用積木搭建一棟自(zi)己設計(ji)(ji)的房(fang)子，是(shi)不(bu)少(shao)人童年美好(hao)的回(hui)憶。石油化工裝置也能(neng)像(xiang)搭積木一樣建造起來。隨著計(ji)(ji)算(suan)機設計(ji)(ji)技術、施(shi)工機械化程(cheng)度(du)提高，現(xian)代(dai)化大型(xing)吊裝運(yun)輸能(neng)力不(bu)斷增強，模塊(kuai)化設計(ji)(ji)、制造正在取代(dai)傳(chuan)統(tong)設計(ji)(ji)與傳(chuan)統(tong)現(xian)場施(shi)工。
模塊(kuai)化(hua)技(ji)術起(qi)源(yuan)于19世紀70年代，隨著近些(xie)年數字化(hua)、智(zhi)能化(hua)設(she)(she)計手段的提(ti)高，模塊(kuai)化(hua)設(she)(she)計又被(bei)注入了新的因素。裝置模塊(kuai)化(hua)設(she)(she)計是(shi)通過集(ji)成(cheng)(cheng)設(she)(she)計，將石(shi)油化(hua)工裝置按區域劃(hua)分(fen)成(cheng)(cheng)若干可在制造(zao)廠或項目建設(she)(she)場(chang)地內(nei)進行建造(zao)的模塊(kuai)，現場(chang)完成(cheng)(cheng)組裝和連(lian)接，以最大限度地減少項目現場(chang)施工量的設(she)(she)計過程。
浙江至德鋼業有(you)限公(gong)司(si)技術(shu)人員(yuan)參與負責設計的(de)某(mou)國外工(gong)程采(cai)用(yong)模塊(kuai)(kuai)化(hua)設計與施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)，建設工(gong)期減(jian)(jian)少了50％，惡劣環境施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)現場人員(yuan)減(jian)(jian)少70％。壓力管道(dao)專業主導的(de)模塊(kuai)(kuai)化(hua)設計，在設計時(shi)將整套裝置分為了若(ruo)干(gan)個模塊(kuai)(kuai)，在異地獨立(li)的(de)生產車(che)間內(nei)，所有(you)的(de)設備、管道(dao)、儀表、電(dian)線等都在鋼結構的(de)框架內(nei)進行(xing)預組裝，完成后被運往施(shi)(shi)(shi)(shi)工(gong)現場，與公(gong)用(yong)設施(shi)(shi)(shi)(shi)對接并進行(xing)拼(pin)裝。
1. 模塊化設計建造的(de)優勢
模塊化設計(ji)建造具(ju)有諸(zhu)多(duo)優勢(shi)，包括工期短、施(shi)(shi)工現(xian)場(chang)人員少、施(shi)(shi)工效率(lv)與(yu)質(zhi)量可(ke)控性(xing)更好、施(shi)(shi)工安全(quan)性(xing)更高(gao)等。
a. 工期短
傳統建(jian)設(she)工程需要(yao)先(xian)完(wan)成(cheng)建(jian)筑工地土建(jian)，再進(jin)行(xing)上方工廠管(guan)道建(jian)設(she)。而模塊化設(she)計建(jian)造，由于(yu)工廠在異地車間預制，土建(jian)和(he)管(guan)道建(jian)設(she)可以同時進(jin)行(xing)，因此能夠節省工期。
b. 施工(gong)效(xiao)率高
這(zhe)種異地車(che)間(jian)預制(zhi)在(zai)廠房(fang)內進行，不受天氣、環境(jing)等外界因素的(de)影響，因此工(gong)(gong)人的(de)工(gong)(gong)作效率顯著提升，工(gong)(gong)程質量也更高。傳統的(de)裝置建造在(zai)雷雨(yu)天就得暫停焊接工(gong)(gong)作，而廠房(fang)內則(ze)完(wan)全沒有這(zhe)些因素的(de)干擾，溫度、濕度得到控制(zhi)，還大大提高了焊接的(de)質量。
c. 安全(quan)性高
預制(zhi)模(mo)式還(huan)(huan)免(mian)去了(le)不少(shao)(shao)安(an)(an)全(quan)和污染隱(yin)患，提(ti)高了(le)施工安(an)(an)全(quan)性(xing)。傳(chuan)統建設(she)工程需配置固定(ding)腳手(shou)(shou)架(jia)，施工人員爬上爬下有(you)不少(shao)(shao)潛在風險。而(er)車間內(nei)預制(zhi)建造，減少(shao)(shao)了(le)固定(ding)腳手(shou)(shou)架(jia)。預制(zhi)車間內(nei)還(huan)(huan)能進行(xing)管道自(zi)動焊接，沒有(you)煙霧、減少(shao)(shao)噪聲。
2. 模(mo)塊(kuai)化設計的特點
盡管模(mo)塊(kuai)化設計(ji)(ji)(ji)建造好處較多，但想(xiang)要建成一座模(mo)塊(kuai)化工(gong)廠著(zhu)實不易(yi)。需要考(kao)慮(lv)設計(ji)(ji)(ji)及模(mo)塊(kuai)化施(shi)工(gong)的限制很(hen)多，例如，石油化工(gong)裝置一些大(da)型(xing)設備無法分割成能運輸的模(mo)塊(kuai)，一些高(gao)溫高(gao)壓(ya)劇(ju)毒流體管道的模(mo)塊(kuai)化設計(ji)(ji)(ji)也有較大(da)的問題，特別是預制模(mo)塊(kuai)“最(zui)后(hou)兩公里的陸路運輸條(tiao)件”影響較大(da)。
首先進行道路勘(kan)察，包括運輸時將經過的(de)輪船、碼頭、陸路等(deng)情況，在掌握模塊制(zhi)造、運輸、拼裝過程(cheng)中的(de)各項外(wai)界因素后，再著手設(she)計。
模(mo)塊(kuai)化設計中既要考(kao)慮裝置(zhi)本(ben)身，也要考(kao)慮模(mo)塊(kuai)的(de)分割問(wen)題(ti)。例如，有的(de)裝置(zhi)大型設備不(bu)能(neng)拆(chai)分，每個模(mo)塊(kuai)設計都需符(fu)合運輸(shu)條(tiao)件，模(mo)塊(kuai)間的(de)連(lian)(lian)接也要盡量減少(shao)。模(mo)塊(kuai)在吊裝、運輸(shu)中的(de)變形會對拼裝造成困難。需要全方(fang)位計算模(mo)塊(kuai)的(de)受力條(tiao)件，找到精(jing)確的(de)重心，從而結(jie)構專業可以精(jing)準設計鋼結(jie)構和模(mo)塊(kuai)的(de)連(lian)(lian)接。
①. 裝置(zhi)應具備(bei)成熟的工(gong)藝(yi)(yi)，在工(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)(cheng)中將(jiang)每個(ge)工(gong)藝(yi)(yi)單元劃分成若干具有完(wan)整工(gong)藝(yi)(yi)過程(cheng)(cheng)功能(neng)的區塊(kuai)。機泵、換熱器等設(she)備(bei)應盡量選擇體(ti)積小的設(she)備(bei)。如(ru)果設(she)備(bei)尺(chi)寸較大無(wu)法滿足模塊(kuai)布(bu)置(zhi)要(yao)求，則需進行設(she)備(bei)拆分劃塊(kuai)。
②. 將(jiang)設備、管道(dao)、電氣、儀表、平臺和梯子(zi)等盡可能集中布置(zhi)在模(mo)塊內(nei)。減少模(mo)塊或模(mo)塊組之間的接口。
③. 設(she)計時需滿足標準規范(fan)對安全(quan)、操(cao)作、維護(hu)和(he)檢修(xiu)等空間(jian)的要(yao)求。管(guan)道設(she)計還需考慮運輸、吊(diao)裝過(guo)程中臨時加(jia)固措(cuo)施。泵(beng)、換熱器等設(she)備和(he)管(guan)道閥(fa)組等安裝在鋼結構底板上。
④. 每(mei)個(ge)(ge)模塊的(de)尺寸需嚴格(ge)控(kong)制(zhi)在(zai)最大(da)尺寸和(he)最大(da)重量范(fan)圍(wei)內。將(jiang)超大(da)設備整體或局部單獨視作一(yi)個(ge)(ge)模塊設計。例(li)如，可(ke)將(jiang)加熱爐整個(ge)(ge)爐體分為對(dui)流室(shi)、輻射室(shi)、余熱回收和(he)煙(yan)囪等幾個(ge)(ge)模塊，有些(xie)平臺設計為可(ke)拆卸式平臺，以滿(man)足運輸的(de)要求。
⑤. 模(mo)(mo)塊(kuai)化設計制圖，可采用三維或二維軟件設計。設計文(wen)件以模(mo)(mo)塊(kuai)為基(ji)本單位(wei)完成(cheng)，文(wen)件編號(hao)細分(fen)到每個(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)。
⑥. 模塊內部(bu)的(de)鋼(gang)結(jie)構(gou)以焊接為主，模塊之間的(de)鋼(gang)結(jie)構(gou)連(lian)(lian)接盡(jin)量采(cai)用螺栓(shuan)等形式(shi)連(lian)(lian)接，模塊中(zhong)的(de)輔助支承構(gou)件、設備管道的(de)臨輔助運(yun)輸時支承件可(ke)采(cai)用螺栓(shuan)連(lian)(lian)接，以便于(yu)組裝就位后拆除。
⑦. 模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)之間管道連(lian)接(jie)(jie)處可采用(yong)法蘭(lan)或焊(han)接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)，對(dui)于高溫(wen)、高壓、有毒和可燃介(jie)質管道宜(yi)采用(yong)焊(han)接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)。模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)在制(zhi)造(zao)廠(chang)內(nei)完成(cheng)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)內(nei)部(bu)管道、結(jie)構(gou)涂裝，完成(cheng)設備和管道的無損檢驗、吹掃試(shi)壓、絕熱涂漆、儀(yi)表(biao)及(ji)平(ping)臺安裝。模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)建造(zao)完成(cheng)后需(xu)對(dui)相(xiang)鄰的模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)在制(zhi)造(zao)廠(chang)內(nei)進行預(yu)拼(pin)裝，確保在項目現(xian)場模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)的精準對(dui)接(jie)(jie)。
⑧. 模塊之間(jian)的儀(yi)表、電氣等電纜需在項(xiang)目(mu)現場完成。
3. 模塊化建(jian)造的過程及(ji)問題(ti)
預制完成后，數日的海路、陸(lu)路運(yun)輸(shu)及運(yun)輸(shu)起吊(diao)期是(shi)對模(mo)塊結構的一次嚴峻檢驗。避免吊(diao)裝時模(mo)塊變形。所有的模(mo)塊運(yun)到現(xian)場后，完成整套裝置(zhi)的拼裝，所有螺(luo)栓進行連接。
相(xiang)對于(yu)傳(chuan)統裝(zhuang)置(zhi)的建(jian)設(she)模(mo)式，模(mo)塊(kuai)(kuai)化設(she)計(ji)周期和模(mo)塊(kuai)(kuai)運(yun)輸時(shi)間有所(suo)延長，相(xiang)應增加制造模(mo)塊(kuai)(kuai)的運(yun)輸防(fang)護、裝(zhuang)卸、鋼結(jie)構、防(fang)變(bian)形輔助支承構件(jian)、大型吊(diao)裝(zhuang)等(deng)費(fei)用(yong)，從而導致設(she)計(ji)、施工(gong)費(fei)用(yong)的增加。因此，裝(zhuang)置(zhi)是否采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)(kuai)化設(she)計(ji)還需充(chong)分考慮項目工(gong)程的綜(zong)合造價和總體進度(du)。
在一些建(jian)設地(di)(di)人(ren)工(gong)成(cheng)本更高、氣候環境惡劣的(de)地(di)(di)區(qu)，壓力管道模塊化(hua)設計建(jian)造具有優勢。對于一些工(gong)藝(yi)流程標準化(hua)程度較高的(de)石油化(hua)工(gong)裝置，模塊化(hua)設計成(cheng)為一種理想的(de)建(jian)造方(fang)案。
