[doc] 长庆油田标准化设计、模块化建设技术综述.docx

长庆油田标准化设计、模块化建设技术综述第36卷第2期石油工程建设75 ;”编委会技术论坛”编者按:2009年10月召开的石油工程建设第七届编委会暨石油工程技 t术新成果及信息交流会.盛况空前,来自中石油,中石化,中海油以及相关高等院校的专家学者踊跃j i交流新成果及信息,提供了67篇技术论文,内容涵盖石油工程建设的方方面面.在工程管理方面:; 十有海外工程管理.也有国内工程管理:有epc管理,也有pmt+pmc+epc管理和hse管理.在工 程技术方面:有海洋的,也有陆地的;有浅海的,也有深海的;有丘陵,江河,沙漠,湿地的,还有i 高寒地区的:有标准化,模块化技术,也有数字化技术;有长输管道和大型储罐建设,也有站场工-e t设计,大型石化设备吊装这些技术成果基本代表了目前我国石油石化x-.程建设施工和管理技术的最j i新水平,对于我国的石油石化工程建设具有现实的指导和借鉴作用.从2010年第1期开始,我刊特; 十设”编委会技术论坛”专栏.刊登这些技术交流成果,以飨读者. 斗龟 = 潮舅橱准馋霹榜块建设撼端謦j-薯 韩建成,杨拥军,张青士,杨永霞 (长庆油田分公司建设工程处,陕西西安7oo86) 摘要:长庆油田标准化设计,模块化建设技术主要应用于油气田场站工程建设,它不仅是一种施 工模式的变革,同时又是一种施工技术的集成创新,文章介绍了这一技术的主要内容,其核心是对 场站的流程,模块进行标准化设计,并根据站场不同功能区块进行分解.确定各接口关系.建立工 厂化预制厂点,经过分项预制,组件成模,现场拼装几个环节.实现场站施工流水作业,从而缩短 了建设_y-期,提高了施工质量,降低了安全风险,并实现了施工全过程信息的数字化管理. 关键词:油田建设;标准化:模块化 中图分类号:te41文献标识码:a文章编号:10012206(2010)02007505 o引言 长庆油田高标准,高速度的开发模式.促使建 设速度不断加快.导致了地面工程建设施工工期紧 张.如何加快场站建设速度,提高场站建设能力, 成为整个油田场站建设领域高度重视的课题为 此,长庆油田开展了场站”标准化设计,模块化建 设”的技术研究即从设计上实现场站标准化设 计,达到工艺流程,平面布局,建设标准,模块划 分,设备选型,三维配管的六统一在施工上建立 工厂化预制厂点.设计科学合理的管道预制作业 线,配置自动化程度和技术含量较高的坡口加工工 作站和全自动焊接工作站.管道预制实现了机械 化,流水化作业.在预制工作中,从管段下料,坡 isl加工,管段组对,管道分层焊接,分片组装,整 体组装,设备安装,现场安装等几方面进行工序分 解,每个作业人员负责其中的一道工序.并按照作 业规范进行操作.提高了每道工序的作业质量.从 而提高场站建设的整体工效和工程质量”标准化 设计,模块化建设”技术的应用还减少了站场安装 的高空作业和交叉作业.改扩建站减少了现场动火 连头工作量,井口安装实现了无动火安装.降低了 场站施工的安全风险.实现了施工记录的数字化. 为业主实施数字化管理提供了支持 长庆油田建设工程处在2006年确立了”工厂 化预制,模块化建设”的技术研发思路,自2007 年起在气田产建中全面推广了标准化设计,模块化 建设的模式.2008年推广到油田产建.目前此项 技术已经逐步趋于成熟 $ 76石油工程建设2010年4月 1标准化设计技术 1.1油田标准化设计的原则 六统一原则:统一工艺流程,统一平面布局, 统一建设标准,统一模块划分,统一设备选型,统 一 三维配管 十化原则:站场规模系列化,工艺流程通用 化,井站平面标准化,工艺设备定型化,设计安装 模块化,管阀配件规范化,建设标准统一化,安全 设计人性化,设备材料国产化,生产管理数字化 1.2油田模式自动生成系统 长庆油田经过三十多年的发展.油田开发先后 建立了多种模式.针对各种开发模式建立了长庆油 田开发模式的自动生成系统.在新的油区建设设计 时,通过对新场站进行模式归类,确定场站所属的 油田开发模式.从而确定其布站模式,开采系统和 工艺流程等 1.3建立三维仿真模型库 三维设备模型库是三维设计设备,管道安装的 基础,通过对联合站,接转站,注水站等场站工艺 管道的三维设计.能够一目了然地从管道空间走 向,工艺流程,模块的空间布置对各场站进行详细 的了解 1.4建立油田场站标准化设计数据库 以油田模式自动生成系统作为标准化设计数据 库的总提纲.将油田模式自动生成系统中各油田模 式下的油田场站布局以及流程进行标准化设计.有 针对性地将接转站,联合站等按照规模分类进行标 准化布局以及流程设计,对场站内各模块的材料, 设备等进行标准化选型.形成树形结构,具有仿真 特点的标准化设计数据库. 1.5自动统计材料,自动检查管道碰撞 三维设计是将现场具体的安装按空间坐标反映 在图纸上.自动显示干涉区域,对其系统内,不同 系统之间,不同专业之间的模型进行干涉检查,避 免发生相互碰撞的现象.干涉检查能在设计和生产 的早期.发现三维设计中专业内部和各专业之间的 干涉碰撞问题.从而减少返工,确保工期,保证质 量. 1.6平面布置与工艺流程 1.6.1具有代表性的平面布置模式 通过对各时期各区块场站平面布置的分析.得 出以下最具代表性的平面布置模式:靖安模式,西 峰模式,安塞模式,马岭模式,姬塬模式等 1.6.2油田场站工艺流程 联合站:油气加工的最后一道工序.相当于一 般意义上工厂的成品车间.主要包括两道工序.分 离天然气和分离水联合站主要包括油气集中处理 (原油脱水,天然气净化,原油稳定,轻烃回收 等),油田注水,污水处理,供变电和辅助生产设 施等部分 计量站:对油井产出的油气产量进行计量并 将一定数量油井(714e1)的油气汇集起来.通 过管道输送到油气处理站但随着开发模式的优 化.一般都采取井口计量或将计量功能和接转设在 统一场站.不单独建立计量站 接转站:在长距离油气输送中,对输送的油气 增加压力.保证油气的正常输送.承担油气接转任 务的主要设备有气液分离器,增压泵,加热炉等. 注水站:把供水系统送来或经过处理符合注 水水质要求的各种低压水通过水泵加压变成油田 开发需要的高压水.经高压阀组分别送到注水干 线,再经配水间送往注水井.注入油层.注水站 主要由储水罐,供水管网,注水泵房,泵机组, 高低压水阀及供配电,润滑系统,冷却水系统组 成. 1.7站场功能区块的分解及接口关系原则 场站各功能模块按照工艺流程相互联结.并且 不同专业的工艺在同一个模块同时存在.构成一个 巨大的多层管道网络体系.在模块化施工中.要进 行模块的预制.将具体的模块完整地从整个网络中 独立分割出来.模块预制完成后.再将模块插入安 装在设计指定位置 f1)模块分解原则工艺管道按所处专业区域 划分:土建,电器仪表与工艺模块相互独立;平面 布置按功能划分及按流程细分. (2)模块接口原则.室内功能模块与室外总图 区块以墙外1rn为界.相邻室内模块的分割以简单 模块-,jl离墙0.5m为界.同一室内布置的管道以 模块与连接干线的连接焊口为分界点.罐区功能模 块与总图区块以防火堤为界,室外功能模块以地面 引下管与埋地干管连接口为界.电缆到泵以电缆接 线端子为接口,仪表模块不进行分割. 1.8油田场站模块划分 联合站模块划分:储罐区模块,总机关模块, 第36卷第2期韩建成等:长庆油田标准化设计,模块化建设技术综述77 收球筒模块,换热器模块,缓冲罐模块,分离器模 块,污油箱模块,卸油箱模块,卸油泵房模块,加 药装置模块,计量模块,泵房模块,加热炉模块, 水罐区模块,污水污泥模块,过滤模块,反洗泵模 块,加药模块,辅助设备模块,消防泵房模块,消 防罐模块 注水站模块划分:注水泵模块,喂水泵模块, 高压阀组模块,加压泵模块,预处理模块,精细过 滤模块,辅助设施模块,污水池模块,储水罐模 块. 接转站模块划分:加热炉模块,总机关模块, 收球筒模块,缓冲罐模块,分离器模块,污油箱模 块,输油泵模块,计量模块,加药装置模块,事故 罐模块 2模块化建设技术 2.1模块的分解 在对设计模块分析的基础上,根据组对,拉 运,吊装,现场焊接安装要求,将设计模块分解为 施工预制模块.并绘制模块的整体组装效果图.然 后将模块分解为预制图.模块一级分解形成安装单 线图,模块二级分解形成预制管段图. 模块分解的原则: (1)应考虑预留焊口的施焊位置.以便于焊 接,探伤作业 (2)应考虑设备,材料偏差对预制质量的影 响. (3)应考虑组装,运输的方便,同时注意防止 变形. 2.2单线图描述工艺管道方法 2.2.1单线图对管道的描述 由于管道的属性不同,其压力等级,材质,质 量等有不同的要求,为便于质量控制,数据分析总 结以及了解模块的流程和功能用途,在单线图中标 注管道的属性,所属模块以及在模块中位置编号等 信息.用字母和数字表示 单线图中标注管道每个焊口的编号焊口编号 信息必须完整,能完全实现数据的可追溯性焊口 号包括:场站代号,区域代号,管道介质代号,区 域流水号,焊口序号,焊工钢印号等信息,用字母 和数字表示 2.2.2单线图对管件及阀门的描述 单线图的管件信息栏中对阀门,管件等的名 称,型号,规格,数量与标注序号一一对应,有详 细的说明在用单线图指导施工时.就可以保证管 件和设备的正确,方便领用. 2.3单线图对工艺加工过程的描述方法 下料:材料信息栏中包括管段的材质,规格, 图中可以查到管段的长度.并且整个管道上的单个 管段都有编号.单线图的信息栏实际上可以成为预 制料表 组对,焊接:在单线图上对弯头,阀门,大小 头的型号等都有具体的说明.按照说明领用,并进 行管段和弯头,管段和阀门,管段和大小头的组 对管段与管件的连接方式均为焊接连接.焊工代 号,探伤比例以及探伤人员均可以在单线图上注 明. 组件成模:各管道流水线组装完成后,按照模 块安装单线图上的管道号的对应原则和位置,进行 模块组装.形成预制成品 2.4采用统计分析技术对备场站加工件进行特征 分析和需求分析 由于各场站的用途,工艺,规模大小不同,在 实际生产中.管道组成件的材质,规格也不同,利 用统计分析技术对各类场站使用的材料,管件的管 径,材质,焊接工艺要求等进行分析和统计,可确 定不同场站的预制生产线配置和加工工艺 2.5建立移动式预制工作站 长庆油田场站分布范围,区域广泛(遍布陕, 甘,宁三省),为保证模块化预制的有效覆盖,建 立了移动式模块化预制工作站.对预制站进行了如 下设计: 2.5.1下料切割及坡口加工机具的选择 作业站内配备的主要切割和坡口加工设备有: 火焰半自动切割机,等离子切割机,带锯切割机, 火焰半自动坡口机,等离子坡口机,机械自动坡口 机等.在进行设备机具配置之前.对施工中常用的 下料切割以及坡口加工方式进行分析.根据不同作 业内容选择合适的设备 2.5.2混合气体保护焊装置及变位器的研制 混合气体保护焊的必要性:利用配比器实现气 体混合输出.可避免单气体保护焊的缺陷.提高 焊接质量 变位器的必要性:利用变位器可将预制管道 不同方位的焊接,改为水平平焊的位置.给焊工创 78石油工程建设2010年4月 造一个自然的工作方式.提高预制质量和工效 2.5.3传输设备研制 悬臂吊是为适应现代化生产而制作的新一代轻 型吊装设备.将自动悬臂吊配置在作业线的中心. 使得旋臂吊既不妨碍生产.又能覆盖整个作业流水 线.保证了整个生产车问模块化预制生产线的畅 通.自动旋臂吊不但提高了生产效率,而且改善了 工人的劳动条件 为方便加工以及对管件的支撑.在等离子下料 工作站,坡口加工和焊接工作站都需要配置管道支 撑和轨道.管道支撑必须能在垂直方向上自由升 降.以适应不同的管径.同时可以将支撑进行合理 的设置.使其既能起到支撑作用又能进行管件的传 输. 2.5.4多种焊接方法的选择 为保证焊接质量和工作效率.要根据母材型 号,规格,工作环境及焊机设备等情况,有针对性 地选择合适的焊接设备,灵活选择手工电弧焊,氩 弧焊,混合气体保护焊,埋弧焊等焊接方法. 2.5.5自动化作业线的研制及平面布置 设置合理的生产线平面布置,从下料,坡口加 工,管段组对,管道分层焊接,分片组装,整体组 装,现场安装几个环节实现流水作业. 2.6模块组装流程 (1)下料,坡口加工.根据管段图中每段管道 的长度,进行切割和加工坡口.主要采用等离子切 割机,带锯机,火焰半自动切割机切割.如采用等 离子切割和火焰半自动切割.坡口同时形成.或用 坡口机加工坡口 (2)管段组焊.将每个管段与管件相联,采用 氩弧焊打底.气体保护焊或埋弧焊焊接. (3)分片组装.将预制好的管段,利用焊接, 法兰联结(阀门)等方法.按照单线图组装成单根 管道. (4)组建成模.结合拉运,吊装情况,将单根 管道组装成一个区块的模块. (5)模块拉运.将整个模块直接拉运至施工现 场. (6)模块安装.按照图纸位置,将模块进行插 件式安装.大大减少了现场的焊接工作量和高空, 交叉作业 2.7组件成模的防变形措施【2】 反变形法:单件,组合件在焊接时.受热会产 生热变形,在焊接前先判断其变形方向.组对时在 反方向预留变形余量.利用焊接时产生的变形来消 除预留的变形余量.该方法适用于简单组合件组焊 刚性固定法:采用固定夹具对需要焊接的工件 在模具或组对平台上进行刚性固定.避免其在焊接 过程中产生变形.待焊口完全冷却,变形完全消除 时取下工件.该方法适用于组合件组焊 火焰矫正消除应力法:利用氧乙炔火焰对焊接 构件从反方向加热,使火焰加热产生的收缩变形抵 消焊接过程中产生的收缩变形火焰矫正变形既可 以减少焊接残余变形,又可以减少焊接残余应力. 但火焰矫正控制不当又会产生新的变形因此.在 进行火焰矫正时一要选择好加热位置.二要控制好 加热温度 2.8模块胎具的制作技术 根据预制品结构和尺寸,利用角钢,钢管,胶 皮等材料制作相应的模块组装胎具支架.如加热炉 组装支架,收球筒组装支架,总机关组装支架,罐 区组装支架等 2.9现场快速拼装技术 2.9.1模块的拉运 在模块化预制车间利用槽钢和圆钢的边角料制 作拉运支架.支架的大小按照运输工具的尺寸大小 确定.在运输装车时.先将支架固定在运输车厢 内.然后将预制产品固定在支架上,尽量使预制产 品的重力均匀分布于支架上.保持重心落在支架 内. 2.9.2现场快速拼装技术 根据设计安装图纸进行插件式安装.现场大部 分采用法兰联结.减少了施工现场的焊接工作量, 实现了现场快速拼装 2.9.3模块现场拼装固定技术 在安装前.要求土建施工人员对尺寸,重量较 大以及位置较难固定的模块安装处的地基,按照设 计图纸的安装尺寸位置进行混凝土支座处理.支座 可以是整体的也可以是分离的.以方便在模块安装 时进行水平方向的固定 2.9.4三角稳定原理保证模块安装质量 用较小直径的管材.分别在模块管道的两边进 行支撑固定.并将模块管道与支撑管的连接点进行 点焊固定.使模块与固定管整体呈三角体的方式固 第36卷第2期韩建成等:长庆油田标准化设计,模块化建设技术综述79 定放置.从而保证了模块安装后的水平度和垂直度 等. 3应用效果 3.1标准化设计缩短设计周期 标准化设计转变了设计方式,有效提高了设计 方案的审查效率及施工图纸的设计,校审效率,实 现了最优化设计,设计速度也大幅度提高. 3.2模块化施工缩短了建设周期 以d219mm7innl的管段坡口加工为例.原 来用氧一乙炔火焰切割,砂轮机打磨,其用时约为 1518min.用坡口机加工只用时3.54min.以 直径219mm管道焊口为例,采用手工焊接需要25 30rain.采用自动焊只用45rain. 3.3实现了施工组织方式优化 标准化设计,模块化建设技术实现了工艺流程 标准化.工程设备定型化,施工生产工厂化,机械 化,装配化,模块化,利用多种施工设备的有效结 合.组建合理的流水作业生产线.模块工艺预配率 达到85%90%.同比提高约50%. 3.4提高了工程质量 采用自动焊后.焊接一次合格率达到98%以 上.焊缝外观更加平滑美观.整体施工质量得到提 高.采用等离子自动下料切割机,下料精度高.机 械加工坡口精确,不需打磨.流水作业快捷,高 效分段组装有效控制了组件的焊接变形和整体组 装尺寸精度.安装合格率一次达到100%标准件 系列加工成套化.加工件互换性更强.适合规模化 生产已建场站工程质量评定结果表明.单位工程 合格率达到100% 3.5有利于材料,设备的规模化采购 标准化设计使得设备,管道组成件定型化.使 设备,材料的采购形成批量优势.从而有效地节约 采购成本.有效缩短供货周期.批量订货.一次性 选厂和订价,全年执行.减少了谈判次数和时间, 采供人员减少了事务性工作.强化采购与供应管 理. 3.6改善了工人的施工环境.降低了工人的劳动 强度 长庆油田点多,面广,线长,绝大部分场站施 工点生活条件相当艰苦采用模块化建设技术后. 作业人员的施工由现场转移到车间进行,工厂化, 流水化施工改善了生产环境.机械化施工降低了现 场劳动强度,现场作业时间减少50%以上. 3.7降低了对环境的污染 标准化设计,模块化建