長(zhǎng)輸天然氣管道站場(chǎng)撬裝化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李南

摘 要：撬裝化裝置是對(duì)天然氣管道站場(chǎng)等各種工藝設(shè)備的集成，相對(duì)于常規(guī)裝置而言，每個(gè)撬塊將設(shè)備、管線、儀表、電氣等組裝成具有相對(duì)獨(dú)立功能的個(gè)體。撬裝化設(shè)計(jì)具備目標(biāo)明確的情況下，設(shè)計(jì)緊湊、易于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可縮短后期同類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期、集成高、占地小、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在天然氣管道和站場(chǎng)中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：天然氣管道;站場(chǎng);撬裝化裝置;設(shè)計(jì)應(yīng)用

前 ? 言

撬裝式是指將功能組件集成于一個(gè)整體底座上，可以整體安裝、移動(dòng)的一種集成方式。所謂撬裝是由設(shè)備的移動(dòng)、就位使用撬杠就可方便地進(jìn)行，雖然現(xiàn)在都使用起重設(shè)備了。撬裝化裝置是對(duì)各種工藝設(shè)備的集成，相對(duì)于常規(guī)裝置而言，每個(gè)撬塊將設(shè)備、管線、儀表、電氣等組裝成具有相對(duì)獨(dú)立功能的個(gè)體。對(duì)于大型的裝置，還可將整套裝置拆解成幾塊，拆解區(qū)域內(nèi)的設(shè)備形成單獨(dú)的撬塊，撬塊間利用管線等建立聯(lián)系以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的功能。

裝置撬裝化具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）在目標(biāo)明確的情況下，易于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，可縮短后期同類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期;2）撬裝設(shè)備通常采用密集型布置，集成度高、占地面積小，這對(duì)于占土地較多的油氣行業(yè)來(lái)說(shuō)具有重大意義;3）對(duì)于撬裝設(shè)備，吊裝與整體遷移較為方便，尤其是大型裝置，通過(guò)拆解后非常便于流動(dòng)運(yùn)輸。同時(shí)，撬裝化裝置還具有較高的重復(fù)利用率;4）在工廠內(nèi)預(yù)制，設(shè)備、電控、安裝等單元易于保證質(zhì)量，符合施工裝配化的趨勢(shì);5）采用撬裝化設(shè)計(jì)可減少現(xiàn)場(chǎng)施工周期，合理利用冬期、雨季等現(xiàn)場(chǎng)施工不便的時(shí)間。但除了以上優(yōu)點(diǎn)外，撬裝化目前尚存在由于裝置及工藝管線流程受空間限制，設(shè)計(jì)上比較緊湊，容易造成的檢修不便、后期工藝流程變更困難等不足，需要在將來(lái)的設(shè)計(jì)中予以改進(jìn)。

1天然氣管道站場(chǎng)撬裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

撬裝模塊化設(shè)計(jì)是歐美國(guó)家20世紀(jì)50年代提出的一種設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)方法，它可以縮短設(shè)計(jì)周期和建設(shè)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此在油氣田建設(shè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。我國(guó)首次在油氣田開(kāi)發(fā)建設(shè)中使用該技術(shù)是在20世紀(jì)90年代，近年來(lái)其優(yōu)越性逐漸被認(rèn)可，除了在油氣田項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用外，石化裝置中也多有應(yīng)用。

1.1尺寸及材料確定

撬裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先需要確定結(jié)構(gòu)的尺寸。單個(gè)撬體尺寸的確定，需要綜合考慮道路運(yùn)輸?shù)臈l件，如路寬、限高、運(yùn)輸載具的載重量等因素。通常撬裝結(jié)構(gòu)運(yùn)輸時(shí)的高度控制在3m左右，最高不超過(guò)3.3m，寬度不超過(guò)3.5m，當(dāng)為多層撬體時(shí)，撬的下層與上層之間需在柱腿處斷開(kāi)，采用螺栓連接。撬與撬橫向設(shè)聯(lián)系梁，也采用螺栓連接。對(duì)于撬裝結(jié)構(gòu)的材料選用：大型撬體，為減少用鋼量，撬體主框架宜選用Q345-B級(jí)鋼材，小型撬可選Q235-B。對(duì)于多層撬體的樓梯，可將其設(shè)計(jì)為單獨(dú)的樓梯撬，待現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)置于工藝撬體一側(cè)與主體聯(lián)結(jié)。圖1為某雙層撬體三維軟件設(shè)計(jì)效果圖。

1.2結(jié)構(gòu)計(jì)算

撬裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常需要進(jìn)行正常使用階段、吊裝階段兩種工況下的分析。單層撬和多層撬可分別作為平面梁系、空間框架體系進(jìn)行計(jì)算，利用有限元分析軟件得出結(jié)果，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的比對(duì)、優(yōu)化，選擇合理的梁柱截面型號(hào)。

1.2.1 正常使用階段

撬體主框架梁根據(jù)工藝提供的設(shè)備和管線排布進(jìn)行布置，撬體框架柱按整根柱輸入模型，不考慮拆解處。由于撬裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，撬體支座的邊界條件按鉸接處理。對(duì)于首層設(shè)有較大荷載的容器處，單獨(dú)設(shè)基礎(chǔ)支承，在減小支承梁截面高度的同時(shí)，簡(jiǎn)化其余基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。模型建立后對(duì)其施加設(shè)備荷載、自重、風(fēng)荷載等各種作用并進(jìn)行荷載組合，由軟件進(jìn)行有限元分析后，得出不同荷載組合下內(nèi)力、位移的計(jì)算結(jié)果，獲得使用階段撬主框架的應(yīng)力、位移情況。

1.2.2 吊裝階段

由于多層撬裝結(jié)構(gòu)在吊裝時(shí)需進(jìn)行拆解，故吊裝驗(yàn)算時(shí)應(yīng)重建模型。為每個(gè)撬拆解后形成的單元單獨(dú)建立模型，并進(jìn)行分析。進(jìn)行吊裝驗(yàn)算時(shí)，設(shè)備荷載以空載重量計(jì)入，根據(jù)設(shè)備的重量分布情況布置吊點(diǎn)，同樣得出應(yīng)力、位移的計(jì)算結(jié)果，復(fù)合所選截面是否滿足要求。

1.2.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)梁柱連接采用柱貫通型，底面鋪板與梁采用連續(xù)焊縫焊接，較吻合框架平面剛度無(wú)限大假定。采用對(duì)接焊縫進(jìn)行梁柱等主要構(gòu)件的連接，在節(jié)點(diǎn)處附加水平及豎向加勁肋，以增加節(jié)點(diǎn)剛度。撬框架柱拆分處的連接，計(jì)算理論參考《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)）。柱的拼接連接，考慮拆裝的要求，對(duì)翼緣和腹板均采用高強(qiáng)度螺栓加拼接

板的雙剪拼接方式。根據(jù)《設(shè)計(jì)手冊(cè)》，拼接處的設(shè)計(jì)方法有等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法和實(shí)用設(shè)計(jì)法，兩種方法的主要區(qū)別在于拼接處軸力、彎矩、剪力的取值。優(yōu)先采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法，以確保結(jié)構(gòu)體系的連續(xù)性、強(qiáng)度和剛度。

2注意事項(xiàng)

在撬裝設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意撬體與基礎(chǔ)的連接形式。通過(guò)在實(shí)際工程中應(yīng)用的總結(jié)，當(dāng)采用基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓，撬的柱底節(jié)點(diǎn)預(yù)留孔洞的螺栓連接時(shí)，就目前現(xiàn)有的土建施工隊(duì)伍的水平，基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)預(yù)埋螺栓位置的精度很難控制，存在螺栓孔與螺栓錯(cuò)位的情況，螺栓位置的偏差將造成撬體難以準(zhǔn)確入位。因此在設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)厥┕り?duì)伍的施工能力，酌情決定撬體與基礎(chǔ)的連接方式。同時(shí)底層撬的底板在設(shè)有基礎(chǔ)處的一定范圍內(nèi)，應(yīng)為活動(dòng)蓋板，以方便撬體就位后支座節(jié)點(diǎn)處的施工。

3結(jié)束語(yǔ)

管道和站場(chǎng)裝置撬裝化在工程的設(shè)計(jì)、施工階段都具有很大的優(yōu)勢(shì)。撬裝化設(shè)計(jì)是油氣行業(yè)高效開(kāi)發(fā)的重要手段，不僅能夠提高工程建設(shè)速度，保證建設(shè)質(zhì)量，方便維護(hù)管理，更能夠有效的降低整個(gè)工程的投資，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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