“五化”建設(shè)模式在順北五號(hào)聯(lián)工程中的應(yīng)用實(shí)踐

湯晟

中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司

“五化”是油氣田地面工程建設(shè)模式的一種創(chuàng)新，內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠(chǎng)化預(yù)制、模塊化施工、機(jī)械化作業(yè)、信息化管理。“五化”之間緊密相連，環(huán)環(huán)相扣，是一個(gè)有機(jī)的整體[1]。與傳統(tǒng)工程建設(shè)模式相比，“五化”建設(shè)模式具有施工效率大幅提高、項(xiàng)目組織及管理更簡(jiǎn)易有效、作業(yè)安全性更高、工程質(zhì)量更加可靠、工程建設(shè)周期更短等優(yōu)勢(shì)[2]。當(dāng)前，中石化西北油田分公司提出了建設(shè)“順北智能化油氣田”的發(fā)展目標(biāo)，順北五號(hào)聯(lián)合站作為分公司上游油氣處理功能最齊全、自動(dòng)化程度最高的大型聯(lián)合站，大力推進(jìn)“五化”建設(shè)模式成為油田智能化發(fā)展的必然選擇。

1 工程概況

順北五號(hào)聯(lián)合站地處塔克拉瑪干沙漠北緣，順北油氣田1號(hào)、5號(hào)斷裂帶之間，距沙雅縣城約86 km，地處偏遠(yuǎn)，環(huán)境溫差極大，夏季氣溫高達(dá)40℃，冬季氣溫低至-29 ℃，且該區(qū)域?qū)儆诘湫偷牧魃硡^(qū)，年平均沙塵暴天氣達(dá)50 天，揚(yáng)沙天氣多達(dá)90天，沙丘年移動(dòng)速度達(dá)20～30 m，自然環(huán)境極為惡劣。聯(lián)合站設(shè)計(jì)原油處理規(guī)模100×104t/a，天然氣處理規(guī)模3.8×108m3/a，污水處理規(guī)模1 500 m3/d，主體工程分為原油處理區(qū)、天然氣處理區(qū)及輔助生產(chǎn)區(qū)，包括原油脫水、原油穩(wěn)定、天然氣脫硫、脫水及輕烴回收、污水處理、輕烴液化氣及原油儲(chǔ)存、天然氣外輸?shù)?4 個(gè)工藝單元。工程立足于實(shí)現(xiàn)順北區(qū)塊百萬(wàn)噸產(chǎn)能建設(shè)，針對(duì)順北油氣田環(huán)境惡劣、施工難度大、設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要求高、建設(shè)工期緊、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，以打造中石化“五化”示范工程為目標(biāo)，積極推進(jìn)“五化”建設(shè)模式。

2 “五化”建設(shè)成效

順北五號(hào)聯(lián)合站地面工程建設(shè)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，積極探索，大膽實(shí)踐，充分發(fā)揮“五化”建設(shè)模式優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)、預(yù)制、施工、機(jī)械和信息各專(zhuān)業(yè)的深度融合與協(xié)作配合[3]，工程建設(shè)效率、質(zhì)量穩(wěn)步提升，工程投資得到有效控制，施工現(xiàn)場(chǎng)管理水平得到進(jìn)一步提高，“五化”建設(shè)成效顯著。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成果豐碩

順北五號(hào)聯(lián)合站以“六個(gè)統(tǒng)一”為核心實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。在工藝流程上，站內(nèi)原油、天然氣及采出水等處理單元核心工藝充分利用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工藝路線(xiàn)及控制邏輯統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)化流程占比90%，設(shè)計(jì)效率提高近30%。在設(shè)備選型上，對(duì)于非標(biāo)設(shè)備，統(tǒng)一設(shè)備規(guī)格，實(shí)現(xiàn)了不同處理規(guī)模的系列化設(shè)計(jì)，形成了塔器、容器等方面43 類(lèi)成果；對(duì)于物資采購(gòu)，統(tǒng)一設(shè)備選型，優(yōu)化物資分類(lèi)，工程356 項(xiàng)物資中，236 項(xiàng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化框架采購(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化采購(gòu)占比66.3%。在工藝選材上，按照“源頭防、重管控”的思路，通過(guò)材料、防腐專(zhuān)項(xiàng)論證，形成了7大類(lèi)14小類(lèi)工藝選材標(biāo)準(zhǔn)。

在平面布局上，考慮順北油氣田碳酸鹽巖油藏滾動(dòng)開(kāi)發(fā)特征，采用列裝化設(shè)計(jì)理念，按照“油預(yù)留、氣列裝”建設(shè)，在解決聯(lián)合站后期擴(kuò)建位置的同時(shí)，站場(chǎng)占地面積由0.249 km2優(yōu)化為0.182 km2，減小22%。在站場(chǎng)設(shè)計(jì)上，5 大工藝單元實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，62臺(tái)設(shè)備中有50臺(tái)形成了22個(gè)橇裝一體化模塊，模塊化率達(dá)80.6%，縮短設(shè)計(jì)周期約30%。在視覺(jué)形象上，根據(jù)功能單元及規(guī)模，確定11 種典型的功能處理平面布置，統(tǒng)一了建筑物、構(gòu)筑物、圍墻等5類(lèi)建筑元素的外觀、標(biāo)識(shí)及內(nèi)飾標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)格。

在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)建了一套較為完備的工藝、設(shè)備定型圖庫(kù)，編制了包含統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定、定型設(shè)備庫(kù)、配管數(shù)據(jù)庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)格書(shū)、計(jì)算書(shū)、站場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化視覺(jué)風(fēng)格等137項(xiàng)技術(shù)文件。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的成功開(kāi)展為工程后續(xù)工廠(chǎng)化預(yù)制、模塊化施工、機(jī)械化作業(yè)及數(shù)字化管理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。

2.2 工廠(chǎng)化預(yù)制能力顯著增強(qiáng)

順北五號(hào)聯(lián)工程采用“東、西部預(yù)制+市場(chǎng)化預(yù)制”的聯(lián)合作業(yè)模式，新建標(biāo)準(zhǔn)化西部預(yù)制廠(chǎng)1座，廠(chǎng)區(qū)面積達(dá)0.22×104m2，預(yù)制能力最大可達(dá)1.0×104t/a。全站累計(jì)預(yù)制管道直徑達(dá)2.794×106mm、非標(biāo)容器56 臺(tái)、橇塊21 套、球罐4 座。其中，管道預(yù)制（圖1）采用三維二次加工設(shè)計(jì)，細(xì)化管道管件、閥門(mén)位置及管段長(zhǎng)度，最大化管道預(yù)制深度，且首次采用全自動(dòng)化焊接技術(shù)，焊接效率顯著提高；非標(biāo)容器預(yù)制（圖2）采用統(tǒng)一排版排料、數(shù)控自動(dòng)卷制，分段同步預(yù)制與檢測(cè)，整體熱處理、試壓、出廠(chǎng)；在管道預(yù)制與非標(biāo)容器預(yù)制的基礎(chǔ)上，預(yù)組裝成橇，并開(kāi)展氣密性以及強(qiáng)度試驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后出廠(chǎng)；球罐球殼板采用“數(shù)控+雙割炬柔性導(dǎo)軌法”下料預(yù)制。

圖1 管道預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)Fig.1 Pipe prefabrication site

圖2 非標(biāo)容器預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)Fig.2 Prefabrication site of non-standard vessels

在工廠(chǎng)化預(yù)制施工過(guò)程中，建立并完善與工廠(chǎng)化預(yù)制相關(guān)的安全、質(zhì)量、生產(chǎn)等管理制度4 項(xiàng)，制定操作崗位規(guī)范8項(xiàng)，新購(gòu)數(shù)控軟件50余套，增加自動(dòng)化設(shè)備30 余件，工廠(chǎng)信息化管理水平顯著提高，預(yù)制能力明顯增強(qiáng)[5]。

2.3 施工周期明顯縮短

以站場(chǎng)模塊化及設(shè)備橇裝化為基礎(chǔ)，以機(jī)械化作業(yè)為手段，聯(lián)合站工程大量采用模塊化施工技術(shù)，形成了“工廠(chǎng)預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)橇裝、整體拼裝、分段施工”的模塊化建設(shè)模式[5]（圖3），現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化作業(yè)率達(dá)到80%，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)面布置、施工工序的最優(yōu)化，場(chǎng)地平行施工、交叉施工有序開(kāi)展，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量減少50%，現(xiàn)場(chǎng)人工時(shí)節(jié)約30%，建設(shè)周期縮短30%。

圖3 工廠(chǎng)化預(yù)制模塊Fig.3 Factory prefabricated module

同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新應(yīng)用“IPMT+工程監(jiān)理一體化+EPC”項(xiàng)目管理模式，使團(tuán)隊(duì)管理目標(biāo)更加一致，管理專(zhuān)業(yè)化程度和效率得到明顯提升，工作管理更加協(xié)調(diào)高效，工程設(shè)計(jì)、預(yù)制、采購(gòu)、施工之間整合度和契合度明顯提升，施工等待期、調(diào)整期明顯縮短，工序銜接更為流暢，基本實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)預(yù)制“不滯留”，進(jìn)站“不落地”安裝，大大縮短了施工周期。

2.4 工程質(zhì)量顯著提高

通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠(chǎng)化預(yù)制、模塊化施工以及機(jī)械化作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境及施工條件得到明顯改善，施工工序標(biāo)準(zhǔn)化、工程管理精細(xì)化、施工現(xiàn)場(chǎng)樣板化水平得到進(jìn)一步提升，高空作業(yè)、深基坑作業(yè)、受限空間作業(yè)、交叉作業(yè)等危險(xiǎn)作業(yè)面顯著減少，總體實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、材料合格率100%，單項(xiàng)工程合格率100%，焊接一次合格率98%以上，工程質(zhì)量驗(yàn)收合格率100%。

2.5 信息化管理有序推進(jìn)

項(xiàng)目管理方面，在整個(gè)工程建設(shè)階段，初步完成數(shù)字化交付系統(tǒng)和工程建設(shè)一體化信息管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)期數(shù)據(jù)和建設(shè)期工作流程的系統(tǒng)信息管理，初步實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)一體化線(xiàn)上、線(xiàn)下同步管理。

設(shè)計(jì)管理方面，在工程設(shè)計(jì)階段，考慮生產(chǎn)數(shù)據(jù)、安防數(shù)據(jù)全采集，順北生產(chǎn)應(yīng)急指揮中心設(shè)立了SCADA 系統(tǒng)，通過(guò)全面感知物聯(lián)網(wǎng)對(duì)整個(gè)區(qū)塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制、預(yù)警和分析。設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行數(shù)字化交付，從而以工程建設(shè)期地面工程數(shù)字化交付為先導(dǎo)，以運(yùn)維期的數(shù)字化運(yùn)營(yíng)為依托，打造全面感知、自動(dòng)操作、輔助預(yù)測(cè)決策的智能化油氣田[6-7]（圖4）。

圖4 全生命周期數(shù)字化管理Fig.4 Digital management of full life-cycle

施工管理方面，通過(guò)安裝模型EP3D 二次設(shè)計(jì)、數(shù)字化交互等，首次實(shí)現(xiàn)焊口自動(dòng)編號(hào)，拆分組合，進(jìn)行有序排產(chǎn)；首次實(shí)現(xiàn)站內(nèi)自動(dòng)采集焊接過(guò)程數(shù)據(jù)，自動(dòng)校驗(yàn)焊接工藝執(zhí)行情況，從源頭控制焊接質(zhì)量；首次實(shí)現(xiàn)EP3D 自動(dòng)化管線(xiàn)下料等施工數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集等，材料管理精準(zhǔn)度大大提升。并且，將施工進(jìn)度與三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)模型變色，實(shí)時(shí)跟蹤施工進(jìn)度，優(yōu)化施工策略與施工工序。

現(xiàn)場(chǎng)管理方面，通過(guò)安排部署標(biāo)準(zhǔn)化工地，利用視頻監(jiān)控遠(yuǎn)傳化，智能門(mén)禁系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)安全設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化、視頻監(jiān)控智能化、人員入場(chǎng)實(shí)名化、工序安全標(biāo)準(zhǔn)化，大大提升了現(xiàn)場(chǎng)管理的信息化水平。

3 提升“五化”建設(shè)水平的途徑

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)三大石油公司在油氣田地面建設(shè)工程中積極推行“五化”建設(shè)模式，取得了顯著成效，形成了一大批“五化”建設(shè)成果，但就整體而言，“五化”建設(shè)水平還存在較大的提升空間，需要在工程實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)和提高。提升“五化”建設(shè)水平可從發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和龍頭作用、提升工廠(chǎng)化預(yù)制能力、提高模塊化施工水平、推廣機(jī)械化作業(yè)、加強(qiáng)信息化建設(shè)、創(chuàng)新管理模式等途徑實(shí)現(xiàn)[3]。

（1）發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和龍頭作用。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是“五化”的基礎(chǔ)和龍頭，是工廠(chǎng)化預(yù)制、模塊化施工的先決條件。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平的提高需要在制定統(tǒng)一的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)前提下，建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)體系和作業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成果的存儲(chǔ)、分類(lèi)、調(diào)用、共享、二次設(shè)計(jì)、優(yōu)化及不斷更新，不斷突破模塊化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[3，8]。

（2）提升工廠(chǎng)化預(yù)制能力。工廠(chǎng)化預(yù)制是實(shí)施模塊化建設(shè)的前提。提升工廠(chǎng)化預(yù)制能力需要優(yōu)化預(yù)制工廠(chǎng)的作業(yè)和管理程序，優(yōu)化作業(yè)區(qū)布置，不斷提高預(yù)制工廠(chǎng)的二次加工設(shè)計(jì)能力，提升預(yù)制工廠(chǎng)信息化管理及設(shè)備自動(dòng)化水平，加強(qiáng)大型及精細(xì)化程度高的模塊預(yù)制組裝技術(shù)及產(chǎn)品檢驗(yàn)技術(shù)研發(fā)與引進(jìn)，從而不斷提高工廠(chǎng)預(yù)制的加工深度和精度[9]。

（3）提高模塊化施工水平。相比于傳統(tǒng)建設(shè)模式，模塊化建設(shè)具有增強(qiáng)施工安全性、提高工程質(zhì)量、縮短工程周期、節(jié)約工程投資等優(yōu)點(diǎn)。建立完善模塊化施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、作業(yè)程序和工法（如大型模塊吊裝作業(yè)程序、模塊精準(zhǔn)對(duì)接作業(yè)程序及技術(shù)等），充分發(fā)揮工廠(chǎng)化預(yù)制與模塊化施工的異地協(xié)同優(yōu)勢(shì)，做到工廠(chǎng)預(yù)制與模塊施工的無(wú)縫銜接是提高模塊化施工水平的關(guān)鍵[10]。

（4）推廣機(jī)械化作業(yè)。機(jī)械化作業(yè)的全面推廣是提高工程質(zhì)量、縮短施工周期的重要手段，是工廠(chǎng)化預(yù)制及模塊式施工的必然選擇。當(dāng)前，加強(qiáng)大型化、智能化、多功能化機(jī)械化設(shè)備的引進(jìn)及研發(fā)，規(guī)范機(jī)械化作業(yè)組織管理及作業(yè)程序，普及先進(jìn)小型工具的使用是提高機(jī)械化作業(yè)率的主要手段。

（5）加強(qiáng)信息化建設(shè)。信息化管理貫穿工程建設(shè)始終，是建設(shè)施工各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)統(tǒng)一、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的有力保障。當(dāng)前，信息化建設(shè)需要運(yùn)用云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動(dòng)應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)建立適應(yīng)項(xiàng)目全生命周期的信息化管理平臺(tái)，推進(jìn)工程建設(shè)物資編碼技術(shù)的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目數(shù)字化移交以及智能化運(yùn)營(yíng)[3，11]。

（6）創(chuàng)新項(xiàng)目管理模式。構(gòu)建工程項(xiàng)目全流程管理體系，建立工程項(xiàng)目管理總體流程、業(yè)務(wù)管理流程以及作業(yè)處理流程是實(shí)現(xiàn)“五化”協(xié)調(diào)統(tǒng)一、無(wú)縫銜接、真正發(fā)揮“五化”建設(shè)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語(yǔ)

“五化”建設(shè)模式是建設(shè)高質(zhì)量工程的需要，是適應(yīng)工程建設(shè)市場(chǎng)發(fā)展的需要，必將成為今后的主流工程建設(shè)模式。“五化”的實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，實(shí)施難度大，時(shí)間跨度長(zhǎng)，工作任務(wù)重。油氣田地面建設(shè)系統(tǒng)必須緊跟時(shí)代潮流，銳意進(jìn)取，積極實(shí)踐，勇于創(chuàng)新，不斷深化改革，積極推進(jìn)“五化”建設(shè)模式的完善與發(fā)展，才能在工程建設(shè)模式改革過(guò)程中增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力與創(chuàng)造力。