LNG核心工藝模塊HVAC風(fēng)管及其結(jié)構(gòu)支撐的安裝工藝

劉 帆， 孫 偉， 于嘉驥， 吳 彬

(1. 海洋石油工程(青島)有限公司 技術(shù)部， 山東 青島 266520；2. 青島黃海學(xué)院 智能制造學(xué)院， 山東 青島 266427)

0 引 言

液化天然氣(Liquefied Natural Gas， LNG)核心工藝模塊是一個多專業(yè)高度集成的建筑體，以結(jié)構(gòu)為主體框架，在有限尺寸空間內(nèi)集成了機(jī)械、配管、舾裝、通風(fēng)、保溫、電器儀表等大量專業(yè)。在工藝布置復(fù)雜的狹小空間內(nèi)安裝大尺寸、大質(zhì)量設(shè)備的作業(yè)難度大、安裝精度要求高，施工工序和工藝的合理與否對建造工作有至關(guān)重要的影響。受空間限制、材料供貨周期和建造方案及計(jì)劃制定等因素影響，各專業(yè)在預(yù)制安裝施工方面具有自限性特點(diǎn)和專業(yè)交叉作業(yè)的相互制約特點(diǎn)，對模塊建造工作而言是一個需要關(guān)注的難題，研究制定合理的施工工藝對建造工效提升具有積極意義。

1 HVAC系統(tǒng)概述

LNG核心工藝模塊中的暖通空調(diào)(Heating and Ventilation Air Condition， HVAC)系統(tǒng)[1]主要由空調(diào)設(shè)備、風(fēng)機(jī)設(shè)備和風(fēng)管等3大部分組成，其中風(fēng)管敷設(shè)路徑縱橫交錯，通過結(jié)構(gòu)支撐固定在模塊中，結(jié)構(gòu)支撐根據(jù)位置和支撐特點(diǎn)不同分為支架和吊架兩大類，如圖1所示。本文以某項(xiàng)目核心工藝模塊HVAC系統(tǒng)為例，探討風(fēng)管及其結(jié)構(gòu)支撐的安裝施工工藝，對典型的連接形式進(jìn)行分析，給出合理施工建議，以期減少施工困難，避免不合理施工導(dǎo)致的額外修改工作。

圖1 HVAC系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)支撐三維布置圖

2 風(fēng)管及結(jié)構(gòu)支撐安裝工藝

風(fēng)管敷設(shè)時經(jīng)過一連串的支、吊架進(jìn)行支撐固定，如圖2所示。風(fēng)管與結(jié)構(gòu)支撐的匹配精度要求很高：當(dāng)風(fēng)管底面為同標(biāo)高水平面時，要求底部承力的橫梁上表面標(biāo)高誤差控制在3 mm之內(nèi)。同樣對于等高或不等高的限位橫梁，也需在墊片可調(diào)范圍內(nèi)進(jìn)行精度控制；以上要求若無法滿足，結(jié)構(gòu)支撐將面臨大量的修改工作。

考慮工程界普遍提倡的一體化建造工藝[2]，結(jié)構(gòu)支撐安裝施工的總體建議為在模塊甲板片預(yù)制階段將支、吊架完成安裝，檢驗(yàn)時重點(diǎn)測量橫梁標(biāo)高，保證精度控制在誤差允許范圍內(nèi)；考慮施工可行性，支架限位橫梁與立柱采用螺栓連接，吊架橫梁尤其承力橫梁與立柱推薦采用螺栓連接，以盡可能為風(fēng)管提供充足的安裝空間。

風(fēng)管安裝施工總體建議為在結(jié)構(gòu)支撐跟隨甲板片完成吊裝總裝后，將風(fēng)管分段零散倒運(yùn)至模塊上，倒運(yùn)過程注意變形和表面保護(hù)；風(fēng)管安裝時單段安裝，先安裝底部有支撐橫梁的管段，再安裝中間懸空管段，可采用倒鏈等臨時懸掛工具；優(yōu)先安裝精度控制較難的管段，例如彎頭管段、與設(shè)備接口相連的管段等，再順次安裝相鄰直管段；注意設(shè)置預(yù)留調(diào)整管段，以備誤差累積造成尺寸變動時進(jìn)行現(xiàn)場修整用。

圖2 風(fēng)管與吊、支架支撐

2.1 風(fēng)管彎頭及支撐安裝

風(fēng)管安裝難度之一是安裝精度控制，受空調(diào)和風(fēng)機(jī)設(shè)備的制造精度、風(fēng)管預(yù)制精度等偏差影響，風(fēng)管就位位置與理論位置的偏差不可避免，尤其在彎頭處風(fēng)管的就位偏差更大。此處結(jié)構(gòu)支撐若在風(fēng)管就位前就完成焊接，則待風(fēng)管就位后，支撐將面臨很大的修改可能性。

為減少修改工作量，此處施工建議為支撐橫梁完全焊接完成，支撐立柱加余量預(yù)制點(diǎn)焊在支撐橫梁上，待風(fēng)管就位后，按照實(shí)際位置定位并在風(fēng)管上焊接不銹鋼包板，而后根據(jù)風(fēng)管最終就位位置修整支撐立柱并完成焊接，加強(qiáng)筋板根據(jù)立柱最終位置進(jìn)行就位焊接，如圖3所示。

圖3 風(fēng)管彎頭處支撐連接

2.2 口字形槽鋼框架與風(fēng)管安裝

口字形槽鋼框架設(shè)計(jì)作用為圍住豎向風(fēng)管，限制風(fēng)管水平移動，在風(fēng)管上焊接角鋼法蘭，使其坐落在槽鋼上起豎向支撐作用，如圖4所示。

圖4 口字形槽鋼框架與風(fēng)管連接示例

由于風(fēng)管是分段預(yù)制的，每段風(fēng)管兩端的法蘭接口尺寸大于風(fēng)管本身截面尺寸，此處結(jié)構(gòu)支撐安裝施工需考慮工序問題，同時兼顧風(fēng)管安裝偏差帶來的影響，推薦施工工序如下：第1步安裝1號槽鋼，坐落在吊架橫梁上，采用焊接或螺栓連接；第2步安裝風(fēng)管段(2號)；第3步安裝3號槽鋼，坐落在吊架橫梁上，推薦采用螺栓連接或焊接(視施工空間而定)；最后安裝2根4號槽鋼，采用螺栓連接1號和3號槽鋼。如圖5所示。

圖5 口字形槽鋼框架位置施工工序示例

2.3 風(fēng)管預(yù)留管段施工方法

風(fēng)管截面尺寸較大，管壁較薄，在施工過程中易變形，安裝偏差較大，且風(fēng)管連接處受法蘭墊片影響會有累積誤差，尤其在彎頭轉(zhuǎn)向位置，三維方向定位精度控制有很大難度。為避免此類潛在問題，推薦采用風(fēng)管段預(yù)留的施工做法。

圖6所示為水平風(fēng)管推薦施工次序：空調(diào)機(jī)出來的①風(fēng)管段—1#風(fēng)管彎頭—②風(fēng)管段—2#風(fēng)管彎頭—③風(fēng)管段從2#風(fēng)管彎頭向1#風(fēng)管彎頭敷設(shè)安裝，最終預(yù)留余量管段作為現(xiàn)場調(diào)整管段。此工序盡最大可能避免了安裝誤差等不利因素帶來的修改。

圖6 水平預(yù)留管段施工示例

如圖7所示豎向風(fēng)管，上部風(fēng)管彎頭處安裝精度控制較難，下部風(fēng)管段因口字形槽鋼框架處螺栓連接，對風(fēng)管安裝精度要求非常高，該處推薦安裝施工工序：上部①風(fēng)管段—風(fēng)管彎頭—風(fēng)閘—②風(fēng)管段-中間預(yù)留段。

圖7 豎向預(yù)留管段施工示例

3 結(jié)構(gòu)支撐修改推薦做法

結(jié)構(gòu)支撐具有嚴(yán)格的精度控制要求，風(fēng)管法蘭螺栓連接處對精度有很高的要求，而風(fēng)管穿墻、穿甲板等特殊位置對精度也有很高的要求，通風(fēng)系統(tǒng)的安裝定位精度控制難度很大，所有的精度要求疊加后形成的匹配性問題造成誤差累積，從而引發(fā)不可避免的修改問題。

基于修改成本、工期等因素，HVAC系統(tǒng)安裝過程中出現(xiàn)的精度問題，往往無法由系統(tǒng)自身完成調(diào)整或修改，此時從結(jié)構(gòu)支撐方面入手進(jìn)行修改成為最合理的選擇。

結(jié)構(gòu)支撐修改原則：

(1) 首先測量結(jié)構(gòu)支撐是否達(dá)到理論定位要求；

(2) 在結(jié)構(gòu)支撐沒有問題的前提下，優(yōu)先調(diào)整風(fēng)管定位；

(3) 當(dāng)風(fēng)管無法進(jìn)一步調(diào)整時，對結(jié)構(gòu)支撐梁進(jìn)行修改。

結(jié)構(gòu)支撐修改盡可能產(chǎn)生最小的動火和補(bǔ)漆工作，綜合考慮難度、成本、工期等因素來確定最終實(shí)施方案。以水平走向的風(fēng)管安裝為例，當(dāng)風(fēng)管就位后，支撐上下橫梁與風(fēng)管之間若存在間隙，推薦修改方案如下：當(dāng)承重橫梁與風(fēng)管間隙小于12 mm時，采用1～2層EPDM橡膠墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)[3]；當(dāng)間隙超過12 mm且不大于40 mm時，采用橫梁上焊接鋼板的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖8所示；當(dāng)間隙大于40 mm時，采用橫梁上焊接加高梁的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖9所示。

圖8 橫梁上焊接鋼墊板

圖9 橫梁上焊接加高梁

4 總 結(jié)

本文剖析了某LNG項(xiàng)目核心工藝模塊HVAC系統(tǒng)的風(fēng)管和結(jié)構(gòu)支撐的特點(diǎn)，從減少修改工作量、提高施工工效等方面考慮，對風(fēng)管及其結(jié)構(gòu)支撐的安裝施工進(jìn)行了探討，提出安裝精度控制、結(jié)構(gòu)支撐連接推薦做法，針對彎頭風(fēng)管段和口字型槽鋼框架支撐2種特殊位置的連接特點(diǎn)，給出合理的風(fēng)管和支撐安裝順序，提出的風(fēng)管預(yù)留管段施工方法能夠很好地提高和改善風(fēng)管安裝精度，最后對不可避免的結(jié)構(gòu)支撐修改給出了合理化建議。本研究內(nèi)容對LNG核心工藝模塊的建造，尤其對HVAC風(fēng)管和其結(jié)構(gòu)支撐的預(yù)制、安裝施工具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。