用(yong)積木搭建一棟自己設(she)計(ji)(ji)的房子，是(shi)不(bu)少人童年(nian)美好的回憶。石油(you)化工(gong)裝置也(ye)能像(xiang)搭積木一樣建造(zao)起來。隨著計(ji)(ji)算機(ji)設(she)計(ji)(ji)技術、施工(gong)機(ji)械化程度提高，現代(dai)化大型吊裝運輸能力(li)不(bu)斷增強，模(mo)塊化設(she)計(ji)(ji)、制造(zao)正在取代(dai)傳統(tong)設(she)計(ji)(ji)與傳統(tong)現場施工(gong)。
模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)技術起源(yuan)于19世紀70年代，隨著近些年數字化(hua)、智能化(hua)設(she)(she)計(ji)手段的提高(gao)，模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)(she)計(ji)又被注入了新的因(yin)素。裝(zhuang)置模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)(she)計(ji)是通(tong)過集成(cheng)設(she)(she)計(ji)，將石油化(hua)工裝(zhuang)置按區域劃(hua)分成(cheng)若干(gan)可(ke)在制(zhi)造廠或項(xiang)(xiang)目(mu)建設(she)(she)場地內進(jin)行(xing)建造的模(mo)(mo)塊(kuai)，現場完成(cheng)組裝(zhuang)和連接，以最(zui)大限(xian)度地減少項(xiang)(xiang)目(mu)現場施工量的設(she)(she)計(ji)過程。
浙江(jiang)至德鋼業(ye)有(you)限公(gong)司技術(shu)人員(yuan)參與(yu)負責設(she)計(ji)(ji)的(de)某國外工(gong)(gong)程采(cai)用模(mo)塊化(hua)設(she)計(ji)(ji)與(yu)施(shi)工(gong)(gong)，建設(she)工(gong)(gong)期減少了50％，惡劣環境施(shi)工(gong)(gong)現(xian)場人員(yuan)減少70％。壓力管(guan)道專(zhuan)業(ye)主導的(de)模(mo)塊化(hua)設(she)計(ji)(ji)，在設(she)計(ji)(ji)時將整套(tao)裝置分為了若(ruo)干個模(mo)塊，在異地獨立(li)的(de)生產車間內(nei)，所有(you)的(de)設(she)備、管(guan)道、儀表(biao)、電線等都在鋼結構(gou)的(de)框架內(nei)進(jin)行預組裝，完成后被(bei)運(yun)往(wang)施(shi)工(gong)(gong)現(xian)場，與(yu)公(gong)用設(she)施(shi)對接并進(jin)行拼裝。
1. 模塊化設計建造的優勢(shi)
模塊化設計建造具有諸多優勢，包括工(gong)期短、施工(gong)現(xian)場人員(yuan)少、施工(gong)效率與質量可控性(xing)(xing)更好(hao)、施工(gong)安全性(xing)(xing)更高等(deng)。
a. 工期短
傳統建設(she)工程(cheng)需(xu)要(yao)先完(wan)成建筑工地土建，再進(jin)行上方工廠(chang)管(guan)道建設(she)。而模塊化設(she)計建造(zao)，由于工廠(chang)在異(yi)地車間預制，土建和管(guan)道建設(she)可以同(tong)時(shi)進(jin)行，因此(ci)能夠(gou)節省(sheng)工期。
b. 施(shi)工效率高
這(zhe)種異地車間預制在(zai)廠房(fang)內進行(xing)，不受天氣(qi)、環境等外界因素(su)的(de)影響，因此工(gong)人的(de)工(gong)作效率顯著提升，工(gong)程(cheng)質(zhi)量也更高(gao)。傳(chuan)統的(de)裝置建(jian)造在(zai)雷雨天就(jiu)得(de)暫(zan)停焊接(jie)(jie)工(gong)作，而(er)廠房(fang)內則完全沒(mei)有這(zhe)些因素(su)的(de)干擾，溫度、濕度得(de)到控制，還大(da)大(da)提高(gao)了焊接(jie)(jie)的(de)質(zhi)量。
c. 安全性高
預(yu)制(zhi)模式還免(mian)去了(le)不少安全(quan)和污染隱患，提高了(le)施工(gong)安全(quan)性。傳統建(jian)設(she)工(gong)程需(xu)配置固(gu)定腳(jiao)手(shou)(shou)架(jia)，施工(gong)人員爬上爬下(xia)有(you)不少潛在風險。而(er)車間內(nei)預(yu)制(zhi)建(jian)造，減少了(le)固(gu)定腳(jiao)手(shou)(shou)架(jia)。預(yu)制(zhi)車間內(nei)還能進行管道自動焊接，沒有(you)煙霧、減少噪聲。
2. 模塊化設(she)計(ji)的特點
盡管模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計(ji)建(jian)造(zao)好處較(jiao)多，但想要建(jian)成(cheng)一(yi)座模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)工(gong)廠(chang)著實不易(yi)。需要考慮設(she)計(ji)及模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)施工(gong)的(de)限制很(hen)多，例如，石油化(hua)(hua)工(gong)裝置一(yi)些大(da)型設(she)備無法(fa)分(fen)割(ge)成(cheng)能運輸的(de)模(mo)(mo)塊(kuai)，一(yi)些高(gao)溫高(gao)壓劇毒流體管道的(de)模(mo)(mo)塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計(ji)也有較(jiao)大(da)的(de)問題，特(te)別是預制模(mo)(mo)塊(kuai)“最后兩(liang)公里的(de)陸路(lu)運輸條件”影響(xiang)較(jiao)大(da)。
首先進行道(dao)路勘察(cha)，包括(kuo)運(yun)輸時(shi)將經過(guo)的輪船、碼頭、陸路等情況，在掌握模塊制造、運(yun)輸、拼裝(zhuang)過(guo)程中的各項外界因素(su)后，再著手設計。
模塊化(hua)設(she)計中既要考慮裝置本身，也要考慮模塊的(de)(de)(de)分(fen)割問題。例如，有的(de)(de)(de)裝置大型設(she)備(bei)不能(neng)拆分(fen)，每個模塊設(she)計都需符合(he)運(yun)(yun)輸條件(jian)，模塊間(jian)的(de)(de)(de)連接也要盡量減少。模塊在吊裝、運(yun)(yun)輸中的(de)(de)(de)變形(xing)會對拼裝造(zao)成困難。需要全方位計算模塊的(de)(de)(de)受力條件(jian)，找到精(jing)確的(de)(de)(de)重心(xin)，從(cong)而結構專業(ye)可以精(jing)準設(she)計鋼結構和模塊的(de)(de)(de)連接。
①. 裝置應(ying)具(ju)(ju)備(bei)(bei)成熟的工(gong)藝(yi)(yi)，在工(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)中將每個工(gong)藝(yi)(yi)單元劃(hua)分成若干具(ju)(ju)有完(wan)整工(gong)藝(yi)(yi)過(guo)程(cheng)功(gong)能的區塊(kuai)。機泵、換(huan)熱器等設(she)備(bei)(bei)應(ying)盡量選(xuan)擇體積(ji)小(xiao)的設(she)備(bei)(bei)。如果設(she)備(bei)(bei)尺(chi)寸較大無(wu)法滿(man)足模塊(kuai)布置要求，則需進行設(she)備(bei)(bei)拆分劃(hua)塊(kuai)。
②. 將(jiang)設備(bei)、管道、電氣(qi)、儀表(biao)、平臺(tai)和梯(ti)子等盡可能集中(zhong)布(bu)置在模(mo)塊(kuai)內。減少模(mo)塊(kuai)或模(mo)塊(kuai)組(zu)之間(jian)的接口。
③. 設(she)(she)計時(shi)需滿足標準(zhun)規范對安(an)(an)全、操作、維護和檢修等空間的要求。管(guan)道設(she)(she)計還(huan)需考(kao)慮運(yun)輸、吊裝(zhuang)過程(cheng)中臨時(shi)加固措施(shi)。泵(beng)、換熱器(qi)等設(she)(she)備和管(guan)道閥組等安(an)(an)裝(zhuang)在鋼結構底板上。
④. 每個(ge)模(mo)塊的尺寸需嚴格控制在最大尺寸和最大重(zhong)量范圍內。將(jiang)超大設(she)(she)備(bei)整(zheng)體或局部單獨視作一個(ge)模(mo)塊設(she)(she)計。例如，可將(jiang)加(jia)熱爐整(zheng)個(ge)爐體分(fen)為對流室(shi)、輻(fu)射室(shi)、余熱回收和煙(yan)囪等幾個(ge)模(mo)塊，有些平臺(tai)設(she)(she)計為可拆卸(xie)式平臺(tai)，以(yi)滿足運輸的要求。
⑤. 模(mo)塊(kuai)化設(she)計制圖，可采用三(san)維或二維軟件設(she)計。設(she)計文件以模(mo)塊(kuai)為基本單位完成，文件編(bian)號細分到每個模(mo)塊(kuai)。
⑥. 模(mo)塊內(nei)部的鋼(gang)結(jie)構以焊接(jie)(jie)為主(zhu)，模(mo)塊之間的鋼(gang)結(jie)構連接(jie)(jie)盡量采用(yong)螺栓等形式連接(jie)(jie)，模(mo)塊中的輔助支承(cheng)(cheng)構件(jian)、設備管道的臨輔助運輸時支承(cheng)(cheng)件(jian)可采用(yong)螺栓連接(jie)(jie)，以便(bian)于組裝就位后拆除。
⑦. 模(mo)塊之間管道(dao)連(lian)接(jie)(jie)處可采(cai)用(yong)法蘭或焊接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)，對于高溫(wen)、高壓、有毒和(he)可燃介質管道(dao)宜采(cai)用(yong)焊接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)。模(mo)塊在制(zhi)造廠內完(wan)成(cheng)模(mo)塊內部管道(dao)、結構涂裝(zhuang)，完(wan)成(cheng)設備和(he)管道(dao)的無損(sun)檢驗、吹掃試壓、絕熱涂漆、儀(yi)表及(ji)平(ping)臺安(an)裝(zhuang)。模(mo)塊建造完(wan)成(cheng)后(hou)需對相鄰的模(mo)塊在制(zhi)造廠內進行預拼裝(zhuang)，確(que)保(bao)在項目現場(chang)模(mo)塊的精(jing)準對接(jie)(jie)。
⑧. 模塊之間的儀表(biao)、電氣等(deng)電纜需(xu)在項目現場完成。
3. 模塊化(hua)建造(zao)的(de)過程(cheng)及問題
預制完成后，數日(ri)的(de)(de)海路(lu)、陸路(lu)運輸(shu)(shu)及運輸(shu)(shu)起(qi)吊期是對模(mo)塊結(jie)構的(de)(de)一次嚴峻檢驗。避免(mian)吊裝時模(mo)塊變形。所有(you)的(de)(de)模(mo)塊運到現(xian)場后，完成整套裝置(zhi)的(de)(de)拼裝，所有(you)螺栓(shuan)進行連接。
相對(dui)于傳(chuan)統(tong)裝(zhuang)(zhuang)置的建(jian)設(she)(she)模式，模塊(kuai)化設(she)(she)計周期和(he)模塊(kuai)運輸(shu)時間有所延長(chang)，相應增(zeng)加制造(zao)模塊(kuai)的運輸(shu)防護(hu)、裝(zhuang)(zhuang)卸、鋼結(jie)構、防變形輔(fu)助支承構件、大型吊裝(zhuang)(zhuang)等費用(yong)，從而導致設(she)(she)計、施工(gong)(gong)費用(yong)的增(zeng)加。因此，裝(zhuang)(zhuang)置是否采用(yong)模塊(kuai)化設(she)(she)計還需充(chong)分(fen)考慮項目工(gong)(gong)程(cheng)的綜合造(zao)價和(he)總體(ti)進度(du)。
在(zai)一些建設(she)地(di)人工(gong)成(cheng)本更高(gao)、氣候環境(jing)惡劣的地(di)區，壓力管道模塊(kuai)化設(she)計(ji)建造具(ju)有優勢。對(dui)于一些工(gong)藝(yi)流程標準化程度較高(gao)的石油化工(gong)裝置，模塊(kuai)化設(she)計(ji)成(cheng)為(wei)一種理想的建造方案(an)。
