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乐高积木式搭建化工装置

    用乐高积木搭建一栋自己设计的房子,是不少人童年美好的回忆。你能想象,如今,现实世界中的化工装置也能像搭乐高一样建造起来吗?

    123日,巴斯夫在上海漕泾基地的全新世界级抗氧化剂装置正式投产。该装置年产能42000吨,一期工程包括粉末混合装置、液体抗氧化剂生产装置和颗粒形态生产装置,现已投入生产运营。

    与以往不同的是,这一项目从巴斯夫董事会批复到竣工仅花了10个月的时间。该项目于去年9月竣工,建造过程中,施工现场的粉尘几乎为零,施工噪音也明显降低。这一切主要得益于高达90%的装置的预制率。

   建造过程中,整套装置被分为了10个模块,在异地独立的生产车间内,所有的设备、管道、仪表、电线等都在钢结构的框架内进行预组装,完成后被运往施工现场,与公用设施对接并进行拼装。

    这是巴斯夫全球首套使用模块化制造方式建成的化工装置。随着施工机械化程度提高,现代化大型吊装运输能力不断增强,在日益讲求安全、高效的工程建设的背景下,模块化制造正在取代现场施工,成为巴斯夫大型投资项目的更有效执行方式。

一个正在吊装的模块组块

模块化施工优势明显

    模块化制造具有诸多亮点,包括用时短、施工效率与质量可控性更好、施工安全性更高等。

    首先是用时短。此次采用模块化方式建造大幅缩短了建设周期,是巴斯夫同规模生产装置从未达到的速度。传统建设工程需要先完成建筑工地土建,再进行上方工厂管道建设;现在,由于工厂在异地车间预制,土建和管道建设可以同时进行,因此能够节省大量时间。

    其次,这种异地车间预制在厂房内进行,不受天气、环境等外界因素的影响,因此工人的工作效率显著提升,工程质量也更高。以焊接效率为例,传统建设工程中,焊接管道每个工人一天焊接的寸径数为20-25寸(单根管道的寸径或直径为1寸),而厂房内制作焊接量达到每人每天50-60寸。传统的装置建设往往在雨天就得暂停焊接工作,厂房内则完全没有这些因素的干扰,温度、湿度得到控制,还大大提高了焊接的质量。

    最后,预制模式还免去了不少安全和污染隐患,提高了施工安全性。传统建设工程需配置固定脚手架,安全意识差的工人爬上爬下有不少潜在风险。如今在车间内生产,虽然装置总高30米,但完全免去了固定脚手架。只是在需要的时候使用了移动脚手架。此外,车间内还能进行管道自动焊接,没有烟雾、减少噪音,机床切割的铁屑还实现了再利用。

预制车间内的模块组块

突破重重挑战

    尽管模块化建设好处多多,但想要建成一座模块化工厂着实不易。“目前阶段,模块化施工的限制很多,特别是预制模块‘最后一公里’的陆路运输条件。”巴斯夫相关人士说,“而这是巴斯夫全球首个模块化项目,没有过往参考经验,一切都是从零开始。”在他看来,无论是工程设计、制造还是现场施工,整个团队戮力同心,才使得项目得以成功。

    针对模块化工厂的特殊性,团队首先进行了道路勘察,包括运输时将经过的码头、吊机和漕泾基地最后一公里的陆路情况,在掌握模块制造、运输、拼装过程中的各项外界因素后,再着手设计。

    模块化工厂的设计中既要考虑化工装置本身,也要思量如何分割各个模块:主体装置不能拆分、每个模块设计都需符合运输条件,模块间的连接也要尽量减少。

    设计的最大难点是如何避免模块在运输过程中变形。模块在吊装、运输中的变形不仅会对拼装造成困难,还会造成土建楼面的损坏。要确保现场拼装成功,部件的偏差3毫米都不行。

    其中,结构专业设计师面临的挑战尤其艰巨,他们需要全方位计算模块的受力条件,找到精确的重心,从而精准设计钢结构和模块的连接。为此,结构设计团队收集了大量数据,包括准确的部件信息,设备、桥架、管道、控制箱、甚至螺栓螺母等的精确重量,进行了超以往3-4倍的计算,以确保各模块日后的顺利组装。

    设计完成后,模块化装置开始在位于张家港的利伯特集团公司车间内进行预制。此外,在模块预制过程中,就已经开始调试装置、排除故障,为工厂的试运行做准备。

石油和化工园区

模块运输中

    预制完成后,为期24小时的海路加陆路运输是对模块结构的一次严峻检验。

    其中,最大的挑战来自于运输起吊期间的安全性。因为化工工艺的要求,某些模块的重心偏得很厉害,起吊的时候容易变形,而且可能造成吊车翻车。如果增加吊车配重,费用会大幅上升。因此,根据每一个部件的重心,采用合理的吊装方式很重要。研究团队针对这些模块设计了更合理的吊具,确保吊车载重不变、吊车能安全起吊、吊件不变形。

    多方的共同努力最终换得了令人满意的结果:所有的模块运到现场后,变形量微乎其微,5天就完成了整套装置的拼装,所有螺栓完美连接。

    未来潜力巨大

    作为巴斯夫全球首个模块化项目,漕泾基地抗氧化剂装置完全由中国团队负责设计、执行。项目团队用实践证明了巴斯夫在技术和工程方面的综合实力,并展示其在质量、创新和安全方面的技术专长和价值。

    项目竣工后,巴斯夫全球各地不少团队对这一工程及其采用的模块化施工表现出浓厚的兴趣,项目团队迎接了一波波的访问团,其中既有工程部门,也包括其他业务部门、技术采购同事等。他们对工程设计、团队内部沟通、成本控制等方面都很关心。

    巴斯夫相关人士认为,作为一种新兴施工方式,模块化建设在未来潜力巨大:“在一些人工成本更高、气候环境恶劣的地区,或对于一些标准化程度高的化工装置,模块化施工或将成为一种理想的工程建造方案。”

 


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