大型LNG模塊項目管線專業進度控制研究

丁其坤,丁淑達,潘艷霞,陳文文,吳濤

(海洋石油工程(青島)有限公司,山東 青島 266520)

目前以天然氣為主要的清潔能源正逐步取代煤炭,石油,成為全球增長最快的能源類型,在國際能源市場占比越來越大[1]。近年來國際市場新建的天然氣液化工廠項目受所在地人力資源,環境保護、氣候溫度、疫情影響[2]等限制條件,為克服項目進度、成本的壓力,授權在中國國內海工場地以模塊化建造的訂單越來越多。如2014年開工,2017年完工的俄羅斯YAMAL項目,2019年開工的北極-2液化天然氣項目,2019年底開工的加拿大LNG項目。這些大型LNG項目都是以模塊化建造的方式,大部分在中國場地建造,運輸到目的地進行安裝,調試。

LNG模塊化建造技術逐步向大型化,復雜化,管廊和核心模塊一體化建造[3]等方向發展,其中管線的工作量及技術質量要求非常苛刻,以目前海洋石油工程(COOEC)青島場地承接的某LNG項目為例,此項目管線安裝總量約21萬m,管徑最大尺寸高達2 000 mm,大量管線焊接工作采用復雜的NBG焊接工藝,噴涂采用TSA(熱噴鋁)噴涂工藝。因此工藝管線的建造是整個 LNG 模塊建造主線,針對管線建造過程全流程的進度計劃管理和控制是項目成敗的關鍵。

文章以某在建LNG項目的管線進度控制,詳細分析和研究建造階段管線專業進度控制的過程,重難點和解決辦法。希望可以對后續此類項目起到一定的借鑒作用。

1 工藝管線建造流程及關鍵工序

LNG模塊建造過程中工藝管線作為主干專業,建造流程貫穿整個項目周期,涉及的工藝環節眾多,并影響其他專業或受其他專業影響。其中建造流程[4]主要包括:單管預制,管線噴涂,管線安裝,試壓,清潔干燥,恢復,氣密,以及后續的伴熱保溫;每個施工階段又包含多個工序,其工期從模塊建造開始一直延續到模塊建造基本結束,是項目進度管理中最重要,也是最復雜的工作。管線在預制和安裝階段,主要以單管和焊口焊接寸數進行跟蹤;在噴涂階段主要以單管進行跟蹤,輔助以面積和不同涂裝工藝(普通油漆和熱噴鋁);試壓恢復階段主要以試壓包為單位進行跟蹤,以及后續的伴熱保溫。具有由點及線,由線及面的特點。具體的工藝流程及其特點如圖1。

圖1 管線建造施工流程圖

其中管線施工關鍵工序可以歸納為三個重點環節:

(1)管線預制階段:單管預制涉及到前期設計圖紙進度和材料到貨情況,由于大部分的管材都是業主國外采購,根據圖紙和材料到貨情況進行圖料匹配的方式進行。下發材料和圖紙后,管線預制車間進行領料,下料,組對焊接工作。由于使用的新的NBG焊接工藝,焊接工效會降低,且大管徑的管線焊接后要進行熱處理,最后進行無損檢測后放行到下一道工序。這一部分要根據圖料情況,車間產能,后續管線需求優先級制定最合理的預制計劃。

(2)管線安裝階段:管線的總裝包括噴涂出來的單管在總裝地面提前接長,甲板片吊裝前的預安裝工作和甲板片吊裝完成后的管線總裝工作三部分。管線安裝步驟主要包括管線接收、吊裝、組對、焊接、熱處理以及無損檢測。管線安裝后,要對管線附件,包括閥門,法蘭,盲板等進行安裝。管線安裝要與模塊甲板片的吊裝匹配,甲板片封頂一個月內,需要把管線基本吊裝、組對完畢。部分管線無法在甲板片吊裝前吊裝上去的,不可避免要進行管線側裝。所有需要側裝的管線需要進行梳理側裝路徑,側裝難度,側裝使用吊機資源情況。

(3)試壓階段:管線試壓包提前由設計人員根據工藝系統,試驗壓力,試壓介質,連接設備及閥門情況等編制和劃分,現場建造人員在管線安裝完成后,根據試壓包圖紙進行預查線,聯合查線,銷項等工作,確保試壓包內所有焊接工作結束并報檢合格,所有附件安裝(包括支架、管鞋、導向塊等)安裝完畢,試壓閥門、法蘭、盲板安裝完畢,并完成法蘭管理。試壓分為氣壓,水壓和目視;氣壓一般隔離范圍較大,準備程序較多,水壓需要提前注水。試壓完成后,需對管線進行清潔干燥,排出管道內試壓水和殘留的焊渣,鐵銹等雜質。根據管線內介質的溫度不同,進行管線伴熱和保溫工作。LNG模塊上大部分管線由于服役環境溫度極低,因此對保溫的質量要求極為嚴苛。

2 管線專業進度管理

2.1 管線施工進度計算

管線專業進度計算是項目進度管理和進度控制的基礎和關鍵環節[5]。正確合理的計算方式能夠準確反映現場施工狀態,及時調整建造計劃和人力投入,協助項目支出和收入達到合理平衡。配管專業進度計算按照階段主要分為:管線預制,管線安裝,試壓,以及調試;每個階段根據不同的特點規定合理的步驟并分配合理權重,不同階段使用不同的統計單位(表1)。以某LNG項目管線進度計算為例。

表1 管線專業進度計算權重表 單位:%

進度計算的方式沒有最完美的,所選擇的計算單位,選取的計算步驟和權重都是根據項目特點及數據統計特點編制。主要原則是:(1)計算單位的選擇應易于統計且能準確反映資源投入(主要是人工、設備、材料)。比如;管線預制使用寸徑為單位而沒有使用單管根數為單位,這是考慮到管線單管的尺寸差異較大。大管徑,長管線的工作量可能是小管線數十倍。(2)每項作業的步驟及環節較多,需要選擇具有里程碑或需要停撿的環節,數據既便于統計收集,也能反映重要環節真實施工情況。(3)權重的劃分應基本按照各步驟投入的資源進行按比例分配。

LNG項目管線專業的特點是單管數量龐大,單管建造流程很長,閥門、法蘭、附件等規格種類繁多,這就導致管線專業數據統計量龐大。統計的數據包括以單管號為基準的管線預制,噴涂,安裝數據,以焊口為基準的閥門,管線,附件焊接數據,以法蘭口為基準的法蘭管理數據,以試壓包為基準的查線、試壓、恢復數據等。所以管線專業的數據的收集,處理、整合尤為關鍵,也是項目執行過程中事半功倍的重要步驟。目前成熟的國內外項目EPC承包商都有自己開發的管線數據管理系統。其中法國的Technip(德希尼布)常用的Easypiping系統,日本的JGC(日揮株式會社)常用的是VM(Virtual manger)系統,國內海工制造企業常用的是以PCMS/CMS為主的數據管理系統。這些數據管理軟件具備管線基礎數據錄入,檢驗信息錄入,作業步驟的開始和完成時間錄入,管線的圖料自動匹配,下發工單,對管線數據進行分析,處理及可視化等功能。

數據管理系統的推廣使用,一方面使得整個項目運行更加信息化,數字化,規范化,可視化;另一方面也使得項目建造的進度計算有了更多的整合數據和提高效率的機會。利用VM系統強大的數據整合處理能力,可以把管線安裝這條作業中管線,閥門,法蘭,NDT,釋放等不同的環節的數據進行了整合。使用單管數據表,焊口數據表,法蘭數據表,試壓包數據表等進行整合計算(圖2)。

圖2 管線安裝進度計算數據流程圖

2.2 關鍵工序優先級計劃

大型LNG項目由于管線工作量巨大,車間內的管線預制工作受制于材料到貨、車間產能和存儲場地等制約因素不可能全部開展,建造計劃中管線計劃無法細化到具體的施工安排,項目執行階段受圖料匹配,結構總裝影響等,極易造成管線預制與總裝需求的不匹配,管線大量積壓,現場急需管線得不到快速有效的供應,形成管線預制堰塞湖。

解決這一問題,需要重點關注以下三個方面:(1)要徹底梳理清楚所有管線的信息(按照模塊,位置,尺寸,預制寸徑,能否側裝及一體化);(2)要與甲板片總裝計劃進行一一匹配對應;(3)考慮管線預制車間的產能、檢驗釋放能力和圖料匹配情況;(4)實時進行跟蹤和定期動態調整。以此原則研究和編制了一套以管線包為單位的優先級計劃。如圖3所示。

圖3 管線預制優先級計劃編制流程圖

通過這種方式把所有單管按照模塊、層、管徑劃分到各個管線包,管線包又和甲板片進行一一匹配,然后針對各管線包的工作量,車間產能和噴涂周期,給予每個管線包開始時間,完成時間和預制工期。管線包內單管按照管徑從大到小排序,把所有管線包整合到一起,最終形成每個單管的預制完成計劃,從而倒推出單管圖料匹配,材料下發,焊接計劃。

由于LNG模塊大部分甲板層使用格柵而非甲板,腳手架需要從頂甲板往下逐層拆除,并逐層進行格柵翻新工作。腳手架拆除前各項施工作業必須全部完成,尤其是以管線安裝,試壓,補漆,伴熱,保溫為關鍵路徑的作業。所以模塊管線試壓的優先級計劃也很重要,其中重要原則主要為:

(1)小于1 m3的試壓包,從底層開始往上層試壓;

(2)連接設備,需要酸洗鈍化的優先試壓;

(3)需要保溫的優先試壓;

(4)大于1 m3的從上層開始試壓;

(5)按照目視,水壓,氣壓的優先順序試壓。

3 具體案例分析

3.1 管線預制計劃優化

以該項目為例,總體管線預制工作量約55 000根單管,640 000 in。項目前期根據計劃開展材料下發,車間預制工作。預制6個月后,開始出現問題:(1)車間預制的大量管線開始出現積壓現場,場地存儲空間不足。(2)現場總裝急需的管線無法滿足需求。導致問題出現的原因是多方面的,有結構總裝滯后影響,業主下發材料順序不正確有關。但歸根結底,是沒有根據現場實際情況細化管線預制優先級。

根據實際情況,同業主溝通后,暫緩材料發放,用最短的時間消化掉車間已有的材料,同時,根據管線優先級原則編制了整個項目單管級別的預制計劃(圖4)。指導以單管為單位的材料下發,管線預制,管線釋放工作。全流程(源頭、中間環節、收尾環節)進行嚴格監控,使得預制和總裝逐步同步,積壓問題得到解決。

圖4 管線預制進度曲線(前后對比)

3.2 管線試壓計劃優化

以該項目某一脫水除汞模塊為例。該模塊設計重量10 485 t,管線總寸徑50 000 in,試壓包134個。模塊結構封頂后,管線完善和查線試壓工作同步推進,以重點試壓包推動關鍵管線施工完善工作。以體積大于1 m3的試壓包為例,根據試壓包優先級原則編制出試壓包優先級矩陣圖(圖5)。

圖5 試壓包優先級矩陣圖(體積>1 m3)

其中,優先級順序以顏色標注,從高到低依次為紅色、紫色、橙色、藍色、黃色、藍綠、綠色。使用這種優先級排序,把所有的試壓包分配到優先級矩陣中,用來指導現場施工工作。同時使用4D可視化模型[6]作試壓包優先級計劃的補充,可以更加直觀的展示模塊的管線施工和試壓狀態,及時發現問題并主動調整計劃及資源投入。如圖6。

圖6 管線試壓4D可視化模型

5 結論

文章通過對大型LNG模塊建造項目中管線專業計劃進度控制管理的各個環節進行了深入分析和研究,并結合目前在建的項目實踐進行了優化升級。其中管線預制、管線安裝、試壓恢復是管線專業的重要關鍵環節。在項目執行過程中,深化、細化管線預制,試壓的優先級順序尤為重要,數據信息管理系統和4D模型的在項目上逐步推廣和廣泛使用,對于項目進度控制,和整個項目的成功起到了更大的作用。