模塊化設計、建造在某LNG項目中的應用

劉 俊 李大勇 李朝陽

1. 中國石油工程建設有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 四川華成油氣工程建設監(jiān)理有限公司， 四川 成都 610021

0 前言

常規(guī)建設模式下,液化天然氣(LNG)工程建設易受天氣、資源等諸多因素的影響和制約。LNG工程模塊化建設可從效率、安全、質量、采購、運輸、倉儲等方面提供一種全新的工程建設模式,該模式的推廣和應用,為LNG工程建設開辟了一條新道路。

LNG工程模塊化建設模式下，某LNG工程建設項目占地16.4×104m2,總投資4.9億元,設計天然氣處理能力50×104m3/d,LNG儲存能力10 000 m3。該項目是將非用氣高峰時期富余的天然氣進行液化儲存,在冬季用氣高峰時期再將儲存的LNG氣化并送入管網,實現(xiàn)應急調峰的目的。同時,該項目在輸氣管網事故狀態(tài)下可作為應急保障氣源,還可以為周邊天然氣管道未通達地區(qū)供應天然氣,對發(fā)展低碳交通、保障天然氣的安全平穩(wěn)供應、提高天然氣利用率、促進區(qū)域經濟發(fā)展、治理霧霾等具有十分重要的意義。

1 模塊化方案的提出

為了減少項目現(xiàn)場施工工作量、降低安全風險及工程費用、提高施工質量,將設計理念從常規(guī)設計向模塊化建造進行了延伸,提出了“橇裝化建站、模塊化建廠”的新建設模式。該模式經歷了先國外后國內、先輔助生產裝置后主體生產裝置、先單體裝置后全流程全廠整體模塊化的發(fā)展歷程。采用模塊化設計可以提高設計質量,有效縮短設計周期;同時,模塊化設計可為采購、預制以及現(xiàn)場建設創(chuàng)造有利條件[1-11]。

本項目分為生產裝置、輔助設施、公用工程、廠前區(qū)四個區(qū),要求2017年3月工廠投產。由于項目建設地地處北方,冬歇期長、溫度低等現(xiàn)場不利因素較多,常規(guī)建設無法滿足項目進度要求。模塊化建設可大大降低設計變更、物資采購、施工、人員機具的難度。其中生產裝置區(qū)工作量大、施工難度大,是本項目的重點。

“橇裝化建站、模塊化建廠”的科技產業(yè)化發(fā)展理念在該項目中成功應用,實現(xiàn)了項目主工藝區(qū)的全模塊化建設,一方面充分發(fā)揮了模塊化建設在安全、質量、工期和費用方面的優(yōu)勢,另一方面使得設計的大部分問題在建造廠得到解決[12-20]。

2 工藝簡述

本工程中，來自管網的原料天然氣經調壓計量后進入原料氣壓縮機系統(tǒng)壓縮至5.5 MPa,加壓后的原料氣進入凈化系統(tǒng)依次脫除其中CO2、H2S、Hg、H2O、芳香烴等雜質,凈化合格后的天然氣送入液化系統(tǒng),原料氣在冷箱中被冷卻至-30 ℃后,進入重烴洗滌塔,在重烴洗滌塔脫除重烴后的原料氣返回冷箱繼續(xù)冷卻至-65 ℃,然后進入重烴分離器進行兩相分離,分離器底部液相經重烴輸送泵送至重烴洗滌塔,作為液相回流液。

采用配方胺液,吸收脫除天然氣中絕大部分CO2,溶液循環(huán)量約為25 m3/h,脫除了酸性氣體的濕凈化天然氣送至下游脫水裝置進一步處理。吸收了酸性氣體的富胺液經閃蒸罐閃蒸,再經過三級過濾器過濾,貧/富液換熱器換熱,從再生塔頂部進入再生塔進行再生,再生合格的胺液經熱量回收、增壓后送至吸收塔循環(huán)使用。富胺液再生所得酸氣經脫硫塔吸附達到工業(yè)排放標準后接至高點放空。

為滿足下游裝置天然氣液化要求,設置分子篩脫水裝置處理脫碳后的濕凈化氣,采用一塔吸附、一塔加熱、一塔冷卻的變溫吸附工藝,利用分子篩的吸附特性,有選擇性地脫除天然氣中的飽和水,脫水后干氣水含量≤1×10-6。

3 系統(tǒng)組成

主體工藝裝置處理規(guī)模為50×104m3/d,裝置操作彈性50%～110%。

1)主體工藝裝置包括:脫碳裝置、脫水裝置、脫汞及脫重烴裝置、液化裝置、導熱油裝置,共5個裝置44個模塊。

2)輔助設施包括:調壓計量裝置、LNG罐區(qū)、LNG裝車裝置、地面火炬系統(tǒng)、空氮站、燃料氣系統(tǒng)。

3)公用工程包括:廠區(qū)道路、變電所、消防泵房、消防水池、雨淋閥室、循環(huán)水站、控制室、公用工程及輔助用房、綜合倉庫及維修間、熱工設備間、廢水收集池、污水處理及中水回用系統(tǒng)、分析化驗室、門衛(wèi)、大門和圍墻以及地磅等。

4)廠前區(qū)包括:宿舍樓、員工生活服務中心、綜合樓等。

4 模塊組成及參數(shù)

主體工藝裝置區(qū)全部采用模塊化建設,5個裝置區(qū)含7個單元,44個模塊。模塊參數(shù)表見表1,工廠全貌見圖1。

表1 模塊參數(shù)表

圖1 工廠全貌照片

5 項目實施

5.1 模塊化裝置招標文件的編制

在總結國內外多個模塊化項目的基礎上,認真編制了模塊化裝置招標文件,對模塊化裝置建造活動實施全過程進行了詳細規(guī)定。

在招標文件中,對模塊建造廠需要重點關注的建造節(jié)點、內容進行了明確規(guī)定和說明；對設計文件的交付、甲供物資到貨節(jié)點、周報內容等進行了詳細規(guī)定；開列了詳細物資清單,為項目變更、結算減少了糾紛。

5.2 模塊化建造全過程管理

依據精心編制的管理指南、建造合同對建造廠建造全過程進行管理。結合建造合同的使用,加強工廠化建造階段的合同管理,特別是相應界面和節(jié)點的管理,促使項目模塊建造環(huán)節(jié)效益最大化。依據建造合同約定的設計、采購界面,實行建造全過程的節(jié)點管理。建造流程見圖2。

圖2 建造流程圖

5.3 模塊短工期供貨

將主體工藝裝置區(qū)分為3個模塊化裝置采購包,各采購包的工作界面為:詳細設計、采購、預制、組裝、拆分、包裝、運輸。

模塊化裝置通過先進的三維設計技術,在90%三維模型審查后開啟第一批主工藝材料類物資采購,利用采購周期,完成后續(xù)設計。從而使材料的到廠時間與詳細設計完成時間匹配,使得模塊化裝置建造時間大大提前,模塊化裝置的供貨周期大幅縮短。

本項目共44個模塊,通過詳細設計、物資采購和模塊化裝置建造的深度交叉作業(yè)和周密策劃、嚴格執(zhí)行的項目管理,實現(xiàn)了4個月模塊出廠的項目目標,證實了模塊化裝置的LNG項目超短工期供貨的可實施性。

5.4 模塊化裝置物資追蹤方法

總結國內外模塊化裝置項目經驗與教訓可知,物資到貨時間是制約模塊交付的瓶頸。本項目根據合同范圍、設計圖紙,編制了分裝置、分模塊、分采購包的模塊內詳細物資追蹤表。該表格含模塊內所有甲供物資采購、到貨信息,及時更新各模塊物資采購、到貨情況,分析掌握影響模塊最終出廠的因素,提前采取各種糾偏措施。

5.5 模塊化裝置現(xiàn)場安裝提前策劃

對于模塊化裝置現(xiàn)場安裝,提前策劃,協(xié)調施工單位技術人員提前到建造廠熟悉裝置和拆分過程,以確?，F(xiàn)場快速復位安裝。發(fā)貨前,邀請業(yè)主單位、現(xiàn)場建設單位共同召開模塊化裝置復裝討論會,對模塊現(xiàn)場安裝方案做詳細討論,分析安裝順序及可能發(fā)生的問題,提前做好相關應對措施。

6 經驗

1)面對本項目合同工期緊、工藝控制復雜、質量要求高、項目所在地緯度高、冬歇期長等不利條件,在項目開始策劃之初就按照“標準化設計,工廠化預制,模塊化施工”的理念開展設計工作,為項目的順利實施起到了關鍵作用。

2)合理劃分采購包,策劃階段分析了本項目工期短、項目任務重、地方關系復雜等特點,確定了采購包劃分原則,形成流水作業(yè),最終模塊裝置順暢完工。

7 結論

1)某LNG工程地處北方,冬歇期長、溫度低等現(xiàn)場不利因素較多。傳統(tǒng)的LNG建設工程存在工期長、成本高、質量可控性低、安全風險大、重復利用率低等不利因素,因此創(chuàng)造性地提出了“橇裝化建站、模塊化建廠”模式。

2)模塊化建設在實施過程中需注意以下幾點:a)編制囊括建造活動實施全過程、重要建造節(jié)點的模塊化招標文件為項目管理、變更提供依據;b)依據建造合同約定的界面實行建造全過程的節(jié)點管理;c)合理利用設計、采購時間差,縮短模塊化供貨周期;d)編制可實時掌握物資采購及到貨信息的專用物資追蹤表,有助于及時制定各種糾偏措施;e)提前分析模塊現(xiàn)場安裝方案、安裝順序及可能發(fā)生的問題。

3)模塊化建設是常規(guī)設計的延伸和落腳點,是常規(guī)設計的升華。如果沒有設計人員的流程再造、手段更新、標準元件庫和知識庫的建立和應用,就難以實現(xiàn)規(guī)?；墓S預制;如果沒有管理人員的管理創(chuàng)新、管理精細化,就難以實現(xiàn)模塊化建設模式的跨越式發(fā)展。模塊化建設在LNG工程建設中的成功應用,為LNG工程建設開辟了一條新道路。