易高清洁能源管理服务（西安）有限公司 陕西西安 710000
摘要：模块化建设是相对传统的现场施工，演化和发展起来的一种全新的建设理念，在传统的LNG加气站建设中，工艺设备及土建设施均需要在现场安装及施工，部件零碎工序繁杂，现场安全、工程质量及进度均不能保证，随着近几年工艺设备模块化的设计与制造，现场施工工程量大幅减少，既保证了设备的安装质量，也加快了安装进度；在土建方面由于站房及辅助用房构造简单，也有建设单位通过模块化设计，将站房及辅助用房的功能及布局固定，利用钢结构可在工厂预制的特点，将梁、柱、屋面及隔墙预制成整体，在现场进行拼装，但受建筑理念、认知及造价的限制，相对模块化预制化应用程度低。
关键词：LNG加气站、全橇装LNG加气设备、潜液泵橇、储罐橇
引言
随着LNG加气站建设规模及数量的增加，设备生产厂家为提高产品的竞争力和现场安装的质量和进度，根据设备的功能将其分割为若干单元，按单元将设备模块化，如原本需要在现场分别安装的泵、汽化器、管道及阀门等在工厂集成在一个橇内，现场只需要对几个模块或橇体进行连接便完成一个站的设备安装，即分体式橇装工艺设备，在此基础上，还设计及制造出全橇式LNG加气设备；在土建方面，集团型或建造数量较多的企业，为统一加气站的建设模式及视觉形象，并加快项目建设进度，将土建站房及辅助设施进行了设计的“标准化、规范化”，即为土建设施的模块化奠定了基础。
1、模块化在工艺设备中的应用
1.1分体式橇装设备的模块化应用
根据LNG加气站各设备功能的不同，将工艺设备主要分为3个模块，第一个为LNG存储模块，以卧式储罐为例，其构成主要有LNG储罐、阀门、辅助安全系统及基础等，为减少土建基础施工量，并满足潜液泵进液所需要的压差，设备厂家将储罐基础设计为钢结构形式，并在工厂预制成整体输运到现场，安装在混凝土筏板基础上，相对传统的土建施工做法，储罐基础一般设计为现浇混凝土独立基础，在地基处理完成后，开挖基坑、绑扎钢筋并固定模板，而钢结构基础一般设计为筏板，相对减少了开挖的深度及模板固定的工程量，如下图为带钢结构基础的储存模块：
图1 LNG储罐撬
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剩余部分为LNG潜液泵橇及加气机，泵橇将LNG潜液泵、卸车\储罐增压器、EAG加热器、控制部件、管道及阀门集中在一个橇体上。首先，设备生产厂家根据不同等级的加气站，将潜液泵及气化器及其他部件组合在一起，设计成形式通用的泵橇，整体在工厂制造，减少在现场焊接及安装的工程量，工厂标准化的制造工艺及检验程序保证了橇体的安装质量。其次，工艺设备模块化后，加气站建设企业可以在项目开始建造前集中采购批量订货，减少设备供货等待时间；再次，模块化后的泵橇体积缩小，使加气站围堰内的工艺设备占地面积减少，对地形或布局紧凑的加气站无疑是一种优势。模块化之后，橇内需要控制的阀门及部件相对集中，各指示仪表及紧急停车装置集中设置在仪表盘面上，方便工作人员记录及操作。
LNG加气机在传统的建设模式下，厂家便将工艺控制及电控部分均集中在一个箱体内，即已经模块化，故在之后的发展过程中在未有大的变化，如下图为潜液泵橇模块：
图2 LNG潜液泵撬
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1.2全橇装LNG加气工艺设备模块
全橇装LNG加气设备是在分体式橇装设备的基础上发展而来，根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012 第9.1.3A对箱式LNG橇装设备的规定，LNG橇装设备主体应包覆橇体上的设备，故通过厂家的设计，将所有的工艺设备均集成在一个模块内，布局紧凑占用空间小。在设计及制造时，将LNG储罐、卸车\储罐增压器、EAG加热器、加气机及控制模块等集中在一个箱体内。以一座三级全橇装LNG加气站为例，通过厂家的设计，设备的长度基本控制在20米以内，宽度4.0米左右，若只满足加气功能且无外观装饰的情况下，设备运达现场吊装在预制好的基础上后，无需再对工艺设备及管道进行安装，将现场已预留好的电气及控制线与设备联通，整个设备便能达到调试状态，极大的缩减了设备现场安装的工程量。设备全橇装之后，土建基础设计为筏板，工程量及施工程序相对卧式储罐的独立基础也相对简单，如下图为全橇装LNG设备模块：
图3 全橇装LNG设备外观图
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2、模块化在土建工程中的应用
2.1 站房模块化
加气站的建设进入规模化及快速建设期后，为极大的缩短建设周期，降低气候及现场施工的制约，工艺设备已橇装化、模块化，相对可压缩的施工期有限，相反土建站房及辅助设施的施工，成为制约加气站快速建设的障碍，为解决这一制约，首先从站房设计着手，在保证站内正常生产的前提下，对需要的房间按功能及面积进行排列，在功能间确定的情况下将各房间顺序及布局标准化，即从设计上使站房模块化。在不同的总平面布置中，站房位置根据需要可以移动，但内部功能间结构保持不变。若遇到某些特殊站型，不需要其中一个或多个功能间，可将该功能间从站房模块中去除，其余功能间的顺序和布局保持不变。在站房设计模块化标准化后，后期的装修及办公家具均可以提前设计及购置，使工序衔接紧凑，减少工序间的等待，以此缩短工期。
站房设计模块化标准化后，如何在站房的建设中缩短工期，减少现场的施工时间，通过借鉴工艺设备的模块化及预制化思路，即将站房也预制化。目前市面上虽有集装箱式站房，但受建筑模数、运输条件、防火等级、使用舒适性及实用性等限制，在加气站的建设中应用较少。
根据加气站的站房建设规模及面积，目前大多建设者是采用一层建筑，占地面积小，可考虑使用轻钢结构站房，设计、外观及安全等同于传统的土建站房，但主要构件如立柱、梁、墙体及屋顶可在工厂预制，并根据建筑及装修规范要求，部分构件的的防火、装饰一并在工厂制作，现场进行拼装，减少现场混凝土及砌筑的施工量，如下图为模块化站房的现场组装图：
图4 预制化站房现场组装过程
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2.2 辅助设施模块化
加气站的辅助设施主要有供水、供电及消防灭火系统，LNG加气站一般建设在高速、国道或省道旁，可依托的市政配套资源有限，为保证站内正常运行，供电大多需要自建变压器，国内箱式变压器使用广泛且技术成熟，在城市中随处可见，故供电部分可由箱变解决，而箱变如同工艺设备一样，厂家为减少在现场组装的工作量，大多在工厂已安装齐备，只需在现场预留电缆沟及砌筑基础，箱变即可安装，箱变如同一个供电模块可解决加气站的供电。
供水再无市政管道的条件下，一般只能在站内打井。对有消防系统的加气站，建设消防泵房及水池费时较多，在南部城市或冬季无需保暖的地区，可考虑使用消防水罐代替消防水池，减少现场开挖及回填，而且混凝土浇筑需要大量的钢筋绑扎及模板支撑，耗费大量人力及物力。消防水池后期在使用中，常因地基沉降或建造时防水施工方法或措施不当，会出现渗漏，给站内消防安全带来隐患。维修时需要抽水晾干后重新做防水，工作人员还需要进入池内，存在施工的安全隐患，并且工序及施工繁琐且质量并不能保证，故在有条件的地区，建议使用消防水罐代替土建消防水池，如下图为地上消防水罐及消防泵等设施模块图。
图5 消防水罐及消防设施模块图
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结束语
1）在LNG加气站的建设中，工艺设备已基本实现标准化模块化，但土建方面的模块化程度较低，而且大多建造商或设计院，对站房及辅助设施的模块化认识不足，进而不能有效的推广应用，影响加气站的建设进度及质量。
2）设备的模块化及工厂预制，使原本在现场的焊接及检验在工厂车间内完成，减少现场的工作量，保证了设备的安装质量及精度，故在其他天然气建设项目中也可推广应用。
3）受气候影响较大的地区，在设计及建造时应考虑增加模块化及工厂预制化的应用，减少因雨季或冬期停工而造成工期延误，使建设项目能尽快投入运营。
参考文献：
[1]刘俊、李大勇、李朝阳，模块化设计、建造在某LNG项目中的应用，天然气与石油 2019（05）；
[2]杜建峰，模块化LNG加气站设计探究，中国贸易化工2014（24）163 1674-5167；
作者简介：张文辉 1981.7 男 学位：学士 毕业学校及专业：中北大学 化学工程与工艺 主要从事天然气相关的工程设计、建设技术管理，公司：易高清洁能源管理服务（西安）有限公司。