模块化设计、建造在某LNG项目中的应用

刘 俊 李大勇 李朝阳

1. 中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 四川华成油气工程建设监理有限公司， 四川 成都 610021

0 前言

常规建设模式下,液化天然气(LNG)工程建设易受天气、资源等诸多因素的影响和制约。LNG工程模块化建设可从效率、安全、质量、采购、运输、仓储等方面提供一种全新的工程建设模式,该模式的推广和应用,为LNG工程建设开辟了一条新道路。

LNG工程模块化建设模式下，某LNG工程建设项目占地16.4×104m2,总投资4.9亿元,设计天然气处理能力50×104m3/d,LNG储存能力10 000 m3。该项目是将非用气高峰时期富余的天然气进行液化储存,在冬季用气高峰时期再将储存的LNG气化并送入管网,实现应急调峰的目的。同时,该项目在输气管网事故状态下可作为应急保障气源,还可以为周边天然气管道未通达地区供应天然气,对发展低碳交通、保障天然气的安全平稳供应、提高天然气利用率、促进区域经济发展、治理雾霾等具有十分重要的意义。

1 模块化方案的提出

为了减少项目现场施工工作量、降低安全风险及工程费用、提高施工质量,将设计理念从常规设计向模块化建造进行了延伸,提出了“橇装化建站、模块化建厂”的新建设模式。该模式经历了先国外后国内、先辅助生产装置后主体生产装置、先单体装置后全流程全厂整体模块化的发展历程。采用模块化设计可以提高设计质量,有效缩短设计周期;同时,模块化设计可为采购、预制以及现场建设创造有利条件[1-11]。

本项目分为生产装置、辅助设施、公用工程、厂前区四个区,要求2017年3月工厂投产。由于项目建设地地处北方,冬歇期长、温度低等现场不利因素较多,常规建设无法满足项目进度要求。模块化建设可大大降低设计变更、物资采购、施工、人员机具的难度。其中生产装置区工作量大、施工难度大,是本项目的重点。

“橇装化建站、模块化建厂”的科技产业化发展理念在该项目中成功应用,实现了项目主工艺区的全模块化建设,一方面充分发挥了模块化建设在安全、质量、工期和费用方面的优势,另一方面使得设计的大部分问题在建造厂得到解决[12-20]。

2 工艺简述

本工程中，来自管网的原料天然气经调压计量后进入原料气压缩机系统压缩至5.5 MPa,加压后的原料气进入净化系统依次脱除其中CO2、H2S、Hg、H2O、芳香烃等杂质,净化合格后的天然气送入液化系统,原料气在冷箱中被冷却至-30 ℃后,进入重烃洗涤塔,在重烃洗涤塔脱除重烃后的原料气返回冷箱继续冷却至-65 ℃,然后进入重烃分离器进行两相分离,分离器底部液相经重烃输送泵送至重烃洗涤塔,作为液相回流液。

采用配方胺液,吸收脱除天然气中绝大部分CO2,溶液循环量约为25 m3/h,脱除了酸性气体的湿净化天然气送至下游脱水装置进一步处理。吸收了酸性气体的富胺液经闪蒸罐闪蒸,再经过三级过滤器过滤,贫/富液换热器换热,从再生塔顶部进入再生塔进行再生,再生合格的胺液经热量回收、增压后送至吸收塔循环使用。富胺液再生所得酸气经脱硫塔吸附达到工业排放标准后接至高点放空。

为满足下游装置天然气液化要求,设置分子筛脱水装置处理脱碳后的湿净化气,采用一塔吸附、一塔加热、一塔冷却的变温吸附工艺,利用分子筛的吸附特性,有选择性地脱除天然气中的饱和水,脱水后干气水含量≤1×10-6。

3 系统组成

主体工艺装置处理规模为50×104m3/d,装置操作弹性50%～110%。

1)主体工艺装置包括:脱碳装置、脱水装置、脱汞及脱重烃装置、液化装置、导热油装置,共5个装置44个模块。

2)辅助设施包括:调压计量装置、LNG罐区、LNG装车装置、地面火炬系统、空氮站、燃料气系统。

3)公用工程包括:厂区道路、变电所、消防泵房、消防水池、雨淋阀室、循环水站、控制室、公用工程及辅助用房、综合仓库及维修间、热工设备间、废水收集池、污水处理及中水回用系统、分析化验室、门卫、大门和围墙以及地磅等。

4)厂前区包括:宿舍楼、员工生活服务中心、综合楼等。

4 模块组成及参数

主体工艺装置区全部采用模块化建设,5个装置区含7个单元,44个模块。模块参数表见表1,工厂全貌见图1。

表1 模块参数表

图1 工厂全貌照片

5 项目实施

5.1 模块化装置招标文件的编制

在总结国内外多个模块化项目的基础上,认真编制了模块化装置招标文件,对模块化装置建造活动实施全过程进行了详细规定。

在招标文件中,对模块建造厂需要重点关注的建造节点、内容进行了明确规定和说明；对设计文件的交付、甲供物资到货节点、周报内容等进行了详细规定；开列了详细物资清单,为项目变更、结算减少了纠纷。

5.2 模块化建造全过程管理

依据精心编制的管理指南、建造合同对建造厂建造全过程进行管理。结合建造合同的使用,加强工厂化建造阶段的合同管理,特别是相应界面和节点的管理,促使项目模块建造环节效益最大化。依据建造合同约定的设计、采购界面,实行建造全过程的节点管理。建造流程见图2。

图2 建造流程图

5.3 模块短工期供货

将主体工艺装置区分为3个模块化装置采购包,各采购包的工作界面为:详细设计、采购、预制、组装、拆分、包装、运输。

模块化装置通过先进的三维设计技术,在90%三维模型审查后开启第一批主工艺材料类物资采购,利用采购周期,完成后续设计。从而使材料的到厂时间与详细设计完成时间匹配,使得模块化装置建造时间大大提前,模块化装置的供货周期大幅缩短。

本项目共44个模块,通过详细设计、物资采购和模块化装置建造的深度交叉作业和周密策划、严格执行的项目管理,实现了4个月模块出厂的项目目标,证实了模块化装置的LNG项目超短工期供货的可实施性。

5.4 模块化装置物资追踪方法

总结国内外模块化装置项目经验与教训可知,物资到货时间是制约模块交付的瓶颈。本项目根据合同范围、设计图纸,编制了分装置、分模块、分采购包的模块内详细物资追踪表。该表格含模块内所有甲供物资采购、到货信息,及时更新各模块物资采购、到货情况,分析掌握影响模块最终出厂的因素,提前采取各种纠偏措施。

5.5 模块化装置现场安装提前策划

对于模块化装置现场安装,提前策划,协调施工单位技术人员提前到建造厂熟悉装置和拆分过程,以确保现场快速复位安装。发货前,邀请业主单位、现场建设单位共同召开模块化装置复装讨论会,对模块现场安装方案做详细讨论,分析安装顺序及可能发生的问题,提前做好相关应对措施。

6 经验

1)面对本项目合同工期紧、工艺控制复杂、质量要求高、项目所在地纬度高、冬歇期长等不利条件,在项目开始策划之初就按照“标准化设计,工厂化预制,模块化施工”的理念开展设计工作,为项目的顺利实施起到了关键作用。

2)合理划分采购包,策划阶段分析了本项目工期短、项目任务重、地方关系复杂等特点,确定了采购包划分原则,形成流水作业,最终模块装置顺畅完工。

7 结论

1)某LNG工程地处北方,冬歇期长、温度低等现场不利因素较多。传统的LNG建设工程存在工期长、成本高、质量可控性低、安全风险大、重复利用率低等不利因素,因此创造性地提出了“橇装化建站、模块化建厂”模式。

2)模块化建设在实施过程中需注意以下几点:a)编制囊括建造活动实施全过程、重要建造节点的模块化招标文件为项目管理、变更提供依据;b)依据建造合同约定的界面实行建造全过程的节点管理;c)合理利用设计、采购时间差,缩短模块化供货周期;d)编制可实时掌握物资采购及到货信息的专用物资追踪表,有助于及时制定各种纠偏措施;e)提前分析模块现场安装方案、安装顺序及可能发生的问题。

3)模块化建设是常规设计的延伸和落脚点,是常规设计的升华。如果没有设计人员的流程再造、手段更新、标准元件库和知识库的建立和应用,就难以实现规模化的工厂预制;如果没有管理人员的管理创新、管理精细化,就难以实现模块化建设模式的跨越式发展。模块化建设在LNG工程建设中的成功应用,为LNG工程建设开辟了一条新道路。