“工廠化模式”建設天然氣凈化廠的管控要點

李 勇

中國石油西南油氣田公司基建工程處, 四川 成都 610051

“工廠化模式”建設天然氣凈化廠的管控要點

李 勇

中國石油西南油氣田公司基建工程處, 四川 成都 610051

目前大型天然氣凈化廠的設備管道及鋼結構安裝通常采用傳統的人工、現場、單臺班、手工焊方式,影響焊接質量因素多,焊接效率低,施焊作業受天氣影響大，現場施工安全風險高。以龍王廟組氣藏60×108m3/a天然氣凈化廠工程為例,介紹了該工程以“標準化設計、規模化采購、工廠化預制、模塊化組裝、數字化管理”為核心的“工廠化模式”建設大型天然氣凈化廠的管控要點及應用效果,并提出了優化建議,為今后“工廠化模式”建設天然氣凈化廠提供參考。

龍王廟組氣藏；天然氣凈化廠；工廠化建廠；項目管控；要點；應用效果

0 前言

安岳氣田磨溪區塊龍王廟組氣藏60×108m3/a天然氣凈化廠工程是中國石油西南油氣田公司最大的天然氣產能建設項目。工程以“創建國家優質工程”為目標,按照“標準化設計、規模化采購、工廠化預制、模塊化組裝、數字化管理”要求,創新了“工廠化模式”建設大型天然氣凈化廠,改變了傳統的工程建設組織方式,實現了天然氣凈化廠工程的工廠化預制與現場模塊化組裝。通過重點管控設計、采購、工廠化預制與模塊化組裝、關鍵施工工序管控等四個重要環節,工程在質量、安全、進度、投資及合規性管理等方面的項目管控水平達到了新的高度,保證了工程投產試運后的長周期安全平穩運行,具有良好的經濟和社會效益[1]。

1 簡介

1.1 建設工程量

安岳氣田磨溪區塊龍王廟組氣藏60×108m3/a天然氣凈化廠工程是龍王廟組氣藏第三階段產能建設項目。工程設計規模1 800×104m3/d,原料氣H2S質量含量10～15 g/m3、CO2質量含量30～60 g/m3,操作壓力6.7 MPa。共建設3列600×104m3/d脫硫裝置、3列600×104m3/d脫水裝置,配套2列900×104m3/d硫黃回收裝置、2列900×104m3/d尾氣處理裝置、1列1 200×104m3/d的尾氣處理裝置(配套前期建設的40×108m3/a尾氣處理工程,與60×108m3/a天然氣凈化廠工程同步建設)以及相關循環水、蒸汽鍋爐、空氮、配電、硫黃成型、污水處理等生產輔助設施。

1.2 工程建設難點及應對策略

1 800×104m3/d的天然氣凈化廠施工組織管理具有以下難點[2]:

1)建設工期緊。從批復到建成只有12個半月時間,施工周期僅9個月時間。

2)安全風險高。施工場地異常狹窄,南北向236 m,東西向139 m,面積僅49 km2；施工區三面被生產裝置包圍,并且生產區內需要大量改造、碰口的作業。工程施工平面布置示意圖見圖1。

圖1 工程施工平面布置示意圖

3)建設工作量大。工程共安裝工藝管道106.61 km,焊接44.16×104DIN(焊縫數11.86萬道)；管件7.74×104件,閥門1.07×104只,鋼結構5 200 t,敷設各類線纜、電纜約461 km,設備4 390臺,建設工作量創西南油氣田單項工程之最。

4)安全風險管控難度大。大型吊裝、現場焊接、土建施工等交叉作業多,需要開展100 m尾氣煙囪、205 t吸收塔等23項大型設備吊裝作業,在四層管廊架內穿管、施焊,并與土建、埋地管線同步施工,高峰期作業場地大型吊裝設備多達33臺,作業人員2 500余人；施工高峰期集中在夏天,高溫酷暑、雨季天氣影響施工。

5)設計與施工技術要求高。首次開展國內最大單套600×104m3/d脫硫與脫水裝置、900×104m3/d硫黃回收裝置和1 200×104m3/d尾氣處理裝置的一體化集成、工廠化預制、模塊化安裝,沒有成熟經驗借鑒。

2 “工廠化模式”建廠的關鍵管控環節

“工廠化模式”需要抓好四個關鍵環節:設計、采購、工廠化預制與模塊化組裝、現場關鍵施工工序管控[4]。

2.1 工程設計管控

工程設計管控要點:緊抓設計主線,以三維建模設計為“龍頭”,精細管控，全過程優化施工圖設計。

2.1.1 細化設計委托和設計合同

2)細化設計委托和設計合同要求。在設計技術服務合同中,詳細制訂設計質量、設計深度、設計人員、設計完成時間等具體考核目標與考核措施。

2.1.2 全過程參與解決工程設計關鍵技術

1)優先確定總圖布置方案。在初步設計基礎上,進一步細化工程總圖布置,特別是核實安全與防火間距；預留大型設備以及工藝模塊橇吊裝、機泵設備檢修區域以及日常生產操作與安全巡檢通道。工程重要檢維修預留空間(粉紅色區域)總平面布置見圖2。

圖2 工程總平面布置重要檢維修預留空間

2)明確統一設計技術要求。重點優化同壓力等級條件下管線材質、規格型號,統一管材、管件、接口法蘭、閥門執行標準,統一非標設備由供貨商配對法蘭、緊固件、墊片,明確設計材料富裕量標準等。材料技術要求確定后正式建立材料數據庫,避免項目后期對材料數據庫進行修改,影響設計工期,同時造成前后采購材料不匹配。

3)提前審核確定工藝PID流程。工藝PID流程圖應在施工圖三維建模開始前完成審定并不再修改,如果后期修改PID流程圖,其三維模型修改工作量大,可能造成根據模型提前采購的材料多訂、錯訂和漏訂。

4)解決工程設計關鍵技術。對于設計過程中需要討論確定的技術方案,應盡快組織專家進行討論。如果三維建模中、后期再調整關鍵技術方案,將帶來大量設計修改工作量。

工藝模塊劃分原則包括:保證各單元模塊功能完整,滿足工藝模塊的工廠化制造、運輸方案及實際條件,確定各模塊外型尺寸及最大重量；確定各模塊拆分、運輸、吊裝、組裝方案。模塊化方案通過審查后,再根據模塊布局方案和拆分尺寸,開展下階段詳細三維模型設計。工藝模塊拆分示意圖見圖3。

圖3 工藝模塊拆分示意圖

橇裝模塊拆分原則:橇鋼構拆分最大高度不超過4.5 m,拆分點位于橇底板H型鋼下翼緣0.5 m處,拆分處采用等強連接；管道拆分利用原有法蘭,或分橇最近焊口處加拆分法蘭；或在上下層“原始”法蘭處進行拆分；大管道焊接,小管道法蘭連接。各橇裝的鋼結構與工藝管道拆分示意圖見圖4。

2.1.4 建立常態設計聯絡機制實現邊設計邊優化

在三維模型設計管理中,項目建設單位需要重點把控“統一材料設計技術要求”“加快采購資料反饋”等相關工作。三維模型設計管控流程見圖5。

圖5 三維模型設計管控流程

材料技術要求及管道安裝材料表是設計審查的重點。材料設計規定及管道安裝材料表直接影響采購質量、采購準確性、匹配性。審查的主要內容包括管材、管件、閥門等材料的執行標準、材質、結構與連接形式是否統一,管道等級分類是否準確,對材料描述是否統一。

農村配電網線路中存在同桿并架線路時，當某回線路上發生短路故障后，繼電保護將故障線路跳開，但同桿并架的另一回線路仍然處于正常運行狀態。此時，由于非故障線路與故障線路間的電容和互感，導致故障點電弧電流無法降低至0，增加電弧滅弧難度。在此狀態下，故障點電弧中流過的電流稱為潛供電流。由于潛供電流增加了故障點滅弧的難度，延長了故障點滅弧時間，可能導致自動重合閘后故障點絕緣未成功恢復，引發重合閘失敗。

2.2 工程采購管控

工程采購管控要點是:程序合法,規范推進設備材料的規模化采購。

2.2.1 建立物資采購聯動機制

工程所有材料委托專業化的物資公司負責采購,并借助招標中心選商平臺,形成“項目部支撐、物資公司組織、招標中心實施”的分工協作、責權統一、共同推進的有效機制。分工協作的采購流程見圖6。

圖6 分工協作的采購流程

2.2.2 采購技術文件實行“集中會審”

采購技術規格書、技術評分表、招標文件均采用“會審制”,邀請生產單位、機關處室的相關專家進行審查,項目部專業技術人員交叉參與,為規模化采購創造條件。

2.2.3 加快采購基礎資料反饋

按照“集中辦公、共同確認”原則,設備完成采購后,建設項目部安排專人召集采購、設計、物資供應商共同確認設計基礎資料反饋內容。采購資料反饋監管流程見圖7。

圖7 采購資料反饋監管流程

2.2.4 分階段、規模化實施工藝材料采購

2.2.5 根據優先級統籌材料到貨順序

提前制定設備材料到貨時間安排,保證材料匹配率。首先需要優先安排大型塔類設備及埋地管道材料到貨；在工廠化組橇前期,最早到貨的應該是與橇內設備相連的大口徑、厚壁工藝管道,同時配套相應的管件、法蘭、閥門。

2.3 工廠化預制與模塊化組裝管控

安岳氣田磨溪區塊龍王廟60×108m3/a天然氣凈化廠工程主體裝置區分4個工藝單元,共計222個橇塊,橇內設備總數203臺,工藝焊接總量約34×104DIN(不計橇外焊接工作量)。

工廠化預制管控要點:以三維模型為支點,開展工廠化預制、模塊化施工、數字化組織管理。工廠化預制與數字化管理流程示意圖見圖8～9。

圖8 工廠化預制管理流程示意圖

圖9 數字化施工管理流程示意圖

2.3.1 強化抗硫材料的專項控制

對于天然氣凈化廠工程,含硫介質的材料抗硫性能決定了工程本質安全,必須進行專項質量管控:所有抗硫材料進場均需要進行原子光譜檢驗；建立抗硫材料數據庫,可追溯每一抗硫管段的爐批號等原始數據；現場料場采用色帶對不同材質進行標識,并制成色標卡,材料領用需要進行色帶檢查及確認。

2.3.2 全面應用數字化施工機具

圖10 工廠化預制全自動焊接流水作業線

2.3.3 數字化建廠管理技術

以施工圖三維設計模型為載體,通過“skid生產管理軟件”數據庫與三維設計基礎數據互通,實現數字化建廠管理。數字化軟件平臺集生產、技術、質量管理于一體,貫穿技術、物資、生產調度等環節,全過程實現生產調度指令化、流程管理程序化、組橇施工流水化、材料管理信息化,施工組織管理模式由“人工臺賬”到“大數據庫管理”轉變[5]。同時,在施工現場引入數字化三維設計模型,作業班組配置電腦,技術人員、管工、焊工都可以在現場作業點通過電腦查詢三維模型、料表、單管圖、施工技術要求,作業臺班讀圖效率快,準確性高。

2.3.4 工廠化預制與模塊化組裝

工廠化預制采用流水線方式,領料、下料、坡口加工、組對、焊接、無損檢測等施工工序全部流水化作業。鋼結構及工藝管道預制完成后,合格預制件按裝置區、模塊、線號轉運至組橇現場,由安裝臺班在組橇區域進行裝配化安裝,并完成試壓、防腐,最后拆裝運到工程施工現場進行回裝[6]。模塊化橇裝在吊裝前,需要計算橇裝重心、設計吊耳,并局部采用臨時聯系梁對橇裝進行加固；橇裝現場安裝時,需要對安裝位置進行精確空間定位,控制位置偏差；在橇內外工藝管道連接時,需要嚴格杜絕強力組對,局部連接管道出現錯位,可以通過短接、彎頭進行調整。工廠化預制與模塊化組裝示意圖見圖11。

2.4 現場關鍵施工工序管控

2.4.1 組建現場管理“一站式調控中心”

在工程現場建設項目管理營地,實現施工現場“零距離”管理。在管理營地組建“一站式調控中心”,以建設項目部為龍頭,設計、施工、監理、物資、檢測等單位共同參與并集中辦公,確保信息對稱、溝通順暢、解決及時、指令統一[7]。

2.4.2 強化工程質量全過程監管

2.4.3 重點把控風險作業過程監督

風險作業實行分級管理。風險作業劃分A、B、C類,A類風險作業必須經過項目經理審批；作業方案及應急預案未經審批嚴禁開工,風險作業專項方案一經審查批準,必須嚴格執行；嚴抓施工與生產區物理隔離、高空作業滿鋪腳手架板、作業高點架設高空安全生命線、關鍵區域設置視頻監控系統等HSE措施落實[9]；重點組織大型設備吊裝作業,累計安全實施500 t履帶吊、260 t履帶吊68車次,100 t及以下吊裝200余次。重點風險管理措施見圖11。

2.4.4 分階段分重點開展施工組織

工程施工初期,重點開展大型坑池開挖及澆筑,集中完成全廠埋地管網施工,并率先完成施工區域地坪硬化；工程施工中期,全速推進工廠化預制,協同組織橇裝模塊現場組裝,提前完成主、支管廊碰口；工程施工后期,預先完成設備筑爐烘爐,提前組織機泵設備電機“點試”,全速推進防腐保溫及鋼結構防火施工[10]。

2.4.5 快速推進單機試運與系統聯調

生產單位提前參與工程設計及施工過程,提出設計優化建議,開展隱蔽工程質量檢查及裝置“三查四定”[11]；選聘專家作技術支撐,分專業推進單機試運與系統聯調,全力解決施工階段和調試過程中存在的問題；以“邊調試、邊培訓”方式,做好與生產單位技術交接,為裝置順利投產試運做好準備。

3 項目實施效果

3.1 “六化”應用效果

3.2 工程質量與安全

3.3 主要生產技術指標

4 結論

1)合理確定模塊化、橇裝化范圍。在模塊化橇裝化設計中,組橇設備宜考慮臥式設備,方便設備成模塊及運輸；大型立式設備,不考慮成模塊；對于直徑≥3.0 m的臥式設備,直徑≥500 mm的管道、功率較大的轉動設備、連接管路少的設備,可不進行模塊化組橇。無法進行橇裝化的設備設施,可以開展工廠化預制。

2)精準定位±0.0以下設施位置及實施精度。按照施工組織,模塊化橇裝進場安裝前,±0.0以下設施已基本施工完畢,并完成地坪基層硬化。如果提前實施的±0.0以下設施定位出現偏移,模塊橇裝與埋地管道的接口將不能順利進行。

3)同步推進工程無損檢測。工藝管道工廠化預制完成后,如果未及時跟進無損檢測,預制件進行模塊預組裝后,部分焊縫局部空間狹窄,或處于高空需要搭設臨時安全設施,探傷設備安裝與操作困難,將增大無損檢測難度,局部焊縫還可能無法開展檢測工作。

[1] 寧永喬,陳耀禮,舒玉春,等.龍王廟組氣藏60億立方米/年開發地面工程項目管理總結(內部資料)[Z].成都：中國石油西南油氣田公司.2016. Ning Yongqiao, Cheng Yaoli, Shu Yuchun, et al. Interior Report of Longwangmiao 6 Billion m3/Per Year Gas Field Surface Construction Project [Z]. Chengdu: Petro China Southwest Oil & Gasfield Company. 2016.

[2]王國學.國外油田地面工程建設管理問題淺析[J].油氣田地面工程,2009,28(4):67. Wang Guoxue. Brief Analysis of Construction Management of Overseas Oilfield Surface Engineering [J]. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2009, 28 (4): 67.

[3]陳朝明,陳偉才,李安山,等,大型氣田地面工程模塊化建設模式的優點剖析[J],天然氣與石油,2016,34(1):8-13. Cheng Zhaomin, Chen Weicai, Li Anshan, et al. Analysis on Advantages of Large Gas Filed Skid-Mounted Surface Engineering Modular Mode Construction [J]. Natural Gas and Oil, 2016, 34 (1): 8-13.

[4]余建飛.天然氣田地面工程建設中的問題與對策探析[J].中國石油和化工標準與質量,2013,(20):243-252. Yu Jianfei. Analysis of Natural Gas Surface Construction Strategy and Issues [J]. China Petroleum and Chemical Standard and Quailty, 2013, (20): 243-252.

[5]李立新,許晶偉,張秀玲,等.油田地面工程管理的信息化建設[J].石油規劃設計,2007,18(2),41-43. Li Lixin, Xu Jingwei, Zhang Xiuling, et al. The Construction of Information System on Oil Field Surface Construction [J]. Petroleum Planning and Engineering, 2007, 18 (2): 41-43.

[6]陳玉海,謝燦波,高光軍,等.“模塊化、橇裝化、工廠化”集成技術在蘇丹石油地面工程建設中的應用[J].石油工程建設,2013,39(5):33-37. Cheng Yuhai, Xie Canbo, Gao Guangjun, et al. The Application of Oil Surface Construction Intergration Technology Such As Modularization, Skid-Mounted Process Unit and Factory Like in Sudan [J]. Petroleum Engineering and Construction, 2013, 39 (5): 33-37.

[7]李秋忙.油氣田地面工程建設程序及要求[J].石油規劃設計,2009,20(2),20-22. Li Qiumang. The Procedures and Requirements of Oil-Gas Filed Surface Construction [J]. Petroleum Planning and Engineering, 2009, 20 (2): 20-22.

[8]孫鐵民,韓方勇.天然氣田地面工程建設與管理[J].石油規劃設計,2007,18(5):1-4. Sun Tiemin, Han Fangyong. Management of Surface Project in Gas Field [J]. Petroleum Planning and Engineering, 2007, 18 (5): 1-4.

[9]陳寶濤.提升油氣田地面建設項目管理水平[J],油氣田地面工程,2006,25(6):52-53. Cheng Baotao. Improvement of Oil Gas Filed Surface Management [J]. Oil-Gasfiled Surface Engineering, 2006, 25 (6): 52-53.

[10]劉飛軍,隋永剛,孫鐵民,等.油氣田地面工程的優化[J],石油規劃設計,2005,16(1):7-14. Liu Feijun, Sui Yonggang, Sun Tiemin, et al. The Optimization of Surface Engineering in Oil-Gas Fields [J]. Petroleum Planning and Design, 2005, 16 (1): 7-14.

[11]呂岳琴,梁 波,羅小軍.羅家寨地面工程建設項目優化[J].天然氣技術,2008,2(1):55-57. Lü Yueqin, Liang Bo, Luo Xiaojun. The Optimization of Surface Engineering in Luojiazhai Gas Field Surface Construction Project [J]. Natural Gas Technology, 2008, 2 (1): 55-57.

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.023

2016-07-05

李 勇(1963-),男,四川成都人,高級工程師,學士,主要從事油氣田基建工程管理工作。