用積(ji)木搭(da)建一棟自(zi)己(ji)設計(ji)(ji)的(de)房子，是不(bu)少人童年美好的(de)回憶。石(shi)油化工(gong)裝置(zhi)也能像搭(da)積(ji)木一樣建造(zao)起來。隨著計(ji)(ji)算(suan)機(ji)設計(ji)(ji)技術、施工(gong)機(ji)械化程度提高，現(xian)(xian)代化大型吊裝運輸(shu)能力不(bu)斷增強，模塊化設計(ji)(ji)、制造(zao)正在(zai)取代傳統設計(ji)(ji)與傳統現(xian)(xian)場(chang)施工(gong)。
模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)化(hua)(hua)技術(shu)起源于19世紀(ji)70年(nian)代，隨著近(jin)些年(nian)數字化(hua)(hua)、智能化(hua)(hua)設計(ji)手段的(de)提高(gao)，模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設計(ji)又被(bei)注入了新的(de)因素。裝(zhuang)置模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設計(ji)是通過集成(cheng)(cheng)(cheng)設計(ji)，將石油化(hua)(hua)工裝(zhuang)置按(an)區域劃分成(cheng)(cheng)(cheng)若干可在制造(zao)廠或項目建設場(chang)地(di)內進行建造(zao)的(de)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)，現(xian)場(chang)完成(cheng)(cheng)(cheng)組裝(zhuang)和(he)連接(jie)，以最大限度地(di)減(jian)少(shao)項目現(xian)場(chang)施工量的(de)設計(ji)過程。
浙江至德鋼業有限公(gong)司技術人員(yuan)參與負(fu)責設(she)(she)計(ji)(ji)的(de)(de)(de)某國外工(gong)(gong)程采用模(mo)(mo)塊化(hua)設(she)(she)計(ji)(ji)與施工(gong)(gong)，建(jian)設(she)(she)工(gong)(gong)期減少(shao)了(le)50％，惡劣環境(jing)施工(gong)(gong)現場人員(yuan)減少(shao)70％。壓力管道專(zhuan)業主導的(de)(de)(de)模(mo)(mo)塊化(hua)設(she)(she)計(ji)(ji)，在(zai)(zai)設(she)(she)計(ji)(ji)時將整套裝置(zhi)分為了(le)若干個(ge)模(mo)(mo)塊，在(zai)(zai)異地獨(du)立的(de)(de)(de)生產車間內，所有的(de)(de)(de)設(she)(she)備、管道、儀表、電線等(deng)都在(zai)(zai)鋼結(jie)構的(de)(de)(de)框(kuang)架內進(jin)行預組裝，完成后被運往(wang)施工(gong)(gong)現場，與公(gong)用設(she)(she)施對接并進(jin)行拼裝。
1. 模塊化設計建造的(de)優勢
模塊化(hua)設計建造具有諸多優(you)勢，包括工(gong)期(qi)短、施工(gong)現場人員少、施工(gong)效率與質量可控性更好、施工(gong)安全性更高(gao)等(deng)。
a. 工期(qi)短
傳統(tong)建(jian)設工程需要先完成建(jian)筑工地土建(jian)，再進行上方工廠管道(dao)建(jian)設。而模塊(kuai)化(hua)設計(ji)建(jian)造，由(you)于工廠在異地車間預制(zhi)，土建(jian)和管道(dao)建(jian)設可以同時(shi)進行，因此能夠(gou)節省工期。
b. 施(shi)工效(xiao)率高
這種(zhong)異地(di)車間預制在(zai)廠房(fang)內(nei)進行(xing)，不(bu)受天氣、環境等外界因(yin)素的影響(xiang)，因(yin)此工(gong)人的工(gong)作效(xiao)率顯(xian)著提升，工(gong)程(cheng)質(zhi)量也更高。傳統(tong)的裝(zhuang)置(zhi)建造在(zai)雷雨天就得(de)暫停焊接(jie)工(gong)作，而(er)廠房(fang)內(nei)則(ze)完全沒(mei)有(you)這些因(yin)素的干擾，溫度(du)、濕(shi)度(du)得(de)到控制，還大大提高了焊接(jie)的質(zhi)量。
c. 安全性高
預(yu)制(zhi)(zhi)模式還(huan)免去(qu)了(le)不少(shao)安全(quan)和(he)污染隱患，提高了(le)施(shi)工(gong)安全(quan)性。傳統建(jian)設(she)工(gong)程(cheng)需配(pei)置固(gu)定腳手(shou)架(jia)，施(shi)工(gong)人員爬上爬下有(you)不少(shao)潛在風險。而車間內預(yu)制(zhi)(zhi)建(jian)造(zao)，減少(shao)了(le)固(gu)定腳手(shou)架(jia)。預(yu)制(zhi)(zhi)車間內還(huan)能進行(xing)管道自動焊接，沒(mei)有(you)煙霧、減少(shao)噪聲。
2. 模塊(kuai)化(hua)設計(ji)的特點
盡(jin)管(guan)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設計建(jian)造(zao)好(hao)處較多，但想要建(jian)成一(yi)座(zuo)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)工廠著實不易(yi)。需(xu)要考慮設計及模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)施工的(de)限(xian)制(zhi)很多，例如，石油化(hua)(hua)工裝置一(yi)些(xie)(xie)大(da)型設備無法分割成能運(yun)輸的(de)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)，一(yi)些(xie)(xie)高溫高壓劇毒流體(ti)管(guan)道的(de)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設計也有(you)較大(da)的(de)問題，特別是預制(zhi)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)“最后兩公里的(de)陸(lu)路(lu)運(yun)輸條件”影(ying)響較大(da)。
首先進行道路勘察(cha)，包括運(yun)輸時將經過(guo)的(de)輪船、碼頭(tou)、陸(lu)路等(deng)情況，在掌握模塊制(zhi)造、運(yun)輸、拼裝過(guo)程中(zhong)的(de)各項外界因素后，再著手設計。
模(mo)塊(kuai)(kuai)化設(she)計中既要考(kao)慮裝置本身，也要考(kao)慮模(mo)塊(kuai)(kuai)的分割問(wen)題。例如，有的裝置大型設(she)備不能(neng)拆分，每個模(mo)塊(kuai)(kuai)設(she)計都(dou)需(xu)符合運輸(shu)條(tiao)件，模(mo)塊(kuai)(kuai)間的連(lian)接也要盡量減少。模(mo)塊(kuai)(kuai)在(zai)吊(diao)裝、運輸(shu)中的變形會(hui)對拼(pin)裝造成困難。需(xu)要全(quan)方(fang)位(wei)計算模(mo)塊(kuai)(kuai)的受力(li)條(tiao)件，找到精確(que)的重心(xin)，從而結構專業可以精準設(she)計鋼結構和模(mo)塊(kuai)(kuai)的連(lian)接。
①. 裝置(zhi)應具備成熟的(de)工(gong)藝，在工(gong)藝流程(cheng)中將每(mei)個工(gong)藝單元(yuan)劃分(fen)(fen)成若干具有完(wan)整工(gong)藝過程(cheng)功能(neng)的(de)區(qu)塊(kuai)。機泵、換熱器(qi)等(deng)設(she)(she)備應盡量選擇(ze)體積小的(de)設(she)(she)備。如果設(she)(she)備尺(chi)寸(cun)較大無法滿足(zu)模塊(kuai)布置(zhi)要求，則(ze)需(xu)進行設(she)(she)備拆分(fen)(fen)劃塊(kuai)。
②. 將設(she)備、管道、電氣、儀(yi)表、平臺和梯(ti)子等(deng)盡(jin)可能(neng)集(ji)中布置(zhi)在模(mo)塊(kuai)內。減少模(mo)塊(kuai)或模(mo)塊(kuai)組(zu)之間的接口。
③. 設(she)計(ji)(ji)時(shi)需滿足標準規范(fan)對安(an)全、操作、維護和檢(jian)修等(deng)空(kong)間的要求。管道(dao)設(she)計(ji)(ji)還需考慮運輸、吊裝(zhuang)過(guo)程中臨時(shi)加固措施(shi)。泵(beng)、換熱器等(deng)設(she)備和管道(dao)閥組等(deng)安(an)裝(zhuang)在鋼結構底板上(shang)。
④. 每(mei)個模(mo)塊(kuai)的尺(chi)寸需(xu)嚴格控制在(zai)最大尺(chi)寸和最大重量(liang)范圍內。將超大設備整體(ti)(ti)或局部單獨視(shi)作一(yi)個模(mo)塊(kuai)設計。例如(ru)，可將加(jia)熱爐整個爐體(ti)(ti)分為對流室(shi)、輻射室(shi)、余熱回收和煙(yan)囪等幾個模(mo)塊(kuai)，有些平臺設計為可拆卸式平臺，以滿(man)足運輸(shu)的要求。
⑤. 模塊(kuai)化設(she)計制圖，可采(cai)用三維或二維軟件設(she)計。設(she)計文件以模塊(kuai)為基(ji)本(ben)單位完成，文件編號細分到(dao)每(mei)個模塊(kuai)。
⑥. 模塊內(nei)部(bu)的鋼結構(gou)以(yi)(yi)焊接(jie)為主，模塊之間的鋼結構(gou)連接(jie)盡量采用(yong)螺(luo)(luo)栓(shuan)等形式連接(jie)，模塊中(zhong)的輔助支承構(gou)件、設備管道的臨輔助運輸時(shi)支承件可采用(yong)螺(luo)(luo)栓(shuan)連接(jie)，以(yi)(yi)便于組裝就位后(hou)拆(chai)除。
⑦. 模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)之間管道連(lian)接處可采用(yong)(yong)法蘭或焊(han)(han)接連(lian)接，對(dui)于(yu)高溫、高壓、有(you)毒和可燃(ran)介(jie)質(zhi)管道宜采用(yong)(yong)焊(han)(han)接連(lian)接。模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)在制造(zao)(zao)廠內完成模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)內部管道、結構涂裝，完成設備(bei)和管道的無損檢驗、吹掃試壓、絕熱涂漆(qi)、儀表及平臺安裝。模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)建(jian)造(zao)(zao)完成后需對(dui)相鄰(lin)的模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)在制造(zao)(zao)廠內進行預拼(pin)裝，確(que)保在項目現(xian)場(chang)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)的精準對(dui)接。
⑧. 模塊之間(jian)的儀(yi)表(biao)、電氣等電纜需在項目(mu)現場(chang)完(wan)成。
3. 模(mo)塊化建造(zao)的(de)過程及問(wen)題
預制(zhi)完(wan)成后(hou)，數(shu)日的(de)海(hai)路(lu)、陸(lu)路(lu)運(yun)輸及運(yun)輸起吊期是對模(mo)塊(kuai)結構的(de)一(yi)次嚴峻(jun)檢驗。避免吊裝時模(mo)塊(kuai)變形。所有的(de)模(mo)塊(kuai)運(yun)到現場(chang)后(hou)，完(wan)成整套裝置的(de)拼裝，所有螺栓進(jin)行連接。
相對(dui)于傳統裝(zhuang)置的建設(she)(she)模(mo)(mo)(mo)式，模(mo)(mo)(mo)塊化設(she)(she)計(ji)周期和模(mo)(mo)(mo)塊運輸時間有所(suo)延長，相應(ying)增加(jia)制造(zao)模(mo)(mo)(mo)塊的運輸防護、裝(zhuang)卸、鋼結構、防變形輔助支承構件、大型吊裝(zhuang)等費用(yong)，從而導(dao)致設(she)(she)計(ji)、施工費用(yong)的增加(jia)。因(yin)此(ci)，裝(zhuang)置是否(fou)采(cai)用(yong)模(mo)(mo)(mo)塊化設(she)(she)計(ji)還需充分考慮(lv)項目工程的綜合造(zao)價和總體進度。
在一(yi)些(xie)建設地人工成(cheng)本更高、氣候環(huan)境惡劣的(de)地區，壓(ya)力管(guan)道模塊(kuai)化(hua)設計建造具有優勢。對(dui)于一(yi)些(xie)工藝流程標(biao)準(zhun)化(hua)程度較高的(de)石(shi)油化(hua)工裝置，模塊(kuai)化(hua)設計成(cheng)為一(yi)種理(li)想的(de)建造方案。
