多晶硅装置中模块制造技术应用和体会

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：建设工程模块化或撬块化建造技术广泛应用在海洋工程、炼油化工、矿山机械、电气、电力、多晶硅、日化、制药等行业的工程中，具有工厂化、规模化、批量化制造特点。模块可以在装置周围附近设置临时预制场地进行施工，也可以在制造厂进行。本文主要介绍了某公司多晶硅装置150套同类模块选择在制造厂批量生产建造优点，批量模块设计减少错误率方法，制造施工工序顺序选择，容易产生的问题及采取的适用性技术方案，以供参考和借鉴。
　　关键词：多晶硅；工程模块化；制造技术；适用性
　　0 引言
　　某公司在新疆新建多晶硅3万吨/年产能装置，需要150套还原炉工艺系统生产线，分2期建成生产线工程。多晶硅装置中，每台还原炉及还原反应工艺系统是单独的功能单元，是装置核心部分。还原工艺系统可以优化进料反应气体工艺参数（原料混合配比、流量、温度、压力等），是提高多晶硅产品质量的关键功能系统。多晶硅还原炉工艺系统中管路复杂、控制仪表、仪电线路及阀门比较多，可以集中布置在装置厂房内，实现核心功能系统高效运转，采购方选择了在制造厂模块化制造，没有选择在装置现场直接预制施工安装。
　　1 选择模块化设计和制造理由
　　多晶硅装置中还原炉工艺功能系统，选择模块化建造技术的理由，一是因为模块化建造技术的发展催生，随着我国现代化工业的发展，工程项目的建设质量要求越来越高，高效率保障建设质量成为了建设行业努力发展的方向；模块化建造技术的诞生，优化了传统的施工工序与技术，利用制造厂充足的施工人员、优良的工厂环境，大量精确的加工设备等资源，在固定的场所进行制造，保证了工程建设质量。二是在施工阶段为了缩短建设工期、提高工程质量、减少高空作业，降低安全风险，施工单位在装置局部采用模块化方式施工并取得良好效果，逐渐地促使设计方、采购方对模块化建设产生积极兴趣。三是国外发达国家首先发展了模块化建造技术，先进的国外工程公司的设计制造理念逐步被国内设计和制造公司广泛应用和发展，国内公司已经有成熟的设计制造经验。
　　本多晶硅装置建设在新疆偏远地区，冬天环境温度极低，恶劣雨雪天气多，延续的时间还长，这些使得现场施工时间非常短，且在苛刻的施工条件下施工质量难以保证。为保证施工质量，需要投入许多保护措施，如搭设防雨防风临时工棚，冬天增加锅炉投入燃料取暖；另外新疆人力短缺，特别是施工技能人员更加严重短缺，调配大量施工技能人员至工程现场，由于距离远交通费用贵，在现场住宿吃饭均需要花费很大一笔费用，这些不利因素都将大大增加工程建设费用。如果在环境好、资源充沛、人力充足的制造厂进行深入的模块制造，利用制造厂现有的施工设施和厂房及行车机具，减少临时设施投入，虽然要增加建模所需的材料费用和运输费用，但工程建设总体费用会降低，建设进度也会得到较大程度的保证。是否选择模块化设计，需综合对比工程建设总费用及建设进度、制造质量、安全措施费用等因素。
　　2 模块设计
　　①多晶硅装置中的还原炉工艺系统设计为单体功能模块。在工艺流程图纸完成后，综合考虑装置总体布置，进行模块总体布置设计，考虑运输条件确定模块尺寸，再进行模块建模设计，要求满足占地面积少、节省空间、集成化、方便操作等功能。本模块设计尺寸长6500mm*宽4500mm*高3500mm，满足在装置厂房内均匀布置安装和长途运输条件。每套模块内含钢结构、设备、管道、电气仪表，电仪控制箱，需要在制造厂调试完成，多套同类型模块成批制造，分多批次交货到现场。
　　②设计中技术难点：空间小布置困难。电动控制开关阀有大体积的执行机构，要求为电动执行机构留有足够空间，还要有支架设计空间，解决方法：要及时准确掌握阀门厂家阀门尺寸；设计上合理布置反复优化，在工艺流程图纸完成后，管道设计工程师进行3D布置设计，30%3D完成审核，60%3D完成审核，90%3D完成审核，每个完成节点，均要仔细审核。重点在60%审核，内容包括所有主要设备的定位，外形尺寸，主工艺管口和仪表及方位；设备和管道保温空间及可行性；结构的主框架（梁柱）、次梁；影响设备定位的主管道布置（大管道和关键管道）；主要仪表布置；主要的电气仪表桥架布置。
　　③牵一发而动全身，同类多套同样尺寸规格的模块成批生产，最大的风险点难点，就是错1处同时要更正修改多套同样的模块错误，设计修改将会导致浪費成倍的成本。设计重点关注如下几点：a支架设计，在建模过程中，按照管道保温厚度建立支架高度。与主钢结构焊接连接的支架（称为一次支架），在钢结构制造阶段与结构同时设计同时施工，不能漏项，这样可以在结构施工中焊接上去，如果喷砂油漆后再补充焊接，打磨油漆再补漆，将增加人工和材料费用；b控制阀、流量计等设计空间相对更多地预留，因为流量计实际尺寸可能大，或者让仪表供应商提供仪表更详细的尺寸资料，以保证现场安装的顺利进行。
　　④管道和电仪专业设计进度要基本匹配结构专业设计进度，在结构出图前将完整支架条件出具，并由钢结构一起预制喷砂油漆。实际效果很好，现场预制的支架完全可用，没有修改，减少支架的现场切割打磨焊接油漆的工作量。模块内空间较小，在此条件上还需留出来的操作通道。在设计阶段下反复修改后，管道布置紧凑布置满足现场实际操作情况，并且将经常操作的阀门布置在方便现场实际操作的位置，减少了装置工人操作过程中的麻烦。
　　模块批量生产允许设计错误率极低。所以在详细设计阶段，要多角度考虑从采购、施工现场反馈的意见，不断优化。小到增加1套螺栓，成倍就是150套，成本费用变化成倍增加。当然3D建模设计技术采用已经是先进技术，但是还是要与施工技术紧密结合，与管理技术措施的紧密结合。
　　3 模块批量生产允许设计错误率极低，减少设计错误的有效方案
　　设计错误1处造成150处修改的成倍费用增加难题，解决方案就是采用“首件”思维方式，首先单独制造1套模块，作为首件。为了加快制造速度，可以减少部分施工的辅助项，比如喷砂油漆施工可以减少，钢结构原材料到货后，直接切割加工，拼装组对矫正焊接钢结构框架成型；碳钢管道油漆和试压都可以先不做，待“首件”模块全部钢结构、设备、管道、阀门、仪表、桥架线缆全部施工完成后，组织各专业设计者在完成的首套模块实物上进行符合性检查，审查碰撞、空间、支架、仪电保温之间距离等问题，进行设计修改，重新出版施工图纸，可以有效促进设计和制造的融合。 　　首套施工中发现碰撞等尺寸错误，及时设计修改解决，如果支架少了及时增加通知钢结构。比如，为了便于设备的安装，模块顶部的横梁设计成可拆卸结构，但实际情况没有用，那么就改为固定式梁设计，通知钢结构专业修改图纸。
　　4 简述模块在制造厂制造技术及适用性
　　制造厂的技术工程师要编制制定适用性的总装技术方案，明确总装工序、专业施工技术方案，最大化合理匹配制造厂车间场地资源、技术工人人力资源、施工机具资源、材料供应资源，满足质量、工期、成本、工厂能力等因素要求，降低风险，减少成本等。
　　4.1 总装场地规划
　　150套模块按50套分3期制造，50套模块同期交货，那么就要同时制造，才能最短时间完成。但同时全部制造，占用车间场地面积非常大，所以模块要流水总装，完成1套包装1套，腾出空间让下一套模块总装，分批非常重要。50套模块划分2批制造每批25套和25套，2个作业班组分别施工和管理。在场地布置上，模块与模块边缘之间距离保持在1.5m～2m，使模块装配时具有足够的施工作业平面，方便预制管道的装配有足够摆放空间。需要2个1800平米面积场地，施工场地要周转利用。即制造完成1套模块，立即从车间倒运到场外储存场地堆放和包装。
　　4.2 预制和总装安排在车间厂房里非常必要
　　由于夏季天气炎热，雨水较多，冬季天气寒冷，如果安排在露天或厂房外施工作业，遇到不好天气，工人就不能干活，必然延误工期，所以，场地选择在车间厂房内，避免下雨和风吹日晒的影响。厂房内布置有行吊，施工吊装方便。按流水作业模式布置预制场地。
　　4.3 钢结构制造
　　钢结构制造技术策略，一是钢结构组装焊接尺寸控制技术，二是钢结构除锈油漆工序顺序选择策划。钢结构尺寸偏差，采取机械切割下料，组对尺寸偏差控制，焊接变形矫正方法均可以满足。钢结构喷砂油漆方案，采取整体油漆方案，施工工序就是钢结构制造组装焊接完成检验合格后再油漆。整体钢结构运输到喷砂油漆房，搭设脚手架进行喷砂和油漆，优点保证了整体包括焊缝处油漆质量，缺点是喷砂油漆厂房面积要求足够大，足够高，厂房建造固定资产投入高，高处需要搭设脚手架，工人登高油漆作业，如果是冬季为了加快油漆固化时间，提高施工速度，要增加加温措施进行除湿，这种方案是考验制造单位对质量管理、施工条件、加工能力有关系的把控。
　　4.4 管道预制
　　由于有“首件”模块制造现成的加工尺寸，采用工序流水作业大量批量生产，可以提高施工效率，工序顺序是下料、坡口、组对、焊接、检验探伤、分段地面试压、喷砂油漆、内部脱脂、总装，气密。管道喷砂油漆，采取预制后就安排喷砂油漆方案，不是整体安装后在线喷砂。管道设计阶段就划分预制管段，预制完成后把同规格同材质同压力等级管段，通过临时螺栓和垫平连接在一起进行试压，合格后对于碳钢管道进行喷砂油漆。工序是预制—试压—油漆，优点是减少在线喷砂油漆，保证喷砂油漆质量，缺点是施工过程中面漆容易碰撞破损，为了避免损坏油漆，需要用缠绕膜包裹进行保护，增加了补漆工作，增加了人工成本和材料成本，但是施工质量得到了保障。
　　4.5 电气仪表安装
　　施工工序是必须在主要管道安裝完成后才进行电缆桥架施工安装、导线管安装。防爆电气仪表接线时注意防爆密封处理；接线通电前检查所供电源是否超标或波动过大，匹配安全栅，避免开关阀的电磁阀和调节阀的定位器线路板烧坏。
　　4.6 总装
　　施工工序顺序是钢结构安装、设备安装、管道及管道上阀门仪表安装、桥架导管安装，电缆穿线接线调试，目的是把各专业元件装配集成在一起形成功能模块。然后整体包装发货，运输到装置现场吊装就位。
　　5 结语
　　通过对多晶硅装置中同类多套模块的批量生产制造方案阐述，发现在生产中运用“首件”思维，可以促进设计质量和降低错误率，极大的降低设计修改成本，对模块批量生产制造具有指导意义。
　　参考文献：
　　[1]黄向军.模块化制造中仪控安装技术探讨[J].石油化工自动化，2016（3）：66-68.
　　[2]许乃清.模块化技术在三维工装设计制造领域的应用[C].中国机械制造工艺协会，2013：212-215.
　　[3]孟宪超，路阳，沈超.石油化工建设项目模块化施工技术的应用现状与分析[J].2018（06）：173-174.
　　[4]许方伟.石油化工建设项目模块化施工技术应用现状与分析[J].化工设计通讯，2017（10）：38.
　　[5]楚洁璞.浅谈石油化工工程模块化施工技术[J].中国石油和化工标准与质量，2019（03）：218-219.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14851584.htm