长输天然气管道站场撬装化设计与应用

李南

摘 要：撬装化装置是对天然气管道站场等各种工艺设备的集成，相对于常规装置而言，每个撬块将设备、管线、仪表、电气等组装成具有相对独立功能的个体。撬装化设计具备目标明确的情况下，设计紧凑、易于设计的标准化、系列化，可缩短后期同类项目的设计周期、集成高、占地小、施工周期短等优点，在天然气管道和站场中得到广泛应用。

关键词：天然气管道;站场;撬装化装置;设计应用

前   言

撬装式是指将功能组件集成于一个整体底座上，可以整体安装、移动的一种集成方式。所谓撬装是由设备的移动、就位使用撬杠就可方便地进行，虽然现在都使用起重设备了。撬装化装置是对各种工艺设备的集成，相对于常规装置而言，每个撬块将设备、管线、仪表、电气等组装成具有相对独立功能的个体。对于大型的装置，还可将整套装置拆解成几块，拆解区域内的设备形成单独的撬块，撬块间利用管线等建立联系以实现整个装置的功能。

装置撬装化具有以下优点：1）在目标明确的情况下，易于设计的标准化、系列化，可缩短后期同类项目的设计周期;2）撬装设备通常采用密集型布置，集成度高、占地面积小，这对于占土地较多的油气行业来说具有重大意义;3）对于撬装设备，吊装与整体迁移较为方便，尤其是大型装置，通过拆解后非常便于流动运输。同时，撬装化装置还具有较高的重复利用率;4）在工厂内预制，设备、电控、安装等单元易于保证质量，符合施工装配化的趋势;5）采用撬装化设计可减少现场施工周期，合理利用冬期、雨季等现场施工不便的时间。但除了以上优点外，撬装化目前尚存在由于装置及工艺管线流程受空间限制，设计上比较紧凑，容易造成的检修不便、后期工艺流程变更困难等不足，需要在将来的设计中予以改进。

1天然气管道站场撬装结构设计

撬装模块化设计是欧美国家20世纪50年代提出的一种设计概念和设计方法，它可以缩短设计周期和建设周期，提高市场竞争力，因此在油气田建设行业广泛应用。我国首次在油气田开发建设中使用该技术是在20世纪90年代，近年来其优越性逐渐被认可，除了在油气田项目中广泛应用外，石化装置中也多有应用。

1.1尺寸及材料确定

撬装结构设计首先需要确定结构的尺寸。单个撬体尺寸的确定，需要综合考虑道路运输的条件，如路宽、限高、运输载具的载重量等因素。通常撬装结构运输时的高度控制在3m左右，最高不超过3.3m，宽度不超过3.5m，当为多层撬体时，撬的下层与上层之间需在柱腿处断开，采用螺栓连接。撬与撬横向设联系梁，也采用螺栓连接。对于撬装结构的材料选用：大型撬体，为减少用钢量，撬体主框架宜选用Q345-B级钢材，小型撬可选Q235-B。对于多层撬体的楼梯，可将其设计为单独的楼梯撬，待现场组装时置于工艺撬体一侧与主体联结。图1为某双层撬体三维软件设计效果图。

1.2结构计算

撬装结构的设计通常需要进行正常使用阶段、吊装阶段两种工况下的分析。单层撬和多层撬可分别作为平面梁系、空间框架体系进行计算，利用有限元分析软件得出结果，通过对计算结果的比对、优化，选择合理的梁柱截面型号。

1.2.1 正常使用阶段

撬体主框架梁根据工艺提供的设备和管线排布进行布置，撬体框架柱按整根柱輸入模型，不考虑拆解处。由于撬装结构的特点，撬体支座的边界条件按铰接处理。对于首层设有较大荷载的容器处，单独设基础支承，在减小支承梁截面高度的同时，简化其余基础的设计。模型建立后对其施加设备荷载、自重、风荷载等各种作用并进行荷载组合，由软件进行有限元分析后，得出不同荷载组合下内力、位移的计算结果，获得使用阶段撬主框架的应力、位移情况。

1.2.2 吊装阶段

由于多层撬装结构在吊装时需进行拆解，故吊装验算时应重建模型。为每个撬拆解后形成的单元单独建立模型，并进行分析。进行吊装验算时，设备荷载以空载重量计入，根据设备的重量分布情况布置吊点，同样得出应力、位移的计算结果，复合所选截面是否满足要求。

1.2.3 节点设计

结构梁柱连接采用柱贯通型，底面铺板与梁采用连续焊缝焊接，较吻合框架平面刚度无限大假定。采用对接焊缝进行梁柱等主要构件的连接，在节点处附加水平及竖向加劲肋，以增加节点刚度。撬框架柱拆分处的连接，计算理论参考《钢结构连接节点设计手册》（以下简称设计手册）。柱的拼接连接，考虑拆装的要求，对翼缘和腹板均采用高强度螺栓加拼接

板的双剪拼接方式。根据《设计手册》，拼接处的设计方法有等强度设计法和实用设计法，两种方法的主要区别在于拼接处轴力、弯矩、剪力的取值。优先采用等强度设计法，以确保结构体系的连续性、强度和刚度。

2注意事项

在撬装设计中还应注意撬体与基础的连接形式。通过在实际工程中应用的总结，当采用基础预埋螺栓，撬的柱底节点预留孔洞的螺栓连接时，就目前现有的土建施工队伍的水平，基础现场施工时预埋螺栓位置的精度很难控制，存在螺栓孔与螺栓错位的情况，螺栓位置的偏差将造成撬体难以准确入位。因此在设计中，应充分考虑当地施工队伍的施工能力，酌情决定撬体与基础的连接方式。同时底层撬的底板在设有基础处的一定范围内，应为活动盖板，以方便撬体就位后支座节点处的施工。

3结束语

管道和站场装置撬装化在工程的设计、施工阶段都具有很大的优势。撬装化设计是油气行业高效开发的重要手段，不仅能够提高工程建设速度，保证建设质量，方便维护管理，更能够有效的降低整个工程的投资，有着巨大的发展潜力。

参考文献：

[1] 浅谈石化工程中的撬装化设计[J]. 邹丰沛.  山东化工. 2015（21）

[2]撬装化框架在吊装工况下的结构分析[J]. 王伟，赵新杰，员晓辉，李贺松.  机械设计与制造. 2017（08）

[3]浅谈石化工程中的撬装化设计[J]. 邹丰沛.  山东化工. 2015（21）

[4]数字化撬装增压装置电磁干扰分析及应对措施[J]. 王银广.  石油和化工设备. 2011（09）