模塊化設(shè)計(jì)、建造在某LNG項(xiàng)目中的應(yīng)用

劉 俊 李大勇 李朝陽(yáng)

1. 中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 四川華成油氣工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 四川 成都 610021

0 前言

常規(guī)建設(shè)模式下,液化天然氣(LNG)工程建設(shè)易受天氣、資源等諸多因素的影響和制約。LNG工程模塊化建設(shè)可從效率、安全、質(zhì)量、采購(gòu)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等方面提供一種全新的工程建設(shè)模式,該模式的推廣和應(yīng)用,為L(zhǎng)NG工程建設(shè)開(kāi)辟了一條新道路。

LNG工程模塊化建設(shè)模式下，某LNG工程建設(shè)項(xiàng)目占地16.4×104m2,總投資4.9億元,設(shè)計(jì)天然氣處理能力50×104m3/d,LNG儲(chǔ)存能力10 000 m3。該項(xiàng)目是將非用氣高峰時(shí)期富余的天然氣進(jìn)行液化儲(chǔ)存,在冬季用氣高峰時(shí)期再將儲(chǔ)存的LNG氣化并送入管網(wǎng),實(shí)現(xiàn)應(yīng)急調(diào)峰的目的。同時(shí),該項(xiàng)目在輸氣管網(wǎng)事故狀態(tài)下可作為應(yīng)急保障氣源,還可以為周邊天然氣管道未通達(dá)地區(qū)供應(yīng)天然氣,對(duì)發(fā)展低碳交通、保障天然氣的安全平穩(wěn)供應(yīng)、提高天然氣利用率、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、治理霧霾等具有十分重要的意義。

1 模塊化方案的提出

為了減少項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工工作量、降低安全風(fēng)險(xiǎn)及工程費(fèi)用、提高施工質(zhì)量,將設(shè)計(jì)理念從常規(guī)設(shè)計(jì)向模塊化建造進(jìn)行了延伸,提出了“橇裝化建站、模塊化建廠(chǎng)”的新建設(shè)模式。該模式經(jīng)歷了先國(guó)外后國(guó)內(nèi)、先輔助生產(chǎn)裝置后主體生產(chǎn)裝置、先單體裝置后全流程全廠(chǎng)整體模塊化的發(fā)展歷程。采用模塊化設(shè)計(jì)可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,有效縮短設(shè)計(jì)周期;同時(shí),模塊化設(shè)計(jì)可為采購(gòu)、預(yù)制以及現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)創(chuàng)造有利條件[1-11]。

本項(xiàng)目分為生產(chǎn)裝置、輔助設(shè)施、公用工程、廠(chǎng)前區(qū)四個(gè)區(qū),要求2017年3月工廠(chǎng)投產(chǎn)。由于項(xiàng)目建設(shè)地地處北方,冬歇期長(zhǎng)、溫度低等現(xiàn)場(chǎng)不利因素較多,常規(guī)建設(shè)無(wú)法滿(mǎn)足項(xiàng)目進(jìn)度要求。模塊化建設(shè)可大大降低設(shè)計(jì)變更、物資采購(gòu)、施工、人員機(jī)具的難度。其中生產(chǎn)裝置區(qū)工作量大、施工難度大,是本項(xiàng)目的重點(diǎn)。

“橇裝化建站、模塊化建廠(chǎng)”的科技產(chǎn)業(yè)化發(fā)展理念在該項(xiàng)目中成功應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目主工藝區(qū)的全模塊化建設(shè),一方面充分發(fā)揮了模塊化建設(shè)在安全、質(zhì)量、工期和費(fèi)用方面的優(yōu)勢(shì),另一方面使得設(shè)計(jì)的大部分問(wèn)題在建造廠(chǎng)得到解決[12-20]。

2 工藝簡(jiǎn)述

本工程中，來(lái)自管網(wǎng)的原料天然氣經(jīng)調(diào)壓計(jì)量后進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)系統(tǒng)壓縮至5.5 MPa,加壓后的原料氣進(jìn)入凈化系統(tǒng)依次脫除其中CO2、H2S、Hg、H2O、芳香烴等雜質(zhì),凈化合格后的天然氣送入液化系統(tǒng),原料氣在冷箱中被冷卻至-30 ℃后,進(jìn)入重?zé)N洗滌塔,在重?zé)N洗滌塔脫除重?zé)N后的原料氣返回冷箱繼續(xù)冷卻至-65 ℃,然后進(jìn)入重?zé)N分離器進(jìn)行兩相分離,分離器底部液相經(jīng)重?zé)N輸送泵送至重?zé)N洗滌塔,作為液相回流液。

采用配方胺液,吸收脫除天然氣中絕大部分CO2,溶液循環(huán)量約為25 m3/h,脫除了酸性氣體的濕凈化天然氣送至下游脫水裝置進(jìn)一步處理。吸收了酸性氣體的富胺液經(jīng)閃蒸罐閃蒸,再經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾,貧/富液換熱器換熱,從再生塔頂部進(jìn)入再生塔進(jìn)行再生,再生合格的胺液經(jīng)熱量回收、增壓后送至吸收塔循環(huán)使用。富胺液再生所得酸氣經(jīng)脫硫塔吸附達(dá)到工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)后接至高點(diǎn)放空。

為滿(mǎn)足下游裝置天然氣液化要求,設(shè)置分子篩脫水裝置處理脫碳后的濕凈化氣,采用一塔吸附、一塔加熱、一塔冷卻的變溫吸附工藝,利用分子篩的吸附特性,有選擇性地脫除天然氣中的飽和水,脫水后干氣水含量≤1×10-6。

3 系統(tǒng)組成

主體工藝裝置處理規(guī)模為50×104m3/d,裝置操作彈性50%～110%。

1)主體工藝裝置包括:脫碳裝置、脫水裝置、脫汞及脫重?zé)N裝置、液化裝置、導(dǎo)熱油裝置,共5個(gè)裝置44個(gè)模塊。

2)輔助設(shè)施包括:調(diào)壓計(jì)量裝置、LNG罐區(qū)、LNG裝車(chē)裝置、地面火炬系統(tǒng)、空氮站、燃料氣系統(tǒng)。

3)公用工程包括:廠(chǎng)區(qū)道路、變電所、消防泵房、消防水池、雨淋閥室、循環(huán)水站、控制室、公用工程及輔助用房、綜合倉(cāng)庫(kù)及維修間、熱工設(shè)備間、廢水收集池、污水處理及中水回用系統(tǒng)、分析化驗(yàn)室、門(mén)衛(wèi)、大門(mén)和圍墻以及地磅等。

4)廠(chǎng)前區(qū)包括:宿舍樓、員工生活服務(wù)中心、綜合樓等。

4 模塊組成及參數(shù)

主體工藝裝置區(qū)全部采用模塊化建設(shè),5個(gè)裝置區(qū)含7個(gè)單元,44個(gè)模塊。模塊參數(shù)表見(jiàn)表1,工廠(chǎng)全貌見(jiàn)圖1。

表1 模塊參數(shù)表

圖1 工廠(chǎng)全貌照片

5 項(xiàng)目實(shí)施

5.1 模塊化裝置招標(biāo)文件的編制

在總結(jié)國(guó)內(nèi)外多個(gè)模塊化項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,認(rèn)真編制了模塊化裝置招標(biāo)文件,對(duì)模塊化裝置建造活動(dòng)實(shí)施全過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

在招標(biāo)文件中,對(duì)模塊建造廠(chǎng)需要重點(diǎn)關(guān)注的建造節(jié)點(diǎn)、內(nèi)容進(jìn)行了明確規(guī)定和說(shuō)明；對(duì)設(shè)計(jì)文件的交付、甲供物資到貨節(jié)點(diǎn)、周報(bào)內(nèi)容等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定；開(kāi)列了詳細(xì)物資清單,為項(xiàng)目變更、結(jié)算減少了糾紛。

5.2 模塊化建造全過(guò)程管理

依據(jù)精心編制的管理指南、建造合同對(duì)建造廠(chǎng)建造全過(guò)程進(jìn)行管理。結(jié)合建造合同的使用,加強(qiáng)工廠(chǎng)化建造階段的合同管理,特別是相應(yīng)界面和節(jié)點(diǎn)的管理,促使項(xiàng)目模塊建造環(huán)節(jié)效益最大化。依據(jù)建造合同約定的設(shè)計(jì)、采購(gòu)界面,實(shí)行建造全過(guò)程的節(jié)點(diǎn)管理。建造流程見(jiàn)圖2。

圖2 建造流程圖

5.3 模塊短工期供貨

將主體工藝裝置區(qū)分為3個(gè)模塊化裝置采購(gòu)包,各采購(gòu)包的工作界面為:詳細(xì)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、預(yù)制、組裝、拆分、包裝、運(yùn)輸。

模塊化裝置通過(guò)先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)技術(shù),在90%三維模型審查后開(kāi)啟第一批主工藝材料類(lèi)物資采購(gòu),利用采購(gòu)周期,完成后續(xù)設(shè)計(jì)。從而使材料的到廠(chǎng)時(shí)間與詳細(xì)設(shè)計(jì)完成時(shí)間匹配,使得模塊化裝置建造時(shí)間大大提前,模塊化裝置的供貨周期大幅縮短。

本項(xiàng)目共44個(gè)模塊,通過(guò)詳細(xì)設(shè)計(jì)、物資采購(gòu)和模塊化裝置建造的深度交叉作業(yè)和周密策劃、嚴(yán)格執(zhí)行的項(xiàng)目管理,實(shí)現(xiàn)了4個(gè)月模塊出廠(chǎng)的項(xiàng)目目標(biāo),證實(shí)了模塊化裝置的LNG項(xiàng)目超短工期供貨的可實(shí)施性。

5.4 模塊化裝置物資追蹤方法

總結(jié)國(guó)內(nèi)外模塊化裝置項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)可知,物資到貨時(shí)間是制約模塊交付的瓶頸。本項(xiàng)目根據(jù)合同范圍、設(shè)計(jì)圖紙,編制了分裝置、分模塊、分采購(gòu)包的模塊內(nèi)詳細(xì)物資追蹤表。該表格含模塊內(nèi)所有甲供物資采購(gòu)、到貨信息,及時(shí)更新各模塊物資采購(gòu)、到貨情況,分析掌握影響模塊最終出廠(chǎng)的因素,提前采取各種糾偏措施。

5.5 模塊化裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝提前策劃

對(duì)于模塊化裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝,提前策劃,協(xié)調(diào)施工單位技術(shù)人員提前到建造廠(chǎng)熟悉裝置和拆分過(guò)程,以確保現(xiàn)場(chǎng)快速?gòu)?fù)位安裝。發(fā)貨前,邀請(qǐng)業(yè)主單位、現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)單位共同召開(kāi)模塊化裝置復(fù)裝討論會(huì),對(duì)模塊現(xiàn)場(chǎng)安裝方案做詳細(xì)討論,分析安裝順序及可能發(fā)生的問(wèn)題,提前做好相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。

6 經(jīng)驗(yàn)

1)面對(duì)本項(xiàng)目合同工期緊、工藝控制復(fù)雜、質(zhì)量要求高、項(xiàng)目所在地緯度高、冬歇期長(zhǎng)等不利條件,在項(xiàng)目開(kāi)始策劃之初就按照“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),工廠(chǎng)化預(yù)制,模塊化施工”的理念開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,為項(xiàng)目的順利實(shí)施起到了關(guān)鍵作用。

2)合理劃分采購(gòu)包,策劃階段分析了本項(xiàng)目工期短、項(xiàng)目任務(wù)重、地方關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn),確定了采購(gòu)包劃分原則,形成流水作業(yè),最終模塊裝置順暢完工。

7 結(jié)論

1)某LNG工程地處北方,冬歇期長(zhǎng)、溫度低等現(xiàn)場(chǎng)不利因素較多。傳統(tǒng)的LNG建設(shè)工程存在工期長(zhǎng)、成本高、質(zhì)量可控性低、安全風(fēng)險(xiǎn)大、重復(fù)利用率低等不利因素,因此創(chuàng)造性地提出了“橇裝化建站、模塊化建廠(chǎng)”模式。

2)模塊化建設(shè)在實(shí)施過(guò)程中需注意以下幾點(diǎn):a)編制囊括建造活動(dòng)實(shí)施全過(guò)程、重要建造節(jié)點(diǎn)的模塊化招標(biāo)文件為項(xiàng)目管理、變更提供依據(jù);b)依據(jù)建造合同約定的界面實(shí)行建造全過(guò)程的節(jié)點(diǎn)管理;c)合理利用設(shè)計(jì)、采購(gòu)時(shí)間差,縮短模塊化供貨周期;d)編制可實(shí)時(shí)掌握物資采購(gòu)及到貨信息的專(zhuān)用物資追蹤表,有助于及時(shí)制定各種糾偏措施;e)提前分析模塊現(xiàn)場(chǎng)安裝方案、安裝順序及可能發(fā)生的問(wèn)題。

3)模塊化建設(shè)是常規(guī)設(shè)計(jì)的延伸和落腳點(diǎn),是常規(guī)設(shè)計(jì)的升華。如果沒(méi)有設(shè)計(jì)人員的流程再造、手段更新、標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)和知識(shí)庫(kù)的建立和應(yīng)用,就難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的工廠(chǎng)預(yù)制;如果沒(méi)有管理人員的管理創(chuàng)新、管理精細(xì)化,就難以實(shí)現(xiàn)模塊化建設(shè)模式的跨越式發(fā)展。模塊化建設(shè)在LNG工程建設(shè)中的成功應(yīng)用,為L(zhǎng)NG工程建設(shè)開(kāi)辟了一條新道路。