油气田工程模块化施工问题及处理建议

油气田工程模块化施工问题及处理建议
李建波，张俊生，郭超，韩晓
中国石油天然气第一建设有限公司，河南洛阳471023
doi:10.3969/j.issn.1001-2206.2018.S.020
摘要：为提高油气田工程建设速度和质量，传统的粗放型施工方式已经不能满足施工要求，模块化施工逐渐成为油气田工程设计、安装的必然选择。

模块化施工可大大提高预制深度，减少现场安装工作量，从而产生良好的经济效益和社会效益。

在简要介绍了模块化施工在吊装、运输保护、基础质量要求、基础灌浆等方面的特点和难点的基础上，较为详细地论述了在设计、制造、包装、运输、安装等方面模块化施工常见问题并提出相应建议，其内容对油气田工程模块化施工具有一定的参考、借鉴意义。

关键词：油气田工程；模块化设计；模块化制造；模块化施工
Problems and solution suggestions of modular construction technology in oil/gas field engineering
LI Jianbo，ZHANG Junsheng，GUO Chao，HAN Xiao
China Petroleum First Construction Co.，Ltd.，Luoyang471023，China
Abstract：In order to increase oil/gas field engineering construction speed and quality，modular construction becomes inevitable selection in oil/gas field construction gradually，which can greatly increase prefabrication depth，decrease field installation workload，thus brings good economic benefit and social benefit.This paper introduces briefly the features and difficulties of modular construction in hoisting，transport protection，foundation quality and foundation grouting，illustrates problems frequently encountered and puts forward corresponding suggestions in design，manufacture，packing，transport and installation.
Keywords：oil/gas field engineering；modular design；modular manufacture；modular construction
随着世界工业的发展，对油气资源需求的逐渐
增大，国内外油气田工程也逐渐向大型化方向发展，
且对油气田工程建设的工期也提出了更加严格的要
求，传统的粗放型施工方式已经不能满足施工要求。

为提高油气田工程建设速度和质量，美欧等工业发
达国家几十年前已经开始致力于油气场站工艺设计
标准化、系列化和模块化的研究。

模块化是产品标
准化和系列化的延伸和发展，作为现代标准化建造
技术的前沿和核心，模块化施工的优势正日益凸显，
已经成为解决大型油气田工程高效化施工问题的关
键技术。

近年来，我公司在承接海外油气田工程时，为应
对海外工程存在的采购周期紧、施工工期短、劳动定
额受限等不利因素，也逐渐开始采用模块化设计、模
块化安装的方式。

如在承建苏丹、伊拉克艾哈代布、
哈法亚及鲁迈拉等工程项目中，广泛采用了模块化施
工，大大提高了国内预制深度，减少了现场安装工作
量，在缩短工期的同时也减少了劳动力的投入，在降
低了成本的同时也减少了现场安全管理风险，产生了
良好的经济效益和社会效益。

1模块化施工特点
模块化施工是一种先进的施工理念，它的先进
性在于引入了模块化作业，将复杂的装置系统划分
成若干个模块，每个模块完成一个特定的子功能或
者适合分项的单一结构，而将各个模块按工艺要求
组装起来，完成整个装置系统功能的过程称之为模
块化施工[1-2]。

根据模块化设计的思路，在工厂预制
阶段已经完成了大量的安装工作，并对模块进行了预
组装和拆分，现场施工则有以下几个特点：
（1）安装简单。

模块化设备到达施工现场后，
现场只需按照图纸进行简单组装。

（2）施工时间集中，安装周期短。

厂家供货的
模块化设备，一般会集中发运至现场，现场的安装施
工相应集中，利于施工生产安排，一般情况下安装周
期也较短。

（3）现场调试时间短。

模块化设备大多在出厂前已调试过，部分出厂前未调试、联校的撬块设备也可在厂家售后服务人员到达现场后，在较短时间内完成调试，因此大大缩短了现场调试所需的时间。

（4）安装工具专业化。

由于模块化设备的专业性，要求在施工时必须采用特种的专业工具，大部分工具必须由厂家指定或提供。

（5）对施工人员要求较高。

模块化设备高度集成化，部分模块化设备需在厂家人员的现场指导下安装、调试；现场施工人员需清楚模块化施工的重点和难点，提前制订技术措施。

2模块化施工难点
2.1吊装难度大
由于模块化设备集成化程度高，这样就必然使模块化设备的质量和体积变得较大，且重心不容易确定，给吊装带来很大的困难。

需要在设计阶段根据制造过程中的拆装需要及现场安装时的吊装要求，合理设计吊耳位置和大小，便于模块拆装及现场安装时吊装。

制造厂家也要随模块附带专用吊装工具，如平衡梁、钢丝绳、卡扣等。

2.2运输保护要求高
为减少现场安装工作量，模块可能需要整体运输，但由于其集成化程度较高，因此在整个运输过程中，要注意对模块内部的仪表原件、阀门、管件、接线箱做好充分保护。

对于精密易损坏的仪表元件，尽可能拆下，单独装箱随模块一起发运，运输前要对拆分的部件做好标识和加固措施。

2.3基础质量要求高
模块化设备质量大，底座面积大，对土建基础的施工质量要求高。

如某工程中的脱硫系统分为5个模块，其中有2个模块的底座连成一个整体，每个模块的基础由2个条形基础组成，每个条形基础上有3组地脚螺栓（每组4个）。

若这2个模块的4个条形基础的标高、水平度不能保证，那么这2个模块安装连成整体后的水平度就无法保证；若地脚螺栓的间距不能保证，这2个模块就无法就位。

2.4基础灌浆难度大
模块的高度集成使得其在质量和底座面积上都很大，底部既长且宽，而灌浆料的自流距离有限，凝固时间短，这就给模块化设备基础的灌浆带来很大的难度。

如何保证灌浆的质量，也是模块设备施工的难点。

例如某压缩机模块，该模块底座长14m、宽4.2m，现场灌浆高度约为60mm，灌浆材料为无收缩灌浆料，这就意味着3.5m3左右的灌浆料必须在很短的时间内浇灌完成，必须制订科学合理的灌浆措施才能保证灌浆的质量。

3模块化施工常见问题
3.1模块化设计方面
模块化设计是模块化施工能否成功的关键所在，而模块化设计受到众多因素和原则的影响和制约，合理的规划至关重要。

在设计上，经常出现的问题是各专业之间沟通不及时，或同专业各模块间沟通不及时，出现工艺、设备、配管、结构、仪表等专业工艺参数不能及时提供给对方，中间阶段变更没有互相转达等问题。

上述设计将会影响现场模块的安装，出现到场的模块底座与现场模块基础不匹配，模块间进、出口连接不匹配，模块与外界接口不匹配等问题。

3.2模块化制造方面
模块的高集成化决定了其不可能由一个厂家独立完成，必须采用多家供货、集中组装的模式，而这种模式对各厂家供货的匹配和兼容性提出严格的要求。

模块制造过程中往往会出现不同厂家提供的法兰等级、执行标准不一致，管道和管件壁厚不一致，螺栓公英制不统一等一系列问题。

3.3模块化包装、运输方面
模块大多外形不一，也没有标准的尺寸，如何确定模块重心、确保吊装及运输安全、不受外力破坏是模块包装和保护的重点；对从模块上拆分下来的部件做好标识和加固措施，也是模块包装和运输的关键。

因模块化包装、运输没有做好而导致现场最容易出现的问题有：模块与外界连接口损坏、缺少零部件、零部件标识不清等。

3.4模块化安装方面
模块化的安装主要涉及土建、机械、工艺及相关
的电气仪表等专业，各个专业之间的配合和沟通很关
键。

现场最容易出现的问题有：土建的施工质量不合
格、偏差过大，导致整体到货的模块不能顺利就位；
模块不能按照原施工图纸整体就位，相应的工艺管道
就不能按照已经预制的半成品进行组装等问题。

因此
如何做好各专业的沟通衔接、整体布置、全局安排，
也是模块化安装必须要面对和解决的一个重要问题。

4模块化施工建议
4.1模块化设计方面
模块制造厂家积极参与模块MR文件的审查，重
点审查模块内外的界面划分、模块内相关物资的采购
要求等。

模块制造厂和施工单位提前介入3D模型设计，
根据现场操作经验，对模块内部管道阀门等的布置、
钢结构之间的连接形式等提出合理化建议；对设计图
纸进行审核，重点为部件配合尺寸、撬内与撬外断面
尺寸、零部件数量等的复核。

模块制造厂和施工单位根据各模块的质量和尺寸
等进行分类，对设计单位的各种类模块吊装和框架封
装设计提出合理化建议；根据制造过程中的拆装需要
及现场安装时的吊装要求，合理设计吊耳位置和大
小，便于模块拆装及现场安装时吊装。

在满足工艺要求的情况下，设备和结构的空间设
计要合理、紧凑，要控制尺寸，以便于运输；通过计
算在满足模块工艺需求的情况下，严格控制模块整体
质量，节省运输成本。

合理设计拆装部位，方便拆装，并兼顾拆分后各
分块的独立稳定性，减少临时支撑的使用；设计适当
的维修、操作平台等，以保证维修操作便利。

4.2模块化制造方面
模块制造厂根据现有的成撬经验，细致安排生产
计划，对于每一个撬块和设备，安排建造位置和顺
序，最大程度实现工序的快速转移和完整配套。

模块制造厂应根据已有的设计模型，制订模块的
拆装方案，并且根据设计的变化不断更新。

制造过程
中严格控制预制精度和施工质量，避免因尺寸误差和
质量问题导致现场返工。

依据模块设计文件，组合模块全部在厂内预装完
成，然后进行一次预组装，将设备、钢结构、管道、
管托、阀门等组装到一起，完成仪电线缆由接线箱至
仪电设备的布线工作，完成设备内件安装工作。

组装
时采用临时垫片和临时螺栓。

对于特殊安全阀、调节阀等长周期设备，提前了
解详细的技术规格书，按照实际尺寸，采用临时工装
代替组装，国外进口长周期设备直接发运至现场，现
场拆除临时工装替换安装，此过程中应密切关注进口
设备尺寸，及时反馈给模块制造厂。

一次预组装完成后拆卸管道、阀门等，然后对需
要热处理的管道进行热处理；热处理结束后，对管
道、设备等进行喷砂除锈，刷底漆。

当有必要的时候，对模块进行二次预组装，进一
步核实装配质量。

二次预组装后进行模块面漆涂刷工
作，涂刷面漆时应将阀门、螺栓等隔离开。

完成防火
及保温作业，完成系统封闭工作。

整体运输的模块在完成设备、结构防腐工作后进
行最终装配。

对于备品备件、附装在撬装设备上的仪
表设备（液位计、变送器、调节阀等），在确认装配
质量后保护性拆除，并进行单独封闭（防潮、防振）
包装。

在模块组装完成后，确定其质量及外形尺寸，采
用经校核的测力元件称量出模块完工质量和重心位
置。

称重结果要形成正式文件，称重报告要由见证称
重的部门签字认可。

根据重心、质量、外形尺寸，计
算并制作吊装辅助平衡梁，并通过钢丝绳长度对吊装
过程进行调节。

由于模块体积庞大、质量大且载荷分布不均，因
此起吊过程中保持模块的平衡和准确就位非常重要。

加之运输路途遥远，需要多次转运，转运过程中的装
卸也不允许出现对管道的碰撞和扭曲现象，需要制订
专门的吊装方案。

模块内设备和管道在发运前应完成试压、吹扫和
气密试验工作。

4.3模块化包装、运输方面
包装材料应按照牢固、稳妥、经济合理的原则选
用，且应符合有关技术文件并满足货运通关要求。

模块在拆分后，有悬臂结构的部分，例如：仪表
箱、撬之间连接的管道等，为防止运输途中产生振动
而发生疲劳损坏，在适当位置需加临时运输支撑进行
加固。

加固材料若使用原木应符合相关要求。

支撑与设备管道之间应加橡胶板等对设备进行保护。

随模块一同运输的仪表元器件，在包装前也应进行加固处理，防止途中发生损坏。

运输过程中设备和管道内部进行充氮保护。

对于模块中散发的附属设备，如裸罐，采用框架钢结构包装时，应用包装钢带进行紧固，防止设备在运输过程中窜动，裸罐与钢结构框架之间应垫胶皮进行防护，保护设备表面不被擦伤或刮伤。

发货标识和包装储运标识必须采用不易损坏和丢失的统一标识牌，不允许徒手随意书写和描绘。

4.4模块化安装方面
制订模块到货时间状态表，全面掌控信息，整体制订施工计划。

根据模块到货时间不同，考虑各个专业间施工的衔接和预制深度问题，安排好各个专业施工次序的优先级，做好各专业间、各工序间的交接。

利用装置3D设计模型，根据模块特点合理安排现场安装顺序。

根据模块的质量和外形尺寸，确定组装吊具和组装场地。

现场安装前做好模块验收和基础验收等施工准备工作，严把各专业的施工质量。

使用分段交错灌浆法，解决模块底部面积大，浇筑难度的问题。

模块内管道最后应随装置管道进行整体水压试验和气密试验，以保证整个装置系统的密封性。

5结束语
随着油气田工程的大型化，模块化施工逐渐成为油气田工程设计、安装的必然选择。

模块化施工作为一种先进的施工技术，可以大大提高预制深度，减少现场安装施工工作量，从而产生良好的经济效益和社会效益。

参考文献
[1]余庆军，潘思明，常亚楠.浅谈工程建设模块化施工[J].中国高新
技术企业，2010（18）：129-131.
[2]宋连琪，倪鹤明.论证研究、设计建造思想的更新—模块化新概
念[J].船舶工程，1996（2）：5-9.
作者简介：
李建波（1984-），男，河南洛阳人，工程师，2007年毕业于河南科技大学材料成型与控制工程专业，现主要从事炼化工程施工工作。

Email：li4277457@
收稿日期：2018-05-08编辑：林鲜。