)被解釋為僅需要來自該組的一個(gè)元素，不是a加n，或b加n，等等。