用積木搭建一棟自己設計的房子，是不少人童年美好的回憶。石油化工裝置也能像搭積木一樣建造起來。隨著計算機設計技術、施工機械化程度提高，現(xiàn)代化大型吊裝運輸能力不斷增強，模塊化設計、制造正在取代傳統(tǒng)設計與傳統(tǒng)現(xiàn)場施工。

  模塊化技術起源于19世紀70年代，隨著近些年數(shù)字化、智能化設計手段的提高，模塊化設計又被注入了新的因素。裝置模塊化設計是通過集成設計，將石油化工裝置按區(qū)域劃分成若干可在制造廠或項目建設場地內進行建造的模塊，現(xiàn)場完成組裝和連接，以最大限度地減少項目現(xiàn)場施工量的設計過程。

  浙江至德鋼業(yè)有限公司技術人員參與負責設計的某國外工程采用模塊化設計與施工，建設工期減少了50％，惡劣環(huán)境施工現(xiàn)場人員減少70％。壓力管道專業(yè)主導的模塊化設計，在設計時將整套裝置分為了若干個模塊，在異地獨立的生產車間內，所有的設備、管道、儀表、電線等都在鋼結構的框架內進行預組裝，完成后被運往施工現(xiàn)場，與公用設施對接并進行拼裝。

1. 模塊化設計建造的優(yōu)勢

  模塊化設計建造具有諸多優(yōu)勢，包括工期短、施工現(xiàn)場人員少、施工效率與質量可控性更好、施工安全性更高等。

  a. 工期短 

   傳統(tǒng)建設工程需要先完成建筑工地土建，再進行上方工廠管道建設。而模塊化設計建造，由于工廠在異地車間預制，土建和管道建設可以同時進行，因此能夠節(jié)省工期。

  b. 施工效率高 

   這種異地車間預制在廠房內進行，不受天氣、環(huán)境等外界因素的影響，因此工人的工作效率顯著提升，工程質量也更高。傳統(tǒng)的裝置建造在雷雨天就得暫停焊接工作，而廠房內則完全沒有這些因素的干擾，溫度、濕度得到控制，還大大提高了焊接的質量。

  c. 安全性高 

   預制模式還免去了不少安全和污染隱患，提高了施工安全性。傳統(tǒng)建設工程需配置固定腳手架，施工人員爬上爬下有不少潛在風險。而車間內預制建造，減少了固定腳手架。預制車間內還能進行管道自動焊接，沒有煙霧、減少噪聲。

2. 模塊化設計的特點

  盡管模塊化設計建造好處較多，但想要建成一座模塊化工廠著實不易。需要考慮設計及模塊化施工的限制很多，例如，石油化工裝置一些大型設備無法分割成能運輸?shù)哪K，一些高溫高壓劇毒流體管道的模塊化設計也有較大的問題，特別是預制模塊“最后兩公里的陸路運輸條件”影響較大。

  首先進行道路勘察，包括運輸時將經(jīng)過的輪船、碼頭、陸路等情況，在掌握模塊制造、運輸、拼裝過程中的各項外界因素后，再著手設計。

  模塊化設計中既要考慮裝置本身，也要考慮模塊的分割問題。例如，有的裝置大型設備不能拆分，每個模塊設計都需符合運輸條件，模塊間的連接也要盡量減少。模塊在吊裝、運輸中的變形會對拼裝造成困難。需要全方位計算模塊的受力條件，找到精確的重心，從而結構專業(yè)可以精準設計鋼結構和模塊的連接。

  ①. 裝置應具備成熟的工藝，在工藝流程中將每個工藝單元劃分成若干具有完整工藝過程功能的區(qū)塊。機泵、換熱器等設備應盡量選擇體積小的設備。如果設備尺寸較大無法滿足模塊布置要求，則需進行設備拆分劃塊。

  ②. 將設備、管道、電氣、儀表、平臺和梯子等盡可能集中布置在模塊內。減少模塊或模塊組之間的接口。

  ③. 設計時需滿足標準規(guī)范對安全、操作、維護和檢修等空間的要求。管道設計還需考慮運輸、吊裝過程中臨時加固措施。泵、換熱器等設備和管道閥組等安裝在鋼結構底板上。

  ④. 每個模塊的尺寸需嚴格控制在最大尺寸和最大重量范圍內。將超大設備整體或局部單獨視作一個模塊設計。例如，可將加熱爐整個爐體分為對流室、輻射室、余熱回收和煙囪等幾個模塊，有些平臺設計為可拆卸式平臺，以滿足運輸?shù)囊蟆?/span>

  ⑤. 模塊化設計制圖，可采用三維或二維軟件設計。設計文件以模塊為基本單位完成，文件編號細分到每個模塊。

  ⑥. 模塊內部的鋼結構以焊接為主，模塊之間的鋼結構連接盡量采用螺栓等形式連接，模塊中的輔助支承構件、設備管道的臨輔助運輸時支承件可采用螺栓連接，以便于組裝就位后拆除。

  ⑦. 模塊之間管道連接處可采用法蘭或焊接連接，對于高溫、高壓、有毒和可燃介質管道宜采用焊接連接。模塊在制造廠內完成模塊內部管道、結構涂裝，完成設備和管道的無損檢驗、吹掃試壓、絕熱涂漆、儀表及平臺安裝。模塊建造完成后需對相鄰的模塊在制造廠內進行預拼裝，確保在項目現(xiàn)場模塊的精準對接。

  ⑧. 模塊之間的儀表、電氣等電纜需在項目現(xiàn)場完成。

3. 模塊化建造的過程及問題

  預制完成后，數(shù)日的海路、陸路運輸及運輸起吊期是對模塊結構的一次嚴峻檢驗。避免吊裝時模塊變形。所有的模塊運到現(xiàn)場后，完成整套裝置的拼裝，所有螺栓進行連接。

  相對于傳統(tǒng)裝置的建設模式，模塊化設計周期和模塊運輸時間有所延長，相應增加制造模塊的運輸防護、裝卸、鋼結構、防變形輔助支承構件、大型吊裝等費用，從而導致設計、施工費用的增加。因此，裝置是否采用模塊化設計還需充分考慮項目工程的綜合造價和總體進度。

  在一些建設地人工成本更高、氣候環(huán)境惡劣的地區(qū)，壓力管道模塊化設計建造具有優(yōu)勢。對于一些工藝流程標準化程度較高的石油化工裝置，模塊化設計成為一種理想的建造方案。