LNG 模塊化工廠機械設備安裝方法分析

王曉華 王舉田

海洋石油工程（青島）有限公司 山東青島 266555

近年來LNG 作為一種清潔能源， 需求量急劇增長，隨之帶來的LNG 勘探開發(fā)成為國際能源行業(yè)的新熱點。 隨著LNG 天然氣田外界開發(fā)條件的不斷變化，同時陸上LNG 項目受到地理、環(huán)境、勞動力等方面的制約，LNG 模塊化逐漸被各大天然氣田開發(fā)公司所認同，成為LNG 項目開發(fā)的重要手段，其建造量和建造規(guī)模出現(xiàn)大幅增長。 我國的模塊化工廠建造技術是在國外大型公司的合作模式下，吸收、學習和積累模塊化工廠的建造經(jīng)驗而形成的。 機械設備在建造過程中的安裝精度要求高，施工難度大，其作為LNG 模塊化工廠的“器官”，對整個平臺的生產(chǎn)運行具有關鍵作用。 本文基于某國外LNG 模塊化核心工藝模塊的現(xiàn)場建造經(jīng)驗進行具體分析。

1 機械設備安裝固定方法現(xiàn)狀分析

設備底座的固定形式通常是在設計階段考慮，影響因素包括所有可能的力、偏轉限制、震動反應、機械與環(huán)境要求等。 模塊化工廠與傳統(tǒng)的石化項目最大的不同在于整個模塊是由鋼結構建造而成， 因此在設備固定上較少采用傳統(tǒng)的灌漿方式， 從而對設備安裝也提出了不同的要求。 機械設備的安裝方式可分為直接焊接、螺栓連接，其中螺栓連接根據(jù)設備的不同和安裝要求的不同又分為撬體螺栓連接、直接螺栓連接、墊塊螺栓連接等方式。

1.1 焊接式連接

直接焊接的機械設備通常有儲罐、容器、濾器等靜設備。 該方式安裝簡便、可靠性高，適合運行后對震動或使用要求不高的設備。 直接焊接通常是指設備的底座與底部結構通過焊接直接連接在一起（圖1）。對于大型罐體類設備，通常設備會有一個裙座，設備底部位置設兩個人孔， 主要是為了進行底座內(nèi)部施工或排除積水。 環(huán)形底座的焊接，在設備噸位不大的情況下，可只焊接設備的外圈， 內(nèi)圈的間隙通過打密封膠的方式填充。 大噸位的設備，其底座的內(nèi)圈和外圈均需要進行焊接，且底座在焊接前應使用薄鋼板將間隙盡量塞實。

1.2 螺栓連接

螺栓連接根據(jù)具體設備情況不同分為直接接觸連接和間接接觸連接，本文主要分析LNG 模塊化工作建造中通常采用的撬體螺栓連接、 直接螺栓連接和墊塊（間接）螺栓連接3 種形式。

圖1 設備底座直接焊接

螺栓連接類的設備、類型和應用較為廣泛，既包括泵、壓縮機等動設備，又包括一些接收器、濾器和工藝壓力容器等靜設備。 此類連接方式的優(yōu)點在于，設備安裝更加方便，可以進行適量的調(diào)節(jié)，后續(xù)設備維修和維護也更加方便。 通常設備需要安裝在安裝板上，不允許用地腳螺栓將設備支座直接連接在基礎上。 安裝板要有足夠的強度和剛度，能將力傳遞到基礎上。

除非設備使用者另有規(guī)定， 地腳螺栓材料應該選用ASTM A36 或ASTM A575-M1020。 在暴露在腐蝕性化學品氣體或液體的區(qū)域里， 地腳螺栓材料應該能抵抗化學腐蝕， 或者表面有一層合適的抗化學腐蝕的涂層，如鍍鋅。 這不僅僅是為了防止地腳螺栓有效截面的減少，也方便將來需要維修時設備的拆卸。 無論使用何種材料，都要清楚地標在結構圖紙上。 這個信息不僅是為了加工需要， 也為將來對基礎進行整改時提供幫助。

1.2.1 撬體螺栓連接

撬體螺栓連接通常出現(xiàn)在泵、壓縮機等動設備上。在LNG 模塊化工廠建造中，此類設備通常成撬到達建造場地。 由于此類設備自身是由多個小的部件組成（例如泵包括電機、泵體等幾部分），因而對自身的安裝要求（主要指水平度和電機的同軸度）較高，成撬的設備通常需要對撬體進行初步調(diào)平，簡稱粗調(diào)平；待撬體調(diào)平后，再對上部的電機和泵體進行二次調(diào)平，稱為精調(diào)平。 這種施工方法， 既能夠保證此類動設備的調(diào)平要求， 又能降低現(xiàn)場施工難度， 所以在動設備中應用廣泛。

泵撬體安裝實例見圖2， 圖中所示設備為反沖洗泵，重量為2t，長度為3.5m。設備坐在8 個型鋼的支腿上，支腿的上方為設備的撬體，將泵上的所有部件都集成在撬體上。 設備到貨后，撬體與泵集成一體，因此只需要安裝撬體與底座連接即可。

圖2 泵撬體安裝

1.2.2 直接螺栓連接

直接螺栓連接是指將設備與結構物通過螺栓直接連接。 這種連接方式簡單、有效，同時便于后期設備的維修或更換。螺栓連接在LNG 模塊化工廠機械設備安裝中應用最為廣泛， 一方面是由于螺栓連接工作量比焊接小， 另一方面LNG 模塊化工廠整體布置緊湊，各種電氣、管線、儀表密度高，螺栓連接能夠減小對其他專業(yè)施工的影響和破壞。

設備與底座直接螺栓連接的安裝實例見圖3，該設備為氣體脫水管，高度6.5m，重量23.6t，罐體底座直接2.8m。設備通過8 顆雙頭螺栓與環(huán)形結構底座直接連接，通過螺栓來固定設備。 對于設備的安裝精度，可以通過底部填塞墊板的方式進行調(diào)節(jié)和控制， 使其達到垂直度的要求。 設備在測量合格后， 采用螺栓打力矩，完成安裝工作。

1.2.3 墊塊螺栓連接

墊塊螺栓連接是一種結合了焊接和螺栓連接優(yōu)勢的連接形式。 墊塊上有螺栓孔，上表面通過螺栓與設備相連接，下表面落在結構支撐上，通過焊接進行固定。墊塊的尺寸根據(jù)設備底座進行調(diào)整。 這種墊塊式螺栓連接，可以保證設備安裝精度，因墊塊的尺寸小，從而使焊接的工作大大降低。 同時在底座進行調(diào)節(jié)時，可以直接調(diào)整具體位置的墊塊，使施工更加簡便。 在完成螺栓安裝后，如果墊塊和結構底座間還有間隙，需要通過灌漿來填充，通常采用環(huán)氧樹脂材料進行灌漿，灌漿的強度要求能滿足設備安裝固定的強度要求。

墊塊螺栓連接安裝實例見圖4，該LNG 核心工藝模塊的設備為高壓混合制冷劑分離器，高度為13.7m，直接4.7m，重量為270t。由圖可見，環(huán)形底座位于設備中上部，立式貫穿模塊安裝，通過螺栓固定在結構底座上，設備與底座之間加有隔熱墊塊。 隔熱墊塊的目的是為滿足調(diào)平、減震、熱脹冷縮等方面的要求，通過地腳螺栓將結構底座和設備相連。

圖3 設備與底座直接螺栓連接

由于罐體高度問題， 在設備安裝完成后需要采用墊板對罐體垂直度進行調(diào)整， 調(diào)整后設備底座之間會留有部分間隙（圖5）。由于間隙存在于設備底座與隔熱墊塊之間，為了提高設備工作的穩(wěn)定性，通常采用灌漿的施工方案來填充底座間隙， 本項目灌漿采用SIKA公司的環(huán)氧樹脂材料。 通過灌漿施工將設備底座與墊塊之間的間隙完全填充，在灌漿完成并完全凝固（常溫下需要48h）后，再進行螺栓打力矩的施工。

2 施工要點分析

LNG 模塊化工廠集成度高， 因此機械設備的布局緊湊，在建造安裝過程中，與其他專業(yè)產(chǎn)生干涉的情況較多，加之設備晚到，從總體項目建造周期的角度出發(fā)，需要為其他專業(yè)打開施工窗口期；因此，施工時機械設備的安裝固定需要重點考慮對其他專業(yè)的影響，譬如焊接對油漆的破壞、底座偏差的調(diào)整等。設備就位后，底座與結構之間的縫隙，是各種安裝方法都需要面對的共同問題，可采用薄板對間隙進行填充。 對于焊接底座間隙可直接塞板， 螺栓連接的底座則需要使用U 型插板進行填充。 填充墊板的邊緣不易超過設備的外緣。

圖5 設備底座間隙圖

3 總結

機械設備安裝不僅要考慮設備的安裝精度、施工工藝，還要考慮施工條件、場地等多種因素。通過對設備安裝方法的分析可以得出如下結論：

（1） LNG 模塊化工廠建造時，動設備在安裝中，定位精度和水平度要求較高，主要是為了滿足設備運行時的震動要求，通常采用螺栓連接的底座形式，以方便調(diào)節(jié)；

（2） 對于大噸位的儲罐設備，安裝固定主要考慮就位的可靠性，保證管口位置正確。 底座連接通常采用焊接的形式，施工方便，可靠性高。