LNG處理模塊HVAC系統施工工藝流程

海洋石油工程(青島)有限公司, 山東 青島 266520

0 前言

模塊化LNG處理工廠的大部分核心工藝處理模塊均設計有HVAC系統。HVAC系統主要保證工藝模塊內封閉區域的溫度、濕度及壓力滿足要求,保證工作人員的安全和工藝設備的正常運行。該系統的設計是否合理,施工質量是否可靠,直接關系到后期整個模塊或整個工廠能否平穩安全運行。

一般單體的LNG核心處理模塊設計有4～5層甲板,并布置有密閉房間。根據工藝要求,HVAC系統的管路、設備等會分布于模塊不同的甲板層及區域。由于模塊內工藝設備及管路等布置緊密復雜,HVAC系統的布置路徑分支較多且施工難度較大。同時,一般大型LNG核心處理模塊的處理要求較高,對應HVAC系統的設備及管路尺寸較大(最大風管管徑3 m左右),額外增加了施工難度[1]。

合理的施工工藝及質量控制,是系統在設計環境下能夠長期可靠運行的基礎和關鍵。合理的工藝流程,是以設計文件相關要求為基礎和依據,以項目實際為條件,以工期質量為原則而制定。典型LNG工藝模塊及通風模塊中的HVAC系統模型見圖1～2。

圖1 典型LNG工藝模塊中的HVAC系統模型

圖2 LNG通風模塊中的HVAC系統模型

1 施工工藝流程及關鍵點

根據系統組成及施工順序要求,將整個HVAC系統劃分成主要設備、支架及底座、風管及風閘三條施工主線。其中,主要設備包含空調、風機等;支架及底座為設備及風管、風閘、加熱器等的支架及底座[2-3]。三條施工主線的主要工藝流程見圖3。

1.1 風管預制工藝流程

風管預制的主要工藝流程為:開平貼膜、激光下料、折板、組對焊接、焊后酸洗鈍化處理、氣密測試、保溫絕緣,見圖4。

1.2 風管保溫工藝流程

1.2.1 非鎧裝風管保溫工藝流程

非鎧裝風管的主要保溫流程見圖5。該保溫流程也適用于現場風管的保溫,且注意如果下一工藝步驟會遮蔽上步施工結果,需先完成檢驗，確認無問題后,方可進行下一步操作[4]。

1.2.2 鎧裝風管保溫工藝流程

鎧裝保溫的主要工藝流程見圖6。

圖3 LNG通風模塊中的HVAC系統施工工藝流程

圖4 HVAC系統風管預制工藝流程

圖5 非鎧裝風管保溫工藝流程

圖6 鎧裝風管保溫工藝流程

1.3 風管及風閘安裝工藝流程

1.3.1 安裝施工工藝流程

風管的主要安裝工藝流程為:腳手架搭建、設備底座和風管支吊架安裝、設備和風管吊裝、法蘭墊片安裝、設備和風管調整到位緊固螺栓、安裝法蘭跨接線及端部接地、安裝測試孔/探頭/管嘴等、報檢、風管系統氣密試驗、氣密試驗報檢、保溫完善和修復、整體報檢[5],見圖7。

風閘與風管的安裝工藝流程類似,主要注意風閘安裝時的氣流方向及執行機構朝向應與圖紙要求一致。

1.3.2 安裝關鍵點

1)施工保護。由于風管本身特性,安裝完成后除檢

圖7 風管及風閘安裝工藝流程

修門附近外,其內部清潔難以進行。風管的安裝和內部清潔需同步進行。每完成一節風管安裝,即用抹布等對風管內壁進行清潔處理。現場的所有敞口,即停即護。施工暫停時,即刻對敞口用帆布或者其他保護材料做密封保護,防止內部污染。

2)風管吊裝。風管吊裝嚴格按照設計要求進行,以避免因不當吊裝導致吊點處的法蘭變形,避免多節風管串接后使用單節風管吊點吊裝。

3)風管安裝。風管安裝使用的不銹鋼螺栓由于其特性,如直接緊固,后期拆卸時容易抱死,使用前建議配合使用二硫化鉬進行潤滑,方便可能的拆卸處理。另外,風管安裝時,為方便法蘭間墊片的安裝,一般采用扎帶等方式固定到一側法蘭上,法蘭對接,完成螺栓串接后,及時清除所有臨時用固定扎帶[6]。

4)法蘭間隙。兩節風管的法蘭連接要保證緊密貼實,不能有間隙。對于因法蘭變形較大,產生較大間隙的,先采用夾具夾緊,進行反變形處理(或者變形附近的螺栓孔先用碳鋼進行緊固,然后逐個替換成不銹鋼螺栓)。如不能解決,拆卸風管到地面進行。對于變形間隙不大的,可以用軟質、壓縮性好的EPDM對法蘭處進行處理。增加的軟質EPDM間斷口連接采用自鎖扣方式處理(本項目中使用的為舾裝專業50 mm寬的foam)。

5)法蘭跨接線。保溫風管跨接線,安裝時傾斜靠近法蘭,方便后續保溫施工。整條線路風管用跨接線串接后,在端部要做整體接地處理。

1.4 大型通風設備安裝工藝流程

1.4.1 風機安裝的主要工藝流程

風機安裝的主要工藝流程見圖8。

圖8 風機安裝工藝流程

1.4.2 風機安裝關鍵點

1.4.2.1 施工保護及施工前檢查

1)風機領取后,第一時間對進排氣敞口做好密封保護,防止異物及灰塵等進入內部。

2)吊裝入模塊前確定好模塊內倒運通道,保證通道寬度和高度達到要求。

3)安裝前要對結構底座定位及要求尺寸等精度進行檢查確認,無誤后方可將設備倒運入模塊就位。

4)吊裝前對設備的吊點及其他部分進行檢查,確認完好無誤后再進行吊裝。

5)安裝過程中注意風機進氣口朝向。

6)安裝過程中確保風機自帶底座和風機間的臨時固定支撐墊塊已安裝并緊固。

7)風機運行時通過彈簧吸收震動并提供豎向支撐和一定的水平受力。但是在建造過程中,需要通過塞入墊塊等方式,避免彈簧受力,防止損壞彈簧等[7-8]。

1.4.2.2 軟連接

風機進出口雖然有軟連接,可為風管安裝誤差提供一定程度的調整范圍,但是軟連接的調節余量主要用于風機啟動及運行時的震動,而非抵消安裝誤差。

1.4.2.3 隔離墊片

風機自帶框架底座材質為不銹鋼,安裝時和碳鋼底座之間需要用EPDM墊片隔離。

1.4.3 空調安裝主要工藝流程

空調安裝的主要工藝流程見圖9。

圖9 空調安裝工藝流程

1.4.4 空調安裝關鍵點

空調安裝施工時需注意[9]:

1)空調自帶保護膜最終安裝前不要拆除。

2)吊裝入模塊前確定好模塊內倒運通道,保證通道寬度和高度要求。

3)安裝前要對結構底座定位及要求尺寸等精度進行檢查確認,無誤后方可將設備倒運入模塊就位。

4)吊裝前對設備的吊點及其他部分進行檢查,確認完好無誤后再進行吊裝。

5)吊裝時注意進入柜體的進入方向,避免模塊內大的方向調整。

6)保證兩部分柜體的間隙滿足設計要求,無誤后加裝蓋板,拼縫處用許可密封膠密封。

7)空調進排氣敞口和風管連接前,做好密封保護,防止灰塵等異物進入。

8)空調內濾棉待內部其他專業施工完成后,內部整體清潔完成再行安裝。

2 施工常見問題及處理

2.1 風管

風管相當于系統的血管,是實現送排風或溫度控制等功能的通道。其路徑較復雜,穿越各個甲板層及房間,且安裝位置一般位于甲板下。暖通系統施工階段處于整個施工的中后期,腳手架條件差,與其他專業施工交叉作業,整體施工難度較大[10-11]。

2.1.1 風管腐蝕問題及應對措施

風管運輸到場后,安裝前一般存儲在施工模塊的附近區域。因現場存在打砂、打磨等作業,產生的鐵屑等易漂浮到不銹鋼風管內外表面,遇潮濕天氣,極易破壞風管表面的酸洗鈍化層,造成風管的腐蝕。而相關腐蝕處理在現場不易開展,后續極易再次發生腐蝕[12]。

應對措施:

1)在風管到貨后嚴格按照存儲要求進行存儲,不銹鋼風管存儲不能直接與碳鋼接觸。風管場地存儲不直接放置到地面上,需用墊木等進行鋪墊。

2)到場風管檢查無問題后,及時清潔內外表面,用鋁箔布對風管外表面進行包裹保護,并對兩側開口用帆布或膠合板進行封堵。

3)風管安裝作業中,必須安裝一節,清潔一節,施工暫停時,及時對敞口封堵。

2.1.2 法蘭變形問題及應對措施

不銹鋼風管一般不設單獨的吊裝運輸用吊點,相關運輸或吊裝作業一般使用風管法蘭進行。尤其是對于尺寸、重量較大的風管,發生相關作業易造成法蘭的變形。而不銹鋼的韌性較大,相關變形后很難通過機械等手段對其進行校正,后續安裝時造成法蘭間隙過大,影響系統密性[13]。

應對措施:

1)嚴格按照吊裝要求進行風管的吊裝作業,嚴禁多節風管同時吊裝。

2)風管模塊內倒運時優先選用軌道運輸方法,避免安裝時倒鏈對法蘭面產生面外拉力。

3)安裝前對法蘭平整度進行檢查,對平整度差的部分,提前粘貼彈性較大的EPDM墊片(該墊片應用需得到業主認可),見圖10。

圖10 法蘭變形填充foam墊片

4)安裝的螺栓緊固按照緊固順序要求進行。

2.2 系統氣密測試

氣密測試是使用設備,檢驗線路密性的方法。采用單位時間內單位面積上氣體泄漏量來和要求數值對比衡量(L/m2/s)。氣密前的檢查封堵是氣密測試通過的關鍵。氣密測試通過代表安裝工作基本完成,整體狀態可以接受[14-15]。

系統氣密測試是施工的最后一個環節,為保證測試的有效性,避免后續重復測試,需在氣密工作開始前做好以下檢查:

1)檢查法蘭口是否有可見的明顯間隙。

2)測試孔及煙感、溫感等開孔處檢查。

3)風閘、加熱器等設備的密性檢查處理。

4)檢查單向風閘位置是否阻斷氣密線路整體聯通。

5)如果線路密性太好,泄漏量過小,因設備量程問題,會出現“超出量程”,無法讀數現象。此時可選擇某密封盲板處,開一小泄漏口,增加泄漏量。

6)氣密時線路上的所有設備風閘需要處于開啟狀態。防火風閘開啟需連接壓力氣體(必須保證干燥,可以用壓縮氮氣,氣壓0.5～0.6 MPa)和設備要求電壓值的電源(電源接線時注意正負極不要接反)。

7)單向風閘注意氣流方向。

8)平衡風閘手動操作把手到開啟狀態。

9)氣密設備的測試儀表需要標定,氣密時確保標定證書有效可用。

2.2.1 氣密前線路問題及應對措施

1)線路上風管設備未安裝完成就位。支架支撐梁未完全壓實。

2)氣密后存在拆卸風管或設備、移動調整風管線路等。

3)法蘭口處有影響密性的間隙。

4)法蘭口保溫完成。

5)法蘭未連接,連接不牢固。

6)氣密時風管上還有未開的孔洞。

應對措施:

1)檢查所有連接法蘭螺栓及支撐支架,保證螺栓擰緊,支架固定壓實風管。

2)線路施工完成,氣密后不存在拆卸或移動風管等操作,對于需要移動或拆除部分,需重新氣密或隔離到氣密包之外。

3)用薄塞尺檢查法蘭口間隙是否符合安裝要求。

4)法蘭口暫不用保溫棉封堵,使其具備后續檢查找漏的條件。

5)法蘭完成跨接線連接,固定可靠。

6)氣密時風管上的開孔等工作結束,附屬測試孔等安裝完成。

2.2.2 氣密測試的開口封堵及應對措施

系統安裝完成后,需對管路密性進行測試,對出風口、風管與設備接口等開口位置進行封堵。采用何種封堵材料及封堵方法,對整個密性測試作業的效果、成本及工期都有較大影響。傳統方法是根據敞口大小加工鋼制盲板進行封堵,存在以下問題[16]:

1)材料浪費。不同敞口口徑,需要不同的盲板規格,重復使用率低。

2)安裝緊固困難。對于較大敞口,鋼制盲板重量大,需要復制施工機具安裝,耗時耗力。

3)對于沒有螺栓孔的敞口,難以進行封堵。

4)所有盲板都需要根據敞口法蘭螺栓孔額外打孔加工,增加耗費。

應對措施:

根據本項目通風氣密特點,開創性地使用帆布、塑料布等替代鋼制盲板。對于口徑小的敞口,配合使用膠帶纏繞即可滿足封堵要求。對于口徑較大的敞口,使用廢角鋼打孔作為緊固法蘭,達到封堵要求[17]。

實踐證明，以上新封堵材料的采用有效可靠,大大節省了氣密輔料投入成本,減輕了現場工作壓力,提高了封堵和拆除效率。現場氣密測試封堵見圖11。

2.3 風閘

風閘屬于管路上的設備,施工過程中易出現以下問題:

1)安裝方向與氣流要求方向不一致。

2)風閘執行機構朝向不合理,與圖紙要求不一致。

3)防火風閘傳感器所在側未朝向檢修門一側。

4)安裝前未做嚴格檢查,內部有損壞構件未及時發現。

應對措施:

1)安裝時檢查確認風閘銘牌上標注的氣流方向。

2)核對圖紙中執行機構朝向,并現場實際確認是否合理,與電儀等接線位置是否匹配。

3)對到貨風閘做好開箱驗貨,除核對清單物件外,對風閘內部可見構件進行檢查。

2.4 設備安裝

HVAC系統的設備主要有空調、風機、加熱器及除濕器等。部分設備因尺寸限制,到貨時為分體分段到貨,安裝時需對幾部分進行總裝。設備安裝施工常見問題有到貨設備漏發部件及設備法蘭孔距等[18-19]。

2.4.1 到貨設備漏發部件問題及應對措施

業主漏發風機底座剛性墊塊,導致風機安裝過程中減震彈簧變形、損壞。業主并未提供相關資料,明確此墊塊的存在及使用方法,見圖12。

圖12 業主漏發風機底座剛性墊塊

應對措施:

1)因模塊建造完成后需海運到目的地,設備底座均需剛性固定支撐,在安裝時如發現漏發,及時跟業主反饋,并采取相應應對措施,如使用槽鋼等進行替代。

2)未加裝剛性固定前,不能直接安裝該類彈性支撐設備,因為該類設備易受力不均,進而損壞其彈性支撐。

2.4.2 設備法蘭孔距問題及應對措施

設備廠家沒有執行既定標準,實際到貨設備法蘭口螺栓孔與設計標準要求不一致。設備螺栓布置與詳設圖紙不符;設備制造質量不過關,存在帶內螺紋的螺栓孔變形、螺栓孔背側焊接螺母變形、設備自帶焊接螺栓過短等情況。這些問題均會導致設備安裝及設備與風管安裝無法進行[20]。

應對措施:

1)對自采設備,出廠前要做好相關尺寸檢查。對于業主供貨設備,在到貨時及時組織驗貨,若發現問題應及時通知業主并制定相關應對措施。

2)偏移量在1個螺栓孔直徑以內,對連接風管做擴孔處理,預制不銹鋼墊片遮擋長孔。

3)偏移量超過1個螺栓孔徑,測量后對連接風管進行重新配鉆,對舊孔進行封堵處理。

4)對于設備螺栓孔變形,使用絲錐進行矯正修復。

5)對于設備自帶焊接螺栓過短,通過更換密封墊片、取消彈簧墊等措施處理。

3 結論

1)HVAC系統施工細節較多,做好各個部分施工工序的合理規劃及各個作業項施工工藝流程的制定,對最終的施工質量及工效有重要影響。本文以某大型LNG模塊化工廠項目實際施工經驗為基礎,給出了從單節風管預制到最終安裝完成后氣密試驗的整個過程的施工方法及關鍵控制點,對同類項目的施工具有一定的參考意義。

2)HVAC系統的設備及風管安裝作業中的單體安裝及整體線路的安裝精度控制不但需要合理的施工方法及工藝,還需要合理的施工計劃安排,保證工序的合理性,最大程度減小其他作業項對安裝施工的影響。以上相關均是影響施工的因素,也是后續施工研究的方向。