淺談石油化工建設工程之橇裝化、一體化、模塊化

黃亞（四川省鑫宇石油技術服務有限公司，四川 成都 610041）

模塊化建造技術，起源于19世紀70年代，由于施工工期越長，不確定性因數越多，導致海洋工程施工難度增大。為解決工期過長而形成的風險，人們便嘗試在陸地上將整個工藝流程預先高度集成再分成若干個模塊，然后用駁船將模塊運至海上平臺組裝，這樣大大縮短了海上施工工期。后來，這項技術在造船工業發達的美國、日韓等國得到了迅速發展并成為現代船舶海洋工程中的重要技術。

19世紀80年代開始，模塊化建造技術陸續應用于陸上項目(油氣處理廠和礦業加工廠等)的建造。為轉變地面建設和管理方式，適應中國石油原油產量穩定增長，天然氣業務快速發展的需要，20世紀初，中國石油高層領導人明確提出“各油氣田公司要結合自身實際，采取直接引進、聯合研制、獨立研發等多種方式，全面推廣一體化集成裝置”的工作要求。

隨著BIM技術、SPMT和海上運輸設備、大型吊裝技術的出現，快速地推動了橇裝化、一體化、模塊化的全面發展。BIM技術的應用大大提高了設計效率和精度，實現了橇裝化、一體化、模塊化建造的3D直觀模擬；而SPMT運輸車的出現使得模塊化建造的運載能力得到不斷提升，即使幾千噸的橇塊、模塊也可以順利的運輸至工地現場；隨著起重能力的不斷增強，大型吊機以及先進的安裝技術，更是為大型整裝模塊化建造創造了條件。

石化行業橇裝技術發展歷程先后經歷了單體橇裝設備到可替代部分中小站場的一體化集成裝置，再到發展為功能整合、空間布局的模塊化。

1 單一橇裝模塊

單一橇裝模塊是將一個或者幾個重要設備及其管路、管件組裝于鋼結構之上的一個整體裝置，可視為一個功能單一、結構簡單的設備。單一橇裝模塊實現了單一功能裝置便捷重復利用的可能性，但其布置松散，功能簡單，只適用于比較簡單的單井站場。

單一橇裝模塊幾乎均在橇裝制造廠完成組裝為一個整體設備，施工現場工作簡單，橇座基礎施工→橇裝設備吊裝→調試等，相對于傳統施工方法，由于為單一橇裝模塊，對于整個工程現場工作量減少有限，優化工期也受到限制，節約投資不明顯。

2 一體化集成裝置

一體化集成裝置是將多個單一功能的設備、管道、電氣、儀控等按照安全性、操作性、美觀性的原則進行裝配集成，以實現裝置綜合性能的技術。一體化集成裝置是對單體橇裝的再次提升與集成，具有多個單一橇裝模塊的功能，可以替代部分中小型單體集輸站場。

一體化裝置建造流程分為物質運至橇廠→橇廠組裝→橇廠調試（→精密儀表拆卸）→橇廠至現場運輸→橇座基礎施工（按實際計劃）→橇裝設備吊裝（→精密儀表安裝）→調試。相對于傳統施工方法，其功能性強，結構緊湊，現場施工工作量小，快裝上產，并可整體搬遷重復利用，從而實現了技術提高、流程優化、節約占地30%以上、工期縮減15%以上、投資減少等優點。

一體化集成裝置技術要點包括：（1）工藝流程優化與設備選型：更有利于高度集成；（2）優化結構布置：從安全性、操作性、美觀性實現裝置集成一體；（3）整體質量控制：橇裝制造廠焊接、組裝、調試（拆卸）、運輸、現場吊（安）裝、調試等；（4）技術支撐：核心技術研究與專利專有技術整合。

一體化集成裝置具有功能、工期、經濟等優勢，加之設計流程標準化的不斷推進，已經成功運用于油田站場（油氣混輸一體化集成裝置、電加熱增壓一體化集成裝置、計量增壓一體化集成裝置、生活水供水一體化集成裝置等）、氣田站場（天然氣集氣一體化集成裝置、非酸性天然氣集氣一體化集成裝置、酸性天然氣集氣一體化集成裝置等）、變配電站場（35kV一體化集成開關站、油氣站場電控一體化集成裝置等）等。

3 模塊化

模塊化是指以資源整合是核心，在解決一個復雜問題的過程中，自上向下逐層把一個或多個系統劃分成若干模塊的過程，再在施工現場組裝為具有一定功能的裝置。模塊化也是對一體化集成裝置的再次提升，天然氣處理廠大型復雜的生產單元由模塊化集成裝置從空間疊加而成。模塊化思想是項目的分解和資源的整合，實現工廠作業最大化，現場作業最小化。

裝置模塊化建造流程分為物質運至橇廠→橇廠預組裝→橇廠調試→精密儀表拆卸→橇廠至現場運輸→橇座基礎施工（按實際計劃）→橇裝設備吊裝→精密儀表安裝→調試；傳統施工工藝流程分為設備、材料運至工地現場→土建工程施工（按實際計劃）→設備、材料現場安裝→調試。兩種建造模式無論是設計理念，還是施工方法都大相徑庭，導致經濟、技術水平均有迥異差別。

裝置模塊化技術要點內容：（1）裝置模塊化設計技術，包括工藝設計、三維配管設計及管道應力分析設計、裝置模塊拆分方案設計、裝置模塊吊點設計、裝置布置設計等。（2）裝置模塊化建造技術，包括成焊接技術、組橇安裝技術、施工組織管理技術等。（3）裝置模塊化包裝運輸技術，包括公路、鐵路、水運等方式；（4）裝置模塊化安裝技術。

模塊化裝置常用的運輸方式有：（1）公路運輸；（2）鐵路運輸；（3）船運。其比較見表3.1。

表3.1 模塊化裝置常用的運輸方式

模塊化設計建造優點包括：（1）縮短建設工期，現場土建施工與橇裝制造廠工藝模塊建造可同時進行。模塊建造在工廠內完成，不受天氣和場地條件等因素制約。（2）減少現場工作量，橇裝制造廠內完成裝置焊接及預組裝工作、調試，現場僅負責完成模塊的搭接以及各裝置系統間的貫通安裝、調試。（3）充分利用橇裝制造廠地理優勢具備的物資、人力資源，減少現場條件的限制。（4）質量可靠，在橇裝制造廠完成焊接、吹掃、試壓、調試，施工質量高，減少現場變更，確保質量。（5）由平面展布向多層空間疊加集成，節約占地40%以上。（6）生產單元可整體拆裝、整體搬遷，可重復利用。（7）節約投資，在物資及人力資源缺乏的地區（特別是海外）實施模塊化，可減少現場工作量，節約投資。

以磨溪龍王廟天然氣凈化廠處理含硫天然氣300×104m3∕d為例，從初設批復到建成投產僅用了9 個月，工廠預制率85%，減少占地面積40%，總體施工周期縮短30%，節約投資10%，創造了天然氣凈化廠建設速度新紀錄。

從上面介紹不難發現，與傳統工藝流程設計相比，模塊化設計建造優化了資源整合、縮短了建設工期、降低了工程投資、方便重復利用等優點，隨著市場全球化的發展，一體化、模塊化設計建造理念逐漸成為跨國大型公司承攬EPC 項目和進軍海外市場的重要依托。在業主需求或具備條件的地區，實施大型裝置模塊化，進一步發揮預制建造工廠的人力資源、物資資源優勢，提高模塊化裝置的集成度和預制化率，盡可能在預制建造工廠完成裝置的功能測試，從而大大減小施工現場各種不確定因素引起的資金風險、安全風險以及進度風險。