用積(ji)木搭(da)(da)建一棟自己(ji)設(she)計(ji)的房子，是(shi)不少人童(tong)年美(mei)好的回憶。石油化工(gong)(gong)裝置也能像搭(da)(da)積(ji)木一樣建造起來。隨著計(ji)算機(ji)設(she)計(ji)技術、施工(gong)(gong)機(ji)械化程度提高，現(xian)代(dai)化大型吊裝運輸能力(li)不斷增強，模塊化設(she)計(ji)、制造正在(zai)取代(dai)傳統(tong)設(she)計(ji)與傳統(tong)現(xian)場施工(gong)(gong)。
模(mo)塊(kuai)化技術起(qi)源(yuan)于19世(shi)紀(ji)70年(nian)代，隨(sui)著近(jin)些年(nian)數字化、智能化設計(ji)手段的(de)提高，模(mo)塊(kuai)化設計(ji)又被注入了新的(de)因素。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置模(mo)塊(kuai)化設計(ji)是(shi)通過集成(cheng)設計(ji)，將石油化工裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)置按(an)區域劃分成(cheng)若干可在制造廠或(huo)項(xiang)目建(jian)(jian)設場(chang)地內進行建(jian)(jian)造的(de)模(mo)塊(kuai)，現場(chang)完(wan)成(cheng)組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)和連接，以最(zui)大(da)限(xian)度地減(jian)少項(xiang)目現場(chang)施工量的(de)設計(ji)過程(cheng)。
浙江至德鋼(gang)業(ye)有(you)限公司技術(shu)人(ren)員參與負責設(she)計(ji)(ji)的(de)某國外工程采用模(mo)塊化設(she)計(ji)(ji)與施(shi)工，建設(she)工期減少了50％，惡劣環境(jing)施(shi)工現(xian)(xian)場(chang)人(ren)員減少70％。壓力管道(dao)專業(ye)主導的(de)模(mo)塊化設(she)計(ji)(ji)，在設(she)計(ji)(ji)時將整套裝(zhuang)置分為了若干(gan)個(ge)模(mo)塊，在異(yi)地(di)獨立的(de)生產車間內，所有(you)的(de)設(she)備(bei)、管道(dao)、儀表、電線等都在鋼(gang)結構的(de)框架內進行預組裝(zhuang)，完成后(hou)被運往施(shi)工現(xian)(xian)場(chang)，與公用設(she)施(shi)對接并進行拼裝(zhuang)。
1. 模塊(kuai)化設計建造的優勢
模(mo)塊化設計(ji)建造具有(you)諸(zhu)多優勢，包括工期(qi)短、施(shi)(shi)工現場人員少、施(shi)(shi)工效率與質(zhi)量(liang)可控性更好(hao)、施(shi)(shi)工安全性更高(gao)等。
a. 工期短
傳統(tong)建(jian)(jian)(jian)設工(gong)程需(xu)要先(xian)完(wan)成建(jian)(jian)(jian)筑工(gong)地土建(jian)(jian)(jian)，再進行上方(fang)工(gong)廠(chang)管道建(jian)(jian)(jian)設。而(er)模塊化設計建(jian)(jian)(jian)造，由于工(gong)廠(chang)在(zai)異(yi)地車間預制，土建(jian)(jian)(jian)和管道建(jian)(jian)(jian)設可以同(tong)時進行，因此能夠節省工(gong)期。
b. 施工效率高
這種異(yi)地車間預制(zhi)在廠(chang)房內進行，不受(shou)天(tian)氣(qi)、環境(jing)等外界因素的(de)影響，因此(ci)工(gong)人的(de)工(gong)作效(xiao)率顯(xian)著提升，工(gong)程(cheng)質(zhi)量也更高。傳統的(de)裝置建造在雷雨天(tian)就得(de)(de)暫停(ting)焊接(jie)工(gong)作，而(er)廠(chang)房內則完全沒有(you)這些(xie)因素的(de)干擾，溫度(du)、濕度(du)得(de)(de)到控制(zhi)，還大(da)大(da)提高了焊接(jie)的(de)質(zhi)量。
c. 安(an)全性高
預制模式還(huan)免去了不少(shao)(shao)安(an)全和污染隱(yin)患，提高(gao)了施工(gong)(gong)安(an)全性。傳統(tong)建(jian)設工(gong)(gong)程需配置固定(ding)腳(jiao)手架(jia)，施工(gong)(gong)人員爬(pa)(pa)上爬(pa)(pa)下有不少(shao)(shao)潛在風險。而車(che)間內(nei)預制建(jian)造，減少(shao)(shao)了固定(ding)腳(jiao)手架(jia)。預制車(che)間內(nei)還(huan)能進(jin)行管道自動焊接，沒有煙霧、減少(shao)(shao)噪聲。
2. 模塊化設計的特(te)點(dian)
盡管(guan)模塊化(hua)(hua)設計(ji)建(jian)(jian)造好處較多，但想(xiang)要建(jian)(jian)成(cheng)一(yi)座模塊化(hua)(hua)工(gong)廠著實不易(yi)。需要考慮設計(ji)及模塊化(hua)(hua)施工(gong)的(de)限制(zhi)很多，例如，石油化(hua)(hua)工(gong)裝置一(yi)些大型(xing)設備無法(fa)分(fen)割成(cheng)能運輸(shu)的(de)模塊，一(yi)些高溫高壓劇毒流體管(guan)道(dao)的(de)模塊化(hua)(hua)設計(ji)也(ye)有(you)較大的(de)問題，特別是預制(zhi)模塊“最后兩公里(li)的(de)陸(lu)路運輸(shu)條(tiao)件(jian)”影響較大。
首先進行道路勘察，包(bao)括運(yun)輸(shu)時將經過(guo)的輪船、碼頭、陸(lu)路等情況，在(zai)掌握模塊(kuai)制造、運(yun)輸(shu)、拼裝(zhuang)過(guo)程中的各項外界因素后，再著手設計。
模(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)設(she)計(ji)中(zhong)既要(yao)考(kao)慮裝置(zhi)本身，也要(yao)考(kao)慮模(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)分割(ge)問題。例如，有的(de)(de)裝置(zhi)大型設(she)備(bei)不(bu)能拆分，每個模(mo)塊(kuai)(kuai)設(she)計(ji)都需符合運輸條(tiao)件，模(mo)塊(kuai)(kuai)間的(de)(de)連接也要(yao)盡量減少。模(mo)塊(kuai)(kuai)在吊裝、運輸中(zhong)的(de)(de)變形(xing)會(hui)對拼(pin)裝造(zao)成困難(nan)。需要(yao)全方(fang)位計(ji)算(suan)模(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)受力條(tiao)件，找(zhao)到精確的(de)(de)重心，從(cong)而結構專業可以精準設(she)計(ji)鋼結構和模(mo)塊(kuai)(kuai)的(de)(de)連接。
①. 裝置(zhi)應具(ju)備(bei)成熟的(de)工藝(yi)，在工藝(yi)流程中(zhong)將每個工藝(yi)單(dan)元劃(hua)分(fen)(fen)成若干具(ju)有完整工藝(yi)過程功能(neng)的(de)區塊。機泵、換熱(re)器等設備(bei)應盡(jin)量選(xuan)擇體積小的(de)設備(bei)。如果設備(bei)尺寸較大(da)無(wu)法滿(man)足模塊布(bu)置(zhi)要(yao)求，則需進行(xing)設備(bei)拆分(fen)(fen)劃(hua)塊。
②. 將(jiang)設備、管道、電氣、儀表、平臺和梯子等盡(jin)可(ke)能集(ji)中布置在模(mo)塊內。減(jian)少模(mo)塊或模(mo)塊組之間的(de)接口。
③. 設(she)計時(shi)需(xu)滿足標準(zhun)規范對安全、操(cao)作(zuo)、維(wei)護和檢修等(deng)空間的(de)要求。管道設(she)計還(huan)需(xu)考慮運輸、吊裝(zhuang)過程中臨時(shi)加(jia)固(gu)措施。泵(beng)、換熱器等(deng)設(she)備和管道閥組(zu)等(deng)安裝(zhuang)在鋼(gang)結構底板上。
④. 每個模塊(kuai)的(de)尺寸需嚴格(ge)控制在最大尺寸和最大重量范圍內。將超大設(she)(she)備整體(ti)或局部單獨視作一(yi)個模塊(kuai)設(she)(she)計。例如，可將加熱爐整個爐體(ti)分為對流室(shi)、輻射(she)室(shi)、余熱回(hui)收(shou)和煙囪等幾個模塊(kuai)，有(you)些平臺(tai)設(she)(she)計為可拆卸(xie)式(shi)平臺(tai)，以滿足運輸的(de)要求。
⑤. 模塊(kuai)化設(she)計制圖，可采用三維或(huo)二維軟(ruan)件設(she)計。設(she)計文件以模塊(kuai)為基本單位完成(cheng)，文件編號(hao)細分到每個模塊(kuai)。
⑥. 模(mo)塊(kuai)內部的(de)鋼(gang)結(jie)構以焊接(jie)為主(zhu)，模(mo)塊(kuai)之間的(de)鋼(gang)結(jie)構連接(jie)盡量采用螺栓等形式(shi)連接(jie)，模(mo)塊(kuai)中的(de)輔助支承構件、設(she)備(bei)管道的(de)臨(lin)輔助運輸時(shi)支承件可(ke)采用螺栓連接(jie)，以便于組裝就位后拆(chai)除。
⑦. 模(mo)(mo)塊之(zhi)間管道(dao)連接(jie)處(chu)可(ke)采用法蘭或焊(han)(han)接(jie)連接(jie)，對于高溫、高壓、有毒和可(ke)燃介質(zhi)管道(dao)宜采用焊(han)(han)接(jie)連接(jie)。模(mo)(mo)塊在制(zhi)造廠(chang)內(nei)完(wan)(wan)成(cheng)模(mo)(mo)塊內(nei)部(bu)管道(dao)、結構涂(tu)裝，完(wan)(wan)成(cheng)設備和管道(dao)的(de)無損(sun)檢驗(yan)、吹掃試壓、絕熱涂(tu)漆(qi)、儀表及(ji)平臺安裝。模(mo)(mo)塊建造完(wan)(wan)成(cheng)后需對相(xiang)鄰(lin)的(de)模(mo)(mo)塊在制(zhi)造廠(chang)內(nei)進行預拼裝，確保在項目現(xian)場(chang)模(mo)(mo)塊的(de)精準(zhun)對接(jie)。
⑧. 模(mo)塊(kuai)之間的儀表、電氣等電纜(lan)需在項(xiang)目(mu)現場完成(cheng)。
3. 模塊化(hua)建(jian)造的過程及問題(ti)
預制完成(cheng)后(hou)，數日的海路、陸(lu)路運輸及(ji)運輸起吊(diao)期(qi)是對模(mo)塊(kuai)結構的一次嚴峻檢(jian)驗(yan)。避免吊(diao)裝時模(mo)塊(kuai)變形(xing)。所(suo)(suo)有的模(mo)塊(kuai)運到(dao)現場后(hou)，完成(cheng)整套裝置的拼(pin)裝，所(suo)(suo)有螺栓進行連接(jie)。
相(xiang)對于傳統裝置的建設(she)模(mo)(mo)(mo)式，模(mo)(mo)(mo)塊化設(she)計(ji)(ji)周期和(he)模(mo)(mo)(mo)塊運輸時(shi)間有所(suo)延(yan)長，相(xiang)應(ying)增加制(zhi)造(zao)模(mo)(mo)(mo)塊的運輸防(fang)護、裝卸、鋼結構(gou)、防(fang)變(bian)形輔(fu)助支承構(gou)件(jian)、大型(xing)吊(diao)裝等費用，從而(er)導(dao)致設(she)計(ji)(ji)、施工費用的增加。因此，裝置是(shi)否采(cai)用模(mo)(mo)(mo)塊化設(she)計(ji)(ji)還需充分考慮項(xiang)目工程的綜合造(zao)價和(he)總體進度。
在一(yi)些(xie)建(jian)設地人工成本更高(gao)、氣(qi)候(hou)環境惡劣的(de)(de)(de)地區，壓力(li)管道模塊(kuai)化(hua)設計(ji)(ji)建(jian)造具(ju)有優勢。對于一(yi)些(xie)工藝流(liu)程標準化(hua)程度較高(gao)的(de)(de)(de)石油(you)化(hua)工裝置(zhi)，模塊(kuai)化(hua)設計(ji)(ji)成為(wei)一(yi)種(zhong)理想的(de)(de)(de)建(jian)造方案。
