SPI软件在油田地面工程设计中的应用

陆地

（中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京100085）

随着中国油气行业的快速发展，海外油田地面工程项目逐渐增加，油田工程越来越趋于大型化、复杂化、智能化，使得传统的工程设计模式和工作流程逐渐显现出其局限性，从而对工程设计过程提出了更高的要求。在仪表自控专业设计中，计算机辅助设计软件AutoCAD及Office办公自动化软件是设计中的主要应用工具。为了满足业主要求和工程项目的需要，进一步提高工程设计效率，保证工程设计质量，以数据库为核心的仪表设计与管理软件SPI（SmartPlant Instrumentation）在仪表自控设计中得到越来越多的应用。

1 SPI软件概述

SPI源于美国Intergraph公司的Intools软件，为工厂业主和EPC总包商（工程设计公司）提供的一款仪表工程软件，该软件基于数据库原理，能够在一个相互交互数据的共同平台上，按照统一的设计规则和工作流程，应用软件集成的各个模块，进行数据查询、设计与管理，服务于从设计、施工到运营完整的工厂生命周期。目前SPI软件在国际性工程公司仪表设计领域应用广泛，国内大型工程公司也引入该软件，在石化行业得到认知并逐步推广开来。

1.1 SPI软件基本功能

SPI包括Administration程序和SPI主程序，即管理模块和工程设计模块。在同一数据库下，各个模块的数据信息可以交互使用，每个模块的数据存取和更新都是基于数据库的，从而保证了各模块间数据共享以及各模块生成文件数据的一致性。

管理模块分为系统管理员和项目管理员模块。系统管理员的主要工作是在数据库中对项目进行初始化，定义SPI软件用户以及项目等。项目管理员模块分配项目管理员的权限，创建Plant-Area-Unit结构的项目架构，以及项目的基本设置，例如定义具体的项目规则，定义组，分配用户到组等。因此，在一个项目中要有专门的项目管理员对SPI软件和数据库进行管理和维护，与工程设计人员配合完成工作。

工程设计模块能够完成油田地面工程设计中大部分仪表文件，主程序包括仪表索引模块、规格书模块、计算模块、工艺参数模块、接线模块、回路图模块、安装图模块、文件Binder模块、Browser模块等。各个模块的功能及特点［1］见表1所列。

表1 SPI软件组成及功能

1.2 SPI软件的先进性

目前SPI软件在国内外大型工程公司都有所应用，很多业主也要求以SPI软件为基础进行仪表自控的设计，其广泛的应用前景得到越来越多的关注。较之于传统的设计方法，SPI软件的优势主要体现在以下几个方面：

1）数据库平台。SPI采用客户端－数据库的模式，多个用户在一定的权限内在同一平台同时展开工作，实现了数据的一致性。

2）数据交互。在项目内，所有项目需要用到的模板和各参数，遵循统一标准，使用统一模板，统一参数定义，所有数据在不同模块之间可以交互使用。不同专业间，SPI作为Intergraph公司集成数据框架的一部分，能够与其他SmartPlant系列软件分享数据。在EPC与业主之间，所有的数据信息都在一个数据库DB文件中，在文件提交时只需要提交一个数据库文件，业主方安装SPI软件即可调出相应文件。

3）准确性和高效率。数据的自动转移和报表自动生成功能，减少了工作量，提高了效率，保证了文件质量。

2 SPI软件二次开发

2.1 二次开发的必要性

在大中型油田地面工程中有符合油田设计的流程，需要开发一套适合油田地面工程设计标准的模板，建立符合该行业、该单位规范和要求的数据库，SPI软件二次开发有其必然性：

1）SPI作为一款大型的仪表自控设计管理专业软件，在使用之前仅提供了一个仪表设计管理模块的数据库平台，需要相关人员进行符合该行业、该部门设计要求和习惯的二次开发。

2）SPI的功能模块仅能满足一般仪表设计的需要，但是不同的单位、不同的项目有着各自的设计要求和文件格式，需要开发出符合项目要求的模板。

3）仪表设计中需要出版的索引表、I/O表、电缆表等报表类文件，需要进行用户化的开发，符合用户的要求。

2.2 二次开发成果

1）基于SPI数据库的开发。SPI软件提供了13个模块和1个管理员模块，重点模块需要在设计之初进行分模块化的二次开发，文中仅对索引模块具体说明。

索引模块：索引模块在项目开始阶段尤为重要，关系到其他模块的应用，是二次开发的重点。索引模块参数众多，有的参数需要在项目开始之前定义好，可大幅减轻后续设计的工作量。例如Instrument Type，选择“Profile”后，在“Wiring and Control System”下可以定义仪表的现场接线端子、接线电缆等接线信息。在建立新的仪表位号时，将自动生成定义的信息。

2）进一步的用户化。分模块的二次开发后，SPI软件可以完成80%的设计文件，但是通过SPI软件设计的表格类文件及图纸其格式较为固定。因此，用户化的文件开发势在必行。使用数据库开发软件Power Builder中的Infomaker制作符合用户化要求的PSR报表文件，调用SPI软件的数据库，以达到用户化要求。

二次开发的所有标准数据文件模板都是基于油田地面工程设计标准建立的，与传统的设计一脉相承，均可应用SPI软件直接输出成果文件，保证了数据和格式的统一性，具有一定的工程意义。

通过二次开发，完成软件数据的录入等工作后，可以直接出版仪表相关文件：

a）建立符合项目要求的图框后，完成现场仪表到控制系统的接线，仪表接线图可以通过软件直接生成。

b）安装图是以AutoCAD模板图为基础，建立相应的材料库，将各仪表与对应安装图关联即可，根据关联的仪表还可以自动生成材料表。

c）对于仪表索引表、I/O表、接线箱表、电缆表、监控数据表，甚至电缆桥架等报表类文件，通过编制好的PSR文件调用SPI软件数据库，可以生成标准化的表格。

3 SPI软件在海外某项目中的应用

SPI软件在伊拉克某油田地面工程二期设计中得到了初步应用。目前，在软件二次开发的基础上，已经出版了部分设计文件。实际应用中，对软件与项目的结合尚需进一步探索。SPI软件在该项目的应用主要包括以下内容：

3.1 项目准备阶段

项目实施之前要根据项目的具体情况对SPI软件进行整体的规划。

1）确定项目结构。油田地面工程包括CPF，FSF，外输管线、电站等子项，在SPI中建立Plant-Area-Unit的等级结构。根据子项不同区域划分为不同的Plant，每一个Plant根据具体功能有不同的Area划分方式。在CPF中，工艺流程区域包括油处理、气处理和水处理，可以以此为依据划分不同的Area；FSF下每一个平台为一个Area；Area下的Unit单元根据实际所在区域的装置进行划分。不同的项目有不同的结构方式，对同一项目不同的专业人员也有不同的理解，但是每一个项目的等级结构划分要求清晰合理，以利于后期设计人员的分配、管理以及分区域成果文件的出版。

2）定义项目规则。项目开始前要在SPI软件中定义命名规则，例如仪表位号、回路号、电缆、CS Tag的命名规则；根据项目定义仪表类型及属性，包括接线端子、电缆类型、接线方式等。命名规则及仪表类型定义之后，可以减少后续的工作量，提高工作效率。

3）分配用户权限。SPI用户包括管理员和普通用户，建立用户之后，需要将用户分配到组，不同的组别具有不同的权限级别。在一个项目中根据实际需求将不同的设计人员划分到相应的组中，避免对软件的误操作，提高设计的准确性。

3.2 项目实施阶段

3.2.1 仪表索引

前期的准备阶段完成之后，首先需要建立仪表位号，仪表数据的录入是展开其他工作的基础。在SPI软件的索引模块中，常用的仪表位号建立方式有以下三种方式［2］：

1）采用SPI中最基本的NEWTAG的方式建立仪表位号，可以通过DUPLICATE复制建立相类似的仪表。

2）采用典型回路的方式，SPI软件中先建立好每种典型的回路（如FT，FY，FV），以此作为模板，在生成回路时，只需在模板的基础上写入回路号即可快速生成回路及回路中所有的仪表。

3）采用IMPORT方式，也就是先将所有仪表的信息录入到Excel表格中，再通过SPI软件提供的IMPORT程序，一次性将所有Excel中的仪表信息输入到SPI软件中，建立起项目的仪表数据库。

建立仪表位号时，主要采用的是第一种方式，通过DUPLICATE复制相似回路，应用Browser模块可以提高仪表信息的录入效率。

3.2.2 工艺参数及仪表数据表

在建立好的数据表模板中包含工艺的参数，需要工艺专业提供相关信息，模板中相同的数据项无需重复录入。

3.2.3 接 线

根据SPI软件的特点，首先要创建必要的仪表盘柜和电缆，仪表盘柜包括接线箱、Marshaling柜、系统柜等，仪表电缆在仪表位号创建时已经自动生成。油田地面工程项目现场仪表较为分散，因而接线箱的布置以及接线箱和Marshaling柜的端子需要根据点数进行详细的规划。

3.2.4 回路图

仪表接线完成后，SPI软件自动生成回路图，与传统设计方式相比，保证了设计文件的准确性，大幅提高了设计工作的效率。回路图的生成过程也是检查接线是否正确的过程，如果接线有误或者信号未连通都会导致回路图生成错误。

4 结束语

SPI软件突破了传统的设计理念和方式，在国内外工程公司中得到越来越多的应用。通过在油田地面工程仪表设计中的实际应用，进一步提高了该软件的可操作性和灵活性，为其他项目的实施奠定了基础。随着SPI在设计人员中的广泛应用以及二次开发的不断深入，该软件在石油地面工程设计中的应用将更加成熟，有利于国内工程公司开拓国外市场。

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