李 勇

中國石油西南油氣田公司基建工程處, 四川 成都 610051

“工廠化模式”建設(shè)天然氣凈化廠的管控要點

李 勇

中國石油西南油氣田公司基建工程處, 四川 成都 610051

目前大型天然氣凈化廠的設(shè)備管道及鋼結(jié)構(gòu)安裝通常采用傳統(tǒng)的人工、現(xiàn)場、單臺班、手工焊方式,影響焊接質(zhì)量因素多,焊接效率低,施焊作業(yè)受天氣影響大，現(xiàn)場施工安全風(fēng)險高。以龍王廟組氣藏60×108m3/a天然氣凈化廠工程為例,介紹了該工程以“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、規(guī)?；少?、工廠化預(yù)制、模塊化組裝、數(shù)字化管理”為核心的“工廠化模式”建設(shè)大型天然氣凈化廠的管控要點及應(yīng)用效果,并提出了優(yōu)化建議,為今后“工廠化模式”建設(shè)天然氣凈化廠提供參考。

龍王廟組氣藏；天然氣凈化廠；工廠化建廠；項目管控；要點；應(yīng)用效果

0 前言

安岳氣田磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏60×108m3/a天然氣凈化廠工程是中國石油西南油氣田公司最大的天然氣產(chǎn)能建設(shè)項目。工程以“創(chuàng)建國家優(yōu)質(zhì)工程”為目標(biāo),按照“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、規(guī)?；少?、工廠化預(yù)制、模塊化組裝、數(shù)字化管理”要求,創(chuàng)新了“工廠化模式”建設(shè)大型天然氣凈化廠,改變了傳統(tǒng)的工程建設(shè)組織方式,實現(xiàn)了天然氣凈化廠工程的工廠化預(yù)制與現(xiàn)場模塊化組裝。通過重點管控設(shè)計、采購、工廠化預(yù)制與模塊化組裝、關(guān)鍵施工工序管控等四個重要環(huán)節(jié),工程在質(zhì)量、安全、進(jìn)度、投資及合規(guī)性管理等方面的項目管控水平達(dá)到了新的高度,保證了工程投產(chǎn)試運后的長周期安全平穩(wěn)運行,具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益[1]。

1 簡介

1.1 建設(shè)工程量

安岳氣田磨溪區(qū)塊龍王廟組氣藏60×108m3/a天然氣凈化廠工程是龍王廟組氣藏第三階段產(chǎn)能建設(shè)項目。工程設(shè)計規(guī)模1 800×104m3/d,原料氣H2S質(zhì)量含量10～15 g/m3、CO2質(zhì)量含量30～60 g/m3,操作壓力6.7 MPa。共建設(shè)3列600×104m3/d脫硫裝置、3列600×104m3/d脫水裝置,配套2列900×104m3/d硫黃回收裝置、2列900×104m3/d尾氣處理裝置、1列1 200×104m3/d的尾氣處理裝置(配套前期建設(shè)的40×108m3/a尾氣處理工程,與60×108m3/a天然氣凈化廠工程同步建設(shè))以及相關(guān)循環(huán)水、蒸汽鍋爐、空氮、配電、硫黃成型、污水處理等生產(chǎn)輔助設(shè)施。

1.2 工程建設(shè)難點及應(yīng)對策略

1 800×104m3/d的天然氣凈化廠施工組織管理具有以下難點[2]:

1)建設(shè)工期緊。從批復(fù)到建成只有12個半月時間,施工周期僅9個月時間。

2)安全風(fēng)險高。施工場地異常狹窄,南北向236 m,東西向139 m,面積僅49 km2；施工區(qū)三面被生產(chǎn)裝置包圍,并且生產(chǎn)區(qū)內(nèi)需要大量改造、碰口的作業(yè)。工程施工平面布置示意圖見圖1。

圖1 工程施工平面布置示意圖

3)建設(shè)工作量大。工程共安裝工藝管道106.61 km,焊接44.16×104DIN(焊縫數(shù)11.86萬道)；管件7.74×104件,閥門1.07×104只,鋼結(jié)構(gòu)5 200 t,敷設(shè)各類線纜、電纜約461 km,設(shè)備4 390臺,建設(shè)工作量創(chuàng)西南油氣田單項工程之最。

4)安全風(fēng)險管控難度大。大型吊裝、現(xiàn)場焊接、土建施工等交叉作業(yè)多,需要開展100 m尾氣煙囪、205 t吸收塔等23項大型設(shè)備吊裝作業(yè),在四層管廊架內(nèi)穿管、施焊,并與土建、埋地管線同步施工,高峰期作業(yè)場地大型吊裝設(shè)備多達(dá)33臺,作業(yè)人員2 500余人；施工高峰期集中在夏天,高溫酷暑、雨季天氣影響施工。

5)設(shè)計與施工技術(shù)要求高。首次開展國內(nèi)最大單套600×104m3/d脫硫與脫水裝置、900×104m3/d硫黃回收裝置和1 200×104m3/d尾氣處理裝置的一體化集成、工廠化預(yù)制、模塊化安裝,沒有成熟經(jīng)驗借鑒。

2 “工廠化模式”建廠的關(guān)鍵管控環(huán)節(jié)

“工廠化模式”需要抓好四個關(guān)鍵環(huán)節(jié):設(shè)計、采購、工廠化預(yù)制與模塊化組裝、現(xiàn)場關(guān)鍵施工工序管控[4]。

2.1 工程設(shè)計管控

工程設(shè)計管控要點:緊抓設(shè)計主線,以三維建模設(shè)計為“龍頭”,精細(xì)管控，全過程優(yōu)化施工圖設(shè)計。

2.1.1 細(xì)化設(shè)計委托和設(shè)計合同

2)細(xì)化設(shè)計委托和設(shè)計合同要求。在設(shè)計技術(shù)服務(wù)合同中,詳細(xì)制訂設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計深度、設(shè)計人員、設(shè)計完成時間等具體考核目標(biāo)與考核措施。

2.1.2 全過程參與解決工程設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

1)優(yōu)先確定總圖布置方案。在初步設(shè)計基礎(chǔ)上,進(jìn)一步細(xì)化工程總圖布置,特別是核實安全與防火間距；預(yù)留大型設(shè)備以及工藝模塊橇吊裝、機(jī)泵設(shè)備檢修區(qū)域以及日常生產(chǎn)操作與安全巡檢通道。工程重要檢維修預(yù)留空間(粉紅色區(qū)域)總平面布置見圖2。

圖2 工程總平面布置重要檢維修預(yù)留空間

2)明確統(tǒng)一設(shè)計技術(shù)要求。重點優(yōu)化同壓力等級條件下管線材質(zhì)、規(guī)格型號,統(tǒng)一管材、管件、接口法蘭、閥門執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一非標(biāo)設(shè)備由供貨商配對法蘭、緊固件、墊片,明確設(shè)計材料富裕量標(biāo)準(zhǔn)等。材料技術(shù)要求確定后正式建立材料數(shù)據(jù)庫,避免項目后期對材料數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改,影響設(shè)計工期,同時造成前后采購材料不匹配。

3)提前審核確定工藝PID流程。工藝PID流程圖應(yīng)在施工圖三維建模開始前完成審定并不再修改,如果后期修改PID流程圖,其三維模型修改工作量大,可能造成根據(jù)模型提前采購的材料多訂、錯訂和漏訂。

4)解決工程設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。對于設(shè)計過程中需要討論確定的技術(shù)方案,應(yīng)盡快組織專家進(jìn)行討論。如果三維建模中、后期再調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)方案,將帶來大量設(shè)計修改工作量。

工藝模塊劃分原則包括:保證各單元模塊功能完整,滿足工藝模塊的工廠化制造、運輸方案及實際條件,確定各模塊外型尺寸及最大重量；確定各模塊拆分、運輸、吊裝、組裝方案。模塊化方案通過審查后,再根據(jù)模塊布局方案和拆分尺寸,開展下階段詳細(xì)三維模型設(shè)計。工藝模塊拆分示意圖見圖3。

圖3 工藝模塊拆分示意圖

橇裝模塊拆分原則:橇鋼構(gòu)拆分最大高度不超過4.5 m,拆分點位于橇底板H型鋼下翼緣0.5 m處,拆分處采用等強(qiáng)連接；管道拆分利用原有法蘭,或分橇最近焊口處加拆分法蘭；或在上下層“原始”法蘭處進(jìn)行拆分；大管道焊接,小管道法蘭連接。各橇裝的鋼結(jié)構(gòu)與工藝管道拆分示意圖見圖4。

2.1.4 建立常態(tài)設(shè)計聯(lián)絡(luò)機(jī)制實現(xiàn)邊設(shè)計邊優(yōu)化

在三維模型設(shè)計管理中,項目建設(shè)單位需要重點把控“統(tǒng)一材料設(shè)計技術(shù)要求”“加快采購資料反饋”等相關(guān)工作。三維模型設(shè)計管控流程見圖5。

圖5 三維模型設(shè)計管控流程

材料技術(shù)要求及管道安裝材料表是設(shè)計審查的重點。材料設(shè)計規(guī)定及管道安裝材料表直接影響采購質(zhì)量、采購準(zhǔn)確性、匹配性。審查的主要內(nèi)容包括管材、管件、閥門等材料的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與連接形式是否統(tǒng)一,管道等級分類是否準(zhǔn)確,對材料描述是否統(tǒng)一。

農(nóng)村配電網(wǎng)線路中存在同桿并架線路時，當(dāng)某回線路上發(fā)生短路故障后，繼電保護(hù)將故障線路跳開，但同桿并架的另一回線路仍然處于正常運行狀態(tài)。此時，由于非故障線路與故障線路間的電容和互感，導(dǎo)致故障點電弧電流無法降低至0，增加電弧滅弧難度。在此狀態(tài)下，故障點電弧中流過的電流稱為潛供電流。由于潛供電流增加了故障點滅弧的難度，延長了故障點滅弧時間，可能導(dǎo)致自動重合閘后故障點絕緣未成功恢復(fù)，引發(fā)重合閘失敗。

2.2 工程采購管控

工程采購管控要點是:程序合法,規(guī)范推進(jìn)設(shè)備材料的規(guī)?；少?。

2.2.1 建立物資采購聯(lián)動機(jī)制

工程所有材料委托專業(yè)化的物資公司負(fù)責(zé)采購,并借助招標(biāo)中心選商平臺,形成“項目部支撐、物資公司組織、招標(biāo)中心實施”的分工協(xié)作、責(zé)權(quán)統(tǒng)一、共同推進(jìn)的有效機(jī)制。分工協(xié)作的采購流程見圖6。

圖6 分工協(xié)作的采購流程

2.2.2 采購技術(shù)文件實行“集中會審”

采購技術(shù)規(guī)格書、技術(shù)評分表、招標(biāo)文件均采用“會審制”,邀請生產(chǎn)單位、機(jī)關(guān)處室的相關(guān)專家進(jìn)行審查,項目部專業(yè)技術(shù)人員交叉參與,為規(guī)?；少弰?chuàng)造條件。

2.2.3 加快采購基礎(chǔ)資料反饋

按照“集中辦公、共同確認(rèn)”原則,設(shè)備完成采購后,建設(shè)項目部安排專人召集采購、設(shè)計、物資供應(yīng)商共同確認(rèn)設(shè)計基礎(chǔ)資料反饋內(nèi)容。采購資料反饋監(jiān)管流程見圖7。

圖7 采購資料反饋監(jiān)管流程

2.2.4 分階段、規(guī)?；瘜嵤┕に嚥牧喜少?/p>

2.2.5 根據(jù)優(yōu)先級統(tǒng)籌材料到貨順序

提前制定設(shè)備材料到貨時間安排,保證材料匹配率。首先需要優(yōu)先安排大型塔類設(shè)備及埋地管道材料到貨；在工廠化組橇前期,最早到貨的應(yīng)該是與橇內(nèi)設(shè)備相連的大口徑、厚壁工藝管道,同時配套相應(yīng)的管件、法蘭、閥門。

2.3 工廠化預(yù)制與模塊化組裝管控

安岳氣田磨溪區(qū)塊龍王廟60×108m3/a天然氣凈化廠工程主體裝置區(qū)分4個工藝單元,共計222個橇塊,橇內(nèi)設(shè)備總數(shù)203臺,工藝焊接總量約34×104DIN(不計橇外焊接工作量)。

工廠化預(yù)制管控要點:以三維模型為支點,開展工廠化預(yù)制、模塊化施工、數(shù)字化組織管理。工廠化預(yù)制與數(shù)字化管理流程示意圖見圖8～9。

圖8 工廠化預(yù)制管理流程示意圖

圖9 數(shù)字化施工管理流程示意圖

2.3.1 強(qiáng)化抗硫材料的專項控制

對于天然氣凈化廠工程,含硫介質(zhì)的材料抗硫性能決定了工程本質(zhì)安全,必須進(jìn)行專項質(zhì)量管控:所有抗硫材料進(jìn)場均需要進(jìn)行原子光譜檢驗；建立抗硫材料數(shù)據(jù)庫,可追溯每一抗硫管段的爐批號等原始數(shù)據(jù)；現(xiàn)場料場采用色帶對不同材質(zhì)進(jìn)行標(biāo)識,并制成色標(biāo)卡,材料領(lǐng)用需要進(jìn)行色帶檢查及確認(rèn)。

2.3.2 全面應(yīng)用數(shù)字化施工機(jī)具

圖10 工廠化預(yù)制全自動焊接流水作業(yè)線

2.3.3 數(shù)字化建廠管理技術(shù)

以施工圖三維設(shè)計模型為載體,通過“skid生產(chǎn)管理軟件”數(shù)據(jù)庫與三維設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)互通,實現(xiàn)數(shù)字化建廠管理。數(shù)字化軟件平臺集生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量管理于一體,貫穿技術(shù)、物資、生產(chǎn)調(diào)度等環(huán)節(jié),全過程實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指令化、流程管理程序化、組橇施工流水化、材料管理信息化,施工組織管理模式由“人工臺賬”到“大數(shù)據(jù)庫管理”轉(zhuǎn)變[5]。同時,在施工現(xiàn)場引入數(shù)字化三維設(shè)計模型,作業(yè)班組配置電腦,技術(shù)人員、管工、焊工都可以在現(xiàn)場作業(yè)點通過電腦查詢?nèi)S模型、料表、單管圖、施工技術(shù)要求,作業(yè)臺班讀圖效率快,準(zhǔn)確性高。

2.3.4 工廠化預(yù)制與模塊化組裝

工廠化預(yù)制采用流水線方式,領(lǐng)料、下料、坡口加工、組對、焊接、無損檢測等施工工序全部流水化作業(yè)。鋼結(jié)構(gòu)及工藝管道預(yù)制完成后,合格預(yù)制件按裝置區(qū)、模塊、線號轉(zhuǎn)運至組橇現(xiàn)場,由安裝臺班在組橇區(qū)域進(jìn)行裝配化安裝,并完成試壓、防腐,最后拆裝運到工程施工現(xiàn)場進(jìn)行回裝[6]。模塊化橇裝在吊裝前,需要計算橇裝重心、設(shè)計吊耳,并局部采用臨時聯(lián)系梁對橇裝進(jìn)行加固；橇裝現(xiàn)場安裝時,需要對安裝位置進(jìn)行精確空間定位,控制位置偏差；在橇內(nèi)外工藝管道連接時,需要嚴(yán)格杜絕強(qiáng)力組對,局部連接管道出現(xiàn)錯位,可以通過短接、彎頭進(jìn)行調(diào)整。工廠化預(yù)制與模塊化組裝示意圖見圖11。

2.4 現(xiàn)場關(guān)鍵施工工序管控

2.4.1 組建現(xiàn)場管理“一站式調(diào)控中心”

在工程現(xiàn)場建設(shè)項目管理營地,實現(xiàn)施工現(xiàn)場“零距離”管理。在管理營地組建“一站式調(diào)控中心”,以建設(shè)項目部為龍頭,設(shè)計、施工、監(jiān)理、物資、檢測等單位共同參與并集中辦公,確保信息對稱、溝通順暢、解決及時、指令統(tǒng)一[7]。

2.4.2 強(qiáng)化工程質(zhì)量全過程監(jiān)管

2.4.3 重點把控風(fēng)險作業(yè)過程監(jiān)督

風(fēng)險作業(yè)實行分級管理。風(fēng)險作業(yè)劃分A、B、C類,A類風(fēng)險作業(yè)必須經(jīng)過項目經(jīng)理審批；作業(yè)方案及應(yīng)急預(yù)案未經(jīng)審批嚴(yán)禁開工,風(fēng)險作業(yè)專項方案一經(jīng)審查批準(zhǔn),必須嚴(yán)格執(zhí)行；嚴(yán)抓施工與生產(chǎn)區(qū)物理隔離、高空作業(yè)滿鋪腳手架板、作業(yè)高點架設(shè)高空安全生命線、關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)等HSE措施落實[9]；重點組織大型設(shè)備吊裝作業(yè),累計安全實施500 t履帶吊、260 t履帶吊68車次,100 t及以下吊裝200余次。重點風(fēng)險管理措施見圖11。

2.4.4 分階段分重點開展施工組織

工程施工初期,重點開展大型坑池開挖及澆筑,集中完成全廠埋地管網(wǎng)施工,并率先完成施工區(qū)域地坪硬化；工程施工中期,全速推進(jìn)工廠化預(yù)制,協(xié)同組織橇裝模塊現(xiàn)場組裝,提前完成主、支管廊碰口；工程施工后期,預(yù)先完成設(shè)備筑爐烘爐,提前組織機(jī)泵設(shè)備電機(jī)“點試”,全速推進(jìn)防腐保溫及鋼結(jié)構(gòu)防火施工[10]。

2.4.5 快速推進(jìn)單機(jī)試運與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

生產(chǎn)單位提前參與工程設(shè)計及施工過程,提出設(shè)計優(yōu)化建議,開展隱蔽工程質(zhì)量檢查及裝置“三查四定”[11]；選聘專家作技術(shù)支撐,分專業(yè)推進(jìn)單機(jī)試運與系統(tǒng)聯(lián)調(diào),全力解決施工階段和調(diào)試過程中存在的問題；以“邊調(diào)試、邊培訓(xùn)”方式,做好與生產(chǎn)單位技術(shù)交接,為裝置順利投產(chǎn)試運做好準(zhǔn)備。

3 項目實施效果

3.1 “六化”應(yīng)用效果

3.2 工程質(zhì)量與安全

3.3 主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)論

1)合理確定模塊化、橇裝化范圍。在模塊化橇裝化設(shè)計中,組橇設(shè)備宜考慮臥式設(shè)備,方便設(shè)備成模塊及運輸；大型立式設(shè)備,不考慮成模塊；對于直徑≥3.0 m的臥式設(shè)備,直徑≥500 mm的管道、功率較大的轉(zhuǎn)動設(shè)備、連接管路少的設(shè)備,可不進(jìn)行模塊化組橇。無法進(jìn)行橇裝化的設(shè)備設(shè)施,可以開展工廠化預(yù)制。

2)精準(zhǔn)定位±0.0以下設(shè)施位置及實施精度。按照施工組織,模塊化橇裝進(jìn)場安裝前,±0.0以下設(shè)施已基本施工完畢,并完成地坪基層硬化。如果提前實施的±0.0以下設(shè)施定位出現(xiàn)偏移,模塊橇裝與埋地管道的接口將不能順利進(jìn)行。

3)同步推進(jìn)工程無損檢測。工藝管道工廠化預(yù)制完成后,如果未及時跟進(jìn)無損檢測,預(yù)制件進(jìn)行模塊預(yù)組裝后,部分焊縫局部空間狹窄,或處于高空需要搭設(shè)臨時安全設(shè)施,探傷設(shè)備安裝與操作困難,將增大無損檢測難度,局部焊縫還可能無法開展檢測工作。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.023

2016-07-05

李 勇(1963-),男,四川成都人,高級工程師,學(xué)士,主要從事油氣田基建工程管理工作。