工程項目建設(shè)模塊化技術(shù)的探討

寧 輝

(中國電力工程有限公司，北京 100048)

工程項目建設(shè)模塊化技術(shù)的探討

寧 輝

(中國電力工程有限公司，北京 100048)

以澳大利亞600 MW IDGCC電廠模塊化建設(shè)為例，介紹了模塊化設(shè)計的思路，從設(shè)備模塊化、廠房、工藝管道和支撐框架模塊化、儀表與電氣模塊等角度對工廠模塊化預(yù)制進行了闡述，指出模塊化建設(shè)管理思路可達到降低整體建設(shè)費用、縮短建設(shè)工期、提高施工質(zhì)量的目的。

工程項目，模塊化，預(yù)制，管理

1 案例介紹

澳大利亞600 MW集成干燥氣化聯(lián)合循環(huán)電站(IDGCC)項目位于澳大利亞維多利亞州LaTrobe谷的Morwell，采用由澳大利亞HRL公司開發(fā)的世界上最先進的低排放專利技術(shù)(褐煤集成干燥氣化技術(shù))產(chǎn)生合成氣，同時使用合成氣和天然氣兩種燃料聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。該項目雖最終由于各種原因合同未生效，但在投標和前期技術(shù)交流期間，考慮和采用了大量的模塊化技術(shù)，為項目建設(shè)提供了很好的參考作用，本文以此為案例，對工程項目建設(shè)模塊化技術(shù)進行探討。

2 澳大利亞600 MW IDGCC電廠模塊化建設(shè)思路

模塊化建設(shè)尤其適合系統(tǒng)復(fù)雜、現(xiàn)場施工條件惡劣以及施工場地昂貴的工程項目。澳大利亞600 MW IDGCC電廠將環(huán)境友好的煤氣化、合成氣凈化和高效的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合，與常規(guī)電廠相比系統(tǒng)復(fù)雜，另外本項目所在地澳大利亞人工費用遠高于中國國內(nèi)人工費用，因此本項目更適合采用模塊化建設(shè)思路。

運輸和吊裝約束條件作為模塊化建設(shè)中重要的參數(shù)，制約著模塊化的程度和水平。案例項目的運輸和吊裝條件如表1所示，作為參考約束性條件來闡述本研究模塊化建設(shè)的基本思路。

表1 參考運輸和吊裝約束性條件

3 模塊化設(shè)計

設(shè)計在模塊化建設(shè)中起著重要的作用。與常規(guī)建設(shè)模式相比，模塊化設(shè)計成本比傳統(tǒng)建設(shè)模式的設(shè)計成本大約高10%～15%，但現(xiàn)場施工工程量的減少將導(dǎo)致整體建設(shè)費用更低。在設(shè)計模塊化方面，一般要從以下八方面因素進行考慮：

1)設(shè)計工藝系統(tǒng)。設(shè)計工藝系統(tǒng)時，先要樹立一個有關(guān)模塊化建設(shè)的理念，然后采取分組技術(shù)來對功能有相同特點的構(gòu)部件進行優(yōu)化。

2)設(shè)備選型。選擇合適模塊化的設(shè)備型號時，必須要從安全、維護、可用率等幾方面來考慮。例如，立式泵最適合模塊化建設(shè)，因為其管道布置不復(fù)雜且安裝面積不大。

3)設(shè)備布置。設(shè)備總體布置在設(shè)計階段中占有至關(guān)重要的地位，模塊的數(shù)量、管道長度、可行性以及最終的全廠總圖也會在這個階段確定。但在設(shè)計設(shè)備布置方面一定要考慮到安全、運行維護方便這些要求。

4)管道。在對管道布置和研究之前需要確定有關(guān)設(shè)備的初步方案。所有有關(guān)模塊化的設(shè)計最好都選用較優(yōu)的方案，因為要顧慮到設(shè)備、系統(tǒng)操作和維修中所占的空間大小，同時還要選取較詳細的模塊化規(guī)劃方案，主要是為了滿足在安全和操作維修方面的一些要求[1]。模塊化設(shè)計與傳統(tǒng)建設(shè)模式有一個很大的不同就是模塊化設(shè)計中有著非常詳細的模塊化規(guī)劃方案。

5)儀表。在模塊化設(shè)計中必須要讓所有的儀表的模塊邊界處全都留有接口。這種設(shè)計有個很大的優(yōu)點就是技術(shù)人員和操作人員獲取相關(guān)重要信息時不需要進入操作模塊的核心部位，這樣就可以為操作和維護節(jié)省時間，進而提高了裝置操作的安全性。

6)模塊規(guī)模。模塊的規(guī)模因運輸和吊裝的條件而受到限制。若是受到條件限制，可以將很多的小模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場聯(lián)接拼裝成一個大的模塊，如果條件允許，設(shè)計為整體運輸?shù)浆F(xiàn)場即可。

7)設(shè)備立面布置。在立體布置方面，有些工程對有關(guān)設(shè)備的立面布置有特別的要求。這些問題可以通過改變模塊設(shè)計來解決，但需要經(jīng)過設(shè)計、施工、供應(yīng)商及相關(guān)方之間的商討后才可以改變。

8)保溫。保溫性的好壞可以影響系統(tǒng)能量的效率，對保溫有要求的項目非常重要。模塊化建設(shè)模式下，大部分設(shè)備可以在工廠車間內(nèi)完成保溫運輸至現(xiàn)場。

模塊化設(shè)計應(yīng)考慮全部采用三維設(shè)計平臺，如圖1所示，綜合考慮上述因素深化設(shè)計方案，根據(jù)運輸和吊裝約束條件，結(jié)合不同地域的人工、材料費用，以整體建設(shè)費用最低的原則合理完成模塊劃分和設(shè)計，將深化的設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為模塊設(shè)計圖紙和材料清單。

4 工廠模塊化預(yù)制

模塊化建設(shè)增加了對工廠模塊化預(yù)制的要求，根據(jù)劃分好的模塊，在工廠或者專門的場地完成模塊預(yù)制。

4.1 設(shè)備模塊化

對案例項目的主要系統(tǒng)模塊化制造方面的考慮如下：

1)燃氣輪機發(fā)電機組。相比別的設(shè)備來說，燃氣輪機發(fā)電機組本體模塊化程度很高。以模塊形式將燃燒室、透平、吸風(fēng)口以及空氣壓縮機等放置在同一個框架基礎(chǔ)之上，運輸?shù)焦こ淌┕がF(xiàn)場，但是必須要考慮參考約束要求，其在安裝和調(diào)試方面工作量很少，因此也就減少了設(shè)備基礎(chǔ)的工作量。

2)余熱鍋爐。余熱鍋爐的組成部分主要包括進口煙道、出口煙道和主煙囪、鍋爐本體(本體受熱面和鋼架護板)、高低壓鍋筒、管道以及平臺扶梯等等。因為要在確保運輸允許的條件之下，盡最大可能對模塊進行分割，從而來減少一定的焊接工作量。

3)蒸汽輪機發(fā)電機組。蒸汽輪機發(fā)電機組主要有七個組成部分，分別為高壓缸、中壓缸、低壓缸、轉(zhuǎn)子、凝汽器、發(fā)電機和其輔助設(shè)備。除了燃氣輪機發(fā)電機組的模塊化程度高之外，蒸汽輪機發(fā)電機組本體模塊化程度也很高。

4)合成氣凈化、煤氣化設(shè)備模塊化。作為合成氣凈化和煤氣化的主要的較大件設(shè)備，像氣化爐、氨洗塔等，它們?nèi)紳M足運輸和吊裝約束性要求，就要全部在工廠完成制造，整體運輸?shù)竭_現(xiàn)場，從而將焊接和有關(guān)安裝的工作量減少。

5)一般通用的機械設(shè)備，在工廠中最好和管道、儀表設(shè)備及管道支架等一系列組裝成一個單元，然后安裝至鋼制底座上，若是想要減少現(xiàn)場的檢測和安裝工作量，可以選擇在車間預(yù)制階段完成必須的檢測，之后將其看作一個整體搬運到現(xiàn)場進行施工安裝。

4.2 廠房、工藝管道和支撐框架模塊化

管道的預(yù)制中包含很多方面，其中就有坡口預(yù)制、保溫和管道的加工以及管道和管件之間的焊接(如法蘭、支吊架管部、彎頭等)等。廠房封閉結(jié)構(gòu)和框架最好使用預(yù)制結(jié)構(gòu)，工廠化制造，整體運輸?shù)浆F(xiàn)場，減少現(xiàn)場土建工程量。在廠房封閉結(jié)構(gòu)、框架和設(shè)備模塊之外的工藝管道，必須先要考慮運輸條件，然后才能選擇較好的模塊范圍，在工廠預(yù)制加工成型和結(jié)構(gòu)附件結(jié)合之后運輸?shù)浆F(xiàn)場。在確保運輸允許的條件下，考慮重量和尺寸從而最大化的對模塊進行分割，最大程度的將現(xiàn)場焊接與安裝的工作量降低。

4.3 儀表與電氣模塊

若是電氣和儀表可以與工藝管道模塊化、廠房、設(shè)備及支撐框架相互融合，就可以考慮先在上面提到的模塊中安裝。反之，若是不能相融合，則就要考慮在表盤、柜中或者是提前在工廠中安裝并完成必要的檢測工作，再一起運輸至現(xiàn)場。

5 結(jié)語

在工程中引入模塊化建設(shè)思路和技術(shù)，會使施工效率顯著提升，縮減建設(shè)工期，提高經(jīng)濟效益。同時，可以使現(xiàn)場建設(shè)活動的管理更加容易，施工量和需要的施工人員數(shù)量大幅較少，降低安全事故的出現(xiàn)概率。當(dāng)然，模塊化技術(shù)對工程項目管理水平提出了更高的要求，這就需要我們工程管理人員提高自身素質(zhì)，加強各方面的管理能力。本工程項目在項目前期大量考慮了模塊化建設(shè)技術(shù)，獲得了各方良好的反響，值得類似工程借鑒引用。

[1] 尹建華，王兆華.模塊化理論的國內(nèi)外研究述評[J].科研管理,2008(3):187-191.

[2] 張治棟，榮兆梓.模塊化悖論與模塊化戰(zhàn)略[J].中國工業(yè)經(jīng)濟,2008(2):67-74.

To explore the construction of modular technology

Ning Hui

(ChinaNationalElectricEngineeringCo.,Ltd,Beijing100048,China)

Taking Australian 600 MW IDGCC power plant modularity construction as an example, the paper introduces modularity design concept, describes modularity prefabrication from aspects of equipment modularity, workshop, technological pipeline and support frame modularity, instrument and electrical modularity, and finally points out that modularity construction management concept can achieve the goal of lowering integral construction cost, shortening construction duration and improving construction quality.

engineering project, modularity, prefabrication, management

2015-03-06

寧 輝(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)14-0235-02

TU712

A