某LNG模塊防火涂層區(qū)域電儀支架優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張萬期，仝力強(qiáng)，唐　松，王　超，張一璇，丁鵬飛

(天津修船技術(shù)研究所，天津　300456)

本文介紹的LNG模塊化工廠位于北極地區(qū)，環(huán)境溫度最低-50 ℃，是全球首例極寒地區(qū)液化天然氣開采項(xiàng)目，并且還是生產(chǎn)線的核心工藝模塊。根據(jù)電儀專業(yè)設(shè)計(jì)，模塊內(nèi)存在大量支架需要安裝，包括電纜托架支架、照明系統(tǒng)、電伴熱系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、火氣系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和儀表監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備支架等。電儀支架通常都是焊接在模塊的主結(jié)構(gòu)和次級結(jié)構(gòu)上，一般在室外場地模塊搭建成型后完成焊接工作。

本項(xiàng)目采用了被動(dòng)防火設(shè)計(jì)，防火涂料價(jià)格昂貴,對施工環(huán)境及施工程序的要求非?？量?需要在車間內(nèi)完成。若是后期安裝電儀支架時(shí)砸除，一方面防火涂料和前期投入工時(shí)浪費(fèi)，另一方面由于電儀支架數(shù)量繁多，砸除防火涂料需要耗費(fèi)大量時(shí)間，后期還需修補(bǔ)，工程成本將大大增加。為了解決此問題，項(xiàng)目組詳細(xì)分析了防火涂料的特點(diǎn)及圖紙，最終優(yōu)化了電儀支架設(shè)計(jì)及施工，成功應(yīng)用于此項(xiàng)目。

1　防火涂料及其應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)在538 ℃時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)降低50%，液化天然氣一旦發(fā)生爆炸，其碳?xì)浠鹧嫒紵a(chǎn)生的高溫將很快使鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效；另外，泄露的液化天然氣(-196 ℃)飛濺到鋼結(jié)構(gòu)上，可引發(fā)鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂，給生產(chǎn)和人員安全帶來潛在危害。因此被動(dòng)防火(PFP)和防低溫飛濺(CSP)設(shè)計(jì)在LNG鋼結(jié)構(gòu)模塊化工廠被廣泛采用。防低溫飛濺涂層是LNG核心工藝模塊特有的涂層系統(tǒng)，該涂層厚度大，施工時(shí)加熱溫度高，工藝復(fù)雜，在國內(nèi)海洋工程界也是先例。[1]此項(xiàng)目模塊按照業(yè)主安全和防腐專業(yè)要求，采用了國際涂料供應(yīng)商提供的環(huán)氧膨脹型防火涂料Chartek 1709和防低溫飛濺涂料Intertherm 7050。2種防火涂料現(xiàn)場施工見圖1。

圖1　防火涂料鋼結(jié)構(gòu)施工典型圖

2　一體化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

由于防火涂料按照環(huán)境條件和施工程序需要在模塊車間內(nèi)噴涂，相應(yīng)的要求電儀支架安裝比常規(guī)項(xiàng)目提前，在甲板片涂裝之前焊接安裝。

一體化建造就是在建造過程中以某一甲板片為基礎(chǔ)，在不影響吊裝的前提下，將安裝在此甲板片的各專業(yè)支架、設(shè)備底座、護(hù)管、配管管線、電儀托架、結(jié)構(gòu)格柵、欄桿、塔樓等可安裝的附件進(jìn)行焊接安裝，然后完成整體涂裝作業(yè)，再用專用小車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，直接把各部分甲板片吊裝焊接為一個(gè)整體，達(dá)到提高施工效率節(jié)省成本的目的。[2]

電儀支架一體化，前期需要完成如下精細(xì)化設(shè)計(jì)：電儀支架PDMS建模，抽取支架數(shù)據(jù)，完成支架預(yù)制工作，提供支架精確定位圖；核查吊點(diǎn)、甲板片運(yùn)輸圖和噴涂墊墩及頂升布置圖，核實(shí)不能安裝電儀支架區(qū)域；制作一體化清單，提供具備安裝條件支架的詳細(xì)信息，進(jìn)行一體化安裝。甲板片電儀支架一體化安裝施工見圖2。一體化建造圖紙精細(xì)化程度高，各甲板片可以同時(shí)施工，無需等待腳手架的逐層安裝，減少高空作業(yè)，縮短安裝周期，減少后期總裝壓力，節(jié)省大量建造安裝費(fèi)用。[2]此項(xiàng)目應(yīng)用一體化建造最大的亮點(diǎn)在于降低了防火涂層反復(fù)施工及材料成本，為項(xiàng)目節(jié)省大量時(shí)間。

圖2　電儀支架一體化安裝施工圖

3　防火涂層預(yù)留圖設(shè)計(jì)

由于一部分電儀支架前期不具備安裝條件，或者趕不上一體化施工進(jìn)度，造成防火涂料涂裝前未能完成焊接。根據(jù)電儀支架精確定位，分析了支架焊接位置結(jié)構(gòu)梁的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了工字梁防火涂層典型預(yù)留示意圖(見圖3)，根據(jù)防火涂層范圍圖設(shè)計(jì)了甲板片防火涂層預(yù)留示意圖(見圖4)。在防火區(qū)域噴涂前，可以根據(jù)預(yù)留圖給電儀支架預(yù)留出相應(yīng)的位置，用于后期焊接，避免重復(fù)施工，節(jié)省成本。電儀支架防火涂層預(yù)留典型施工圖見圖5。

圖3　結(jié)構(gòu)工字梁防火涂層典型預(yù)留示意圖

圖4　甲板片防火涂層預(yù)留示意圖

圖5　電儀支架防火涂層預(yù)留施工圖

4　T型支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

LNG模塊除了甲板存在大量防火涂層外，主結(jié)構(gòu)立柱上也存在。立柱上的電儀支架主要包括垂直托架支架、照明燈具及儀表探頭類小設(shè)備安裝支架，本項(xiàng)目一體化建造主要應(yīng)用于甲板片，立柱上的支架沒有實(shí)施。針對在主結(jié)構(gòu)立柱上焊接支架的情況，經(jīng)過分析后設(shè)計(jì)了“T”型支架，將“T”型支架焊接于立柱上，再通過螺栓將電儀支架固定安裝?！癟”型支架預(yù)制安裝圖見圖6，燈具支架固定于“T”型支架上，其安裝圖見圖7。

圖6　“T”型支架預(yù)制安裝圖

圖7　立柱燈具支架安裝圖

根據(jù)電儀設(shè)備位置及托架建模路徑，一般情況下，將“T”型支架布置于立柱0°、45°、135°、180°、225°、315°位置，以滿足后期安裝托架支架、設(shè)備支架等的需要。若是“T”型支架與縱焊縫位置沖突，整列“T”型支架需要旋轉(zhuǎn)15°安裝。主結(jié)構(gòu)立柱“T”型支架分布安裝圖見圖8，如果立柱橫焊縫恰與“T”型支架焊接位置沖突，“T”型支架應(yīng)當(dāng)上下移動(dòng)，避開焊縫。

圖8　主結(jié)構(gòu)立柱“T”型支架分布安裝圖

“T”型支架可根據(jù)電儀支架建模位置精確定位，靈活應(yīng)用于防火涂層的立柱，提高了施工效率，降低了施工成本。

5　結(jié)束語

LNG生產(chǎn)線核心工藝模塊都存在著低溫液化天然氣泄露和燃燒的風(fēng)險(xiǎn),按照安全及防腐專業(yè)規(guī)范要求，需要涂裝大量的專用防火涂料。此項(xiàng)目防火涂層工藝應(yīng)用屬于國內(nèi)海洋工程首例，在防火涂層區(qū)域如何安裝電儀支架，避免砸除防火涂料，節(jié)省材料和施工成本值得借鑒。