模块化建设在化工工程中的应用

2021-06-15刘玉华上海利柏特工程技术有限公司上海200037

化工管理 2021年15期

刘玉华 (上海利柏特工程技术有限公司，上海 200037)

1 模块化建设定义

模块化建设, 指在工程设计阶段对工程建设项目或装置进行充分地策划、评估和功能分析，然后进行可管理的模块分解与设计，最大限度地减少现场安装工作量；在采购阶段按设计的功能模块实施集中订货、集中运输、集中供货；在施工阶段通过深度预制加工成设计确定的模块，整体运输到施工现场，然后以吊装的方式把模块进行拼装或安装。

2 模块化发展

模块化建设技术，起源于19世纪70年代的海洋工程建设。因为海洋工程施工周期比较长，施工工期越长，不确定性因素就越多，风险增加，海洋工程投资就越大。为解决工期过长而风险增加这个难题，人们便开始尝试在陆地上将整个工艺流程先高度集成然后再分为若干个模块，最后用驳船将模块运至海上平台进行组装，这样海上施工工期就大大缩短了，进而节约了项目投资成本。从19世纪80年代开始, 模块化建设技术陆续应用于陆地上项目的建设。

随着市场全球化和物流业的发展，一体化、模块化设计建设理念逐步成为大型跨国公司承揽EPC项目和进军海外市场的重要依托。

3 模块化建设的优势

模块化建设优势包括：(1)缩短建设工期，现场土建施工与工艺模块建造可同步进行。在预制工厂内完成模块建造，不受天气和场地条件等因素制约；(2)减少现场工作量，装置焊接及预组装工作、调试都可以在模块制造厂内完成，现场仅负责完成模块的搭接以及各装置系统间的贯通安装和调试。在人力资源缺乏的地区 (特别是海外) 实施模块化，可减少现场工作量，节约人力，进而节约投资；(3)模块化施工能够减少高空作业, 降低施工风险；(4)充分利用模块制造厂地理优势所具备的物资、人力资源，来减少现场条件的限制；(5)质量可靠，在模块制造厂完成焊接、吹扫、试压、调试等工序，提高了施工质量，并减少了现场变更，确保质量；(6)生产单元可整体拆装、整体搬迁，可重复利用；(7)模块化施工给文明施工创造了有利的条件, 最大的优势就是综合系统化管理，它把化工建设的工程进行了标准化、集体化的定义，让施工内容变得更加规范化，同时提高了施工效率，保证了施工质量，最大化地节约了企业的经济效益。

4 模块化建设的技术要点

装置模块化技术要点内容如下：首先，装置模块化设计技术，包括工艺设计、三维配管设计、管道应力分析设计、装置布置设计、装置模块拆分方案设计、装置模块吊点设计等。其次，装置模块化建造技术，包括施工组织管理技术、成型焊接技术、组橇安装技术等。再次，装置模块化包装运输技术，运输方式有水运、公路、铁路等。最后，装置模块化组装技术。

公路运输、铁路运输和海上运输是模块化装置常用的运输方式。其中，公路运输需要使用专业液压平板运输车来实现，耗时短，费用高，可运输的模块尺寸比较小；海上运输需要使用专业的大型平板运输船来实现，但是要注意海上的恶劣气候条件，采取有效的预防措施防止模块在运输过程中可能造成的损坏，海运耗时长，但费用低，而且可运输尺寸比较大；铁路运输成本介于水运和路运之间[1]。

5 项目实例

某外资公司的液化天然气项目。该项目位于澳大利亚西北海岸盆地, 首期工程包含两套LNG装置，总产量890万吨/年。该项目总投资超过450亿美金，号称世界第三大项目。该项目的OSBL部分在中国设计并制造，在天津临港制造，然后海运到澳大利亚港口附近的建厂地进行组装。因为这些模块全程是海运，可以船运的模块尺寸比较大，即对模块尺寸的限制比较小, 所以设计方面基本没有什么限制，只是有些装置尽量设计在框架内便于跟模块框架一起运输，这样不需额外的钢梁柱做模块分割，空间比较足，便于设计安装。该项目的OSBL模块多达64个。该项目利用国内相对廉价的人力资源做设计和加工制造，然后模块被运到国外建厂地连接组装，模块化建设让化工厂在世界范围内动起来，充分利用世界范围内的有利资源，节约工程成本。

外资公司的一水氢氧化锂项目，该项目投资在美国Bessemer City，由LBT承接的EPC模块化建设项目，该项目由LBT加工厂模块制造后海运到美国后需要陆运到建厂地，因为美国陆运时要求模块尺寸必须控在182 880 mm×4 870 mm×3 650 mm(长×宽×高)。所以模块分割就像切蛋糕一样，项目一共被分割成79个模块。与传统化工项目相比，该模块化项目的框架模块分界处用双柱双梁，详见设备布置图，如图1所示。

图1 外资公司的一水氢氧化锂项目设备布置图

项目中有一些大的设备受模块尺寸限制，不能装在模块里，只能散运，导致支撑这些设备的结构框架也只能散运，散运到建造场地后再组装。还有些设备是分布在2个模块甚至3模块之间，如果设备不能在模块分界处拆卸，这样的设备也只能散运。

与传统化工项目相比，该模块项目增大了设计的工作量。管道要在模块分界处断开便于运输，运到现场后管道再进行连接，连接方式可以根据管材和里面介质性质及温度进行选择，可选法兰连接、焊接等。该项目大部分管道选择法兰连接，便于现场安装，只有蒸汽管道由于高温选择了焊接。所以设计时尽量把法兰管件放在模块边缘，让管件法兰连接作为模块分界，减少不必要的焊点和法兰，节省成本。为了减少现场施工量，散运过去的管材钢梁等尽量用螺栓连接，现场尽量不动火焊接。结构的模块框架在运输的过程中，柱子底部附近需要有临时横梁连接的柱子，主要提供了两个现场组装方案：第一个方案，运到现场后把柱间底部临时梁拆掉，然后柱子和现场施工好的底部的柱腿连接好；第二个方案，框架整体运输到现场，把柱间临时连接梁整体埋到地下。两种方案各有弊端，第一种方案拆卸临时柱间连接梁，拆卸工程量大，第二种方案整体埋到地下面，需要大面积挖深坑，人工量也比较大。经过综合分析比较，业主选择了第一种方案。总之，利用国内有利的人力资源优势进行设计加工制造，节约了项目总投资成本。

国内某所的高温制氢项目。该项目建设地位于甘肃省武威市民勤县。该项目是一个中试项目，该项目建设地人烟稀少，属于欠发达地区，现场施工极不方便，模块化设计，可大大减少现场工作量，节约投资，同时便于以后搬迁。模块尺寸按照国内最大集装箱的尺寸进行设计，便于公路运输。设备布置图如图2所示。