湯晟

中國石油化工股份有限公司西北油田分公司

“五化”是油氣田地面工程建設(shè)模式的一種創(chuàng)新，內(nèi)容包括標準化設(shè)計、工廠化預(yù)制、模塊化施工、機械化作業(yè)、信息化管理?！拔寤敝g緊密相連，環(huán)環(huán)相扣，是一個有機的整體[1]。與傳統(tǒng)工程建設(shè)模式相比，“五化”建設(shè)模式具有施工效率大幅提高、項目組織及管理更簡易有效、作業(yè)安全性更高、工程質(zhì)量更加可靠、工程建設(shè)周期更短等優(yōu)勢[2]。當前，中石化西北油田分公司提出了建設(shè)“順北智能化油氣田”的發(fā)展目標，順北五號聯(lián)合站作為分公司上游油氣處理功能最齊全、自動化程度最高的大型聯(lián)合站，大力推進“五化”建設(shè)模式成為油田智能化發(fā)展的必然選擇。

1 工程概況

順北五號聯(lián)合站地處塔克拉瑪干沙漠北緣，順北油氣田1號、5號斷裂帶之間，距沙雅縣城約86 km，地處偏遠，環(huán)境溫差極大，夏季氣溫高達40℃，冬季氣溫低至-29 ℃，且該區(qū)域?qū)儆诘湫偷牧魃硡^(qū)，年平均沙塵暴天氣達50 天，揚沙天氣多達90天，沙丘年移動速度達20～30 m，自然環(huán)境極為惡劣。聯(lián)合站設(shè)計原油處理規(guī)模100×104t/a，天然氣處理規(guī)模3.8×108m3/a，污水處理規(guī)模1 500 m3/d，主體工程分為原油處理區(qū)、天然氣處理區(qū)及輔助生產(chǎn)區(qū)，包括原油脫水、原油穩(wěn)定、天然氣脫硫、脫水及輕烴回收、污水處理、輕烴液化氣及原油儲存、天然氣外輸?shù)?4 個工藝單元。工程立足于實現(xiàn)順北區(qū)塊百萬噸產(chǎn)能建設(shè)，針對順北油氣田環(huán)境惡劣、施工難度大、設(shè)計與施工技術(shù)要求高、建設(shè)工期緊、安全風險高等特點，以打造中石化“五化”示范工程為目標，積極推進“五化”建設(shè)模式。

2 “五化”建設(shè)成效

順北五號聯(lián)合站地面工程建設(shè)結(jié)合現(xiàn)場實際，積極探索，大膽實踐，充分發(fā)揮“五化”建設(shè)模式優(yōu)勢，加強設(shè)計、預(yù)制、施工、機械和信息各專業(yè)的深度融合與協(xié)作配合[3]，工程建設(shè)效率、質(zhì)量穩(wěn)步提升，工程投資得到有效控制，施工現(xiàn)場管理水平得到進一步提高，“五化”建設(shè)成效顯著。

2.1 標準化設(shè)計成果豐碩

順北五號聯(lián)合站以“六個統(tǒng)一”為核心實施標準化設(shè)計。在工藝流程上，站內(nèi)原油、天然氣及采出水等處理單元核心工藝充分利用標準化設(shè)計，實現(xiàn)了工藝路線及控制邏輯統(tǒng)一，標準化流程占比90%，設(shè)計效率提高近30%。在設(shè)備選型上，對于非標設(shè)備，統(tǒng)一設(shè)備規(guī)格，實現(xiàn)了不同處理規(guī)模的系列化設(shè)計，形成了塔器、容器等方面43 類成果；對于物資采購，統(tǒng)一設(shè)備選型，優(yōu)化物資分類，工程356 項物資中，236 項實現(xiàn)了標準化框架采購，標準化采購占比66.3%。在工藝選材上，按照“源頭防、重管控”的思路，通過材料、防腐專項論證，形成了7大類14小類工藝選材標準。

在平面布局上，考慮順北油氣田碳酸鹽巖油藏滾動開發(fā)特征，采用列裝化設(shè)計理念，按照“油預(yù)留、氣列裝”建設(shè)，在解決聯(lián)合站后期擴建位置的同時，站場占地面積由0.249 km2優(yōu)化為0.182 km2，減小22%。在站場設(shè)計上，5 大工藝單元實現(xiàn)模塊化設(shè)計，62臺設(shè)備中有50臺形成了22個橇裝一體化模塊，模塊化率達80.6%，縮短設(shè)計周期約30%。在視覺形象上，根據(jù)功能單元及規(guī)模，確定11 種典型的功能處理平面布置，統(tǒng)一了建筑物、構(gòu)筑物、圍墻等5類建筑元素的外觀、標識及內(nèi)飾標準化風格。

在標準化設(shè)計過程中，構(gòu)建了一套較為完備的工藝、設(shè)備定型圖庫，編制了包含統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定、定型設(shè)備庫、配管數(shù)據(jù)庫及標準、技術(shù)規(guī)格書、計算書、站場標準化視覺風格等137項技術(shù)文件。標準化設(shè)計的成功開展為工程后續(xù)工廠化預(yù)制、模塊化施工、機械化作業(yè)及數(shù)字化管理打下了堅實的基礎(chǔ)[4]。

2.2 工廠化預(yù)制能力顯著增強

順北五號聯(lián)工程采用“東、西部預(yù)制+市場化預(yù)制”的聯(lián)合作業(yè)模式，新建標準化西部預(yù)制廠1座，廠區(qū)面積達0.22×104m2，預(yù)制能力最大可達1.0×104t/a。全站累計預(yù)制管道直徑達2.794×106mm、非標容器56 臺、橇塊21 套、球罐4 座。其中，管道預(yù)制（圖1）采用三維二次加工設(shè)計，細化管道管件、閥門位置及管段長度，最大化管道預(yù)制深度，且首次采用全自動化焊接技術(shù)，焊接效率顯著提高；非標容器預(yù)制（圖2）采用統(tǒng)一排版排料、數(shù)控自動卷制，分段同步預(yù)制與檢測，整體熱處理、試壓、出廠；在管道預(yù)制與非標容器預(yù)制的基礎(chǔ)上，預(yù)組裝成橇，并開展氣密性以及強度試驗，檢驗合格后出廠；球罐球殼板采用“數(shù)控+雙割炬柔性導(dǎo)軌法”下料預(yù)制。

圖1 管道預(yù)制現(xiàn)場Fig.1 Pipe prefabrication site

圖2 非標容器預(yù)制現(xiàn)場Fig.2 Prefabrication site of non-standard vessels

在工廠化預(yù)制施工過程中，建立并完善與工廠化預(yù)制相關(guān)的安全、質(zhì)量、生產(chǎn)等管理制度4 項，制定操作崗位規(guī)范8項，新購數(shù)控軟件50余套，增加自動化設(shè)備30 余件，工廠信息化管理水平顯著提高，預(yù)制能力明顯增強[5]。

2.3 施工周期明顯縮短

以站場模塊化及設(shè)備橇裝化為基礎(chǔ)，以機械化作業(yè)為手段，聯(lián)合站工程大量采用模塊化施工技術(shù)，形成了“工廠預(yù)制、現(xiàn)場橇裝、整體拼裝、分段施工”的模塊化建設(shè)模式[5]（圖3），現(xiàn)場機械化作業(yè)率達到80%，實現(xiàn)了作業(yè)面布置、施工工序的最優(yōu)化，場地平行施工、交叉施工有序開展，現(xiàn)場安裝工作量減少50%，現(xiàn)場人工時節(jié)約30%，建設(shè)周期縮短30%。

圖3 工廠化預(yù)制模塊Fig.3 Factory prefabricated module

同時，項目團隊創(chuàng)新應(yīng)用“IPMT+工程監(jiān)理一體化+EPC”項目管理模式，使團隊管理目標更加一致，管理專業(yè)化程度和效率得到明顯提升，工作管理更加協(xié)調(diào)高效，工程設(shè)計、預(yù)制、采購、施工之間整合度和契合度明顯提升，施工等待期、調(diào)整期明顯縮短，工序銜接更為流暢，基本實現(xiàn)了工廠預(yù)制“不滯留”，進站“不落地”安裝，大大縮短了施工周期。

2.4 工程質(zhì)量顯著提高

通過采用標準化設(shè)計、工廠化預(yù)制、模塊化施工以及機械化作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及施工條件得到明顯改善，施工工序標準化、工程管理精細化、施工現(xiàn)場樣板化水平得到進一步提升，高空作業(yè)、深基坑作業(yè)、受限空間作業(yè)、交叉作業(yè)等危險作業(yè)面顯著減少，總體實現(xiàn)了設(shè)備、材料合格率100%，單項工程合格率100%，焊接一次合格率98%以上，工程質(zhì)量驗收合格率100%。

2.5 信息化管理有序推進

項目管理方面，在整個工程建設(shè)階段，初步完成數(shù)字化交付系統(tǒng)和工程建設(shè)一體化信息管理平臺開發(fā)，實現(xiàn)了建設(shè)期數(shù)據(jù)和建設(shè)期工作流程的系統(tǒng)信息管理，初步實現(xiàn)工程建設(shè)一體化線上、線下同步管理。

設(shè)計管理方面，在工程設(shè)計階段，考慮生產(chǎn)數(shù)據(jù)、安防數(shù)據(jù)全采集，順北生產(chǎn)應(yīng)急指揮中心設(shè)立了SCADA 系統(tǒng)，通過全面感知物聯(lián)網(wǎng)對整個區(qū)塊進行實時監(jiān)視、控制、預(yù)警和分析。設(shè)計完成后進行數(shù)字化交付，從而以工程建設(shè)期地面工程數(shù)字化交付為先導(dǎo)，以運維期的數(shù)字化運營為依托，打造全面感知、自動操作、輔助預(yù)測決策的智能化油氣田[6-7]（圖4）。

圖4 全生命周期數(shù)字化管理Fig.4 Digital management of full life-cycle

施工管理方面，通過安裝模型EP3D 二次設(shè)計、數(shù)字化交互等，首次實現(xiàn)焊口自動編號，拆分組合，進行有序排產(chǎn)；首次實現(xiàn)站內(nèi)自動采集焊接過程數(shù)據(jù)，自動校驗焊接工藝執(zhí)行情況，從源頭控制焊接質(zhì)量；首次實現(xiàn)EP3D 自動化管線下料等施工數(shù)據(jù)自動化采集等，材料管理精準度大大提升。并且，將施工進度與三維模型進行關(guān)聯(lián)，通過模型變色，實時跟蹤施工進度，優(yōu)化施工策略與施工工序。

現(xiàn)場管理方面，通過安排部署標準化工地，利用視頻監(jiān)控遠傳化，智能門禁系統(tǒng)等，實現(xiàn)安全設(shè)施標準化、視頻監(jiān)控智能化、人員入場實名化、工序安全標準化，大大提升了現(xiàn)場管理的信息化水平。

3 提升“五化”建設(shè)水平的途徑

當前，國內(nèi)三大石油公司在油氣田地面建設(shè)工程中積極推行“五化”建設(shè)模式，取得了顯著成效，形成了一大批“五化”建設(shè)成果，但就整體而言，“五化”建設(shè)水平還存在較大的提升空間，需要在工程實踐中不斷探索、總結(jié)和提高。提升“五化”建設(shè)水平可從發(fā)揮標準化設(shè)計的基礎(chǔ)和龍頭作用、提升工廠化預(yù)制能力、提高模塊化施工水平、推廣機械化作業(yè)、加強信息化建設(shè)、創(chuàng)新管理模式等途徑實現(xiàn)[3]。

（1）發(fā)揮標準化設(shè)計的基礎(chǔ)和龍頭作用。標準化設(shè)計是“五化”的基礎(chǔ)和龍頭，是工廠化預(yù)制、模塊化施工的先決條件。標準化設(shè)計水平的提高需要在制定統(tǒng)一的設(shè)計數(shù)據(jù)標準前提下，建立統(tǒng)一的設(shè)計體系和作業(yè)平臺，實現(xiàn)標準化設(shè)計成果的存儲、分類、調(diào)用、共享、二次設(shè)計、優(yōu)化及不斷更新，不斷突破模塊化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)[3，8]。

（2）提升工廠化預(yù)制能力。工廠化預(yù)制是實施模塊化建設(shè)的前提。提升工廠化預(yù)制能力需要優(yōu)化預(yù)制工廠的作業(yè)和管理程序，優(yōu)化作業(yè)區(qū)布置，不斷提高預(yù)制工廠的二次加工設(shè)計能力，提升預(yù)制工廠信息化管理及設(shè)備自動化水平，加強大型及精細化程度高的模塊預(yù)制組裝技術(shù)及產(chǎn)品檢驗技術(shù)研發(fā)與引進，從而不斷提高工廠預(yù)制的加工深度和精度[9]。

（3）提高模塊化施工水平。相比于傳統(tǒng)建設(shè)模式，模塊化建設(shè)具有增強施工安全性、提高工程質(zhì)量、縮短工程周期、節(jié)約工程投資等優(yōu)點。建立完善模塊化施工標準規(guī)范、作業(yè)程序和工法（如大型模塊吊裝作業(yè)程序、模塊精準對接作業(yè)程序及技術(shù)等），充分發(fā)揮工廠化預(yù)制與模塊化施工的異地協(xié)同優(yōu)勢，做到工廠預(yù)制與模塊施工的無縫銜接是提高模塊化施工水平的關(guān)鍵[10]。

（4）推廣機械化作業(yè)。機械化作業(yè)的全面推廣是提高工程質(zhì)量、縮短施工周期的重要手段，是工廠化預(yù)制及模塊式施工的必然選擇。當前，加強大型化、智能化、多功能化機械化設(shè)備的引進及研發(fā)，規(guī)范機械化作業(yè)組織管理及作業(yè)程序，普及先進小型工具的使用是提高機械化作業(yè)率的主要手段。

（5）加強信息化建設(shè)。信息化管理貫穿工程建設(shè)始終，是建設(shè)施工各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)統(tǒng)一、高效運轉(zhuǎn)的有力保障。當前，信息化建設(shè)需要運用云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用等先進技術(shù)，應(yīng)建立適應(yīng)項目全生命周期的信息化管理平臺，推進工程建設(shè)物資編碼技術(shù)的應(yīng)用，以實現(xiàn)工程項目數(shù)字化移交以及智能化運營[3，11]。

（6）創(chuàng)新項目管理模式。構(gòu)建工程項目全流程管理體系，建立工程項目管理總體流程、業(yè)務(wù)管理流程以及作業(yè)處理流程是實現(xiàn)“五化”協(xié)調(diào)統(tǒng)一、無縫銜接、真正發(fā)揮“五化”建設(shè)優(yōu)勢的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語

“五化”建設(shè)模式是建設(shè)高質(zhì)量工程的需要，是適應(yīng)工程建設(shè)市場發(fā)展的需要，必將成為今后的主流工程建設(shè)模式?！拔寤钡膶嵤┦且豁椣到y(tǒng)工程，實施難度大，時間跨度長，工作任務(wù)重。油氣田地面建設(shè)系統(tǒng)必須緊跟時代潮流，銳意進取，積極實踐，勇于創(chuàng)新，不斷深化改革，積極推進“五化”建設(shè)模式的完善與發(fā)展，才能在工程建設(shè)模式改革過程中增強競爭力與創(chuàng)造力。