LNG处理模块HVAC系统施工工艺流程

海洋石油工程(青岛)有限公司, 山东 青岛 266520

0 前言

模块化LNG处理工厂的大部分核心工艺处理模块均设计有HVAC系统。HVAC系统主要保证工艺模块内封闭区域的温度、湿度及压力满足要求,保证工作人员的安全和工艺设备的正常运行。该系统的设计是否合理,施工质量是否可靠,直接关系到后期整个模块或整个工厂能否平稳安全运行。

一般单体的LNG核心处理模块设计有4～5层甲板,并布置有密闭房间。根据工艺要求,HVAC系统的管路、设备等会分布于模块不同的甲板层及区域。由于模块内工艺设备及管路等布置紧密复杂,HVAC系统的布置路径分支较多且施工难度较大。同时,一般大型LNG核心处理模块的处理要求较高,对应HVAC系统的设备及管路尺寸较大(最大风管管径3 m左右),额外增加了施工难度[1]。

合理的施工工艺及质量控制,是系统在设计环境下能够长期可靠运行的基础和关键。合理的工艺流程,是以设计文件相关要求为基础和依据,以项目实际为条件,以工期质量为原则而制定。典型LNG工艺模块及通风模块中的HVAC系统模型见图1～2。

图1 典型LNG工艺模块中的HVAC系统模型

图2 LNG通风模块中的HVAC系统模型

1 施工工艺流程及关键点

根据系统组成及施工顺序要求,将整个HVAC系统划分成主要设备、支架及底座、风管及风闸三条施工主线。其中,主要设备包含空调、风机等;支架及底座为设备及风管、风闸、加热器等的支架及底座[2-3]。三条施工主线的主要工艺流程见图3。

1.1 风管预制工艺流程

风管预制的主要工艺流程为:开平贴膜、激光下料、折板、组对焊接、焊后酸洗钝化处理、气密测试、保温绝缘,见图4。

1.2 风管保温工艺流程

1.2.1 非铠装风管保温工艺流程

非铠装风管的主要保温流程见图5。该保温流程也适用于现场风管的保温,且注意如果下一工艺步骤会遮蔽上步施工结果,需先完成检验，确认无问题后,方可进行下一步操作[4]。

1.2.2 铠装风管保温工艺流程

铠装保温的主要工艺流程见图6。

图3 LNG通风模块中的HVAC系统施工工艺流程

图4 HVAC系统风管预制工艺流程

图5 非铠装风管保温工艺流程

图6 铠装风管保温工艺流程

1.3 风管及风闸安装工艺流程

1.3.1 安装施工工艺流程

风管的主要安装工艺流程为:脚手架搭建、设备底座和风管支吊架安装、设备和风管吊装、法兰垫片安装、设备和风管调整到位紧固螺栓、安装法兰跨接线及端部接地、安装测试孔/探头/管嘴等、报检、风管系统气密试验、气密试验报检、保温完善和修复、整体报检[5],见图7。

风闸与风管的安装工艺流程类似,主要注意风闸安装时的气流方向及执行机构朝向应与图纸要求一致。

1.3.2 安装关键点

1)施工保护。由于风管本身特性,安装完成后除检

图7 风管及风闸安装工艺流程

修门附近外,其内部清洁难以进行。风管的安装和内部清洁需同步进行。每完成一节风管安装,即用抹布等对风管内壁进行清洁处理。现场的所有敞口,即停即护。施工暂停时,即刻对敞口用帆布或者其他保护材料做密封保护,防止内部污染。

2)风管吊装。风管吊装严格按照设计要求进行,以避免因不当吊装导致吊点处的法兰变形,避免多节风管串接后使用单节风管吊点吊装。

3)风管安装。风管安装使用的不锈钢螺栓由于其特性,如直接紧固,后期拆卸时容易抱死,使用前建议配合使用二硫化钼进行润滑,方便可能的拆卸处理。另外,风管安装时,为方便法兰间垫片的安装,一般采用扎带等方式固定到一侧法兰上,法兰对接,完成螺栓串接后,及时清除所有临时用固定扎带[6]。

4)法兰间隙。两节风管的法兰连接要保证紧密贴实,不能有间隙。对于因法兰变形较大,产生较大间隙的,先采用夹具夹紧,进行反变形处理(或者变形附近的螺栓孔先用碳钢进行紧固,然后逐个替换成不锈钢螺栓)。如不能解决,拆卸风管到地面进行。对于变形间隙不大的,可以用软质、压缩性好的EPDM对法兰处进行处理。增加的软质EPDM间断口连接采用自锁扣方式处理(本项目中使用的为舾装专业50 mm宽的foam)。

5)法兰跨接线。保温风管跨接线,安装时倾斜靠近法兰,方便后续保温施工。整条线路风管用跨接线串接后,在端部要做整体接地处理。

1.4 大型通风设备安装工艺流程

1.4.1 风机安装的主要工艺流程

风机安装的主要工艺流程见图8。

图8 风机安装工艺流程

1.4.2 风机安装关键点

1.4.2.1 施工保护及施工前检查

1)风机领取后,第一时间对进排气敞口做好密封保护,防止异物及灰尘等进入内部。

2)吊装入模块前确定好模块内倒运通道,保证通道宽度和高度达到要求。

3)安装前要对结构底座定位及要求尺寸等精度进行检查确认,无误后方可将设备倒运入模块就位。

4)吊装前对设备的吊点及其他部分进行检查,确认完好无误后再进行吊装。

5)安装过程中注意风机进气口朝向。

6)安装过程中确保风机自带底座和风机间的临时固定支撑垫块已安装并紧固。

7)风机运行时通过弹簧吸收震动并提供竖向支撑和一定的水平受力。但是在建造过程中,需要通过塞入垫块等方式,避免弹簧受力,防止损坏弹簧等[7-8]。

1.4.2.2 软连接

风机进出口虽然有软连接,可为风管安装误差提供一定程度的调整范围,但是软连接的调节余量主要用于风机启动及运行时的震动,而非抵消安装误差。

1.4.2.3 隔离垫片

风机自带框架底座材质为不锈钢,安装时和碳钢底座之间需要用EPDM垫片隔离。

1.4.3 空调安装主要工艺流程

空调安装的主要工艺流程见图9。

图9 空调安装工艺流程

1.4.4 空调安装关键点

空调安装施工时需注意[9]:

1)空调自带保护膜最终安装前不要拆除。

2)吊装入模块前确定好模块内倒运通道,保证通道宽度和高度要求。

3)安装前要对结构底座定位及要求尺寸等精度进行检查确认,无误后方可将设备倒运入模块就位。

4)吊装前对设备的吊点及其他部分进行检查,确认完好无误后再进行吊装。

5)吊装时注意进入柜体的进入方向,避免模块内大的方向调整。

6)保证两部分柜体的间隙满足设计要求,无误后加装盖板,拼缝处用许可密封胶密封。

7)空调进排气敞口和风管连接前,做好密封保护,防止灰尘等异物进入。

8)空调内滤棉待内部其他专业施工完成后,内部整体清洁完成再行安装。

2 施工常见问题及处理

2.1 风管

风管相当于系统的血管,是实现送排风或温度控制等功能的通道。其路径较复杂,穿越各个甲板层及房间,且安装位置一般位于甲板下。暖通系统施工阶段处于整个施工的中后期,脚手架条件差,与其他专业施工交叉作业,整体施工难度较大[10-11]。

2.1.1 风管腐蚀问题及应对措施

风管运输到场后,安装前一般存储在施工模块的附近区域。因现场存在打砂、打磨等作业,产生的铁屑等易漂浮到不锈钢风管内外表面,遇潮湿天气,极易破坏风管表面的酸洗钝化层,造成风管的腐蚀。而相关腐蚀处理在现场不易开展,后续极易再次发生腐蚀[12]。

应对措施:

1)在风管到货后严格按照存储要求进行存储,不锈钢风管存储不能直接与碳钢接触。风管场地存储不直接放置到地面上,需用垫木等进行铺垫。

2)到场风管检查无问题后,及时清洁内外表面,用铝箔布对风管外表面进行包裹保护,并对两侧开口用帆布或胶合板进行封堵。

3)风管安装作业中,必须安装一节,清洁一节,施工暂停时,及时对敞口封堵。

2.1.2 法兰变形问题及应对措施

不锈钢风管一般不设单独的吊装运输用吊点,相关运输或吊装作业一般使用风管法兰进行。尤其是对于尺寸、重量较大的风管,发生相关作业易造成法兰的变形。而不锈钢的韧性较大,相关变形后很难通过机械等手段对其进行校正,后续安装时造成法兰间隙过大,影响系统密性[13]。

应对措施:

1)严格按照吊装要求进行风管的吊装作业,严禁多节风管同时吊装。

2)风管模块内倒运时优先选用轨道运输方法,避免安装时倒链对法兰面产生面外拉力。

3)安装前对法兰平整度进行检查,对平整度差的部分,提前粘贴弹性较大的EPDM垫片(该垫片应用需得到业主认可),见图10。

图10 法兰变形填充foam垫片

4)安装的螺栓紧固按照紧固顺序要求进行。

2.2 系统气密测试

气密测试是使用设备,检验线路密性的方法。采用单位时间内单位面积上气体泄漏量来和要求数值对比衡量(L/m2/s)。气密前的检查封堵是气密测试通过的关键。气密测试通过代表安装工作基本完成,整体状态可以接受[14-15]。

系统气密测试是施工的最后一个环节,为保证测试的有效性,避免后续重复测试,需在气密工作开始前做好以下检查:

1)检查法兰口是否有可见的明显间隙。

2)测试孔及烟感、温感等开孔处检查。

3)风闸、加热器等设备的密性检查处理。

4)检查单向风闸位置是否阻断气密线路整体联通。

5)如果线路密性太好,泄漏量过小,因设备量程问题,会出现“超出量程”,无法读数现象。此时可选择某密封盲板处,开一小泄漏口,增加泄漏量。

6)气密时线路上的所有设备风闸需要处于开启状态。防火风闸开启需连接压力气体(必须保证干燥,可以用压缩氮气,气压0.5～0.6 MPa)和设备要求电压值的电源(电源接线时注意正负极不要接反)。

7)单向风闸注意气流方向。

8)平衡风闸手动操作把手到开启状态。

9)气密设备的测试仪表需要标定,气密时确保标定证书有效可用。

2.2.1 气密前线路问题及应对措施

1)线路上风管设备未安装完成就位。支架支撑梁未完全压实。

2)气密后存在拆卸风管或设备、移动调整风管线路等。

3)法兰口处有影响密性的间隙。

4)法兰口保温完成。

5)法兰未连接,连接不牢固。

6)气密时风管上还有未开的孔洞。

应对措施:

1)检查所有连接法兰螺栓及支撑支架,保证螺栓拧紧,支架固定压实风管。

2)线路施工完成,气密后不存在拆卸或移动风管等操作,对于需要移动或拆除部分,需重新气密或隔离到气密包之外。

3)用薄塞尺检查法兰口间隙是否符合安装要求。

4)法兰口暂不用保温棉封堵,使其具备后续检查找漏的条件。

5)法兰完成跨接线连接,固定可靠。

6)气密时风管上的开孔等工作结束,附属测试孔等安装完成。

2.2.2 气密测试的开口封堵及应对措施

系统安装完成后,需对管路密性进行测试,对出风口、风管与设备接口等开口位置进行封堵。采用何种封堵材料及封堵方法,对整个密性测试作业的效果、成本及工期都有较大影响。传统方法是根据敞口大小加工钢制盲板进行封堵,存在以下问题[16]:

1)材料浪费。不同敞口口径,需要不同的盲板规格,重复使用率低。

2)安装紧固困难。对于较大敞口,钢制盲板重量大,需要复制施工机具安装,耗时耗力。

3)对于没有螺栓孔的敞口,难以进行封堵。

4)所有盲板都需要根据敞口法兰螺栓孔额外打孔加工,增加耗费。

应对措施:

根据本项目通风气密特点,开创性地使用帆布、塑料布等替代钢制盲板。对于口径小的敞口,配合使用胶带缠绕即可满足封堵要求。对于口径较大的敞口,使用废角钢打孔作为紧固法兰,达到封堵要求[17]。

实践证明，以上新封堵材料的采用有效可靠,大大节省了气密辅料投入成本,减轻了现场工作压力,提高了封堵和拆除效率。现场气密测试封堵见图11。

2.3 风闸

风闸属于管路上的设备,施工过程中易出现以下问题:

1)安装方向与气流要求方向不一致。

2)风闸执行机构朝向不合理,与图纸要求不一致。

3)防火风闸传感器所在侧未朝向检修门一侧。

4)安装前未做严格检查,内部有损坏构件未及时发现。

应对措施:

1)安装时检查确认风闸铭牌上标注的气流方向。

2)核对图纸中执行机构朝向,并现场实际确认是否合理,与电仪等接线位置是否匹配。

3)对到货风闸做好开箱验货,除核对清单物件外,对风闸内部可见构件进行检查。

2.4 设备安装

HVAC系统的设备主要有空调、风机、加热器及除湿器等。部分设备因尺寸限制,到货时为分体分段到货,安装时需对几部分进行总装。设备安装施工常见问题有到货设备漏发部件及设备法兰孔距等[18-19]。

2.4.1 到货设备漏发部件问题及应对措施

业主漏发风机底座刚性垫块,导致风机安装过程中减震弹簧变形、损坏。业主并未提供相关资料,明确此垫块的存在及使用方法,见图12。

图12 业主漏发风机底座刚性垫块

应对措施:

1)因模块建造完成后需海运到目的地,设备底座均需刚性固定支撑,在安装时如发现漏发,及时跟业主反馈,并采取相应应对措施,如使用槽钢等进行替代。

2)未加装刚性固定前,不能直接安装该类弹性支撑设备,因为该类设备易受力不均,进而损坏其弹性支撑。

2.4.2 设备法兰孔距问题及应对措施

设备厂家没有执行既定标准,实际到货设备法兰口螺栓孔与设计标准要求不一致。设备螺栓布置与详设图纸不符;设备制造质量不过关,存在带内螺纹的螺栓孔变形、螺栓孔背侧焊接螺母变形、设备自带焊接螺栓过短等情况。这些问题均会导致设备安装及设备与风管安装无法进行[20]。

应对措施:

1)对自采设备,出厂前要做好相关尺寸检查。对于业主供货设备,在到货时及时组织验货,若发现问题应及时通知业主并制定相关应对措施。

2)偏移量在1个螺栓孔直径以内,对连接风管做扩孔处理,预制不锈钢垫片遮挡长孔。

3)偏移量超过1个螺栓孔径,测量后对连接风管进行重新配钻,对旧孔进行封堵处理。

4)对于设备螺栓孔变形,使用丝锥进行矫正修复。

5)对于设备自带焊接螺栓过短,通过更换密封垫片、取消弹簧垫等措施处理。

3 结论

1)HVAC系统施工细节较多,做好各个部分施工工序的合理规划及各个作业项施工工艺流程的制定,对最终的施工质量及工效有重要影响。本文以某大型LNG模块化工厂项目实际施工经验为基础,给出了从单节风管预制到最终安装完成后气密试验的整个过程的施工方法及关键控制点,对同类项目的施工具有一定的参考意义。

2)HVAC系统的设备及风管安装作业中的单体安装及整体线路的安装精度控制不但需要合理的施工方法及工艺,还需要合理的施工计划安排,保证工序的合理性,最大程度减小其他作业项对安装施工的影响。以上相关均是影响施工的因素,也是后续施工研究的方向。