巴西Comperj850萬t/a煉廠管廊模塊化施工技術(shù)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(shè)“五化”的一項(xiàng)重要內(nèi)容。巴西Comperj 850萬t/a煉廠項(xiàng)目成功實(shí)施了管廊模塊化施工，其質(zhì)量、安全、工期和經(jīng)濟(jì)效益等成果顯著，成為巴西Comperj煉廠項(xiàng)目的工程亮點(diǎn)之一。

管廊模塊化是在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，做一些適應(yīng)于管廊模塊化施工的微小設(shè)計(jì)改變，即可達(dá)到模塊化施工的設(shè)計(jì)要求，具有設(shè)計(jì)改變量小、設(shè)計(jì)更改簡單的特點(diǎn),易于實(shí)施。管廊模塊具有極高的相似性、相通性，能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)；制造門檻低、投入小，可迅速成規(guī)模生產(chǎn)；作業(yè)環(huán)境好，能源消耗低，施工工效高，安全質(zhì)量優(yōu)，經(jīng)濟(jì)效益好。

1 巴西Comperj煉廠項(xiàng)目概況

巴西 Comperj煉廠項(xiàng)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(xiàng)目一期建設(shè)完成后，煉油生產(chǎn)能力為850萬t/a。2015年Comperj煉化一體化項(xiàng)目停工。

Comperj煉廠項(xiàng)目裝置外管廊結(jié)構(gòu)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(jì)236個(gè)，單個(gè)24m模塊總重在30～60t之間。圖1為管廊模塊化施工的一個(gè)模塊。

圖1 管廊模塊化施工的一個(gè)模塊

2 管廊模塊化施工的特殊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為適應(yīng)管廊模塊的預(yù)制、運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝，模塊化圖紙要針對模塊長度、節(jié)點(diǎn)型式、基礎(chǔ)型式和管支架部件（焊在鋼結(jié)構(gòu)上的部分）等進(jìn)行有利于模塊化施工的特殊設(shè)計(jì)。

2.1 模塊長度的技術(shù)研究

模塊長度的選定要充分考慮制造成本、運(yùn)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(yùn)輸轉(zhuǎn)彎半徑大，會使運(yùn)輸難度增大，現(xiàn)場道路可能不會滿足運(yùn)輸要求；如果模塊過短，則不經(jīng)濟(jì)，失去了模塊制造的意義。

綜上所述，每個(gè)模塊長度設(shè)置在24m左右為原則，將管廊分解成若干個(gè)模塊。圖2為管廊模塊化施工設(shè)計(jì)圖紙。

圖2 管廊模塊化施工設(shè)計(jì)圖紙

選取每個(gè)模塊長度為24m左右主要從以下3個(gè)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(jīng)濟(jì)合理；

（2）現(xiàn)場運(yùn)輸：大部分現(xiàn)場的道路可以滿足24m長度的運(yùn)輸要求，這樣的設(shè)置盡可能避免了為運(yùn)輸模塊而重新鋪設(shè)現(xiàn)場臨時(shí)道路，還易于選擇運(yùn)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(shè)置為24m可避免增加過多不必要的焊口。

2.2 模塊節(jié)點(diǎn)型式的技術(shù)研究

模塊連接節(jié)點(diǎn)不能過于復(fù)雜，應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡量減小模塊連接現(xiàn)場的工作量。管廊模塊節(jié)點(diǎn)（見圖3）采用以下型式：

（1）兩個(gè)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(jìn)行工藝管線的對口調(diào)整；

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

（5）伴熱管線的分配盤不設(shè)置在兩個(gè)模塊的連接處。

圖3 管廊模塊化節(jié)點(diǎn)

2.3 模塊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的技術(shù)研究

常規(guī)設(shè)計(jì)的管廊鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)一般是基礎(chǔ)墩，但基礎(chǔ)墩高于地面，不利于模塊整體運(yùn)輸，會阻礙運(yùn)輸車輛的進(jìn)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(chǔ)的型式如下：

（1）模塊基礎(chǔ)采用預(yù)埋鋼板的型式（見圖4和圖5）；

（2）管廊模塊基礎(chǔ)的上表面要與地面平齊，以保證模塊運(yùn)輸?shù)倪^程中不產(chǎn)生阻礙；

（3）模塊柱底板和基礎(chǔ)采用焊接的連接型式，以方便在安裝過程中進(jìn)行偏差調(diào)整。

圖4 管廊模塊化基礎(chǔ)的預(yù)埋鋼板

圖5 管廊模塊化柱腳與基礎(chǔ)連接型式

2.4 管支架部件（焊在鋼結(jié)構(gòu)上的部分）的技術(shù)研究

為了解決以上問題，一體化考慮焊在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件：

（1）在設(shè)計(jì)階段，將焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件，轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)的構(gòu)件圖紙上，圖紙上標(biāo)注管支架與結(jié)構(gòu)連接部分的尺寸，使焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件設(shè)計(jì)施工一體化；

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

3 模塊化預(yù)制廠的設(shè)置

3.1 模塊化預(yù)制廠的位置

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

3.2 模塊化預(yù)制廠的結(jié)構(gòu)型式

模塊預(yù)制場應(yīng)具備的功能包括防雨防曬、照明，有必要的起重機(jī)械，以及內(nèi)部布置管廊有能夠滿足模塊制造的必要設(shè)施。

圖6 模塊化預(yù)制廠位置示意圖

圖7 模塊化預(yù)制廠平面圖

巴西Comperj模塊化預(yù)制廠共由7個(gè)大棚組成，大棚的立柱和拱架采用輕鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，每個(gè)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省材料，易于制造和施工，防雨、防曬。圖8為模塊化預(yù)制廠全景圖。

圖8 模塊化預(yù)制廠全景圖

3.3 模塊化預(yù)制廠起重機(jī)的布置

（1）模塊化預(yù)制廠每個(gè)大棚內(nèi)安裝2臺門式起重機(jī)，前后布置；

在農(nóng)村地區(qū)，這種情況可以逆轉(zhuǎn)。在自然狀態(tài)下的木材存活和生長時(shí)釋放VOCs;林地和森林中的空氣可以比許多室內(nèi)環(huán)境具有更高的濃度。

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

（3）起重機(jī)軌道延伸大棚外10m。圖9為模塊化預(yù)制廠大棚內(nèi)的設(shè)置。

3.4 模塊化預(yù)制廠的功能

模塊化預(yù)制廠分管段預(yù)制區(qū)和模塊組裝區(qū)兩部分。

(1)管線預(yù)制區(qū)由管道輸送機(jī)、滾胎和管段預(yù)制工作臺組成，均置于大棚內(nèi)，這樣做的目的是保證管段的預(yù)制安裝工作都在大棚內(nèi)完成，以保證良好的施工作業(yè)環(huán)境，進(jìn)而保證施工質(zhì)量。

圖9 模塊化預(yù)制廠大棚內(nèi)的設(shè)置

(2)模塊組裝區(qū)域要保證場地平整。在預(yù)制廠地內(nèi)，根據(jù)單個(gè)模塊柱子個(gè)數(shù)埋設(shè)臨時(shí)基礎(chǔ)墩并找平找正，以減少模塊在現(xiàn)場安裝時(shí)的誤差。

3.5 模塊化預(yù)制廠其他設(shè)施

(1)模塊預(yù)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(nèi)預(yù)制，而是另設(shè)預(yù)制區(qū)域，這樣可有效加快預(yù)制速度。

(2)模塊預(yù)制廠的附屬設(shè)施包括大棚外的材料堆放區(qū)和成品擺放區(qū)等。

4 管廊模塊化施工要點(diǎn)的技術(shù)研究

管廊模塊化預(yù)制工藝流程見圖10。

圖10 管廊模塊化預(yù)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(yù)制的施工范圍，焊接在鋼結(jié)構(gòu)上的管支架部件（固定支架、導(dǎo)向定位塊、滑板底板、鋼筋）界定在鋼結(jié)構(gòu)部件預(yù)制的施工范圍。把焊接在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的管支架部件工序提前到鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)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(yù)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(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接的管支架部分（圖12）：結(jié)構(gòu)橫梁的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)圖包含固定支架、導(dǎo)向定位塊、滑板底板和鋼筋。橫梁預(yù)制時(shí)，固定支架、導(dǎo)向定位塊、滑板底板和鋼筋應(yīng)在梁上焊接完畢；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)輸?shù)侥K預(yù)制廠后，應(yīng)重點(diǎn)復(fù)測橫梁上導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安裝和模塊的頂層部分采取分區(qū)作業(yè)法施工

模塊化預(yù)制廠內(nèi)的管段預(yù)制、鋼結(jié)構(gòu)安裝和模塊的頂層部分組裝應(yīng)分區(qū)設(shè)置。

（1）管段預(yù)制區(qū)域和鋼結(jié)構(gòu)安裝區(qū)域應(yīng)盡量靠近，以保證管段預(yù)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(qū)域預(yù)制。

4.3 模塊組裝采用流水線裝配法施工

（1）先進(jìn)行單個(gè)模塊的管段預(yù)制和鋼結(jié)構(gòu)裝配工作（圖13）。管段預(yù)制過程中應(yīng)重點(diǎn)控制管支架的安裝位置和管支架之間的直線度；鋼結(jié)構(gòu)的裝配要重點(diǎn)復(fù)測橫梁上導(dǎo)向定位塊的位置和直線度；管段預(yù)制和鋼結(jié)構(gòu)裝配工作完成經(jīng)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(jié)構(gòu)上（圖 14）。

（3）最后安裝模塊的頂層部分。

圖13 模塊的鋼結(jié)構(gòu)裝配

圖14 模塊的管段鋪設(shè)安裝

4.4 管段預(yù)制安裝要點(diǎn)

（1）模塊化預(yù)制廠內(nèi)應(yīng)配備有管道輸送機(jī)、滾胎和管段預(yù)制工作臺，以保證管段預(yù)制的規(guī)范化、流水化；

（2）2"～10"的管材采用滾胎運(yùn)輸，大于10"的管材采用龍門吊運(yùn)輸；

（3）管段在預(yù)制工作臺上焊接；

（4）預(yù)制完成的管段采用長平衡梁進(jìn)行吊裝；

（5）單個(gè)模塊內(nèi)的管段預(yù)制深度應(yīng)達(dá)到伴熱、防腐、保溫工作的結(jié)束。

5 模塊運(yùn)輸

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

模塊整體運(yùn)輸時(shí)需考慮的問題：

（1）模塊重量應(yīng)能滿足SPMT運(yùn)輸能力的要求。

（2）運(yùn)輸加固支撐要預(yù)留出足夠的空間，以便于SPMT進(jìn)入到模塊下部，便于SPMT通過平臺升降功能托起模塊，實(shí)現(xiàn)模塊的裝車。

6 模塊安裝

模塊安裝前，首先應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)的驗(yàn)收，主要驗(yàn)收其中心線位置和標(biāo)高；驗(yàn)收合格后，方可運(yùn)輸模塊；將模塊運(yùn)至指定的安裝位置，利用SPMT運(yùn)輸車進(jìn)行微調(diào)，合格后落在基礎(chǔ)上，再將柱腳與基礎(chǔ)進(jìn)行焊接；單個(gè)模塊安裝完畢后，進(jìn)行兩個(gè)模塊之間工藝管線的安裝，依次進(jìn)行腳手架搭設(shè)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(jìn)行工藝管線的試壓。

7 改進(jìn)措施

當(dāng)前，巴西Comperj煉廠管廊整體模塊化施工是采取先鋼結(jié)構(gòu)廠外預(yù)制、管段廠內(nèi)預(yù)制，再在廠區(qū)大棚內(nèi)進(jìn)行整體裝配的方式，效果頗佳。我們建議，如果經(jīng)濟(jì)效果好，管段也可采取在廠外大規(guī)模、大批量預(yù)制的方式，則工效、質(zhì)量、安全更有保障。

8 結(jié)論

管廊模塊化施工成功應(yīng)用于巴西Comperj煉廠項(xiàng)目的建設(shè)，其成本、工期、質(zhì)量和安全都達(dá)到了預(yù)期要求。因此，模塊化施工可以在國內(nèi)類似新建裝置的管廊建設(shè)中先行先試，進(jìn)行點(diǎn)的突破，為未來整個(gè)裝置模塊化施工積累經(jīng)驗(yàn)。