長輸天然氣管道站場撬裝化設計與應用

李南

摘 要：撬裝化裝置是對天然氣管道站場等各種工藝設備的集成，相對于常規裝置而言，每個撬塊將設備、管線、儀表、電氣等組裝成具有相對獨立功能的個體。撬裝化設計具備目標明確的情況下，設計緊湊、易于設計的標準化、系列化，可縮短后期同類項目的設計周期、集成高、占地小、施工周期短等優點，在天然氣管道和站場中得到廣泛應用。

關鍵詞：天然氣管道;站場;撬裝化裝置;設計應用

前 ? 言

撬裝式是指將功能組件集成于一個整體底座上，可以整體安裝、移動的一種集成方式。所謂撬裝是由設備的移動、就位使用撬杠就可方便地進行，雖然現在都使用起重設備了。撬裝化裝置是對各種工藝設備的集成，相對于常規裝置而言，每個撬塊將設備、管線、儀表、電氣等組裝成具有相對獨立功能的個體。對于大型的裝置，還可將整套裝置拆解成幾塊，拆解區域內的設備形成單獨的撬塊，撬塊間利用管線等建立聯系以實現整個裝置的功能。

裝置撬裝化具有以下優點：1）在目標明確的情況下，易于設計的標準化、系列化，可縮短后期同類項目的設計周期;2）撬裝設備通常采用密集型布置，集成度高、占地面積小，這對于占土地較多的油氣行業來說具有重大意義;3）對于撬裝設備，吊裝與整體遷移較為方便，尤其是大型裝置，通過拆解后非常便于流動運輸。同時，撬裝化裝置還具有較高的重復利用率;4）在工廠內預制，設備、電控、安裝等單元易于保證質量，符合施工裝配化的趨勢;5）采用撬裝化設計可減少現場施工周期，合理利用冬期、雨季等現場施工不便的時間。但除了以上優點外，撬裝化目前尚存在由于裝置及工藝管線流程受空間限制，設計上比較緊湊，容易造成的檢修不便、后期工藝流程變更困難等不足，需要在將來的設計中予以改進。

1天然氣管道站場撬裝結構設計

撬裝模塊化設計是歐美國家20世紀50年代提出的一種設計概念和設計方法，它可以縮短設計周期和建設周期，提高市場競爭力，因此在油氣田建設行業廣泛應用。我國首次在油氣田開發建設中使用該技術是在20世紀90年代，近年來其優越性逐漸被認可，除了在油氣田項目中廣泛應用外，石化裝置中也多有應用。

1.1尺寸及材料確定

撬裝結構設計首先需要確定結構的尺寸。單個撬體尺寸的確定，需要綜合考慮道路運輸的條件，如路寬、限高、運輸載具的載重量等因素。通常撬裝結構運輸時的高度控制在3m左右，最高不超過3.3m，寬度不超過3.5m，當為多層撬體時，撬的下層與上層之間需在柱腿處斷開，采用螺栓連接。撬與撬橫向設聯系梁，也采用螺栓連接。對于撬裝結構的材料選用：大型撬體，為減少用鋼量，撬體主框架宜選用Q345-B級鋼材，小型撬可選Q235-B。對于多層撬體的樓梯，可將其設計為單獨的樓梯撬，待現場組裝時置于工藝撬體一側與主體聯結。圖1為某雙層撬體三維軟件設計效果圖。

1.2結構計算

撬裝結構的設計通常需要進行正常使用階段、吊裝階段兩種工況下的分析。單層撬和多層撬可分別作為平面梁系、空間框架體系進行計算，利用有限元分析軟件得出結果，通過對計算結果的比對、優化，選擇合理的梁柱截面型號。

1.2.1 正常使用階段

撬體主框架梁根據工藝提供的設備和管線排布進行布置，撬體框架柱按整根柱輸入模型，不考慮拆解處。由于撬裝結構的特點，撬體支座的邊界條件按鉸接處理。對于首層設有較大荷載的容器處，單獨設基礎支承，在減小支承梁截面高度的同時，簡化其余基礎的設計。模型建立后對其施加設備荷載、自重、風荷載等各種作用并進行荷載組合，由軟件進行有限元分析后，得出不同荷載組合下內力、位移的計算結果，獲得使用階段撬主框架的應力、位移情況。

1.2.2 吊裝階段

由于多層撬裝結構在吊裝時需進行拆解，故吊裝驗算時應重建模型。為每個撬拆解后形成的單元單獨建立模型，并進行分析。進行吊裝驗算時，設備荷載以空載重量計入，根據設備的重量分布情況布置吊點，同樣得出應力、位移的計算結果，復合所選截面是否滿足要求。

1.2.3 節點設計

結構梁柱連接采用柱貫通型，底面鋪板與梁采用連續焊縫焊接，較吻合框架平面剛度無限大假定。采用對接焊縫進行梁柱等主要構件的連接，在節點處附加水平及豎向加勁肋，以增加節點剛度。撬框架柱拆分處的連接，計算理論參考《鋼結構連接節點設計手冊》（以下簡稱設計手冊）。柱的拼接連接，考慮拆裝的要求，對翼緣和腹板均采用高強度螺栓加拼接

板的雙剪拼接方式。根據《設計手冊》，拼接處的設計方法有等強度設計法和實用設計法，兩種方法的主要區別在于拼接處軸力、彎矩、剪力的取值。優先采用等強度設計法，以確保結構體系的連續性、強度和剛度。

2注意事項

在撬裝設計中還應注意撬體與基礎的連接形式。通過在實際工程中應用的總結，當采用基礎預埋螺栓，撬的柱底節點預留孔洞的螺栓連接時，就目前現有的土建施工隊伍的水平，基礎現場施工時預埋螺栓位置的精度很難控制，存在螺栓孔與螺栓錯位的情況，螺栓位置的偏差將造成撬體難以準確入位。因此在設計中，應充分考慮當地施工隊伍的施工能力，酌情決定撬體與基礎的連接方式。同時底層撬的底板在設有基礎處的一定范圍內，應為活動蓋板，以方便撬體就位后支座節點處的施工。

3結束語

管道和站場裝置撬裝化在工程的設計、施工階段都具有很大的優勢。撬裝化設計是油氣行業高效開發的重要手段，不僅能夠提高工程建設速度，保證建設質量，方便維護管理，更能夠有效的降低整個工程的投資，有著巨大的發展潛力。

參考文獻：

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