用(yong)積木(mu)搭建一棟(dong)自(zi)己設(she)計的(de)房子(zi)，是(shi)不少人(ren)童年(nian)美(mei)好的(de)回憶。石油化工裝(zhuang)置(zhi)也能(neng)像搭積木(mu)一樣建造起來。隨著計算機設(she)計技術、施工機械化程(cheng)度提高，現代(dai)化大型吊裝(zhuang)運輸能(neng)力不斷(duan)增強(qiang)，模塊化設(she)計、制造正在取(qu)代(dai)傳(chuan)統設(she)計與傳(chuan)統現場施工。
模塊化技術(shu)起源(yuan)于19世紀70年(nian)(nian)代，隨著近些年(nian)(nian)數字(zi)化、智能化設(she)計(ji)(ji)手段的(de)提高，模塊化設(she)計(ji)(ji)又被注入了新的(de)因素。裝(zhuang)(zhuang)置模塊化設(she)計(ji)(ji)是通過(guo)集成設(she)計(ji)(ji)，將石油化工裝(zhuang)(zhuang)置按區域劃分成若干(gan)可在制造廠或項目建(jian)設(she)場地(di)(di)內進行建(jian)造的(de)模塊，現場完(wan)成組裝(zhuang)(zhuang)和連接(jie)，以最大限(xian)度地(di)(di)減少(shao)項目現場施工量的(de)設(she)計(ji)(ji)過(guo)程(cheng)。
浙江至德(de)鋼業有(you)限公司技術人(ren)員參與(yu)負責設(she)(she)計(ji)(ji)的(de)某國外工(gong)程(cheng)采用模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)(she)計(ji)(ji)與(yu)施工(gong)，建(jian)設(she)(she)工(gong)期減少了50％，惡劣環(huan)境施工(gong)現場人(ren)員減少70％。壓力(li)管道(dao)(dao)專業主導(dao)的(de)模塊(kuai)化(hua)(hua)設(she)(she)計(ji)(ji)，在(zai)(zai)設(she)(she)計(ji)(ji)時將整套裝置分為了若干個模塊(kuai)，在(zai)(zai)異地獨立的(de)生產車間(jian)內(nei)，所有(you)的(de)設(she)(she)備、管道(dao)(dao)、儀表、電線等都在(zai)(zai)鋼結(jie)構的(de)框(kuang)架內(nei)進(jin)行(xing)預組裝，完(wan)成后被運往施工(gong)現場，與(yu)公用設(she)(she)施對接并進(jin)行(xing)拼裝。
1. 模塊(kuai)化(hua)設計建造的優勢
模塊化設計(ji)建(jian)造(zao)具有諸(zhu)多優勢，包括工(gong)(gong)(gong)期短、施工(gong)(gong)(gong)現場人員少、施工(gong)(gong)(gong)效率與質(zhi)量(liang)可控性(xing)更(geng)(geng)好、施工(gong)(gong)(gong)安全性(xing)更(geng)(geng)高(gao)等。
a. 工期短
傳(chuan)統建(jian)設工(gong)程需要先完成建(jian)筑工(gong)地土(tu)建(jian)，再進行上方(fang)工(gong)廠管(guan)(guan)道建(jian)設。而(er)模塊(kuai)化(hua)設計建(jian)造，由于工(gong)廠在異地車間預制，土(tu)建(jian)和管(guan)(guan)道建(jian)設可(ke)以同時進行，因此(ci)能(neng)夠節省工(gong)期。
b. 施工(gong)效(xiao)率高(gao)
這種異地車間預制(zhi)(zhi)在廠(chang)房內(nei)進行(xing)，不(bu)受天(tian)氣、環(huan)境等外界(jie)因(yin)素的影響，因(yin)此工人的工作效率顯(xian)著提(ti)升，工程質(zhi)量也更高。傳統的裝置建造(zao)在雷雨天(tian)就得暫停焊(han)接(jie)工作，而(er)廠(chang)房內(nei)則完(wan)全沒有這些(xie)因(yin)素的干(gan)擾，溫(wen)度、濕度得到控制(zhi)(zhi)，還大大提(ti)高了焊(han)接(jie)的質(zhi)量。
c. 安全(quan)性高
預制(zhi)模式還(huan)免(mian)去了(le)不少(shao)安全和污(wu)染(ran)隱患，提(ti)高了(le)施工安全性。傳統建(jian)設工程需配置固定腳(jiao)手架，施工人員爬(pa)上爬(pa)下有(you)不少(shao)潛在風險。而車間(jian)內預制(zhi)建(jian)造，減少(shao)了(le)固定腳(jiao)手架。預制(zhi)車間(jian)內還(huan)能進行(xing)管道(dao)自動焊(han)接(jie)，沒有(you)煙霧、減少(shao)噪聲。
2. 模塊化(hua)設計的特點(dian)
盡(jin)管(guan)模(mo)塊(kuai)化設(she)計(ji)建造好處較多(duo)，但(dan)想要建成一座模(mo)塊(kuai)化工廠著(zhu)實不(bu)易。需要考慮設(she)計(ji)及模(mo)塊(kuai)化施工的(de)(de)限制(zhi)(zhi)很多(duo)，例如，石油化工裝置一些大型設(she)備無法分割成能運輸的(de)(de)模(mo)塊(kuai)，一些高(gao)溫(wen)高(gao)壓劇(ju)毒(du)流體管(guan)道的(de)(de)模(mo)塊(kuai)化設(she)計(ji)也有較大的(de)(de)問題，特別是預(yu)制(zhi)(zhi)模(mo)塊(kuai)“最后兩公里(li)的(de)(de)陸路運輸條件”影響較大。
首(shou)先進(jin)行道路勘察，包(bao)括運輸(shu)時將經過(guo)的(de)輪船、碼頭、陸路等(deng)情況，在(zai)掌(zhang)握(wo)模塊制造、運輸(shu)、拼裝(zhuang)過(guo)程中(zhong)的(de)各(ge)項外界因素后，再著手設計。
模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)化(hua)設(she)(she)計(ji)中既(ji)要考(kao)慮(lv)裝(zhuang)置本身，也(ye)要考(kao)慮(lv)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的分割問題。例如(ru)，有的裝(zhuang)置大型設(she)(she)備(bei)不能拆分，每個模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)設(she)(she)計(ji)都需(xu)符合運輸(shu)條件(jian)，模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)間的連接也(ye)要盡量(liang)減(jian)少。模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)在吊裝(zhuang)、運輸(shu)中的變形會對拼(pin)裝(zhuang)造成困難。需(xu)要全方位計(ji)算模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的受力條件(jian)，找到精(jing)(jing)確的重心(xin)，從而結構專業可(ke)以精(jing)(jing)準(zhun)設(she)(she)計(ji)鋼結構和模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的連接。
①. 裝(zhuang)置(zhi)應具備成熟的工(gong)藝，在工(gong)藝流(liu)程中將(jiang)每個(ge)工(gong)藝單元劃分成若干具有完整工(gong)藝過程功(gong)能(neng)的區塊。機泵(beng)、換熱器等設(she)備應盡量選擇體積小的設(she)備。如果設(she)備尺(chi)寸較大(da)無法(fa)滿足(zu)模塊布置(zhi)要(yao)求，則需進行設(she)備拆分劃塊。
②. 將設備、管道(dao)、電氣(qi)、儀(yi)表、平臺和梯子等盡可能(neng)集中布(bu)置在模塊內(nei)。減少(shao)模塊或模塊組之(zhi)間(jian)的接(jie)口(kou)。
③. 設計(ji)時需滿足(zu)標準規(gui)范對安(an)全、操(cao)作、維護和(he)檢修等空間(jian)的要(yao)求(qiu)。管(guan)道(dao)(dao)設計(ji)還需考慮(lv)運輸、吊裝(zhuang)過程中臨時加固(gu)措施。泵、換熱器等設備和(he)管(guan)道(dao)(dao)閥組等安(an)裝(zhuang)在鋼(gang)結(jie)構底(di)板上。
④. 每個模(mo)塊的尺(chi)寸需嚴格控制在最(zui)大(da)尺(chi)寸和(he)最(zui)大(da)重量范(fan)圍(wei)內。將超大(da)設(she)備整體或局(ju)部單獨視作一個模(mo)塊設(she)計。例如，可將加熱爐整個爐體分為對(dui)流室(shi)、輻(fu)射室(shi)、余(yu)熱回(hui)收和(he)煙(yan)囪等幾(ji)個模(mo)塊，有些平臺設(she)計為可拆卸(xie)式平臺，以滿足運輸的要求。
⑤. 模(mo)塊(kuai)(kuai)化(hua)設計(ji)制圖，可采用三維或二維軟件設計(ji)。設計(ji)文件以模(mo)塊(kuai)(kuai)為基本單位(wei)完成(cheng)，文件編號細分到每個模(mo)塊(kuai)(kuai)。
⑥. 模(mo)塊內部的(de)(de)鋼結構(gou)以焊接為主(zhu)，模(mo)塊之(zhi)間的(de)(de)鋼結構(gou)連接盡量采用螺栓等形式連接，模(mo)塊中的(de)(de)輔(fu)助(zhu)支承(cheng)構(gou)件、設(she)備管道的(de)(de)臨輔(fu)助(zhu)運輸時支承(cheng)件可(ke)采用螺栓連接，以便于(yu)組(zu)裝就位后拆除。
⑦. 模塊(kuai)之(zhi)間(jian)管道(dao)(dao)(dao)連(lian)接(jie)(jie)(jie)處(chu)可(ke)采用法蘭(lan)或焊接(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)，對(dui)于高溫、高壓、有毒和可(ke)燃(ran)介質管道(dao)(dao)(dao)宜采用焊接(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)。模塊(kuai)在制造(zao)廠(chang)內完(wan)成模塊(kuai)內部(bu)管道(dao)(dao)(dao)、結(jie)構涂裝(zhuang)(zhuang)，完(wan)成設備(bei)和管道(dao)(dao)(dao)的(de)無損檢驗、吹掃試壓、絕熱涂漆、儀(yi)表及平臺安裝(zhuang)(zhuang)。模塊(kuai)建造(zao)完(wan)成后(hou)需對(dui)相(xiang)鄰的(de)模塊(kuai)在制造(zao)廠(chang)內進行預拼裝(zhuang)(zhuang)，確保(bao)在項目現場模塊(kuai)的(de)精準對(dui)接(jie)(jie)(jie)。
⑧. 模(mo)塊之間的儀表、電氣等(deng)電纜需在項(xiang)目現場完(wan)成。
3. 模塊化(hua)建造的過程及問題
預制(zhi)完(wan)(wan)成(cheng)后，數日(ri)的海路(lu)、陸路(lu)運輸及運輸起吊(diao)期是(shi)對模塊(kuai)結構的一次嚴峻檢驗(yan)。避(bi)免(mian)吊(diao)裝(zhuang)時模塊(kuai)變形。所有(you)的模塊(kuai)運到現場后，完(wan)(wan)成(cheng)整套裝(zhuang)置的拼裝(zhuang)，所有(you)螺栓進行(xing)連接。
相(xiang)對于傳統裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的(de)建設(she)(she)模(mo)式，模(mo)塊化(hua)設(she)(she)計周期和模(mo)塊運(yun)輸時間有(you)所延長，相(xiang)應增(zeng)加制造模(mo)塊的(de)運(yun)輸防護、裝(zhuang)(zhuang)卸、鋼結構、防變形輔助(zhu)支(zhi)承(cheng)構件、大型吊(diao)裝(zhuang)(zhuang)等費用(yong)，從而導致設(she)(she)計、施工(gong)費用(yong)的(de)增(zeng)加。因(yin)此，裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)是否采用(yong)模(mo)塊化(hua)設(she)(she)計還需充分(fen)考慮項目工(gong)程的(de)綜合造價(jia)和總(zong)體進(jin)度。
在一(yi)些建設(she)(she)地人工成(cheng)本更高(gao)、氣候環境惡(e)劣(lie)的地區，壓力管道模(mo)塊化(hua)(hua)設(she)(she)計建造具(ju)有優(you)勢(shi)。對于一(yi)些工藝流程(cheng)標準化(hua)(hua)程(cheng)度較高(gao)的石油化(hua)(hua)工裝(zhuang)置，模(mo)塊化(hua)(hua)設(she)(she)計成(cheng)為(wei)一(yi)種理想(xiang)的建造方(fang)案。
