大型LNG項目模塊化建設(shè)經(jīng)驗解析

柏鎖柱（中國石油天然氣勘探開發(fā)公司）

“模塊化”施工方法從上個世紀50年代開始逐漸推廣開來。在人力和技術(shù)資源不足、缺乏基礎(chǔ)設(shè)施依托或自然條件惡劣的項目中采用“模塊化”建設(shè)方法，能夠最大程度地克服這些不利因素的影響，對于縮短工期、保障質(zhì)量、降低成本，保證大型項目的順利投產(chǎn)和其經(jīng)濟性具有重要意義。

俄羅斯國內(nèi)缺乏模塊化建造大型LNG工廠的經(jīng)驗和能力，模塊制造場地及相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員也很匱乏，因此在LNG工廠建設(shè)項目中，充分利用國外模塊場地成熟的設(shè)備、技術(shù)和經(jīng)驗，將絕大部分的工作量轉(zhuǎn)移到海外，不僅可以轉(zhuǎn)移相當(dāng)大的風(fēng)險，還能優(yōu)化配置國內(nèi)外廠家的資源，提高勞動生產(chǎn)率，保證LNG工廠的平行建設(shè)，進而實現(xiàn)按期投產(chǎn)。

以Technip為首的國際總包商在亞馬爾LNG項目中運用了先進的管理方法，實現(xiàn)了LNG工廠的高度模塊化建設(shè)。截止2017年11月6日該項目共設(shè)計了142個模塊，總重量約42×104t，現(xiàn)已投入生產(chǎn)。

1 亞馬爾LNG項目簡介

亞馬爾LNG項目位于俄羅斯西西伯利亞亞馬爾-涅涅茨自治區(qū)的亞馬爾半島東北部，氣源地南塔姆貝氣田位于北緯71度，東經(jīng)72度，在北極圈內(nèi)，是全球緯度最高的LNG項目?，F(xiàn)場的氣候多變，一天可以交替出現(xiàn)陰晴雨雪的天氣；項目所在地為天然凍土帶，地表60%為沼澤和湖泊；最冷月1月份平均氣溫-23～-27℃，最熱月7月份平均氣溫3～9℃；全年平均風(fēng)速5.7～6.9 m/s，最大風(fēng)速28～40 m/s；全年降雨約400 mm，平均積雪厚度50 cm；連接項目的薩別塔港口10月份開始結(jié)冰，來年5月份結(jié)冰厚度可達2.4 m。

亞馬爾項目是上下游一體化的綜合性項目，LNG工廠設(shè)計年產(chǎn)量達到1650×104t，建設(shè)時是全球在建最大的LNG項目，工藝復(fù)雜，投資巨大，管理難度極高。由于地處北極圈以內(nèi)，與其他LNG項目相比，亞馬爾項目有很多方面需要重新定義和設(shè)計，例如其所用鋼材和設(shè)備需能忍受零下52℃的低溫；為了避免破壞永凍土，公用工程管線需架空鋪設(shè)，所有建筑物下面需要安裝熱穩(wěn)定裝置等。因此選擇合適的總包商就成為項目必須要解決問題的重中之重。

2 亞馬爾項目LNG工廠模塊化策略

亞馬爾項目LNG工廠總包商是在工程EPC總包方面有豐富經(jīng)驗的法國德希尼布、日本千代田和日暉組成的聯(lián)合體。為了更好地對項目進行精細化管理，2014年總包商設(shè)立了南塔姆貝STL和Yamgaz 2個子公司，分別負責(zé)俄羅斯國內(nèi)和國外的業(yè)務(wù)，國內(nèi)業(yè)務(wù)主要包括LNG工廠現(xiàn)場施工、試車投產(chǎn)的組織和管理，國外業(yè)務(wù)主要包括長周期設(shè)備采購以及各家模塊廠的監(jiān)造管理。

總包商為亞馬爾項目LNG工廠設(shè)計了3條LNG生產(chǎn)線，每條年產(chǎn)量550×104t。這種級別的產(chǎn)能需要采購更多大型成熟性設(shè)備，設(shè)計更加復(fù)雜的工藝，模塊的劃分也相應(yīng)更復(fù)雜。模塊化絕不是簡單的數(shù)學(xué)分割，而是需要綜合考慮工藝（每個工藝又包含很多功能模塊）、模塊尺寸和重量、完整性、項目工期安排等。根據(jù)以上原則，總包商將亞馬爾項目LNG工廠共劃分了142個模塊，其中一期78個模塊，二期和三期均為32個模塊，總重量約42×104t，單個模塊重量1000～7000 t不等，高度達到數(shù)十米。為了保證工期和質(zhì)量，總包商在世界范圍內(nèi)選擇了10個資質(zhì)優(yōu)良的模塊制造場地（表1），其中中國有7家。這些模塊場地?zé)o不是在滿足近乎苛刻的技術(shù)和商務(wù)條件的情況下，經(jīng)過激烈的競爭最后中標的。

表1 模塊包按制造場地劃分

在制定模塊化策略時，需要綜合考慮設(shè)計、制造、運輸、項目管理等一系列的影響因素，其中每一個要素都會關(guān)系到整個項目的成敗。

2.1 模塊設(shè)計

模塊化設(shè)計以最大程度地減少現(xiàn)場工作量為原則，主要應(yīng)考慮以下因素。

1）模塊大小和重量。當(dāng)今模塊運輸船的尺寸和載重量等參數(shù)都是固定的，因此模塊尺寸和重量要據(jù)此設(shè)計。

2）工藝需求和設(shè)備選型。相同的工藝，例如重組分分餾單元，要劃歸到一個模塊包中；選擇設(shè)備時，不僅要與所設(shè)計的模塊在尺寸上匹配，一般也需要有成功應(yīng)用的案例。例如，亞馬爾項目所采用的是成熟的C3MR液化工藝。

3）自然環(huán)境。針對極地氣候和永凍土的特殊性，在工藝設(shè)計上要考慮一系列有效的應(yīng)對措施，例如電伴熱、永凍土熱穩(wěn)定裝置等。

4）工期保障。工期決定了項目成本，進而決定了項目經(jīng)濟性。亞馬爾項目中首先要確保的是第一條LNG生產(chǎn)線的投產(chǎn)，包括第一條生產(chǎn)線投產(chǎn)所需要的其他附屬設(shè)施，例如道路、公用工程、港口等，因此前期設(shè)計上要優(yōu)先考慮。

2.2 模塊制造

在模塊制造環(huán)節(jié)，主要應(yīng)考慮以下因素：

1）合理選商。當(dāng)LNG工廠做完FEED（前端工程與設(shè)計）后，總包商會根據(jù)模塊的特點和工藝要求，將建設(shè)內(nèi)容劃分成不同的模塊包；然后向世界各地的模塊廠發(fā)出資質(zhì)預(yù)審資料，之后向通過的模塊廠發(fā)送招標邀請，進入招標評標階段；最后綜合技術(shù)標和商務(wù)標的得分情況，推薦最優(yōu)的模塊廠給業(yè)主批準。

2）充足的人力技術(shù)資源。動則數(shù)千噸的模塊制造需要大量的人力物力，因此分包商要提前謀劃，必要時進行再分包。需對施工人員進行培訓(xùn)，考核合格后方能上崗，特種模塊運輸車輛SPMT、吊車等大型設(shè)備也需提前動遷。

3）HSE管理。模塊制造涉及到大量的高處作業(yè)和交叉作業(yè)，現(xiàn)場的吊裝、焊接、打磨、防腐、保溫、試壓等作業(yè)同時進行，安全風(fēng)險高；同時現(xiàn)場的易燃材料較多，由熱工作業(yè)帶來的火災(zāi)風(fēng)險較大；不同專業(yè)的人員多、流動性大，對他們的安全培訓(xùn)和現(xiàn)場管控是個難點。針對以上問題，亞馬爾項目采取了班前會、現(xiàn)場巡視、SIMOPS管理、PTW管理以及安全人工時獎勵制度等措施，有效杜絕了安全事故的發(fā)生。

2.3 模塊運輸

模塊運輸?shù)幕驹瓌t是及時、準確、經(jīng)濟、安全，在設(shè)計時要考慮到打包、裝載、船運和模塊安置的限制，保證模塊在遠洋運輸途中的安全[1]。需要考慮以下因素。

1）模塊所在港條件。提前考察各模塊場地的?？扛鄢运疃?，避免出現(xiàn)模塊運輸船不能?？康那闆r。

2）根據(jù)模塊設(shè)計大小，提前租好相應(yīng)船舶，模塊裝卸用的特殊車輛SPMT等專用設(shè)備也要提前準備好。

3）解決好法律、海關(guān)方面的問題。在亞馬爾項目中需要了解北冰洋船舶航行權(quán)問題，按照俄羅斯法律，在俄屬北冰洋航行的船舶應(yīng)懸掛俄羅斯國旗，這就需要協(xié)調(diào)不同的船級社解決；模塊運輸船的?？啃枰崆皥箨P(guān)申請，避免因為報關(guān)問題造成船舶無法入港而耽誤船期。

4）合理安排模塊運輸期。亞馬爾項目所在地一年有8個月的結(jié)冰期，除了ARC7破冰級模塊運輸船可全年通航外，其他的模塊運輸船要安排好運輸窗口期，避免出現(xiàn)船舶航行安全和港口無法?？繂栴}；同時還需要規(guī)劃好運輸路線，提前對蘇伊士運河的通航能力進行調(diào)研，必要時使用中間場地進行中轉(zhuǎn)，以更好地調(diào)節(jié)模塊運輸期，達到節(jié)約運輸成本的目的。

5）需要設(shè)計專門用于模塊卸載的碼頭和道路。模塊卸載是需要船尾停靠的，吃水深度大，為此亞馬爾項目專門新建了兩個用于模塊卸載的泊位。

6）包裝問題。SPP-現(xiàn)場預(yù)制管廊包裝應(yīng)使用木質(zhì)、塑料或者金屬包裝，要保障連接處法蘭面、接線盒、電線終端和管線終端的安全不損壞，以便保障運輸安全。亞馬爾項目中有些模塊場地在同總包商簽署分包合同時，沒有明確打包框架材料材質(zhì)要求，雖然不影響工程進度，但存在較大金額的費用增加。

2.4 項目管理

與其他現(xiàn)場建設(shè)的項目相比，模塊化建設(shè)方法給項目管理帶來的挑戰(zhàn)更多更復(fù)雜，因此需要注意以下事項。

1）要有經(jīng)驗豐富的模塊場地監(jiān)造團隊。

2）加快設(shè)計出圖和采購。有關(guān)采購哪些具體的材料和設(shè)備，需要提前在設(shè)計中確定下來，提前確定每個節(jié)點日期。

3）通過各專業(yè)工作界面管理提高勞動生產(chǎn)率。據(jù)統(tǒng)計，一些大型的工程中，由于工作界面劃分不清，導(dǎo)致人員超勞問題突出，影響正常生產(chǎn)。

4）質(zhì)量管理。質(zhì)量是項目建設(shè)的關(guān)鍵要素，對保障項目收益和人身、設(shè)備財產(chǎn)安全具有重要意義，在項目的執(zhí)行過程中，應(yīng)針對性制定相應(yīng)標準和體系。

5）趕工和獎勵措施。每一個項目在執(zhí)行過程中都不可避免地會出現(xiàn)進度滯后的情況，亞馬爾項目更是如此，為此總包商通過定期召開由股東、業(yè)主以及分包商共同參加的發(fā)起人會議，及時發(fā)現(xiàn)解決項目存在的問題，制定可行的趕工措施，對于工期特別緊張的模塊給予高額獎勵，極大地激發(fā)了分包商的工作積極性，對于保障項目進度發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

6）分包商過多。亞馬爾項目中有些模塊場地組織了多個層級的分包商，導(dǎo)致人員素質(zhì)參差不齊，施工質(zhì)量和施工進度無法保證。

7）項目現(xiàn)場的施工和試車組織。模塊轉(zhuǎn)移到項目現(xiàn)場后，需要組織大量技術(shù)工人安裝連接并試車，涉及眾多分包商，管理難度非常大。亞馬爾項目總包商通過人員和設(shè)備工作單，完成工作接收單，材料采購單，工作單，服務(wù)單等形式，對現(xiàn)場工作進行了有效管理，保障了項目進度。

3 結(jié)論

亞馬爾項目LNG工廠的建設(shè)最終采用模塊化方式是綜合考慮項目自身特點和其他影響因素的必然結(jié)果[2]。選擇了具有豐富經(jīng)驗的國際EPC總包商是該項目能夠順利推進的重要前提條件。文中希望通過剖析亞馬爾項目LNG工廠的模塊化建設(shè)方法，為其他LNG項目提供建設(shè)經(jīng)驗和借鑒。

通過亞馬爾項目建設(shè)實例[3]，現(xiàn)得出通用性模塊化建設(shè)經(jīng)驗：促進我國相關(guān)工程公司更加全面了解和掌握與國際工程公司開展國際項目合作的規(guī)則；促進中國相關(guān)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)和創(chuàng)新；培養(yǎng)了一批中方模塊化工程技術(shù)管理人才；海外中型項目模塊化成功建造，為進一步參與大型LNG項目積累工程經(jīng)驗。

[1]何曉超.LNG模塊化建造尺寸的誤差分析及控制[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2016（6）：35-40.

[2]樊祥濱，杜洪杰.LNG工廠模塊化建造大型管線安裝計劃優(yōu)化[J]，石化技術(shù)，2017（5）：18-24.

[3]亞馬爾液化天然氣項目投產(chǎn)[J].中國石油企業(yè)，2017（12）：9.