用積木搭建一(yi)棟自己設(she)(she)計(ji)的房(fang)子，是不少(shao)人童年美好(hao)的回(hui)憶。石(shi)油化(hua)(hua)工(gong)(gong)裝置也能(neng)像搭積木一(yi)樣建造起來(lai)。隨著計(ji)算機設(she)(she)計(ji)技術(shu)、施(shi)工(gong)(gong)機械化(hua)(hua)程度提(ti)高，現(xian)代化(hua)(hua)大型吊裝運輸能(neng)力(li)不斷(duan)增強，模塊化(hua)(hua)設(she)(she)計(ji)、制造正在取代傳(chuan)統設(she)(she)計(ji)與(yu)傳(chuan)統現(xian)場(chang)施(shi)工(gong)(gong)。
模(mo)塊化技術(shu)起(qi)源于19世紀(ji)70年(nian)代，隨著近些年(nian)數字化、智能化設計(ji)(ji)手段的提高(gao)，模(mo)塊化設計(ji)(ji)又被注入了新(xin)的因素。裝(zhuang)置模(mo)塊化設計(ji)(ji)是通過(guo)集成(cheng)設計(ji)(ji)，將石油化工(gong)裝(zhuang)置按區域劃(hua)分成(cheng)若干(gan)可在制造廠(chang)或項目(mu)建(jian)設場地(di)內進(jin)行建(jian)造的模(mo)塊，現場完成(cheng)組裝(zhuang)和連接，以最大限度(du)地(di)減少項目(mu)現場施(shi)工(gong)量的設計(ji)(ji)過(guo)程。
浙江至德鋼業有(you)限公司技術(shu)人員(yuan)參與(yu)負責設(she)(she)計(ji)的(de)(de)某國外工(gong)程采用模(mo)塊化設(she)(she)計(ji)與(yu)施(shi)工(gong)，建(jian)設(she)(she)工(gong)期減(jian)少了50％，惡劣環境施(shi)工(gong)現(xian)場(chang)人員(yuan)減(jian)少70％。壓力管(guan)(guan)道專業主(zhu)導的(de)(de)模(mo)塊化設(she)(she)計(ji)，在設(she)(she)計(ji)時將(jiang)整套(tao)裝(zhuang)置(zhi)分為了若干個模(mo)塊，在異地獨立的(de)(de)生產車(che)間內(nei)，所有(you)的(de)(de)設(she)(she)備(bei)、管(guan)(guan)道、儀表、電線等都在鋼結構的(de)(de)框架(jia)內(nei)進行預(yu)組裝(zhuang)，完成后被(bei)運往(wang)施(shi)工(gong)現(xian)場(chang)，與(yu)公用設(she)(she)施(shi)對接(jie)并(bing)進行拼裝(zhuang)。
1. 模(mo)塊(kuai)化設計建造的優勢
模塊(kuai)化(hua)設計建造具(ju)有諸多優勢，包(bao)括工(gong)期短(duan)、施(shi)工(gong)現場(chang)人(ren)員少、施(shi)工(gong)效率與質量可(ke)控性(xing)更好(hao)、施(shi)工(gong)安全性(xing)更高等(deng)。
a. 工期短
傳統建(jian)(jian)設(she)工(gong)(gong)(gong)(gong)程需要先(xian)完成(cheng)建(jian)(jian)筑工(gong)(gong)(gong)(gong)地土(tu)建(jian)(jian)，再(zai)進行(xing)上方工(gong)(gong)(gong)(gong)廠管道建(jian)(jian)設(she)。而(er)模塊化(hua)設(she)計建(jian)(jian)造，由于工(gong)(gong)(gong)(gong)廠在(zai)異地車間預制(zhi)，土(tu)建(jian)(jian)和(he)管道建(jian)(jian)設(she)可以同時(shi)進行(xing)，因此能夠節(jie)省(sheng)工(gong)(gong)(gong)(gong)期。
b. 施工(gong)效率高(gao)
這(zhe)種異地車間預制在(zai)廠(chang)房(fang)內(nei)進行，不受天氣(qi)、環境等外(wai)界因素的影響，因此工人的工作效率顯著(zhu)提(ti)升，工程質量也(ye)更高。傳統的裝置建(jian)造在(zai)雷雨天就得暫停焊接(jie)工作，而廠(chang)房(fang)內(nei)則完全沒有(you)這(zhe)些因素的干擾(rao)，溫度(du)、濕度(du)得到控制，還大大提(ti)高了焊接(jie)的質量。
c. 安全性高
預制(zhi)模(mo)式(shi)還免去了(le)不少(shao)安全(quan)和污染(ran)隱患，提高了(le)施(shi)工(gong)安全(quan)性。傳統建(jian)設(she)工(gong)程需配置固(gu)定腳手架，施(shi)工(gong)人員爬上爬下(xia)有不少(shao)潛在風(feng)險。而(er)車(che)間內預制(zhi)建(jian)造，減少(shao)了(le)固(gu)定腳手架。預制(zhi)車(che)間內還能進行管道自動焊(han)接(jie)，沒有煙霧、減少(shao)噪聲(sheng)。
2. 模塊(kuai)化設(she)計的特(te)點
盡管(guan)模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計建造(zao)好處較(jiao)(jiao)多(duo)，但想要(yao)建成(cheng)一(yi)座模塊(kuai)化(hua)(hua)工廠著(zhu)實不易。需要(yao)考慮設(she)計及模塊(kuai)化(hua)(hua)施工的(de)(de)限(xian)制很多(duo)，例如，石油化(hua)(hua)工裝置一(yi)些(xie)大型設(she)備(bei)無(wu)法分割成(cheng)能(neng)運(yun)輸(shu)的(de)(de)模塊(kuai)，一(yi)些(xie)高溫(wen)高壓(ya)劇毒流(liu)體管(guan)道的(de)(de)模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)計也(ye)有較(jiao)(jiao)大的(de)(de)問題(ti)，特(te)別是預制模塊(kuai)“最(zui)后兩公里(li)的(de)(de)陸路運(yun)輸(shu)條件”影響較(jiao)(jiao)大。
首先進行道路勘察，包括(kuo)運(yun)(yun)輸時(shi)將經(jing)過的輪船、碼頭、陸(lu)路等情況，在掌握模塊制造、運(yun)(yun)輸、拼裝過程中的各項外(wai)界因素后，再(zai)著手設計(ji)。
模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)化設計(ji)中既要(yao)考(kao)慮裝置本身，也要(yao)考(kao)慮模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)分(fen)割問題。例如(ru)，有(you)的(de)裝置大型設備不能拆(chai)分(fen)，每個模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)設計(ji)都需符合運(yun)輸(shu)條件(jian)，模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)間(jian)的(de)連接也要(yao)盡量減少。模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)在吊裝、運(yun)輸(shu)中的(de)變形會對拼裝造成困難。需要(yao)全方位計(ji)算模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)受(shou)力條件(jian)，找到精(jing)確的(de)重(zhong)心，從而(er)結(jie)構專業可以精(jing)準(zhun)設計(ji)鋼結(jie)構和模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)連接。
①. 裝置(zhi)應具備成(cheng)熟的(de)(de)工藝，在工藝流程(cheng)中(zhong)將(jiang)每個工藝單元劃(hua)分(fen)成(cheng)若干(gan)具有(you)完(wan)整工藝過(guo)程(cheng)功能的(de)(de)區(qu)塊(kuai)。機泵、換熱器等設(she)備應盡量選擇體積小的(de)(de)設(she)備。如果設(she)備尺寸較(jiao)大無(wu)法滿足模塊(kuai)布置(zhi)要求，則需進行(xing)設(she)備拆(chai)分(fen)劃(hua)塊(kuai)。
②. 將(jiang)設備、管道、電氣、儀表(biao)、平(ping)臺和梯子等盡可能集(ji)中布置在(zai)模塊(kuai)內。減(jian)少模塊(kuai)或模塊(kuai)組之間的接口。
③. 設(she)計(ji)時需滿足標準規范對安全、操(cao)作、維護和檢修(xiu)等空間的要(yao)求。管(guan)道(dao)設(she)計(ji)還需考慮運輸、吊裝過程中(zhong)臨時加固措施。泵、換(huan)熱器(qi)等設(she)備和管(guan)道(dao)閥(fa)組等安裝在鋼(gang)結構底板上。
④. 每個(ge)(ge)模(mo)塊(kuai)的尺(chi)寸需嚴格控制在最大尺(chi)寸和(he)最大重量范圍內(nei)。將超(chao)大設(she)備(bei)整(zheng)體或局(ju)部單獨視作一個(ge)(ge)模(mo)塊(kuai)設(she)計。例如，可將加(jia)熱爐整(zheng)個(ge)(ge)爐體分為對(dui)流室、輻射(she)室、余熱回收和(he)煙囪等幾個(ge)(ge)模(mo)塊(kuai)，有些平臺(tai)設(she)計為可拆卸式平臺(tai)，以滿(man)足運輸的要求。
⑤. 模(mo)塊(kuai)化設(she)計(ji)(ji)制圖，可采用三維(wei)或二維(wei)軟件(jian)(jian)設(she)計(ji)(ji)。設(she)計(ji)(ji)文件(jian)(jian)以模(mo)塊(kuai)為基本單位完成(cheng)，文件(jian)(jian)編號細分(fen)到每個模(mo)塊(kuai)。
⑥. 模(mo)塊(kuai)內部(bu)的(de)(de)鋼(gang)結(jie)構以焊接為(wei)主，模(mo)塊(kuai)之間(jian)的(de)(de)鋼(gang)結(jie)構連(lian)接盡(jin)量采(cai)用螺栓等形式連(lian)接，模(mo)塊(kuai)中的(de)(de)輔(fu)助支承(cheng)構件(jian)、設(she)備(bei)管道(dao)的(de)(de)臨輔(fu)助運輸時(shi)支承(cheng)件(jian)可采(cai)用螺栓連(lian)接，以便于組裝就位(wei)后拆(chai)除(chu)。
⑦. 模塊(kuai)之(zhi)間(jian)管道(dao)連接(jie)處可(ke)采用法蘭或焊(han)接(jie)連接(jie)，對于高溫、高壓(ya)、有毒和可(ke)燃介(jie)質管道(dao)宜采用焊(han)接(jie)連接(jie)。模塊(kuai)在制(zhi)造(zao)(zao)廠內完(wan)成模塊(kuai)內部管道(dao)、結構涂裝(zhuang)，完(wan)成設備(bei)和管道(dao)的無損檢驗(yan)、吹(chui)掃試壓(ya)、絕熱涂漆、儀表及平臺安裝(zhuang)。模塊(kuai)建造(zao)(zao)完(wan)成后需對相(xiang)鄰的模塊(kuai)在制(zhi)造(zao)(zao)廠內進行預拼裝(zhuang)，確保在項目現場模塊(kuai)的精準對接(jie)。
⑧. 模塊之間的儀(yi)表(biao)、電氣等電纜需在項目現(xian)場完成。
3. 模塊化建造(zao)的(de)過程及問題
預制完成后，數日的(de)海路、陸路運(yun)輸(shu)及運(yun)輸(shu)起(qi)吊(diao)期是對模(mo)塊結(jie)構的(de)一次嚴峻檢(jian)驗。避免吊(diao)裝(zhuang)時模(mo)塊變形。所(suo)有的(de)模(mo)塊運(yun)到現場后，完成整套裝(zhuang)置的(de)拼裝(zhuang)，所(suo)有螺栓進行(xing)連接。
相(xiang)對于(yu)傳統裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的建設模(mo)式，模(mo)塊(kuai)化設計周(zhou)期(qi)和(he)模(mo)塊(kuai)運(yun)輸時間有所延長(chang)，相(xiang)應增加(jia)制造模(mo)塊(kuai)的運(yun)輸防(fang)護、裝(zhuang)卸、鋼結構、防(fang)變形(xing)輔助支承構件、大(da)型(xing)吊裝(zhuang)等費用，從而導(dao)致(zhi)設計、施工(gong)費用的增加(jia)。因此，裝(zhuang)置(zhi)(zhi)是否采(cai)用模(mo)塊(kuai)化設計還需充分考慮項目工(gong)程的綜合(he)造價和(he)總體進(jin)度。
在一(yi)些建設地(di)人工成本更(geng)高、氣候環境惡劣(lie)的(de)地(di)區，壓(ya)力管道(dao)模塊(kuai)化(hua)設計建造(zao)具有優勢。對于一(yi)些工藝流(liu)程(cheng)標準化(hua)程(cheng)度(du)較高的(de)石油化(hua)工裝置，模塊(kuai)化(hua)設計成為一(yi)種(zhong)理(li)想的(de)建造(zao)方(fang)案。
