王輝 王佩紅 高威

1.中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司 2.中國(guó)石油集團(tuán)工程股份有限公司

自20世紀(jì)60年代開(kāi)始，模塊化技術(shù)在造船業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)、蘇聯(lián)、韓國(guó)和日本等國(guó)得到了迅速發(fā)展，被視為模塊化技術(shù)的起源；20世紀(jì)70年代，此技術(shù)被美國(guó)、歐洲多國(guó)應(yīng)用在海上油氣鉆井平臺(tái)工程項(xiàng)目中，即模塊化技術(shù)進(jìn)入了油氣行業(yè)；到了20世紀(jì)80年代，隨著高精度的設(shè)計(jì)手段和現(xiàn)代化大型裝備的出現(xiàn)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家將模塊化技術(shù)陸續(xù)應(yīng)用于油田地面工程、天然氣處理廠、煉油化工廠、礦業(yè)加工廠等陸上項(xiàng)目的建造中，模塊化技術(shù)的應(yīng)用由海洋發(fā)展到陸地。

陸上石油化工及天然氣處理裝置的模塊化建造可以克服項(xiàng)目建設(shè)地勞動(dòng)力短缺、人力成本過(guò)高、環(huán)保要求苛刻等諸多不利因素的影響，因此，該技術(shù)在福陸(Fluor)、埃克森美孚(Exxon Mobil)、康菲(Conoco Phillips)、殼牌(Shell)等國(guó)際知名跨國(guó)石油公司的工程項(xiàng)目中已經(jīng)得到大量應(yīng)用，取得了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)我國(guó)而言，雖然一些油田地面工程、中小型天然氣處理工程項(xiàng)目中采用了模塊化設(shè)計(jì)建造技術(shù)，但由于未能從理論層面形成科學(xué)、系統(tǒng)的技術(shù)體系，使得在國(guó)外經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)大型石油化工及天然氣處理工程項(xiàng)目中仍然采用傳統(tǒng)建造方式，即便部分制造廠商承接的大型模/橇塊制造項(xiàng)目也均由國(guó)外工程公司設(shè)計(jì)。

基于此，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司“300億方/年天然氣處理工程裝置模塊化設(shè)計(jì)制造技術(shù)研究”課題組依托某300×108m3/a天然氣處理廠項(xiàng)目，深入研究了模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，編制了《石油天然氣裝置模塊化設(shè)計(jì)導(dǎo)則》[1](以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)，并順利通過(guò)專家評(píng)審。該導(dǎo)則是我國(guó)第1部關(guān)于石油天然氣裝置模塊化設(shè)計(jì)的技術(shù)文件，以下旨在對(duì)其中的關(guān)鍵概念進(jìn)行解析，以利于廣大設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確理解模塊化設(shè)計(jì)的相關(guān)概念，把握模塊化設(shè)計(jì)的方向。

1 模塊化建造的實(shí)質(zhì)

模塊化建造的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。從表1可以看出，由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)存在一些經(jīng)濟(jì)、人文、氣候、環(huán)境及工程保障等難以克服的制約因素，故采用模塊、橇塊的型式把盡量多的工作從不具備條件的項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到條件良好的制造廠，可實(shí)現(xiàn)施工量“工廠最大化，現(xiàn)場(chǎng)最小化”[2]。因此，模塊化的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)移工作。

2 概念解析

2.1 橇塊與模塊

橇塊與模塊是模塊化設(shè)計(jì)中最基本的概念，但國(guó)內(nèi)外對(duì)于橇塊與模塊均沒(méi)有清晰明確的定義，往往將兩者混為一談，不加區(qū)分，給工程實(shí)踐和人員交流帶來(lái)極大的不便，所以在《導(dǎo)則》中首先對(duì)這兩個(gè)概念進(jìn)行了定義。

《導(dǎo)則》中明確：橇塊(skid)是在特定大小的鋼制底框上將設(shè)備、管道、保溫、伴熱、儀表、電氣、平臺(tái)、梯子等集中布置并可以整體吊裝、運(yùn)輸和裝配的集合體。

結(jié)合模塊化建造的實(shí)質(zhì)可以看出，橇塊的定義包含兩層意思：一是轉(zhuǎn)移工作，二是高度集成。

把工作從不具備條件的現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)移到條件良好的制造廠，屬于項(xiàng)目策劃的范疇；把工作以一定的型式從制造廠轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)，屬于項(xiàng)目實(shí)施的范疇。如果不能把轉(zhuǎn)移到制造廠的工作以一定的型式轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)，那么模塊化就失敗了，這個(gè)“型式”就是橇塊，它通過(guò)“特定大小的鋼制底框”、以“整體吊裝、運(yùn)輸和裝配”的方式實(shí)現(xiàn)“轉(zhuǎn)移工作”。

“轉(zhuǎn)移工作”的“型式”問(wèn)題明確后，緊接著便是“轉(zhuǎn)移多少”的問(wèn)題。比如，當(dāng)建設(shè)地現(xiàn)場(chǎng)施工條件不佳時(shí)，可考慮其保溫、伴熱在制造廠完成，將該項(xiàng)工作由條件不好的項(xiàng)目建設(shè)地轉(zhuǎn)移到條件好的制造廠，進(jìn)而避免了現(xiàn)場(chǎng)不利因素對(duì)項(xiàng)目的影響，符合模塊化建造實(shí)質(zhì)的要求。因此，應(yīng)將設(shè)備、管道、保溫、伴熱、儀表、電氣、平臺(tái)、梯子等盡量多的裝置組成元素集中布置在橇內(nèi)，從而使模塊化建造的優(yōu)勢(shì)最大化。

表1 模塊化建造的優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of modular construction優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)人工時(shí)成本(1) 大量安裝、檢測(cè)、調(diào)試等工作在制造廠完成,減少了施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)勞動(dòng)力的需求。(2) 雖然模塊現(xiàn)場(chǎng)安裝仍然需要大量的勞動(dòng)力,但通過(guò)合理的現(xiàn)場(chǎng)施工順序和周密的運(yùn)輸調(diào)度,可使模塊分批分時(shí)段到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng),既可以避免現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)用工高峰,又可以避免大量勞動(dòng)力閑置,而且可以提高勞動(dòng)力的利用率和勞動(dòng)效率。(3) 大量焊接工作在制造廠完成,模塊與外界連接時(shí)(管道、結(jié)構(gòu)等)采用有效的機(jī)械連接代替部分焊接方式可以減少勞動(dòng)力和人工時(shí)。(4) 當(dāng)項(xiàng)目處于人口較少、面積較小、欠發(fā)達(dá)等國(guó)家或地區(qū)時(shí),能有效解決當(dāng)?shù)丶夹g(shù)工人數(shù)量不足、外籍勞工輸入數(shù)量受限等難題。(5) 施工現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力的大量減少,可有效降低對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活的影響。(6) 當(dāng)施工地人力成本比制造廠高時(shí),可有效降低人力成本。固定成本(1) 可有效減少現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)生活設(shè)施。(2) 可有效減少現(xiàn)場(chǎng)材料臨時(shí)儲(chǔ)存用地。(3) 可有效減少現(xiàn)場(chǎng)施工量。(4) 可有效減少現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)具的數(shù)量,尤其是大型起重機(jī)數(shù)量。(5) 可有效減少現(xiàn)場(chǎng)腳手架的使用。(6) 可有效降低現(xiàn)場(chǎng)潛在的交通壓力,尤其是對(duì)人口較少、面積較小的島嶼型國(guó)家更為明顯。(7) 可有效降低因氣候、政策(如環(huán)境保護(hù)等)等原因產(chǎn)生的費(fèi)用。質(zhì)量控制(1) 模塊制造廠管理規(guī)范、工人技術(shù)水平高、設(shè)施先進(jìn),質(zhì)量易于保證。(2) 模塊制造廠作業(yè)環(huán)境好,避免了惡劣條件對(duì)工程質(zhì)量的影響。(3) 模塊制造廠集中建造,工序固定,合格率高。工期控制(1) 實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)、模塊制造廠多場(chǎng)地同步作業(yè),節(jié)省工期。(2) 模塊可由多個(gè)制造廠同時(shí)制造,將有效縮短工期。(3) 模塊制造廠作業(yè)環(huán)境好,可有效降低惡劣天氣及其他不可控因素對(duì)項(xiàng)目工期的影響。(4) 模塊制造廠工人技術(shù)水平高、設(shè)施先進(jìn)、工序固定,勞動(dòng)效率高,從而縮短工期。(5) 采用模塊化后,現(xiàn)場(chǎng)人均作業(yè)空間增大,有利于提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率。安全管理(1) 模塊制造廠安全設(shè)施齊全,作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較小。(2) 現(xiàn)場(chǎng)人員、機(jī)具、交叉作業(yè)減少,降低了事故發(fā)生的概率。(3) 現(xiàn)場(chǎng)腳手架減少,降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。(1) 模/橇塊化項(xiàng)目管理難度較大,尤其是在關(guān)鍵模塊出現(xiàn)延誤時(shí)對(duì)項(xiàng)目工期會(huì)產(chǎn)生較大影響。(2) 設(shè)計(jì)前期需要對(duì)運(yùn)輸路線進(jìn)行踏勘并根據(jù)有關(guān)法律、法規(guī)確定模塊大小、質(zhì)量及重心高度限制。(3) 模/橇塊大小和質(zhì)量的限制給設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。(4) 一般情況下,模塊化會(huì)使用鋼量增加10%～15%,這包括模塊鋼結(jié)構(gòu)和在運(yùn)輸、安裝中起防護(hù)、加固作用而增加的額外用鋼量。(5) 由于用鋼量的增加,導(dǎo)致吊裝、運(yùn)輸和安裝時(shí)荷載的增加。(6) 增加了運(yùn)輸成本、物流規(guī)劃工作量和相關(guān)操作費(fèi)用。(7) 模/橇塊長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間和過(guò)程增加了工期、成本的不確定性和其他風(fēng)險(xiǎn)。(8) 模/橇塊之間及其與外界連接界面多,制造和安裝公差要求高。(9) 模塊化將管道、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣、儀表等集中在橇塊內(nèi),在運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)需要更大起重能力的設(shè)備。

《導(dǎo)則》中明確：模塊(module)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上橇塊裝配而成并具有一定工藝功能的組合體。

如圖1所示，在課題的依托項(xiàng)目中，MD-3110101A、MD-3110101B、MD-3110101C、MD-3110101D和MD-3110101E共5個(gè)橇塊組成了1個(gè)名為MD-3110101的模塊。

近年來(lái)，在油田地面工程、天然氣處理工程項(xiàng)目中探索了定型化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的設(shè)計(jì)、施工方法，為了滿足這一方法與模塊化建造有機(jī)結(jié)合，在模塊的定義中增加了“具有一定工藝功能”的要求，以達(dá)到“預(yù)先制造”、“可替換”的定型化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化要求，但這并不是強(qiáng)制性要求。例如，中石油蘇丹油田地面工程中常見(jiàn)的功能模/橇塊見(jiàn)表2。

從表2可以看出，在油田地面工程中，不僅模塊具有一定的工藝功能，有些橇塊也具有一定的工藝功能。但考慮到位于內(nèi)陸的天然氣處理工程項(xiàng)目常采用汽車運(yùn)輸?shù)姆绞剑翂K的規(guī)格一般都很小，很難實(shí)現(xiàn)“具有一定的工藝功能”。因此，橇塊的定義中沒(méi)有此項(xiàng)要求。

需注意，由于煉油和化工裝置工藝復(fù)雜，流程長(zhǎng)，設(shè)備、管道尺寸大，介質(zhì)種類多，操作溫度高，所以大多數(shù)煉油和化工裝置的模塊化僅適用于“海(制造廠)對(duì)海(現(xiàn)場(chǎng))”的情況，其模塊質(zhì)量一般都在5000噸級(jí)左右甚至上萬(wàn)噸級(jí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般是以滿足“模塊規(guī)格”為前提，以“一定工藝功能”為范圍，劃分成一個(gè)或者多個(gè)模塊而沒(méi)有橇塊。橇塊是在模塊的制造階段，由制造廠根據(jù)自身車間、場(chǎng)地、機(jī)具等限制因素劃分的。

表2 蘇丹油田地面工程中常見(jiàn)的功能模/橇塊[3]Table 2 Common function modules and skids in Sudan oilfield surface engineering序號(hào)單元功能模塊1井口單元輕油井模塊、重油井模塊、注水井模塊、注汽井模塊、氣舉井模塊2計(jì)量站單元原油計(jì)量站模塊、配水計(jì)量站模塊、配氣計(jì)量站模塊3油氣集輸處理站、聯(lián)合站單元收球筒模塊、換熱器模塊、分離器模塊、加藥橇、儀表風(fēng)橇、制氮機(jī)模塊、水處理模塊、加熱爐模塊、電脫水器模塊、輸油泵模塊、計(jì)量橇、發(fā)球筒模塊4注水站單元浮選機(jī)模塊、過(guò)濾器模塊、注水泵模塊5發(fā)電站單元發(fā)電機(jī)組模塊、空冷模塊、注油模塊、水處理模塊、儀表風(fēng)橇、制氮機(jī)模塊

2.2 模/橇塊最大規(guī)格

《導(dǎo)則》中明確：模/橇塊最大規(guī)格(the maximum size of module/skid)是指在模/橇塊的制造、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中，最不利條件下模/橇塊的最大長(zhǎng)、寬、高、質(zhì)量和重心位置等的限制性數(shù)值。

把工作從制造廠轉(zhuǎn)移至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)是裝置模塊化建造和傳統(tǒng)建造方式最大的區(qū)別，也是模塊化建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而要使這一過(guò)程能夠順利完成，模/橇塊最大規(guī)格是最根本的保障，不超過(guò)模/橇塊最大規(guī)格的限制是實(shí)現(xiàn)“工作轉(zhuǎn)移”的先決條件。

在具體的項(xiàng)目中，要限制橇塊的最大規(guī)格還是模塊的最大規(guī)格需要具體問(wèn)題具體分析。從運(yùn)輸?shù)姆绞絹?lái)看，最不利運(yùn)輸條件如果是公路運(yùn)輸或鐵路運(yùn)輸，則一般限制的是“橇塊最大規(guī)格”；如果是水路運(yùn)輸，則一般限制的是“模塊最大規(guī)格”。從裝置的類型來(lái)看，處于內(nèi)陸的油田地面工程、中小型天然氣處理工程項(xiàng)目的“最不利條件”通常出現(xiàn)在以汽車運(yùn)輸為主的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，所以一般限制的是“橇塊最大規(guī)格”，通常也稱為“運(yùn)輸規(guī)格”；大型天然氣處理和煉油、化工項(xiàng)目的“最不利條件”往往是由制造、運(yùn)輸和安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)綜合決定的，且一般以水路運(yùn)輸為主，所以一般限制的是“模塊最大規(guī)格”。以下主要闡述運(yùn)輸環(huán)節(jié)對(duì)模/橇塊最大規(guī)格的限制。

大多數(shù)模塊化項(xiàng)目在同一條線路上的運(yùn)輸方式不是單一的，而是公路、鐵路、水路等多種方式聯(lián)運(yùn)的形式，這就存在因運(yùn)輸工具的不同而產(chǎn)生的“最不利運(yùn)輸條件”，而運(yùn)輸規(guī)格就是要確保貨物在最不利條件下能夠順利通過(guò)，從而保證貨物在整條線路上暢通無(wú)阻。因此，運(yùn)輸規(guī)格是根據(jù)同一條線路中“最不利運(yùn)輸條件”確定的。應(yīng)當(dāng)注意，在多種方式聯(lián)運(yùn)的條件下，“最不利條件”并不是某一段或某一種運(yùn)輸工具決定的，它很可能是由多種運(yùn)輸工具“最不利條件”疊加而成。例如，采用公路與鐵路聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸方式時(shí)，鐵路運(yùn)輸貨物的寬、高和重心高度都比公路運(yùn)輸小，但長(zhǎng)度和質(zhì)量卻比公路運(yùn)輸大，所以，運(yùn)輸規(guī)格的寬、高和重心高度由鐵路運(yùn)輸決定，而長(zhǎng)度和質(zhì)量由公路運(yùn)輸決定。

同一條運(yùn)輸線路上的運(yùn)輸規(guī)格一般只有一個(gè)；而一個(gè)項(xiàng)目可能有多條運(yùn)輸線路，從而會(huì)有多個(gè)運(yùn)輸規(guī)格，以便滿足多種貨物的運(yùn)輸。表3所示的是依托項(xiàng)目的運(yùn)輸規(guī)格表，其中A類用于運(yùn)輸模/橇塊散件，B類用于運(yùn)輸橇塊，C類用于運(yùn)輸裝置散件。

表3 某300×108 m3/a天然氣處理廠項(xiàng)目運(yùn)輸規(guī)格Table 3 Transportation size of a 300×108 m3/a natural gas processing plant project運(yùn)輸類型寬/m長(zhǎng)/m高/m質(zhì)量/t備注Class-A<2.55<13.6<2.8<22.0普通物資,無(wú)需運(yùn)輸許可Class-B2.55～4.013.6～17.02.8～4.022.0～62.0超限輕量大重件,需要辦理運(yùn)輸許可Class-C>4.00>17.0>4.0>62.0超限大重件,需要辦理運(yùn)輸許可及警察護(hù)衛(wèi)

需注意，以汽車運(yùn)輸為“最不利條件”的油田地面工程和中、小型天然氣處理裝置的“橇塊最大規(guī)格”一般是在項(xiàng)目前期由物流公司通過(guò)詳細(xì)的路勘直接確定的，并且不允許有所突破，否則有可能需要更換運(yùn)輸車輛甚至無(wú)法通行；以船舶運(yùn)輸為“最不利條件”的大型天然氣處理和煉油、化工項(xiàng)目的“模塊最大規(guī)格”通常在項(xiàng)目前期由物流公司根據(jù)制造場(chǎng)地、船舶、航道、氣象、現(xiàn)場(chǎng)等制約因素確定一個(gè)理論的“模塊最大規(guī)格”，然后在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中以此為基準(zhǔn)，與模/橇塊設(shè)計(jì)、制造單位通過(guò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸?shù)牧W(xué)穩(wěn)定性計(jì)算、制造可行性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，不斷優(yōu)化模塊的大小、質(zhì)量和重心高度。也就是說(shuō)，汽車運(yùn)輸?shù)摹扒翂K最大規(guī)格”是一個(gè)定數(shù)，不允許突破；船舶運(yùn)輸?shù)摹澳K最大規(guī)格”是一個(gè)參考數(shù)，需要針對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行計(jì)算、分析，才能做到最優(yōu)化。

2.3 模塊化與散件

《導(dǎo)則》中明確：模塊化(modularization)，又稱裝置成橇或裝置的橇裝化,就是將一套裝置的部分或全部劃分成若干模塊、橇塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸和裝配的建造方式。散件(ship loose)，就是采用模塊化設(shè)計(jì)的裝置中無(wú)法成模、成橇或模塊、橇塊因運(yùn)輸需要而拆卸的部分。

近年來(lái)，由于大型施工機(jī)具的出現(xiàn)，使得中、小型天然氣處理裝置的模塊化率達(dá)到了相當(dāng)高的程度，但對(duì)于大型天然氣處理裝置和煉油、化工裝置，尚無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)模塊化。因此，在進(jìn)行此類裝置的模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循“宜橇則橇、宜散則散”的原則，所以，在模塊化的定義中著重強(qiáng)調(diào)了“一套裝置的部分或全部”這一深度范圍。

散件通?？煞譃橐韵聝煞N情況：①當(dāng)一套裝置只有部分可以實(shí)現(xiàn)模塊化時(shí)，“無(wú)法成模、成橇”的部分；②無(wú)論一套裝置的全部還是部分成模、成橇，模塊內(nèi)有些穿橇大口徑、高等級(jí)材質(zhì)的管道，模/橇塊內(nèi)的精密儀表、控制閥、電纜槽盒、外掛平臺(tái)梯子等“因運(yùn)輸需要而拆卸的部分”。其中，前者通常稱為裝置散件，一般采用深度預(yù)制的方法；后者通常稱為模/橇塊散件，與模/橇塊同步制造，隨模/橇塊一起運(yùn)輸。

由此可見(jiàn)，大型天然氣處理裝置和煉油、化工裝置的模塊化布置一般包括模/橇塊內(nèi)設(shè)備的布置和模/橇塊外設(shè)備的布置兩大部分，其一般過(guò)程為：工藝專業(yè)在工藝流程圖上將每個(gè)工藝單元?jiǎng)澐殖扇舾删哂型暾に囂幚砉δ艿膮^(qū)塊，但并不需要考慮區(qū)塊內(nèi)哪些設(shè)備在模/橇塊內(nèi)、哪些設(shè)備在模/橇塊外，這需要配管專業(yè)根據(jù)設(shè)備、管道、儀表、電氣、操作、檢修、防火、防爆等的空間布置要求，結(jié)合模/橇塊運(yùn)輸規(guī)格限制加以確定。在考慮了上述布置空間后，能夠布置在模/橇塊內(nèi)的設(shè)備即按照模/橇塊內(nèi)設(shè)備布置的要求進(jìn)行布置，這就是裝置的模塊、橇塊；若設(shè)備過(guò)大，無(wú)論采用何種布置方式均超出模/橇塊運(yùn)輸規(guī)格限制，或?qū)υO(shè)備進(jìn)行切割后雖能滿足模/橇塊運(yùn)輸規(guī)格限制，但成本過(guò)高或在現(xiàn)場(chǎng)難以復(fù)原時(shí)，便不能布置在模/橇塊內(nèi)，而應(yīng)該布置在模/橇塊外，這就是裝置散件，但其配套的工藝管道可按模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)。裝置模塊化布置的一般步驟如圖2所示。

圖3為依托項(xiàng)目脫硫脫碳裝置的三維模型，該項(xiàng)目中共有脫硫脫碳裝置6套，此為其中的1套。圖中①為模塊，②為橇塊，其他則為裝置散件。

值得注意的是，在大型天然氣處理裝置和煉油、化工裝置的模塊化布置過(guò)程中，“具有完整工藝處理功能”的一個(gè)區(qū)塊應(yīng)盡量布置成一個(gè)模塊或多個(gè)模/橇塊相鄰布置，從而盡可能減少敞口管道，為制造廠對(duì)模/橇塊的水壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)和調(diào)試等工作帶來(lái)極大的便利。

2.4 模塊拆分點(diǎn)與管道拆分點(diǎn)

《導(dǎo)則》中明確：模塊拆分點(diǎn)(module splice)是將模塊拆分成橇塊或由橇塊組裝成模塊的鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)。管道拆分點(diǎn)(piping splice)則是用于管道拆卸與回裝的連接節(jié)點(diǎn)。

模塊與管道的拆分，目的都是為了滿足運(yùn)輸規(guī)格的限制，從而實(shí)現(xiàn)“工作轉(zhuǎn)移”。

從橇塊和模塊的定義可以看出，橇塊是不需要拆分的，所以橇塊沒(méi)有拆分點(diǎn)，只有模塊才有拆分點(diǎn)。模塊拆分點(diǎn)宜優(yōu)先選用非焊接的連接方式，主要包括全螺栓拼接(見(jiàn)圖4(a))和法蘭盤式連接兩種，法蘭盤連接又分為有腿型法蘭盤連接(見(jiàn)圖4(b))和無(wú)腿型法蘭盤連接(見(jiàn)圖4(c))兩種。

如果運(yùn)輸規(guī)格限制的是橇塊，則模塊制造完成后需要拆分成橇塊運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后再組裝模塊；如果限制的是模塊，則將橇塊制造完成組裝成模塊后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)直接就位即可。

由于模塊拆卸和模/橇塊與外界連接的需要，大多數(shù)穿越橇塊界面的管道需要在橇塊界面處設(shè)置用于管道拆卸與回裝的管道拆分點(diǎn)。管道拆分點(diǎn)按連接形式可分為螺紋連接、法蘭連接和焊接3種；按位置可分為兩端都在模/橇塊內(nèi)和一端在模/橇塊內(nèi)、另一端在模/橇塊邊界處兩種情況。其中，位于模/橇塊內(nèi)的一端應(yīng)盡可能在不增加法蘭、焊口情況下利用位于不同橇塊內(nèi)的閥門和設(shè)備的法蘭面連接作為拆分點(diǎn)，但當(dāng)管線長(zhǎng)、寬、高任一維度超過(guò)運(yùn)輸限制時(shí)，需進(jìn)行再拆分，以滿足運(yùn)輸要求。

圖5所示的是某天然氣處理廠項(xiàng)目中的一個(gè)模塊，運(yùn)輸規(guī)格限制的是橇塊。圖中①為模塊拆分點(diǎn)，②、③為管道拆分點(diǎn)，④為設(shè)備接管口法蘭。在③處所設(shè)的管道拆分點(diǎn)低于模塊拆分點(diǎn)①，立管部分在運(yùn)輸過(guò)程中需要拆卸下來(lái)作為上層橇塊的散件來(lái)運(yùn)輸，這也是較為常規(guī)的管道拆分點(diǎn)設(shè)置方法。為了盡可能不增加法蘭作為管道拆分點(diǎn)，可以以設(shè)備接管口④作為一個(gè)拆分點(diǎn)，但此拆分點(diǎn)高于模塊拆分點(diǎn)①，即在高度上超過(guò)了運(yùn)輸限制。因此，需要在②處再設(shè)一個(gè)管道拆分點(diǎn)，②與④之間的管段作為橇塊散件運(yùn)輸，這樣便可以滿足運(yùn)輸規(guī)格的要求。圖5中其他拆分點(diǎn)設(shè)置原理與上述方法相同，不再贅述。

需注意，在大型天然氣處理裝置和煉油、化工裝置中存在大量高溫、高壓管道，盡量減少法蘭連接是確保裝置安全運(yùn)行的必要手段。前已述及，此類裝置的運(yùn)輸對(duì)象一般是模塊，在制造廠分橇制造完成組裝成模塊后不需要再拆分，所以其內(nèi)部橇間管道拆分點(diǎn)通常采用焊接連接方式。出于安全考慮，模塊與裝置散件或模塊與模塊之間的管道拆分點(diǎn)也采用焊接的型式，通常有一道焊口和兩道焊口兩種方式，因一道焊口需要更高的制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝精度、更寬的管道間距和更小的調(diào)節(jié)裕量，制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大，所以一般采用兩道焊口的型式，如圖6所示。

3 結(jié)論

(1) 目前，由于經(jīng)濟(jì)、人文、氣候、環(huán)境及工程保障等因素，石油天然氣裝置采用模塊化方式建造主要應(yīng)用在海外欠發(fā)達(dá)、氣候、環(huán)境條件苛刻的國(guó)家或地區(qū)。這種建造方式可以有效降低項(xiàng)目運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)避制約因素，縮短項(xiàng)目工期，提高項(xiàng)目質(zhì)量。

(2) 橇塊、模塊的定義是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性概念，深入理解和準(zhǔn)確把握定義的內(nèi)涵和外延是確保裝置模塊化設(shè)計(jì)方向正確的關(guān)鍵。

(3)模/橇塊最大規(guī)格是實(shí)現(xiàn)裝置模塊化建造的關(guān)鍵，科學(xué)合理的模/橇塊最大規(guī)格可以大大降低項(xiàng)目投資和風(fēng)險(xiǎn)。模/橇塊最大規(guī)格一般由專業(yè)的物流公司與設(shè)計(jì)、制造單位共同確定，以汽車運(yùn)輸確定的規(guī)格在設(shè)計(jì)開(kāi)始后一般不允許再調(diào)整，以船舶運(yùn)輸確定的規(guī)格需要不斷進(jìn)行計(jì)算、分析，以達(dá)到最優(yōu)化。

(4) 模塊化的定義既表明了裝置模塊化建造的基本流程，又指明了裝置模塊化布置的大方向。

(5) 模塊拆分點(diǎn)和管道拆分點(diǎn)的設(shè)置與運(yùn)輸規(guī)格直接相關(guān)，是模塊、橇塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它關(guān)系到制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)裝配的各個(gè)環(huán)節(jié)，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中仔細(xì)推敲、不斷優(yōu)化，并與制造廠、物流公司緊密結(jié)合。

(6) 裝置的模塊化建造涉及到設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造、運(yùn)輸、調(diào)試、運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，在今后的工作中，需要對(duì)上述各個(gè)環(huán)節(jié)不斷進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，才能不斷提高裝置模塊化建造水平，更好地為石油天然氣工程項(xiàng)目服務(wù)。