用積木(mu)搭建一(yi)棟自己設(she)(she)計的(de)房子，是不少人童年美好的(de)回(hui)憶。石油化(hua)(hua)工裝置也能(neng)像搭積木(mu)一(yi)樣(yang)建造起來。隨著計算機(ji)(ji)設(she)(she)計技術、施工機(ji)(ji)械化(hua)(hua)程度提高，現代化(hua)(hua)大型(xing)吊(diao)裝運輸能(neng)力不斷增強，模塊化(hua)(hua)設(she)(she)計、制造正在取代傳(chuan)統設(she)(she)計與傳(chuan)統現場施工。
模塊(kuai)化(hua)(hua)技術起源(yuan)于19世紀70年(nian)代，隨著(zhu)近些年(nian)數字化(hua)(hua)、智能化(hua)(hua)設(she)計(ji)手段的提高，模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計(ji)又被注入了新的因素。裝(zhuang)置模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計(ji)是(shi)通(tong)過集成(cheng)設(she)計(ji)，將(jiang)石油化(hua)(hua)工裝(zhuang)置按區域劃(hua)分成(cheng)若干可在制造(zao)廠或項目(mu)建設(she)場(chang)地內進行建造(zao)的模塊(kuai)，現場(chang)完(wan)成(cheng)組(zu)裝(zhuang)和連接，以(yi)最(zui)大限度(du)地減少項目(mu)現場(chang)施工量的設(she)計(ji)過程(cheng)。
浙(zhe)江至(zhi)德鋼業有限公司技術人員參(can)與負(fu)責設計(ji)(ji)的某國外工程采(cai)用(yong)模(mo)(mo)塊(kuai)化設計(ji)(ji)與施工，建(jian)設工期減(jian)少(shao)了(le)(le)50％，惡劣環境施工現(xian)場人員減(jian)少(shao)70％。壓力管(guan)道專業主導(dao)的模(mo)(mo)塊(kuai)化設計(ji)(ji)，在設計(ji)(ji)時(shi)將整套裝置分(fen)為了(le)(le)若干(gan)個(ge)模(mo)(mo)塊(kuai)，在異(yi)地獨立(li)的生產車間內(nei)，所有的設備、管(guan)道、儀表(biao)、電線等都在鋼結構的框架內(nei)進行預組(zu)裝，完成后被(bei)運往施工現(xian)場，與公用(yong)設施對接并(bing)進行拼裝。
1. 模塊化設計(ji)建造的優勢
模塊化設(she)計建造具有諸多優勢，包括工(gong)期短、施(shi)工(gong)現場人員少、施(shi)工(gong)效率與(yu)質(zhi)量可控性更好(hao)、施(shi)工(gong)安(an)全性更高等。
a. 工(gong)期(qi)短
傳(chuan)統建設(she)工(gong)(gong)程需要(yao)先完成建筑(zhu)工(gong)(gong)地(di)土(tu)建，再進(jin)行(xing)上方(fang)工(gong)(gong)廠管道(dao)建設(she)。而模(mo)塊化設(she)計建造，由于工(gong)(gong)廠在異地(di)車間預制(zhi)，土(tu)建和(he)管道(dao)建設(she)可(ke)以同時進(jin)行(xing)，因(yin)此能(neng)夠節省工(gong)(gong)期。
b. 施工效率高
這種異(yi)地車間預制在廠房(fang)內進(jin)行，不受天氣、環境(jing)等外界因(yin)素的(de)(de)影響，因(yin)此(ci)工人的(de)(de)工作(zuo)效率(lv)顯著提升，工程質(zhi)量(liang)也(ye)更高。傳統的(de)(de)裝置建造在雷(lei)雨天就得(de)暫停(ting)焊(han)接(jie)工作(zuo)，而廠房(fang)內則完全沒有這些因(yin)素的(de)(de)干擾(rao)，溫(wen)度、濕度得(de)到(dao)控(kong)制，還大大提高了焊(han)接(jie)的(de)(de)質(zhi)量(liang)。
c. 安全(quan)性(xing)高
預制(zhi)模式還免去了(le)不少(shao)安全(quan)和污染隱(yin)患，提高了(le)施工安全(quan)性。傳統建設工程需(xu)配置固定腳手架，施工人員爬上爬下有不少(shao)潛在風(feng)險。而車(che)間內(nei)預制(zhi)建造，減少(shao)了(le)固定腳手架。預制(zhi)車(che)間內(nei)還能(neng)進(jin)行(xing)管道自(zi)動(dong)焊接，沒有煙霧、減少(shao)噪(zao)聲。
2. 模(mo)塊(kuai)化設計的(de)特點
盡管模塊(kuai)化(hua)設(she)計建(jian)造好處較多(duo)，但想(xiang)要建(jian)成(cheng)一座模塊(kuai)化(hua)工廠著實不易。需要考慮(lv)設(she)計及模塊(kuai)化(hua)施工的限制很多(duo)，例如，石油(you)化(hua)工裝置(zhi)一些大型(xing)設(she)備無法分割成(cheng)能運(yun)輸(shu)(shu)的模塊(kuai)，一些高溫高壓劇毒(du)流體管道的模塊(kuai)化(hua)設(she)計也有較大的問題(ti)，特別是(shi)預制模塊(kuai)“最(zui)后兩公里(li)的陸路(lu)運(yun)輸(shu)(shu)條件”影響較大。
首先進行道(dao)路(lu)勘察，包括運輸時(shi)將(jiang)經(jing)過(guo)的輪船、碼頭、陸(lu)路(lu)等情(qing)況，在掌握模塊(kuai)制造、運輸、拼裝過(guo)程(cheng)中(zhong)的各(ge)項外界因素后，再著手(shou)設計。
模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)化設計(ji)中既要考慮裝(zhuang)置本(ben)身，也要考慮模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)(de)(de)分割問題。例(li)如，有的(de)(de)(de)裝(zhuang)置大型設備(bei)不(bu)能拆分，每個模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)設計(ji)都需(xu)符合運輸條件(jian)，模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)間的(de)(de)(de)連接也要盡量減少。模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)在(zai)吊裝(zhuang)、運輸中的(de)(de)(de)變形會(hui)對拼裝(zhuang)造成困難。需(xu)要全方位計(ji)算模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)(de)(de)受力條件(jian)，找(zhao)到(dao)精確(que)的(de)(de)(de)重心，從而結構專業可以精準設計(ji)鋼結構和模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)(de)(de)連接。
①. 裝(zhuang)置(zhi)應(ying)具備(bei)成熟的(de)工(gong)藝，在(zai)工(gong)藝流程(cheng)中將每個工(gong)藝單元劃分成若干具有完整工(gong)藝過程(cheng)功(gong)能的(de)區塊。機泵、換熱器等(deng)設備(bei)應(ying)盡(jin)量選擇(ze)體積小的(de)設備(bei)。如(ru)果設備(bei)尺(chi)寸較大無法滿足模塊布置(zhi)要(yao)求，則需進行設備(bei)拆分劃塊。
②. 將設(she)備、管(guan)道、電氣、儀(yi)表(biao)、平臺和(he)梯子等盡可能集中布置(zhi)在(zai)模塊(kuai)內。減少模塊(kuai)或模塊(kuai)組之間的(de)接口。
③. 設計時需(xu)滿足標準規范(fan)對安全、操作、維護和檢(jian)修等(deng)空間的要(yao)求(qiu)。管道設計還(huan)需(xu)考(kao)慮運輸、吊(diao)裝過程(cheng)中臨時加固措(cuo)施。泵、換熱器等(deng)設備(bei)和管道閥組等(deng)安裝在(zai)鋼結(jie)構底板上(shang)。
④. 每(mei)個模塊的尺寸需嚴格控制在最大(da)(da)尺寸和最大(da)(da)重量范圍內(nei)。將(jiang)超(chao)大(da)(da)設(she)(she)備整(zheng)體或(huo)局部單獨(du)視作一個模塊設(she)(she)計。例如，可(ke)將(jiang)加(jia)熱爐(lu)整(zheng)個爐(lu)體分為(wei)對(dui)流室(shi)、輻射室(shi)、余熱回(hui)收(shou)和煙囪等(deng)幾個模塊，有些平臺設(she)(she)計為(wei)可(ke)拆卸(xie)式平臺，以滿足運輸的要求(qiu)。
⑤. 模塊化設(she)計(ji)制圖，可采用三維(wei)或二(er)維(wei)軟件(jian)(jian)設(she)計(ji)。設(she)計(ji)文件(jian)(jian)以(yi)模塊為基本單位完成，文件(jian)(jian)編號細分到每個模塊。
⑥. 模(mo)塊內部的鋼結(jie)構(gou)以焊(han)接(jie)為主，模(mo)塊之間的鋼結(jie)構(gou)連接(jie)盡量(liang)采用螺栓(shuan)等形式連接(jie)，模(mo)塊中(zhong)的輔(fu)助(zhu)支承(cheng)構(gou)件、設(she)備管道(dao)的臨輔(fu)助(zhu)運輸時支承(cheng)件可采用螺栓(shuan)連接(jie)，以便于組裝就位后拆除。
⑦. 模塊(kuai)(kuai)之間管(guan)道(dao)(dao)連(lian)接處(chu)可采用(yong)法蘭或焊接連(lian)接，對于高溫、高壓(ya)、有毒和可燃介質管(guan)道(dao)(dao)宜采用(yong)焊接連(lian)接。模塊(kuai)(kuai)在制造廠(chang)內(nei)(nei)完(wan)(wan)成(cheng)模塊(kuai)(kuai)內(nei)(nei)部管(guan)道(dao)(dao)、結構涂裝，完(wan)(wan)成(cheng)設備和管(guan)道(dao)(dao)的無損檢(jian)驗、吹掃試壓(ya)、絕熱(re)涂漆、儀表及(ji)平臺安裝。模塊(kuai)(kuai)建造完(wan)(wan)成(cheng)后需(xu)對相鄰的模塊(kuai)(kuai)在制造廠(chang)內(nei)(nei)進行預(yu)拼裝，確保(bao)在項(xiang)目現場模塊(kuai)(kuai)的精準對接。
⑧. 模(mo)塊之間的儀表(biao)、電(dian)氣等電(dian)纜(lan)需在項(xiang)目現場(chang)完成。
3. 模(mo)塊化建造的過程(cheng)及問題
預制完成(cheng)后，數(shu)日的(de)海路(lu)、陸路(lu)運(yun)輸(shu)及運(yun)輸(shu)起吊期是對模塊結(jie)構的(de)一(yi)次嚴峻(jun)檢驗。避免(mian)吊裝時模塊變形。所有(you)的(de)模塊運(yun)到現場后，完成(cheng)整套裝置的(de)拼裝，所有(you)螺栓進行連接(jie)。
相(xiang)對于(yu)傳統裝(zhuang)置的(de)建設(she)模(mo)(mo)式(shi)，模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)設(she)計(ji)(ji)周期和模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)運(yun)輸時間有所延長，相(xiang)應(ying)增加制造模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)運(yun)輸防(fang)護、裝(zhuang)卸、鋼結構(gou)、防(fang)變形輔助支(zhi)承構(gou)件、大型吊裝(zhuang)等費(fei)用，從而(er)導致設(she)計(ji)(ji)、施工費(fei)用的(de)增加。因(yin)此，裝(zhuang)置是否采用模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)設(she)計(ji)(ji)還需充分考慮項目工程的(de)綜合造價和總體(ti)進度(du)。
在一(yi)些建設地(di)人(ren)工成本(ben)更高(gao)、氣候環境惡(e)劣的(de)地(di)區，壓力管道模塊化(hua)設計建造(zao)具有優(you)勢(shi)。對(dui)于(yu)一(yi)些工藝(yi)流程標(biao)準化(hua)程度較高(gao)的(de)石油化(hua)工裝置(zhi)，模塊化(hua)設計成為(wei)一(yi)種(zhong)理想(xiang)的(de)建造(zao)方案。
