模块化设计在管道站场建设中的应用

模块化设计在管道站场建设中的应用

付丹丹

华东管道设计研究院有限公司江苏徐州221008

摘要：近年来,我国油气管道事业快速发展,业内专家预计,到"十三五"末中国长输油气管道的总里程将超过16万公里。大规模使用建筑模块化设计方法,全面提升了站场建筑设计水平,保证了设计质量与工程进度。随着横贯东西、纵穿南北的管道运输网格的形成及各种规模、功能的输油气站场的建成,输油气站场功能需求范围逐渐明确,设计日臻成熟。因此,如何进行相同功能组件的标准化设计和生产,从而提高施工效率的研究,成为管道站场设计的重要课题。

关键词：管道运输；模块化设计；输油气站场建设；阀室整体预制；撬装工艺

引言

近年来，我国油气管道事业快速发展，业内专家预计，到“十三五”末中国长输油气管道的总里程将超过16万公里。随着横贯东西、纵穿南北的管道运输网格的形成及各种规模、功能的输油气站场的建成，输油气站场功能需求范围逐渐明确，设计日臻成熟。

1模块化设计概念及原理

当今模块化设计理念从电子行业到生产制造业的各个领域运用相当广泛，模块化设计已被广泛应用于机床、电子产品、航天和航空等设计领域，在管道施工领域也逐步有所涉及。

1.1模块化设计概念

所谓模块化设计，就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统。

1.2模块化设计原理

模块化产品设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求。这是相似性原理在产品功能和结构上的应用，是一种实现标准化与多样化的有机结合及多品种、小批量与效率的有效统一的标准化方法。

1.3管道工程模块化设计概念的应用

管道工程中的站场、阀室按其实现功能可划分为不同的部分，如“发球区”、“收球区”、“排污区”、“调压区”等，可其视为具有独立功能和输入、输出的标准部件，将这种独立的功能部件进行标准化生产，并逐渐使其系列化。例如，目前在天然气站场施工中使用的调压橇和计量橇等撬装设备就已经实现了标准化与系列化，在施工现场只对进出口进行连接即可（如图1所示）。

图1计量橇和调压橇站场工艺安装简图

2与传统管道站场施工方法对比

2.1传统施工工艺

传统的管道站场和阀室的施工方法是将所有管材、管件、阀门、设备运到施工现场，在施工现场进行阀门、设备就位以及管材下料，按顺序与管件、阀门、设备等进行组装和焊接，直至完成整座站场、阀室的安装。

2.2模块化设计

模块化设计是将整座管道站场按照其在运行过程中各自实现的不同功能划分为不同模块，提前对这些不同功能的模块进行标准化生产，然后在现场对所有单一模块逐一就位、调试，再将所有模块进行整体拼接整合，最后进行非模块化部分和附属设施的安装，从而满足整座站场的设计功能。

2.3对比优势

模块化设计和制造的功能模块具有相对独立性、互换性、通用性，与传统的施工工艺相比较，在管道工程站场、阀室安装建设施工中具有较大的优势。

2.3.1简化工序

模块化设计施工，改变了传统的为数众多的设备、阀门、管件在现场组装、焊接的施工工序，极大地简化了施工工序，受工序间的配合影响较小，降低了工序协调难度，有利于提高工作效率。

2.3.2缩短工期

站场内各区域模块都提前制造完成，在现场只需将各功能模块就位、拼装，最大限度地减少了现场工作量，降低了施工强度，极大地提高了施工效率，有效地缩短了施工工期。

2.3.3降低成本

现场工作量减少后，施工效率提高，工期缩短，现场人员、设备的投入量与使用量大幅度减少，有效地降低了施工成本，从而提高了管道工程施工的经济效益。

2.3.4提升质量

站场内的功能模块在工厂内制造完成，加工工艺及加工环境明显优于现场露天施工，尤其是对于较为精密的阀门、管件，有效地避免了现场风沙、粉尘的影响，保证了阀门内部的精密度。此外，各功能模块在出厂前经过测试合格，能够为整座站场完成后整体测试提供质量保障。

3模块化设计理念在站场中的初步应用

3.1阀室整体预制

长输管道施工中，在场地及吊装作业具备条件的前提下，可将阀室整体预制与线路主体施工同步进行，待主体管线试压、排水结束后，再进行阀室整体吊装就位、连头作业。相比传统施工工艺，将首尾相接的施工工序调整为平行施工工序，大大减少了施工资源的频繁调配，节省了安装时间，极大地缩短了工程工期。阀室具有截断、旁通、放空的功能，在管道工程中是相对独立的功能模块，符合模块化设计基本特征，可以说，阀室的整体预制与安装是模块化设计理念在施工运用的雏形。

3.2撬装设备制造与应用

在输油气管道站场中，有许多相对独立功能的工艺单元已经实现了模块化设计与制造。比如，调整压力的调压撬、供站内使用的自用气撬，还有计量撬、过滤分离撬、采液撬、降凝剂撬等。这些油气管道用撬装工艺单元均是组合设计，在工厂将设备、工艺阀门及控制仪表集成在一个或几个撬座上，并进行静态测试、动态测试、电动控制系统测试、控制系统回路测试，站场施工只需完成撬装单元与其他设备管道连接和现场验收试验，不仅提高了设计效率，加快了建设速度，而且还确保设备质量，节约项目投资。

4模块化设计理念在站场中的应用前景

我国的输油气管道已经遍布了东北、华北、华东、西南等广大地区。各种规模和类型的站场、阀室都已经建成使用，其功能基本上涵盖了各种需求，在设计初步具备了模块化、系列化、标准化生产的可能性，部分模块已经实现了标准化的生产。在模块化设计的发展过程中，需要重点关注与解决几个主要环节。

4.1设计环节

需要全面收集各种规模、功能的站场、阀室设计方案，全面分析各功能单元的性能，形成系列化产品。在功能模块系列化的同时，针对不同的工程项目还要考虑客户的特殊功能定制需求，这就需要在设计环节认真考虑如何达到标准化与特殊需求间的平衡。

4.2采办环节

管道工程对站场、阀室中部分设备、材料、阀门往往有特殊的要求，因此要求在采办环节必须按模块生产节点安排要求及时将所有材料采购到位，模块的生产制造才能符合工程整体施工计划。

4.3运输环节

现在的长输管道工程多为大口径，在工厂内制造完成的功能模块往往体积较大，从工厂运输到施工现场困难较大，因此，对专用运输车辆、道路交通都提出了更高的要求。

4.4吊装环节

为完成一项基本功能，往往需要集成众多的设备、阀门、管件，势必会造成功能模块体积大、自重大，因此，在吊装过程中需要格外注意，无论是在吊装设备的选择，还是在吊装方案的制定，都要考虑吊装过程的安全和功能模块的保护。

结束语

模块化是在传统设计基础上发展起来的一种新的设计思想，现已成为一种新技术被广泛应用，管道施工企业可以利用模块化产品的批量化、标准化和通用化来提高施工效率、缩短施工工期、降低施工成本、提高工程质量。虽然目前还有很多制约其发展的因素，但从长远发展来看，模块化的设计、生产与制造及站场、阀室的模块化、标准化、系列化将会成为管道安装工程设计发展的一个趋势。

参考文献

[1]记者杨方武通讯员崔冰杨峥.中缅管道站场建设应用隔震设计[N].中国石油报,2012-09-21001.

[2]韩小萍,鲁勤武,李轶,李连学.核电站管道段模块化施工技术[J].电力建设,2012,06：109-112.

[3]张帆,李和庆,王永,管军.长输管道站场建筑模块化设计与应用[J].油气储运,2012,10：743-745+749+809.