LNG 模块化工厂机械设备安装方法分析

2019-11-13王晓华王举田

石油化工建设 2019年5期

王晓华王举田

海洋石油工程（青岛）有限公司山东青岛 266555

近年来LNG 作为一种清洁能源，需求量急剧增长，随之带来的LNG 勘探开发成为国际能源行业的新热点。随着LNG 天然气田外界开发条件的不断变化，同时陆上LNG 项目受到地理、环境、劳动力等方面的制约，LNG 模块化逐渐被各大天然气田开发公司所认同，成为LNG 项目开发的重要手段，其建造量和建造规模出现大幅增长。我国的模块化工厂建造技术是在国外大型公司的合作模式下，吸收、学习和积累模块化工厂的建造经验而形成的。机械设备在建造过程中的安装精度要求高，施工难度大，其作为LNG 模块化工厂的“器官”，对整个平台的生产运行具有关键作用。本文基于某国外LNG 模块化核心工艺模块的现场建造经验进行具体分析。

1 机械设备安装固定方法现状分析

设备底座的固定形式通常是在设计阶段考虑，影响因素包括所有可能的力、偏转限制、震动反应、机械与环境要求等。模块化工厂与传统的石化项目最大的不同在于整个模块是由钢结构建造而成，因此在设备固定上较少采用传统的灌浆方式，从而对设备安装也提出了不同的要求。机械设备的安装方式可分为直接焊接、螺栓连接，其中螺栓连接根据设备的不同和安装要求的不同又分为撬体螺栓连接、直接螺栓连接、垫块螺栓连接等方式。

1.1 焊接式连接

直接焊接的机械设备通常有储罐、容器、滤器等静设备。该方式安装简便、可靠性高，适合运行后对震动或使用要求不高的设备。直接焊接通常是指设备的底座与底部结构通过焊接直接连接在一起（图1）。对于大型罐体类设备，通常设备会有一个裙座，设备底部位置设两个人孔，主要是为了进行底座内部施工或排除积水。环形底座的焊接，在设备吨位不大的情况下，可只焊接设备的外圈，内圈的间隙通过打密封胶的方式填充。大吨位的设备，其底座的内圈和外圈均需要进行焊接，且底座在焊接前应使用薄钢板将间隙尽量塞实。

1.2 螺栓连接

螺栓连接根据具体设备情况不同分为直接接触连接和间接接触连接，本文主要分析LNG 模块化工作建造中通常采用的撬体螺栓连接、直接螺栓连接和垫块（间接）螺栓连接3 种形式。

图1 设备底座直接焊接

螺栓连接类的设备、类型和应用较为广泛，既包括泵、压缩机等动设备，又包括一些接收器、滤器和工艺压力容器等静设备。此类连接方式的优点在于，设备安装更加方便，可以进行适量的调节，后续设备维修和维护也更加方便。通常设备需要安装在安装板上，不允许用地脚螺栓将设备支座直接连接在基础上。安装板要有足够的强度和刚度，能将力传递到基础上。

除非设备使用者另有规定，地脚螺栓材料应该选用ASTM A36 或ASTM A575-M1020。在暴露在腐蚀性化学品气体或液体的区域里，地脚螺栓材料应该能抵抗化学腐蚀，或者表面有一层合适的抗化学腐蚀的涂层，如镀锌。这不仅仅是为了防止地脚螺栓有效截面的减少，也方便将来需要维修时设备的拆卸。无论使用何种材料，都要清楚地标在结构图纸上。这个信息不仅是为了加工需要，也为将来对基础进行整改时提供帮助。

1.2.1 撬体螺栓连接

撬体螺栓连接通常出现在泵、压缩机等动设备上。在LNG 模块化工厂建造中，此类设备通常成撬到达建造场地。由于此类设备自身是由多个小的部件组成（例如泵包括电机、泵体等几部分），因而对自身的安装要求（主要指水平度和电机的同轴度）较高，成撬的设备通常需要对撬体进行初步调平，简称粗调平；待撬体调平后，再对上部的电机和泵体进行二次调平，称为精调平。这种施工方法，既能够保证此类动设备的调平要求，又能降低现场施工难度，所以在动设备中应用广泛。

泵撬体安装实例见图2，图中所示设备为反冲洗泵，重量为2t，长度为3.5m。设备坐在8 个型钢的支腿上，支腿的上方为设备的撬体，将泵上的所有部件都集成在撬体上。设备到货后，撬体与泵集成一体，因此只需要安装撬体与底座连接即可。

图2 泵撬体安装

1.2.2 直接螺栓连接

直接螺栓连接是指将设备与结构物通过螺栓直接连接。这种连接方式简单、有效，同时便于后期设备的维修或更换。螺栓连接在LNG 模块化工厂机械设备安装中应用最为广泛，一方面是由于螺栓连接工作量比焊接小，另一方面LNG 模块化工厂整体布置紧凑，各种电气、管线、仪表密度高，螺栓连接能够减小对其他专业施工的影响和破坏。

设备与底座直接螺栓连接的安装实例见图3，该设备为气体脱水管，高度6.5m，重量23.6t，罐体底座直接2.8m。设备通过8 颗双头螺栓与环形结构底座直接连接，通过螺栓来固定设备。对于设备的安装精度，可以通过底部填塞垫板的方式进行调节和控制，使其达到垂直度的要求。设备在测量合格后，采用螺栓打力矩，完成安装工作。

1.2.3 垫块螺栓连接

垫块螺栓连接是一种结合了焊接和螺栓连接优势的连接形式。垫块上有螺栓孔，上表面通过螺栓与设备相连接，下表面落在结构支撑上，通过焊接进行固定。垫块的尺寸根据设备底座进行调整。这种垫块式螺栓连接，可以保证设备安装精度，因垫块的尺寸小，从而使焊接的工作大大降低。同时在底座进行调节时，可以直接调整具体位置的垫块，使施工更加简便。在完成螺栓安装后，如果垫块和结构底座间还有间隙，需要通过灌浆来填充，通常采用环氧树脂材料进行灌浆，灌浆的强度要求能满足设备安装固定的强度要求。

垫块螺栓连接安装实例见图4，该LNG 核心工艺模块的设备为高压混合制冷剂分离器，高度为13.7m，直接4.7m，重量为270t。由图可见，环形底座位于设备中上部，立式贯穿模块安装，通过螺栓固定在结构底座上，设备与底座之间加有隔热垫块。隔热垫块的目的是为满足调平、减震、热胀冷缩等方面的要求，通过地脚螺栓将结构底座和设备相连。

图3 设备与底座直接螺栓连接

由于罐体高度问题，在设备安装完成后需要采用垫板对罐体垂直度进行调整，调整后设备底座之间会留有部分间隙（图5）。由于间隙存在于设备底座与隔热垫块之间，为了提高设备工作的稳定性，通常采用灌浆的施工方案来填充底座间隙，本项目灌浆采用SIKA公司的环氧树脂材料。通过灌浆施工将设备底座与垫块之间的间隙完全填充，在灌浆完成并完全凝固（常温下需要48h）后，再进行螺栓打力矩的施工。

2 施工要点分析

LNG 模块化工厂集成度高，因此机械设备的布局紧凑，在建造安装过程中，与其他专业产生干涉的情况较多，加之设备晚到，从总体项目建造周期的角度出发，需要为其他专业打开施工窗口期；因此，施工时机械设备的安装固定需要重点考虑对其他专业的影响，譬如焊接对油漆的破坏、底座偏差的调整等。设备就位后，底座与结构之间的缝隙，是各种安装方法都需要面对的共同问题，可采用薄板对间隙进行填充。对于焊接底座间隙可直接塞板，螺栓连接的底座则需要使用U 型插板进行填充。填充垫板的边缘不易超过设备的外缘。