巴西Comperj850萬t/a煉廠管廊模塊化施工技術研究

王寶龍 朱鐵軍 婁 恒 趙 妍 常紹輝 孟 闖 曲藝夫

中油吉林化建工程有限公司 吉林 132021

模塊化施工是工程建設“五化”的一項重要內容。巴西Comperj 850萬t/a煉廠項目成功實施了管廊模塊化施工，其質量、安全、工期和經濟效益等成果顯著，成為巴西Comperj煉廠項目的工程亮點之一。

管廊模塊化是在常規設計的基礎上，做一些適應于管廊模塊化施工的微小設計改變，即可達到模塊化施工的設計要求，具有設計改變量小、設計更改簡單的特點,易于實施。管廊模塊具有極高的相似性、相通性，能夠實現批量生產；制造門檻低、投入小，可迅速成規模生產；作業環境好，能源消耗低，施工工效高，安全質量優，經濟效益好。

1 巴西Comperj煉廠項目概況

巴西 Comperj煉廠項目屬于巴西石油公司（Petrobras），位于巴西里約州東北方向的Itaborai市，距離里約市50km。Comperj煉廠項目一期建設完成后，煉油生產能力為850萬t/a。2015年Comperj煉化一體化項目停工。

Comperj煉廠項目裝置外管廊結構工程量為3700t，目前已完成約90%。工藝管線工程量為91000Dia，目前已完成約72%。管廊模塊共計236個，單個24m模塊總重在30～60t之間。圖1為管廊模塊化施工的一個模塊。

圖1 管廊模塊化施工的一個模塊

2 管廊模塊化施工的特殊設計要點

為適應管廊模塊的預制、運輸和現場安裝，模塊化圖紙要針對模塊長度、節點型式、基礎型式和管支架部件（焊在鋼結構上的部分）等進行有利于模塊化施工的特殊設計。

2.1 模塊長度的技術研究

模塊長度的選定要充分考慮制造成本、運輸條件和是否便于施工等因素。如果模塊過長、模塊重量大、運輸轉彎半徑大，會使運輸難度增大，現場道路可能不會滿足運輸要求；如果模塊過短，則不經濟，失去了模塊制造的意義。

綜上所述，每個模塊長度設置在24m左右為原則，將管廊分解成若干個模塊。圖2為管廊模塊化施工設計圖紙。

圖2 管廊模塊化施工設計圖紙

選取每個模塊長度為24m左右主要從以下3個方面考慮：

（1）制造成本：可有效降低施工成本，24m左右長度的模塊制造成本經濟合理；

（2）現場運輸：大部分現場的道路可以滿足24m長度的運輸要求，這樣的設置盡可能避免了為運輸模塊而重新鋪設現場臨時道路，還易于選擇運輸車輛；

（3）管段安裝：因大部分管材長度在6m、12m左右，所以管廊模塊分段設置為24m可避免增加過多不必要的焊口。

2.2 模塊節點型式的技術研究

模塊連接節點不能過于復雜，應在滿足結構安全的前提下，盡量減小模塊連接現場的工作量。管廊模塊節點（見圖3）采用以下型式：

（1）兩個模塊的連接處采用懸臂梁型式；

（2）模塊與模塊之間除人行通道外，彼此之間互不連接；

（3）模塊與模塊之間的間隙在1.2m左右，以便于模塊安裝過程中進行工藝管線的對口調整；

（4）工藝管線的脹力設置在模塊中間，而不設置在兩個模塊的連接處，以便于施工作業及腳手架搭設；

（5）伴熱管線的分配盤不設置在兩個模塊的連接處。

圖3 管廊模塊化節點

2.3 模塊基礎設計的技術研究

常規設計的管廊鋼結構基礎一般是基礎墩，但基礎墩高于地面，不利于模塊整體運輸，會阻礙運輸車輛的進入。另外，地腳螺栓的連接型式也會增大模塊安裝的難度。

考慮以上因素，管廊模塊基礎的型式如下：

（1）模塊基礎采用預埋鋼板的型式（見圖4和圖5）；

（2）管廊模塊基礎的上表面要與地面平齊，以保證模塊運輸的過程中不產生阻礙；

（3）模塊柱底板和基礎采用焊接的連接型式，以方便在安裝過程中進行偏差調整。

圖4 管廊模塊化基礎的預埋鋼板

圖5 管廊模塊化柱腳與基礎連接型式

2.4 管支架部件（焊在鋼結構上的部分）的技術研究

為了解決以上問題，一體化考慮焊在鋼結構上的管支架部件：

（1）在設計階段，將焊接在鋼結構上的管支架部件，轉化設計在鋼結構轉化設計的構件圖紙上，圖紙上標注管支架與結構連接部分的尺寸，使焊接在鋼結構上的管支架部件設計施工一體化；

（2）在鋼結構構件制作過程中，將焊接在鋼結構上的管支架部件和鋼結構構件一同制造，一同進行防腐涂漆；在施工工序上，將焊接在鋼結構上的管支架部件提前，從而提高工作效率，降低現場管支架的焊接工作量。

3 模塊化預制廠的設置

3.1 模塊化預制廠的位置

模塊化預制廠位于主裝置東側2km處，占地面積約為20000m2。圖6和圖7分別為模塊化預制廠位置示意圖和模塊化預制廠平面圖。

3.2 模塊化預制廠的結構型式

模塊預制場應具備的功能包括防雨防曬、照明，有必要的起重機械，以及內部布置管廊有能夠滿足模塊制造的必要設施。

圖6 模塊化預制廠位置示意圖

圖7 模塊化預制廠平面圖

巴西Comperj模塊化預制廠共由7個大棚組成，大棚的立柱和拱架采用輕鋼網架結構，每個大棚的尺寸：長×寬×高=30m×10m×15m。大棚成片連接，拱架上方滿鋪苫布。大棚采用輕鋼網架結構的優點是節省材料，易于制造和施工，防雨、防曬。圖8為模塊化預制廠全景圖。

圖8 模塊化預制廠全景圖

3.3 模塊化預制廠起重機的布置

（1）模塊化預制廠每個大棚內安裝2臺門式起重機，前后布置；

在農村地區，這種情況可以逆轉。在自然狀態下的木材存活和生長時釋放VOCs;林地和森林中的空氣可以比許多室內環境具有更高的濃度。

（2）1# 和2# 大棚每個大棚設置2臺10t門式起重機，3#、4#、5#、6# 和7# 大棚分別設置2臺20t門式起重機；

（3）起重機軌道延伸大棚外10m。圖9為模塊化預制廠大棚內的設置。

3.4 模塊化預制廠的功能

模塊化預制廠分管段預制區和模塊組裝區兩部分。

(1)管線預制區由管道輸送機、滾胎和管段預制工作臺組成，均置于大棚內，這樣做的目的是保證管段的預制安裝工作都在大棚內完成，以保證良好的施工作業環境，進而保證施工質量。

圖9 模塊化預制廠大棚內的設置

(2)模塊組裝區域要保證場地平整。在預制廠地內，根據單個模塊柱子個數埋設臨時基礎墩并找平找正，以減少模塊在現場安裝時的誤差。

3.5 模塊化預制廠其他設施

(1)模塊預制廠的頂層部分主要有電氣儀表的槽板。模塊的頂層部分不在大棚內預制，而是另設預制區域，這樣可有效加快預制速度。

(2)模塊預制廠的附屬設施包括大棚外的材料堆放區和成品擺放區等。

4 管廊模塊化施工要點的技術研究

管廊模塊化預制工藝流程見圖10。

圖10 管廊模塊化預制工藝流程

4.1 管支架采取“二分法”施工

與管段焊接的管支架部件界定在管段預制的施工范圍，焊接在鋼結構上的管支架部件（固定支架、導向定位塊、滑板底板、鋼筋）界定在鋼結構部件預制的施工范圍。把焊接在鋼結構構件上的管支架部件工序提前到鋼結構構件預制的工序里，把管支架安裝分解成2道工序，即為管支架“二分法”施工。

“一分”——與管段焊接的管支架部分（圖11）：管段在預制過程中按照圖紙的位置焊接管支架，焊接前必須檢查好管支架的位置和管支架之間的直線度。

“另一分”——與鋼結構構件焊接的管支架部分（圖12）：結構橫梁的轉化設計圖包含固定支架、導向定位塊、滑板底板和鋼筋。橫梁預制時，固定支架、導向定位塊、滑板底板和鋼筋應在梁上焊接完畢；鋼結構構件運輸到模塊預制廠后，應重點復測橫梁上導向定位塊的位置和直線度，以保證管線安裝后平直。

圖11 與鋼結構焊接的管支架部分

圖12 與管段焊接的管支架部分

4.2 管段、鋼結構安裝和模塊的頂層部分采取分區作業法施工

模塊化預制廠內的管段預制、鋼結構安裝和模塊的頂層部分組裝應分區設置。

（1）管段預制區域和鋼結構安裝區域應盡量靠近，以保證管段預制完成后就近安裝在管廊模塊上。

（2）模塊的頂層部分組裝在其他區域預制。

4.3 模塊組裝采用流水線裝配法施工

（1）先進行單個模塊的管段預制和鋼結構裝配工作（圖13）。管段預制過程中應重點控制管支架的安裝位置和管支架之間的直線度；鋼結構的裝配要重點復測橫梁上導向定位塊的位置和直線度；管段預制和鋼結構裝配工作完成經檢查合格后方可釋放。

（2）再將管段按圖紙的安裝位置逐層安裝在鋼結構上（圖 14）。

（3）最后安裝模塊的頂層部分。

圖13 模塊的鋼結構裝配

圖14 模塊的管段鋪設安裝

4.4 管段預制安裝要點

（1）模塊化預制廠內應配備有管道輸送機、滾胎和管段預制工作臺，以保證管段預制的規范化、流水化；

（2）2"～10"的管材采用滾胎運輸，大于10"的管材采用龍門吊運輸；

（3）管段在預制工作臺上焊接；

（4）預制完成的管段采用長平衡梁進行吊裝；

（5）單個模塊內的管段預制深度應達到伴熱、防腐、保溫工作的結束。

5 模塊運輸

采用自行式模塊運輸車（SPMT）運輸模塊，SPMT具有自裝卸、“無頭”牽引、自由組合、多模式轉向，以及擁有高智能操控平臺（PPU）等特點，適于管廊模塊的運輸。

模塊整體運輸時需考慮的問題：

（1）模塊重量應能滿足SPMT運輸能力的要求。

（2）運輸加固支撐要預留出足夠的空間，以便于SPMT進入到模塊下部，便于SPMT通過平臺升降功能托起模塊，實現模塊的裝車。

6 模塊安裝

模塊安裝前，首先應進行基礎的驗收，主要驗收其中心線位置和標高；驗收合格后，方可運輸模塊；將模塊運至指定的安裝位置，利用SPMT運輸車進行微調，合格后落在基礎上，再將柱腳與基礎進行焊接；單個模塊安裝完畢后，進行兩個模塊之間工藝管線的安裝，依次進行腳手架搭設和工藝管線的組對、焊接、無損檢測；待所有模塊安裝完成后進行工藝管線的試壓。

7 改進措施

當前，巴西Comperj煉廠管廊整體模塊化施工是采取先鋼結構廠外預制、管段廠內預制，再在廠區大棚內進行整體裝配的方式，效果頗佳。我們建議，如果經濟效果好，管段也可采取在廠外大規模、大批量預制的方式，則工效、質量、安全更有保障。

8 結論

管廊模塊化施工成功應用于巴西Comperj煉廠項目的建設，其成本、工期、質量和安全都達到了預期要求。因此，模塊化施工可以在國內類似新建裝置的管廊建設中先行先試，進行點的突破，為未來整個裝置模塊化施工積累經驗。