空分设备模块化的探讨

空分设备模块化的探讨

王文华

王文华

上海宝钢气体有限公司上海201203

摘要：本文主要探讨了空分设备模块化的意义，以及在模块化过程中设计、制造及运输方面需要注意的若干问题。

关键词：空分设备；模块化；车间预制；运输尺寸

1概述

随着我国国民经济持续稳定的增长，国内的空分工业也迅猛发展。在空分设备的设计、制造这一领域，空分设备模块化的概念正越来越多地被众多的业内人员所采用。

空分设备模块化的概念就是：把原来需要到施工现场进行的安装工作（主要包括设备、管道和仪表电气等工作），以钢结构模块的形式在车间内完成预制，再包装好运输到施工的现场去。模块内的部件通常包含：管件、阀门、仪表、电缆桥架、管道保温、管道支架以及钢结构等，有些模块内也包含一些小型的设备。

2空分设备模块化的意义

空分设备模块化在以下几个方面有着显著的意义：

2.1空分设备模块化可以缩短整个项目的工期

一般而言，模块的车间预制可以先于现场施工进行，这样对于施工现场而言就只有模块的吊装和拼接工作，这可以很大程度上减少现场焊接和安装的工作量，并因此能够在很大程度上缩短项目的现场施工进度，进而缩短整个项目的工期。

2.2空分设备模块化可以降低项目的总体成本

一个设计优良的空分设备模块，在降低项目总体成本上主要表现在以下三个方面：

2.2.1在选择空分设备模块的制作地点时，我们可以选择劳动力成本相对较为低廉的地区，从而可以在很大程度上节省项目的劳动力成本。目前，很多发达国家新建的空分装置，都是采用这种运营模式，选择在劳动力成本相对较为低廉的发展中国家进行模块的制作，然后再通过廉价的海洋运输把模块运送到临近项目地点的港口城市。

2.2.2空分设备的模块化设计能够提供更为紧凑的工厂布置，这对于控制整个空分工厂的占地面积而言非常有帮助。在土地成本越来越为昂贵的今天，空分设备的模块化设计为降低项目的总体成本，提供了一种全新的思路及有效的途径。

2.2.3对于绝大多数项目而言，业主对于缩短项目进度的要求永远是一个令人头痛的问题。一般而言，在签订项目合同时，都会明确定义因项目延期交付使用而处以的罚金；而另一方面，项目如果可以提前交付给业主使用，也同样可以得到业主一笔数额不菲的奖金。从这个意义而言，空分设备模块化成功地压缩了项目的总体进度，这本身就是在降低项目的总体成本。

2.3空分设备模块化可以最大程度上保证施工的质量

考虑到车间预制较之现场安装有着更为完善的施工设备，更为良好的施工条件（不会受到刮风、下雨等恶劣天气因素的影响），因此在车间进行的焊接工作质量更容易得到保证。并且，模块在运出车间之前，要经过严格的质量检查，这就提供了更早发现问题并解决问题的机会。很多项目的实际运行经验也的确表明，车间预制的模块与现场进行安装的管道模块相比较，在焊接的质量上更为出色。

2.4空分设备模块化可以最大程度上为将来的项目所使用

对于空分设备的模块化设计，一般而言，只要空分工厂的气体产量等级基本相当，模块化设计的可利用性就非常强。因此，空分设备模块化可以最大程度上为将来的项目所使用，从而达到节省设计费用的目的。

3.空分设备模块化的基本分类

空分设备的模块主要可分成以下几类：

3.1工艺装置模块

工艺装置模块里面又可以详细地分为以下四个部分：

3.1.1冷冻机模块

冷冻机模块一般包括：冷冻机设备以及与之相关联的管道和阀门；冷冻水泵以及与之相关联的管道和阀门等。

3.1.2预纯化器模块

预纯化器模块一般包括：除尘过滤器及与之相关联的管道，与两台预纯化器相关联的管道，与再生加热器相关联的管道等。

3.1.3与冷箱相接的模块

与冷箱相接的管道在现场是垂直安装的，我们可以考虑把这些管道设计在一个垂直的钢结构模块内，但这个钢结构模块在运输时是水平方向放置的。通常，气态的产品氧、产品氮以及污氮放空管线都被设计在这个模块内。这个模块设计时需要注意的是：模块需要考虑水平和垂直两个方向上的吊装，所以特别需要注意钢结构及吊耳的设计。

3.1.4空气压缩机模块

空气压缩机模块一般包括：空气压缩机设备以及与之相关联的管道及阀门。一般而言，只有在空气压缩机比较小的时候才会考虑把它设计成为一个模块。

3.2低温泵模块

低温泵模块一般包括：低温泵设备，低温泵的进出口管线及回流管线，低温泵的密封气盘，低温泵的开关控制盘，以及给自动阀供气的仪表气管道等。

3.3水处理模块及水洗模块

3.3.1水处理模块一般包括：化学品储罐，化学品给料泵，冷却水塔的补水及排水管线，一些分析水质的分析仪表，电源控制开关盘等。如果项目所处的地点的冬季温度在零度以下，水处理模块需要考虑安装在房间内，并且需要在房间内装电加热器及排风扇。

3.3.2水洗模块一般包括：水洗罐，水洗泵及与之相关联的管道、阀门等。

4.模块设计图纸的基本要求

目前空分设备模块化设计中比较常见的三维软件是：PDS、PDMS和AutoPlant。使用三维设计软件，可以准确地生成模块的施工图，同时有利于检查设计的模块是否满足各种设计要求，三维的建模也能够清楚地显示出模块的操作空间等特性。一般而言，模块的施工图应准确的包含以下几个方面的信息：

4.1管道的走向及尺寸、设备的定位尺寸、管道支架、钢结构及电缆桥架等信息。

4.2模块的总体包装及运输尺寸、模块的重量、吊耳和平衡杆的位置、模块的平面重心位置，以及必要的运输支架（一般漆成黄色，模块到现场就位后拆除）。以上几个方面的信息对于模块的正确吊装和运输极为重要，必须清楚的标明，以避免在吊装和运输过程中出现意外。

4.3需要充分考虑模块上面阀门的可操作性，对于3寸及以上的阀门，需表示出手轮的安装方向。

4.4准确的表示出模块上面设备的安装信息，例如换热器的固定端和活动端，冷却器的抽束空间等信息。

4.5考虑到模块的运输尺寸会很大程度上影响到运输的成本，因此需要在模块图纸上标识出哪些部分是运输时需临时拆除的，这些部分运到现场后需要重新组装。

典型的模块吊装及运输定义图详见下图1所示（阴影部分为运输时需临时拆除的部分）：

图1模块吊装及运输定义图举例

5.空分设备模块的尺寸选择及运输

空分设备模块的尺寸选择主要基于以下两个方面的考虑：

5.1综合成本的考虑

一般而言，具有标准化尺寸的模块运输成本都不会太高。但当模块的运输尺寸为超高、超宽时，运输成本会急剧增加。从物流方面得到的反馈显示，对模块在长度方向上的限制较为宽松，但对模块高度的控制非常苛刻。目前我们得到的数据显示：当模块的尺寸控制在4.4m×3.2m（宽×高）时，运输成本较为经济。

5.2运输工具的选择及道路通行方面的制约

一般来说，模块在制造厂和港口之间，以及港口和空分工厂之间都会采取公路运输的方式。这是因为公路运输较之铁路运输更为灵活，并且公路运输由于节省了制造厂到铁路线以及铁路线到工厂的运输步骤，因此会比铁路运输更节省时间。

对于公路运输而言，就需要考虑道路通行条件方面的制约。一般而言，道路的通行条件因项目所在的国家及具体地点的不同而有所差异，考虑到设计出来的模块需要满足绝大多数国家的通行条件，因此模块的设计尺寸一般要以通行条件相对差一些的国家地区作为设计依据。表1列举了一些常见亚洲国家的道路通行尺寸限制。

表1一些常见亚洲国家的道路通行尺寸限制

注1：在长度方向上没有明确的限制，需根据运输路线来具体确定。

6.结论

本文是笔者在空分工厂设计中，所了解到的目前关于空分设备模块化设计的一些经验总结。就深度性而言，本文一定还有很多需要探讨并深入研究的地方。考虑到空分设备的模块化设计是一种在国内有着很大发展前景的设计方向，希望本文能在这一方面能起到些许抛砖引玉的作用。