用積木(mu)搭(da)(da)建一棟自(zi)己設(she)計的房子，是不少人童年美好的回憶。石油化工(gong)裝置也能像搭(da)(da)積木(mu)一樣建造起來。隨著計算(suan)機設(she)計技術、施工(gong)機械化程度提高(gao)，現(xian)代化大(da)型吊(diao)裝運輸能力不斷(duan)增強，模塊化設(she)計、制造正在取(qu)代傳統設(she)計與傳統現(xian)場施工(gong)。
模塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)技術起源于19世紀70年代(dai)，隨著近些(xie)年數字化(hua)(hua)、智能(neng)化(hua)(hua)設計(ji)手段的(de)(de)提高，模塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設計(ji)又被注入了新的(de)(de)因(yin)素。裝(zhuang)(zhuang)置模塊(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設計(ji)是通過(guo)集(ji)成設計(ji)，將(jiang)石油化(hua)(hua)工裝(zhuang)(zhuang)置按區域劃分成若干可在制造(zao)(zao)廠或項目建(jian)設場地內進(jin)行建(jian)造(zao)(zao)的(de)(de)模塊(kuai)(kuai)，現場完成組裝(zhuang)(zhuang)和連接(jie)，以最大限度地減少項目現場施工量的(de)(de)設計(ji)過(guo)程。
浙江至德(de)鋼(gang)業有限(xian)公司(si)技術人員參與負責設(she)計(ji)(ji)的某國外工(gong)程(cheng)采(cai)用(yong)模(mo)塊化(hua)設(she)計(ji)(ji)與施(shi)工(gong)，建設(she)工(gong)期減少了50％，惡劣環(huan)境施(shi)工(gong)現場人員減少70％。壓力管(guan)道專業主(zhu)導的模(mo)塊化(hua)設(she)計(ji)(ji)，在設(she)計(ji)(ji)時(shi)將整套裝(zhuang)置分為(wei)了若干個(ge)模(mo)塊，在異地獨(du)立的生產車(che)間內，所有的設(she)備、管(guan)道、儀表(biao)、電線等都在鋼(gang)結構的框架內進行預組裝(zhuang)，完(wan)成(cheng)后被(bei)運(yun)往施(shi)工(gong)現場，與公用(yong)設(she)施(shi)對接并進行拼裝(zhuang)。
1. 模塊化設計建造的優勢(shi)
模(mo)塊化設計(ji)建(jian)造(zao)具(ju)有諸(zhu)多優勢(shi)，包括工(gong)期短、施(shi)工(gong)現場人員少、施(shi)工(gong)效率與(yu)質量可(ke)控性更好(hao)、施(shi)工(gong)安全性更高等(deng)。
a. 工(gong)期短
傳統建(jian)設(she)(she)工(gong)(gong)(gong)程需要先完成(cheng)建(jian)筑(zhu)工(gong)(gong)(gong)地土建(jian)，再進(jin)行上(shang)方(fang)工(gong)(gong)(gong)廠管(guan)道建(jian)設(she)(she)。而(er)模(mo)塊化設(she)(she)計建(jian)造，由于工(gong)(gong)(gong)廠在異地車間預制，土建(jian)和管(guan)道建(jian)設(she)(she)可以(yi)同時進(jin)行，因(yin)此能夠節省工(gong)(gong)(gong)期。
b. 施(shi)工效率高
這種(zhong)異地車間(jian)預制(zhi)在廠(chang)房(fang)內進行，不(bu)受天氣、環境等外界(jie)因素(su)的(de)影響，因此工(gong)(gong)人的(de)工(gong)(gong)作效(xiao)率顯著提升，工(gong)(gong)程質量(liang)也更高。傳統(tong)的(de)裝置建造(zao)在雷雨天就得(de)暫停焊(han)接(jie)(jie)工(gong)(gong)作，而(er)廠(chang)房(fang)內則完全沒有(you)這些因素(su)的(de)干擾，溫度、濕度得(de)到(dao)控(kong)制(zhi)，還大大提高了焊(han)接(jie)(jie)的(de)質量(liang)。
c. 安全性(xing)高
預(yu)制(zhi)模式還免(mian)去了不少(shao)安全(quan)和污染隱患，提(ti)高了施(shi)工安全(quan)性。傳統建(jian)設工程需配置固定(ding)腳(jiao)(jiao)手架(jia)，施(shi)工人員(yuan)爬上爬下有不少(shao)潛在風(feng)險。而車間內預(yu)制(zhi)建(jian)造，減(jian)少(shao)了固定(ding)腳(jiao)(jiao)手架(jia)。預(yu)制(zhi)車間內還能進行(xing)管道(dao)自動焊接(jie)，沒(mei)有煙(yan)霧、減(jian)少(shao)噪聲。
2. 模塊化設(she)計的特點
盡管模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化設(she)計建造好處較(jiao)多(duo)，但(dan)想要建成(cheng)一座(zuo)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化工廠著實不(bu)易(yi)。需要考慮設(she)計及模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化施工的(de)限(xian)制(zhi)很(hen)多(duo)，例如(ru)，石油(you)化工裝置一些大型設(she)備(bei)無(wu)法(fa)分割成(cheng)能運(yun)(yun)輸(shu)的(de)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)，一些高(gao)溫高(gao)壓劇毒流(liu)體管道的(de)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)化設(she)計也有較(jiao)大的(de)問題，特別是預制(zhi)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)“最(zui)后(hou)兩(liang)公里(li)的(de)陸路運(yun)(yun)輸(shu)條件”影響較(jiao)大。
首(shou)先(xian)進行道路(lu)勘察，包括運(yun)輸(shu)時(shi)將經過(guo)的(de)輪船、碼頭、陸路(lu)等(deng)情況，在掌握模塊制造、運(yun)輸(shu)、拼裝過(guo)程(cheng)中的(de)各項外界因素后(hou)，再著手設計。
模(mo)塊化設(she)計中既要(yao)考慮裝(zhuang)置(zhi)本身(shen)，也(ye)要(yao)考慮模(mo)塊的(de)(de)分割(ge)問題。例如，有的(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)大型設(she)備(bei)不能(neng)拆分，每個模(mo)塊設(she)計都(dou)需符合(he)運(yun)(yun)輸(shu)條(tiao)件，模(mo)塊間的(de)(de)連(lian)(lian)接(jie)也(ye)要(yao)盡量減少(shao)。模(mo)塊在吊(diao)裝(zhuang)、運(yun)(yun)輸(shu)中的(de)(de)變形會對(dui)拼(pin)裝(zhuang)造(zao)成困(kun)難(nan)。需要(yao)全方位(wei)計算模(mo)塊的(de)(de)受(shou)力條(tiao)件，找到精(jing)確的(de)(de)重(zhong)心，從(cong)而結(jie)構專業(ye)可以(yi)精(jing)準設(she)計鋼(gang)結(jie)構和(he)模(mo)塊的(de)(de)連(lian)(lian)接(jie)。
①. 裝(zhuang)置(zhi)應(ying)具備成熟的工藝(yi)，在工藝(yi)流程(cheng)中將每個(ge)工藝(yi)單元劃分成若干具有(you)完(wan)整工藝(yi)過(guo)程(cheng)功能的區塊(kuai)。機泵(beng)、換熱器等(deng)設備應(ying)盡(jin)量(liang)選擇體積小(xiao)的設備。如果設備尺寸(cun)較大無法滿足模塊(kuai)布置(zhi)要求，則需(xu)進行(xing)設備拆分劃塊(kuai)。
②. 將設備(bei)、管道、電氣(qi)、儀表、平臺和梯子等盡可能(neng)集中布置在模(mo)塊(kuai)內。減(jian)少模(mo)塊(kuai)或模(mo)塊(kuai)組之間的接口(kou)。
③. 設計時需(xu)滿足標準規范對(dui)安(an)全、操作、維護和檢修等空間的要(yao)求。管道設計還(huan)需(xu)考慮(lv)運輸、吊裝過程中臨(lin)時加固措施。泵(beng)、換熱器(qi)等設備和管道閥組等安(an)裝在鋼結構(gou)底板上(shang)。
④. 每個(ge)模(mo)塊的(de)(de)尺寸(cun)需嚴格(ge)控制(zhi)在最(zui)大尺寸(cun)和最(zui)大重量范(fan)圍內。將超大設備整(zheng)體或局部單獨視(shi)作一(yi)個(ge)模(mo)塊設計。例(li)如，可將加熱爐整(zheng)個(ge)爐體分(fen)為對流室(shi)、輻射室(shi)、余熱回收和煙(yan)囪等幾(ji)個(ge)模(mo)塊，有些平(ping)臺設計為可拆卸(xie)式(shi)平(ping)臺，以滿足運輸的(de)(de)要求(qiu)。
⑤. 模(mo)塊化設計(ji)制(zhi)圖，可采用三(san)維或二維軟件(jian)(jian)設計(ji)。設計(ji)文(wen)件(jian)(jian)以(yi)模(mo)塊為基本(ben)單位(wei)完成，文(wen)件(jian)(jian)編號細分(fen)到每個(ge)模(mo)塊。
⑥. 模(mo)塊(kuai)(kuai)內部的鋼結構以(yi)焊接為主，模(mo)塊(kuai)(kuai)之間的鋼結構連接盡量采用(yong)螺(luo)栓等形(xing)式連接，模(mo)塊(kuai)(kuai)中的輔助支承構件、設備管道的臨輔助運輸時支承件可采用(yong)螺(luo)栓連接，以(yi)便于組裝就位后(hou)拆(chai)除。
⑦. 模(mo)(mo)塊之(zhi)間管道(dao)連接(jie)處(chu)可采(cai)用法蘭或焊(han)接(jie)連接(jie)，對(dui)于高溫、高壓(ya)、有毒和可燃介(jie)質管道(dao)宜采(cai)用焊(han)接(jie)連接(jie)。模(mo)(mo)塊在(zai)(zai)制造廠內(nei)完成模(mo)(mo)塊內(nei)部管道(dao)、結構(gou)涂裝，完成設備和管道(dao)的(de)無損檢驗、吹(chui)掃試壓(ya)、絕熱涂漆、儀表及平臺安裝。模(mo)(mo)塊建造完成后需對(dui)相鄰(lin)的(de)模(mo)(mo)塊在(zai)(zai)制造廠內(nei)進行(xing)預拼裝，確保在(zai)(zai)項目(mu)現場模(mo)(mo)塊的(de)精準對(dui)接(jie)。
⑧. 模塊之(zhi)間的儀表、電氣等電纜需在項目現場(chang)完(wan)成。
3. 模塊化建造(zao)的過(guo)程及(ji)問(wen)題
預制完(wan)成后，數日的(de)海路、陸(lu)路運(yun)輸及運(yun)輸起吊期是對模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)結構的(de)一(yi)次嚴峻檢驗(yan)。避免吊裝時模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)變形(xing)。所有的(de)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)運(yun)到現場后，完(wan)成整套裝置的(de)拼(pin)裝，所有螺栓(shuan)進行連接。
相(xiang)對于(yu)傳統裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)建(jian)設(she)模(mo)式，模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設(she)計(ji)(ji)周期和模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)運(yun)輸(shu)時間(jian)有所延長，相(xiang)應增加制(zhi)造(zao)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)運(yun)輸(shu)防護、裝(zhuang)(zhuang)卸、鋼結構、防變(bian)形輔助支(zhi)承構件(jian)、大型吊裝(zhuang)(zhuang)等(deng)費用(yong)，從而導致設(she)計(ji)(ji)、施(shi)工費用(yong)的(de)(de)增加。因此，裝(zhuang)(zhuang)置是否采用(yong)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)化(hua)(hua)設(she)計(ji)(ji)還需充分考慮項目工程(cheng)的(de)(de)綜合造(zao)價(jia)和總(zong)體進度。
在一(yi)些(xie)建設地(di)人工成本更高、氣候(hou)環(huan)境惡劣(lie)的(de)地(di)區，壓力(li)管道(dao)模塊化設計(ji)建造具有優勢。對(dui)于一(yi)些(xie)工藝流程標準(zhun)化程度較高的(de)石油化工裝置，模塊化設計(ji)成為一(yi)種(zhong)理(li)想的(de)建造方案。
