大型LNG模塊項(xiàng)目管線專業(yè)進(jìn)度控制研究

丁其坤,丁淑達(dá),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(zhǎng)最快的能源類型,在國(guó)際能源市場(chǎng)占比越來(lái)越大[1]。近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)新建的天然氣液化工廠項(xiàng)目受所在地人力資源,環(huán)境保護(hù)、氣候溫度、疫情影響[2]等限制條件,為克服項(xiàng)目進(jìn)度、成本的壓力,授權(quán)在中國(guó)國(guó)內(nèi)海工場(chǎng)地以模塊化建造的訂單越來(lái)越多。如2014年開(kāi)工,2017年完工的俄羅斯YAMAL項(xiàng)目,2019年開(kāi)工的北極-2液化天然氣項(xiàng)目,2019年底開(kāi)工的加拿大LNG項(xiàng)目。這些大型LNG項(xiàng)目都是以模塊化建造的方式,大部分在中國(guó)場(chǎng)地建造,運(yùn)輸?shù)侥康牡剡M(jìn)行安裝,調(diào)試。

LNG模塊化建造技術(shù)逐步向大型化,復(fù)雜化,管廊和核心模塊一體化建造[3]等方向發(fā)展,其中管線的工作量及技術(shù)質(zhì)量要求非?？量?以目前海洋石油工程(COOEC)青島場(chǎng)地承接的某LNG項(xiàng)目為例,此項(xiàng)目管線安裝總量約21萬(wàn)m,管徑最大尺寸高達(dá)2 000 mm,大量管線焊接工作采用復(fù)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(gè) LNG 模塊建造主線,針對(duì)管線建造過(guò)程全流程的進(jìn)度計(jì)劃管理和控制是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。

文章以某在建LNG項(xiàng)目的管線進(jìn)度控制,詳細(xì)分析和研究建造階段管線專業(yè)進(jìn)度控制的過(guò)程,重難點(diǎn)和解決辦法。希望可以對(duì)后續(xù)此類項(xiàng)目起到一定的借鑒作用。

1 工藝管線建造流程及關(guān)鍵工序

LNG模塊建造過(guò)程中工藝管線作為主干專業(yè),建造流程貫穿整個(gè)項(xiàng)目周期,涉及的工藝環(huán)節(jié)眾多,并影響其他專業(yè)或受其他專業(yè)影響。其中建造流程[4]主要包括:單管預(yù)制,管線噴涂,管線安裝,試壓,清潔干燥,恢復(fù),氣密,以及后續(xù)的伴熱保溫;每個(gè)施工階段又包含多個(gè)工序,其工期從模塊建造開(kāi)始一直延續(xù)到模塊建造基本結(jié)束,是項(xiàng)目進(jìn)度管理中最重要,也是最復(fù)雜的工作。管線在預(yù)制和安裝階段,主要以單管和焊口焊接寸數(shù)進(jìn)行跟蹤;在噴涂階段主要以單管進(jìn)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(fù)階段主要以試壓包為單位進(jìn)行跟蹤,以及后續(xù)的伴熱保溫。具有由點(diǎn)及線,由線及面的特點(diǎn)。具體的工藝流程及其特點(diǎn)如圖1。

圖1 管線建造施工流程圖

其中管線施工關(guān)鍵工序可以歸納為三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié):

(1)管線預(yù)制階段:單管預(yù)制涉及到前期設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)度和材料到貨情況,由于大部分的管材都是業(yè)主國(guó)外采購(gòu),根據(jù)圖紙和材料到貨情況進(jìn)行圖料匹配的方式進(jìn)行。下發(fā)材料和圖紙后,管線預(yù)制車間進(jìn)行領(lǐng)料,下料,組對(duì)焊接工作。由于使用的新的NBG焊接工藝,焊接工效會(huì)降低,且大管徑的管線焊接后要進(jìn)行熱處理,最后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)后放行到下一道工序。這一部分要根據(jù)圖料情況,車間產(chǎn)能,后續(xù)管線需求優(yōu)先級(jí)制定最合理的預(yù)制計(jì)劃。

(2)管線安裝階段:管線的總裝包括噴涂出來(lái)的單管在總裝地面提前接長(zhǎng),甲板片吊裝前的預(yù)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(duì)、焊接、熱處理以及無(wú)損檢測(cè)。管線安裝后,要對(duì)管線附件,包括閥門,法蘭,盲板等進(jìn)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(gè)月內(nèi),需要把管線基本吊裝、組對(duì)完畢。部分管線無(wú)法在甲板片吊裝前吊裝上去的,不可避免要進(jìn)行管線側(cè)裝。所有需要側(cè)裝的管線需要進(jìn)行梳理側(cè)裝路徑,側(cè)裝難度,側(cè)裝使用吊機(jī)資源情況。

(3)試壓階段:管線試壓包提前由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝系統(tǒng),試驗(yàn)壓力,試壓介質(zhì),連接設(shè)備及閥門情況等編制和劃分,現(xiàn)場(chǎng)建造人員在管線安裝完成后,根據(jù)試壓包圖紙進(jìn)行預(yù)查線,聯(lián)合查線,銷項(xiàng)等工作,確保試壓包內(nèi)所有焊接工作結(jié)束并報(bào)檢合格,所有附件安裝(包括支架、管鞋、導(dǎo)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(zhǔn)備程序較多,水壓需要提前注水。試壓完成后,需對(duì)管線進(jìn)行清潔干燥,排出管道內(nèi)試壓水和殘留的焊渣,鐵銹等雜質(zhì)。根據(jù)管線內(nèi)介質(zhì)的溫度不同,進(jìn)行管線伴熱和保溫工作。LNG模塊上大部分管線由于服役環(huán)境溫度極低,因此對(duì)保溫的質(zhì)量要求極為嚴(yán)苛。

2 管線專業(yè)進(jìn)度管理

2.1 管線施工進(jìn)度計(jì)算

管線專業(yè)進(jìn)度計(jì)算是項(xiàng)目進(jìn)度管理和進(jìn)度控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。正確合理的計(jì)算方式能夠準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài),及時(shí)調(diào)整建造計(jì)劃和人力投入,協(xié)助項(xiàng)目支出和收入達(dá)到合理平衡。配管專業(yè)進(jìn)度計(jì)算按照階段主要分為:管線預(yù)制,管線安裝,試壓,以及調(diào)試;每個(gè)階段根據(jù)不同的特點(diǎn)規(guī)定合理的步驟并分配合理權(quán)重,不同階段使用不同的統(tǒng)計(jì)單位(表1)。以某LNG項(xiàng)目管線進(jìn)度計(jì)算為例。

表1 管線專業(yè)進(jìn)度計(jì)算權(quán)重表 單位:%

進(jìn)度計(jì)算的方式?jīng)]有最完美的,所選擇的計(jì)算單位,選取的計(jì)算步驟和權(quán)重都是根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)編制。主要原則是:(1)計(jì)算單位的選擇應(yīng)易于統(tǒng)計(jì)且能準(zhǔn)確反映資源投入(主要是人工、設(shè)備、材料)。比如;管線預(yù)制使用寸徑為單位而沒(méi)有使用單管根數(shù)為單位,這是考慮到管線單管的尺寸差異較大。大管徑,長(zhǎng)管線的工作量可能是小管線數(shù)十倍。(2)每項(xiàng)作業(yè)的步驟及環(huán)節(jié)較多,需要選擇具有里程碑或需要停撿的環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)既便于統(tǒng)計(jì)收集,也能反映重要環(huán)節(jié)真實(shí)施工情況。(3)權(quán)重的劃分應(yīng)基本按照各步驟投入的資源進(jìn)行按比例分配。

LNG項(xiàng)目管線專業(yè)的特點(diǎn)是單管數(shù)量龐大,單管建造流程很長(zhǎng),閥門、法蘭、附件等規(guī)格種類繁多,這就導(dǎo)致管線專業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量龐大。統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包括以單管號(hào)為基準(zhǔn)的管線預(yù)制,噴涂,安裝數(shù)據(jù),以焊口為基準(zhǔn)的閥門,管線,附件焊接數(shù)據(jù),以法蘭口為基準(zhǔn)的法蘭管理數(shù)據(jù),以試壓包為基準(zhǔn)的查線、試壓、恢復(fù)數(shù)據(jù)等。所以管線專業(yè)的數(shù)據(jù)的收集,處理、整合尤為關(guān)鍵,也是項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中事半功倍的重要步驟。目前成熟的國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目EPC承包商都有自己開(kāi)發(fā)的管線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。其中法國(guó)的Technip(德希尼布)常用的Easypiping系統(tǒng),日本的JGC(日揮株式會(huì)社)常用的是VM(Virtual manger)系統(tǒng),國(guó)內(nèi)海工制造企業(yè)常用的是以PCMS/CMS為主的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)管理軟件具備管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入,檢驗(yàn)信息錄入,作業(yè)步驟的開(kāi)始和完成時(shí)間錄入,管線的圖料自動(dòng)匹配,下發(fā)工單,對(duì)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,處理及可視化等功能。

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的推廣使用,一方面使得整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行更加信息化,數(shù)字化,規(guī)范化,可視化;另一方面也使得項(xiàng)目建造的進(jìn)度計(jì)算有了更多的整合數(shù)據(jù)和提高效率的機(jī)會(huì)。利用VM系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)整合處理能力,可以把管線安裝這條作業(yè)中管線,閥門,法蘭,NDT,釋放等不同的環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合。使用單管數(shù)據(jù)表,焊口數(shù)據(jù)表,法蘭數(shù)據(jù)表,試壓包數(shù)據(jù)表等進(jìn)行整合計(jì)算(圖2)。

圖2 管線安裝進(jìn)度計(jì)算數(shù)據(jù)流程圖

2.2 關(guān)鍵工序優(yōu)先級(jí)計(jì)劃

大型LNG項(xiàng)目由于管線工作量巨大,車間內(nèi)的管線預(yù)制工作受制于材料到貨、車間產(chǎn)能和存儲(chǔ)場(chǎng)地等制約因素不可能全部開(kāi)展,建造計(jì)劃中管線計(jì)劃無(wú)法細(xì)化到具體的施工安排,項(xiàng)目執(zhí)行階段受圖料匹配,結(jié)構(gòu)總裝影響等,極易造成管線預(yù)制與總裝需求的不匹配,管線大量積壓,現(xiàn)場(chǎng)急需管線得不到快速有效的供應(yīng),形成管線預(yù)制堰塞湖。

解決這一問(wèn)題,需要重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)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(yù)制寸徑,能否側(cè)裝及一體化);(2)要與甲板片總裝計(jì)劃進(jìn)行一一匹配對(duì)應(yīng);(3)考慮管線預(yù)制車間的產(chǎn)能、檢驗(yàn)釋放能力和圖料匹配情況;(4)實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤和定期動(dòng)態(tài)調(diào)整。以此原則研究和編制了一套以管線包為單位的優(yōu)先級(jí)計(jì)劃。如圖3所示。

圖3 管線預(yù)制優(yōu)先級(jí)計(jì)劃編制流程圖

通過(guò)這種方式把所有單管按照模塊、層、管徑劃分到各個(gè)管線包,管線包又和甲板片進(jìn)行一一匹配,然后針對(duì)各管線包的工作量,車間產(chǎn)能和噴涂周期,給予每個(gè)管線包開(kāi)始時(shí)間,完成時(shí)間和預(yù)制工期。管線包內(nèi)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(gè)單管的預(yù)制完成計(jì)劃,從而倒推出單管圖料匹配,材料下發(fā),焊接計(jì)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(jìn)行格柵翻新工作。腳手架拆除前各項(xiàng)施工作業(yè)必須全部完成,尤其是以管線安裝,試壓,補(bǔ)漆,伴熱,保溫為關(guān)鍵路徑的作業(yè)。所以模塊管線試壓的優(yōu)先級(jí)計(jì)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(kāi)始往上層試壓;

(2)連接設(shè)備,需要酸洗鈍化的優(yōu)先試壓;

(3)需要保溫的優(yōu)先試壓;

(4)大于1 m3的從上層開(kāi)始試壓;

(5)按照目視,水壓,氣壓的優(yōu)先順序試壓。

3 具體案例分析

3.1 管線預(yù)制計(jì)劃優(yōu)化

以該項(xiàng)目為例,總體管線預(yù)制工作量約55 000根單管,640 000 in。項(xiàng)目前期根據(jù)計(jì)劃開(kāi)展材料下發(fā),車間預(yù)制工作。預(yù)制6個(gè)月后,開(kāi)始出現(xiàn)問(wèn)題:(1)車間預(yù)制的大量管線開(kāi)始出現(xiàn)積壓現(xiàn)場(chǎng),場(chǎng)地存儲(chǔ)空間不足。(2)現(xiàn)場(chǎng)總裝急需的管線無(wú)法滿足需求。導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的原因是多方面的,有結(jié)構(gòu)總裝滯后影響,業(yè)主下發(fā)材料順序不正確有關(guān)。但歸根結(jié)底,是沒(méi)有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況細(xì)化管線預(yù)制優(yōu)先級(jí)。

根據(jù)實(shí)際情況,同業(yè)主溝通后,暫緩材料發(fā)放,用最短的時(shí)間消化掉車間已有的材料,同時(shí),根據(jù)管線優(yōu)先級(jí)原則編制了整個(gè)項(xiàng)目單管級(jí)別的預(yù)制計(jì)劃(圖4)。指導(dǎo)以單管為單位的材料下發(fā),管線預(yù)制,管線釋放工作。全流程(源頭、中間環(huán)節(jié)、收尾環(huán)節(jié))進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控,使得預(yù)制和總裝逐步同步,積壓?jiǎn)栴}得到解決。

圖4 管線預(yù)制進(jìn)度曲線(前后對(duì)比)

3.2 管線試壓計(jì)劃優(yōu)化

以該項(xiàng)目某一脫水除汞模塊為例。該模塊設(shè)計(jì)重量10 485 t,管線總寸徑50 000 in,試壓包134個(gè)。模塊結(jié)構(gòu)封頂后,管線完善和查線試壓工作同步推進(jìn),以重點(diǎn)試壓包推動(dòng)關(guān)鍵管線施工完善工作。以體積大于1 m3的試壓包為例,根據(jù)試壓包優(yōu)先級(jí)原則編制出試壓包優(yōu)先級(jí)矩陣圖(圖5)。

圖5 試壓包優(yōu)先級(jí)矩陣圖(體積>1 m3)

其中,優(yōu)先級(jí)順序以顏色標(biāo)注,從高到低依次為紅色、紫色、橙色、藍(lán)色、黃色、藍(lán)綠、綠色。使用這種優(yōu)先級(jí)排序,把所有的試壓包分配到優(yōu)先級(jí)矩陣中,用來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工工作。同時(shí)使用4D可視化模型[6]作試壓包優(yōu)先級(jí)計(jì)劃的補(bǔ)充,可以更加直觀的展示模塊的管線施工和試壓狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并主動(dòng)調(diào)整計(jì)劃及資源投入。如圖6。

圖6 管線試壓4D可視化模型

5 結(jié)論

文章通過(guò)對(duì)大型LNG模塊建造項(xiàng)目中管線專業(yè)計(jì)劃進(jìn)度控制管理的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了深入分析和研究,并結(jié)合目前在建的項(xiàng)目實(shí)踐進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。其中管線預(yù)制、管線安裝、試壓恢復(fù)是管線專業(yè)的重要關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中,深化、細(xì)化管線預(yù)制,試壓的優(yōu)先級(jí)順序尤為重要,數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)和4D模型的在項(xiàng)目上逐步推廣和廣泛使用,對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)度控制,和整個(gè)項(xiàng)目的成功起到了更大的作用。