周 煒

(中石化第四建設有限公司，天津 300270)

DMTO裝置主要包括反應再生系統(tǒng)，急冷、水洗及汽提系統(tǒng)，熱量回收系統(tǒng)，除氧水系統(tǒng)，蒸汽系統(tǒng)和煙氣系統(tǒng)。本文圍繞裝置鋼結(jié)構(gòu)、非標設備以及管道的模塊化安裝進行敘述，以100萬t/a當量的DMTO為例，結(jié)合對現(xiàn)場施工布局的規(guī)劃與安排，科學調(diào)配使用大型機具，利用數(shù)字化三維建模，在管道、結(jié)構(gòu)軟件的信息技術(shù)應用支持下，本著 “預制工廠化、工序流水化、管理信息化”的理念，實現(xiàn)各專業(yè)工程模塊化制作、多專業(yè)組合模塊化安裝，達到項目實施中安全可控、質(zhì)量可控以及提高經(jīng)濟和社會效益的目的。

1 裝置模塊化實施特點分析

DMTO裝置的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架、非標設備及管道主要集中在反再系統(tǒng)單元和三旋區(qū)域，施工中具有以下的特點：

1) 施工場地布局緊湊，結(jié)構(gòu)、設備、管道三者交叉作業(yè)多，對施工順序、工序協(xié)調(diào)要求高。裝置中涉及到大件吊裝的專業(yè)多，大型吊車運行時間長。

2) 作為裝置的關(guān)鍵設備集中區(qū)域，反再系統(tǒng)、三旋區(qū)域的施工貫穿于整個裝置的施工過程。

3) 鋼構(gòu)架相對集中且多為高、大的構(gòu)架。

4) 非標設備多為分片、分段到貨，現(xiàn)場組焊后分段吊裝。全場只有檢修預留區(qū)域可以作為模塊化預制的實施場地，制造用場地緊湊，時間緊、工程量大。是裝置施工的重要關(guān)鍵路線。

5) 反再系統(tǒng)內(nèi)件多且安裝精度要求高，施工周期長。

6) 帶襯里管道工序緊密、施工周期長。

2 裝置模塊化建造實施

以“四化施工技術(shù)”(預制工廠化技術(shù)、工序流水化技術(shù)、安裝模塊化技術(shù)、管理信息化技術(shù))的應用為原則，科學地創(chuàng)建裝置+預制廠2個施工現(xiàn)場，達到平行作業(yè)的目的。以預制工廠化、全流程流水化作業(yè)帶動整個工程施工鏈條的組織方法，可做到“三代替”(電動工具代替手動工具、自動焊代替手工焊、模塊化代替散件)，“三減少”(進入裝置現(xiàn)場總?cè)藬?shù)減少、高空作業(yè)頻率減少、現(xiàn)場危險因素減少)，實現(xiàn)工程建設的安全、質(zhì)量、工期目標。裝置模塊化安裝的核心是現(xiàn)場平面布局的規(guī)劃，由于安裝緊湊，需要考慮場地時間、空間上的充分配合，減少因為場地受限而將設備、材料異地放置而產(chǎn)生的倒運工作。

分析DMTO裝置的模塊化建造，可以將裝置的結(jié)構(gòu)、非標設備、管道的模塊化工作進行分解和規(guī)劃。對結(jié)構(gòu)各構(gòu)架進行分析，可以進行模塊化實施的主要是反再構(gòu)架樓梯間、反應器構(gòu)架、三旋構(gòu)架，主體管廊。反應器構(gòu)架和反應器三級旋風分離器(簡稱三旋)構(gòu)架模塊化清單見表1。對非標設備進行分析，可以進行模塊化工作的主要是反應器、再生器、反應器三級旋風分離器、再生器三級旋風分離器、催化劑罐、急冷塔/水洗塔。非標設備模塊化清單見表2。DMTO裝置的管廊管道可以實現(xiàn)集中預制、安裝，其中的大口徑襯里管道，主要介質(zhì)為熱空氣、再生煙氣、甲醇氣、催化劑、反應氣，最大管道直徑2.22 m，管道介質(zhì)最高溫度達600 ℃，也都可以進行分段模塊預制安裝。表3為部分襯里管道參數(shù)。

表1 反應器和三旋構(gòu)架模塊化清單

表2 非標設備模塊化清單

表3 部分帶襯里管道模塊化清單

2.1 預制工廠化

鋼結(jié)構(gòu)、非標設備、管道完全可以實施工廠化預制，這里的工廠化預制包括鋼結(jié)構(gòu)工廠化預制后帶保護層到場并在現(xiàn)場拼裝成吊裝模塊、非標設備現(xiàn)場單環(huán)模塊組對預制以及管道現(xiàn)場預制工廠化模式。

2.1.1 鋼結(jié)構(gòu)工廠化構(gòu)件預制

工廠化預制具有明顯的環(huán)保、質(zhì)量、安全管理控制優(yōu)勢，同時也考驗制造廠的技術(shù)、信息化運用水平。當前，鋼結(jié)構(gòu)預制工廠很多，采取場地外工廠化構(gòu)件預制進場的模式很成熟。DMTO裝置鋼結(jié)構(gòu)的預制，需要分析裝置特性后抓住甲醇-反應器構(gòu)架、再生器三旋構(gòu)架等涉及鋼結(jié)構(gòu)核心的區(qū)域，充分結(jié)合現(xiàn)場場地條件合理安排鋼構(gòu)件的排產(chǎn)順序以及到場順序，同時關(guān)注配套的鋼格板制造的順序和進度，以便于在現(xiàn)場進行鋼構(gòu)件拼裝時能夠一次成型避免留下安全隱患。預制開始前必須編制完成監(jiān)造大綱，在優(yōu)先順序、進度、質(zhì)量方面嚴格把控，著重關(guān)注鋼構(gòu)件直線度、連接孔的同心度、拋丸的程度、油漆干膜厚度等核心質(zhì)量要素，避免現(xiàn)場返工。圖1是鋼結(jié)構(gòu)工廠進行主柱預制的情景。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)工廠化主柱構(gòu)件預制

2.1.2 設備現(xiàn)場模塊化拼裝預制

模塊化實施必須考慮現(xiàn)場的平面布局，需要先對布局進行深入的分析和規(guī)劃。DMTO裝置的整體場地布局，需要對各設備模塊、管道模塊的起吊點進行科學的設計，結(jié)合結(jié)構(gòu)模塊的情況，本著科學、合理、經(jīng)濟的原則，在裝置內(nèi)采用750 t履帶式起重機(簡稱履帶吊)、400 t履帶吊作為模塊化主吊，使用80 t履帶吊、200 t汽車起重機(簡稱汽車吊)配合，充分利用反再區(qū)域前、穩(wěn)定框架前的檢修區(qū)作為全裝置的模塊化預制區(qū)域，將履帶吊放置在此區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全范圍行走、全專業(yè)使用，以充分提高吊車利用效率。

結(jié)合DMTO裝置非標設備的總量，在總平面上本著統(tǒng)一合理、利用率最高、投入最小的原則規(guī)劃若干個組對拼裝點，包括鋼平臺(14 m×14 m)、環(huán)砼平臺等，以及旋分組對胎具點，分離區(qū)域的三級旋風分離器的模塊化預制也統(tǒng)一在此區(qū)域?qū)嵤?。在這里，空間及順序管理非常重要，特別需要注意的是，鋼構(gòu)架模塊化拼裝在檢修區(qū)進行，需要在設備模塊化成型前2個月進行，以利于現(xiàn)場場地空間上的充分協(xié)調(diào)利用。

圖2是部分模塊化設備拼裝預制的實際情況。部分非標設備需要進行內(nèi)襯里的鋪設，尤其是為了降低頂封頭的內(nèi)襯難度，可以采取在封頭拼裝階段完成內(nèi)部襯里工作。這里要注意的是錨固釘?shù)暮附淤|(zhì)量、襯里搗實情況以及襯里烘干的程度，這些都會影響到封頭翻轉(zhuǎn)吊裝的安全性和襯里成品的保護。圖3是封頭內(nèi)襯里預制實景。

圖2 模組組裝

圖3 封頭內(nèi)襯里預制

2.1.3 管道工廠化預制

采取管道工廠化預制手段縮短管道安裝的時間，采用管理信息化技術(shù)科學、合理地安排施工生產(chǎn)，解決預制、安裝之間不平衡、不統(tǒng)一的瓶頸?？茖W合理規(guī)劃管道流水化預制工廠，針對DMTO裝置各種類別的管道進行工廠化預制，并在預制廠內(nèi)形成流水化的作業(yè)，可以使安全管理、質(zhì)量管理實現(xiàn)質(zhì)的提升。

典型的預制工廠布局含有分布下料工段、組對工段、焊接工段、后處理工段、檢測工段以及成品工段等區(qū)塊，利用移動導軌順向布置，可以從流水化作業(yè)上解決工作效率的問題。圖4是典型管道預制工廠的內(nèi)景。

圖4 典型的管道預制工廠內(nèi)景

管道工廠化預制中應用信息手段進行預制順序合理規(guī)劃與信息采集，達到預制與安裝無縫接軌、解決與現(xiàn)場之間的供需矛盾、節(jié)約場地、充分利用資源的效果。在使用PDSOFT3Dpiping管道預制軟件的基礎上，大力推動智慧工程管道信息化系統(tǒng)在工程上的使用，充分使用PC端數(shù)據(jù)分析、移動端APP數(shù)據(jù)采集(見圖5)來解決管道預制過程中的瓶頸問題。

圖5 智慧管道系統(tǒng)的應用(PC、移動端)

由于大口徑襯里管道運輸比較困難，需要考慮在裝置現(xiàn)場設置大口徑襯里管道的固定預制區(qū)域?？衫眯畔⒒疶eckla軟件對襯里管道進行三維模擬，指導預制分段工作(見圖6)，圖中粉紅色模擬的是反應器三級旋風分離器(CY1104)、甲醇-反應器換熱器(E1202A/B)和急冷塔(T1201)之間連接管道的分段情況。按照這個方法，可以對所有的襯里管道進行模擬分析，以指導詳細分段。

圖6 Teckla軟件模擬模塊分段

模擬分段完成后，按照既定的預制順序進行，各分段預制工作的具體實施需要充分控制管道對口的偏差、內(nèi)部錨固釘實施過程中的焊接質(zhì)量、基層襯里的密實養(yǎng)護以及龜甲網(wǎng)的對接、固定等關(guān)鍵點的質(zhì)量。另外，管道配件的方位、角度也是重中之重。圖7 是大口徑管道龜甲網(wǎng)的對接、固定工序情況。

圖7 大口徑管道內(nèi)襯(龜甲網(wǎng))的對接、固定情況

2.2 模塊化安裝

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)模塊化安裝

以構(gòu)-109三旋構(gòu)架作為樣本進行模塊化安裝的分析。構(gòu)-109框架總重413.6 t，南北4條軸線、長20 m，東西7條軸線、長48 m，頂標高38.2 m。安裝前期進行三維仿真建模(見圖8)。分析該構(gòu)架特點后，可以將模型拆成若干小的構(gòu)架、片，具體為：標高18 m以下分為12片，18 m層到38 m層分為1個大框架、1個大片和8個小片。將各分解的小構(gòu)架拼裝完畢后，在結(jié)合設備模塊吊裝進度的前提下，集中進行安裝就位(見圖9)。需要注意的是針對每個吊裝模塊進行焊接吊點的設計。

圖9 構(gòu)-109模塊吊裝就位

圖8 構(gòu)-109三維仿真建模、拆模

2.2.2 設備模塊化安裝

以反應器(R1101)作為樣本進行模塊化安裝的分析。反應器(R-1101)按照單吊重量、車輛選型、板材高度、管嘴、內(nèi)件位置等因素進行規(guī)劃，分為5個吊裝模塊。分段情況如圖10、表4所示，圖10中紅線作為分段線。分段后需要對內(nèi)件的供貨狀態(tài)提出相應要求。同時，提前準備好吊裝用平衡梁、針對各吊裝模塊進行焊接吊點的設計并設計制作好封頭模塊化組裝胎具(見圖11)。

圖11 封頭模塊化組裝胎具

表4 典型非標設備模塊化分段

圖10 反應器(R1101)分段

完成相應模組預制后，依次按照順序集中進行所有模塊的吊裝和安裝(見圖12)。這個過程中需要嚴格控制吊裝安全檢查，同時定期監(jiān)測組對用胎具的穩(wěn)定性。

圖12 反應器第五模組模塊安裝

2.2.3管道模塊化安裝

1) 管廊管道集中穿管安裝

根據(jù)管廊鋼結(jié)構(gòu)的管道長度、走向等，選擇管廊端部或中部等合理位置，充分利用空間，搭設固定穿管操作平臺，設置電動葫蘆作為管廊管道垂直和水平運輸工具，進行集中穿管、對接、安裝(見圖13)，主要目的是使管廊上下形成流水作業(yè)生產(chǎn)線，既可以減少架設用量，又可以實現(xiàn)專業(yè)之間平行作業(yè)，提高工效。

圖13 集中平臺對接

2) 帶襯里管道安裝模塊化

完成所有的襯里管道單段旆工后，集中車輛進行吊裝就位，注意完成各項對接檢測、確認工作，尤其是鉸接閥的方位，同時不要遺漏襯里擋板以及壓棉工序。

3 分析總結(jié)

進行裝置模塊化建造的經(jīng)濟優(yōu)勢非常明顯，單就非標設備的制造、安裝這一個單位工程考慮人工費、措施費以及機械費3個方面，對傳統(tǒng)的單板或單環(huán)吊裝組對焊接方式(方法1)與模塊化建造方式(方法2)進行經(jīng)濟效益分析，詳見表5。其中機械費一項，方法2比方法1增加了750 t履帶吊車的使用，而同時方法1又比方法2多使用了小型吊裝機械。整體來看，方法2節(jié)約了安裝時間，使項目整體建造時間的縮短了，這不僅體現(xiàn)在勞動用工量上，還體現(xiàn)在管理成本的創(chuàng)效上以及提前投料的潛在效益上，無法完全僅以成本來比較，且方法2單一線勞動人工費及措施費就節(jié)省了329.2萬元?？梢哉f，仔細研究模塊化建造這個方法對于項目的整體收益大有裨益。兩種方法的經(jīng)濟效益對比見表6。

表6 經(jīng)濟效益對比

表5 經(jīng)濟效益分析

因此，抓好DMTO裝置的反再區(qū)域、三旋區(qū)域的非標設備組焊，鋼結(jié)構(gòu)工廠化預制加工質(zhì)量以及進場順序的管理，在信息化技術(shù)的支持下進行管道的深度預制，采取模塊化作業(yè)、流水化施工建造方法，一定會在安全、質(zhì)量、工期、經(jīng)濟效益上取得非常有效的成果。

模塊化建造是當下項目建設的一個大趨勢。在各類型裝置實施過程中，需要先充分進行裝置的建造分析，認真進行模塊化分解工作，做好采購監(jiān)造，坐實工程策劃實施等方面的精細管理工作，必將對項目的提質(zhì)增效做出貢獻。其優(yōu)勢特別體現(xiàn)在以下4個方面：

1) 模塊化建造的安全管理水平明顯提高

由于大量采用了“四化”技術(shù)，可充分實現(xiàn)“三個替代”、“三減少”，在空間上、時間上進行合理分配，加大了地面制造深度的比例，減少了吊裝作業(yè)與安裝作業(yè)的頻次，為項目的安全管理創(chuàng)造了非常重要的基礎，使安全管理工作更加有效。

2) 模塊化建造的質(zhì)量明顯提高

模塊化建造工序劃分更加細致，重點加大了工廠(場)化的建造深度，使建造空間更加合理。由于大部分的工作在地面完成，可做到實時監(jiān)控組對、焊接、安裝工序，實時進行工序數(shù)據(jù)檢查，同時，也提高了無損檢測工序的質(zhì)量保證力度。例如，采用該方法的常州富德DMTO項目，兩器組焊的合格率達到了98.01%，管道安裝焊接合格率達到了98.99%，相比普通方式，合格率明顯提高。

3) 模塊化建造的工期明顯縮短

模塊化建造加快了現(xiàn)場的施工進度，可以縮短關(guān)鍵路徑施工周期。例如，2009年廣州石化檢修作業(yè)中成功運用封頭模塊化施工方法，創(chuàng)造了兩器檢修提前7 d完成的記錄。

4) 模塊化建造的經(jīng)濟優(yōu)勢明顯

相比較傳統(tǒng)的建造方式，模塊化建造通過內(nèi)外資源的協(xié)調(diào)共享, 充分利用當下的信息化、數(shù)字化手段，可分析模擬出更有利于裝置建造的方法，因此具有可展望的、可觀的經(jīng)濟效益，值得推廣應用。