儀表系統的設計理念論述范文

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模塊化設計的基本流程簡介

1確定工藝塊初步平面布置

首先由工藝專業根據工藝流程及功能把各主要設施分成一個個工藝塊，每個工藝塊包括了一定數量的工藝系統，并初步定義各工藝塊的輸入輸出及相應管道尺寸，生成整個工廠的工藝塊流程圖。根據一些關鍵的現場位置因素比如風向及管道、供電的接入點等來安排組織各個工藝塊的初步平面布置，同時要盡量減少各工藝塊之間主管道的連接數量。組織各專業工程師一起研究各工藝塊的平面布置，通過所有專業間的通力協作以使布置滿足各專業的基本要求。

2工藝塊空間分配

根據項目允許的最大模塊的運輸尺寸和重量要求把各個工藝塊中的設備布置在鋼結構的模塊中，同時盡量使各模塊間的界面降低到最少。在這個過程中需要考慮及優化重要管道的布置、電儀室的位置及尺寸、主橋架的走向、土建專業主框架的尺寸、預留空間等等。其中，電儀室里集成了控制該模塊中所有電氣儀表設備的MCC和控制柜。

3發展總圖

利用已定義好尺寸大小的工藝塊來發展總圖，確定供電及控制系統的分配分布方案以及管道敷設和橋架的接入點。

4發展每個模塊的具體尺寸重量

根據模塊中已確定的所有設備來進一步發展模塊的尺寸和重量，在這個過程中，要核實項目最終施工現場關于運輸和物流的所有相關要求。

5對模塊進行細節設計

在這個階段由所有專業一起開始對模塊進行細節設計并開始創建三維模型。

影響模塊化設計項目的重要因素

1項目執行計劃

跟采用傳統施工方式的項目相比，模塊化設計項目要求項目基礎設計的深度更深，供貨商提交最終版文件的時間要早，設計圖紙及材料需要滿足預制廠預制計劃的要求。

2運輸及物流因素

模塊的尺寸和重量限制是影響模塊化設計的關鍵因素之一，運輸的方式方法、不同國家和地區對運輸的相關法律法規等方面的要求都需要在進行模塊化設計時有充分的考慮和完整的計劃。

3工程設計

早期的模塊化設計僅僅是針對管廊管架的模塊化設計，模塊的總體集成度水平較低，對設計而言僅需要考慮在施工的時候如何把管架預制成模塊以及現場施工時模塊間的安裝連接。隨著模塊化設計理念的不斷發展，后期的模塊化設計集成了一些工藝設備，所以需要在詳細設計階段就開始進行模塊化設計的考慮。而模塊化設計發展至今，集成度水平已大大提高，包括了裝置廠房、管道、電氣及儀表的集成，設計也變得更加復雜化，所以要求在項目的FEED階段就要應用模塊化的設計理念進行設計了。

4采購

模塊預制工廠的評定、材料控制、輔助材料采購、關鍵材料供應商的催交等等都對模塊化項目的成功至關重要。

5施工因素

施工是模塊化設計的最大推動因素同時也是最大的受益者。施工的一些重要因素比如現場勞動力成本、工作效率、現場安全性、現場位置及間接費用等將會對模塊化設計產生影響。

儀表及控制系統在模塊化設計中的基本設計原則

1控制系統

傳統項目中，控制系統一般多采用I/O卡件集中在機柜室，現場儀表信號從現場接線箱通過多對的控制電纜（Homerun）連接到端子柜的方式。這樣的方式使得所有的控制電纜必須在現場安裝，也使得儀表只能在現場進行調試。而在應用模塊化設計理念時，控制系統應采用遠程I/O，并將之集中在為各個模塊設置的電儀室中。各電儀室中的遠程I/O再通過光纖連接到中央控制室，光纖應采用預先埋地敷設的方式。這樣的方案使得現場施工的工作量降到最低，而且每一個模塊中的儀表都可以在模塊預制車間進行安裝接線，到了現場，僅需要將預埋好的通訊光纖進行端接即可。在設計中應盡早確定系統的I/O點數以及對控制柜的要求，以盡早開展電儀室的設計。盡早邀請DCS/SIS硬件供應商的加入，提前確定控制系統的軟硬件方案以滿足電儀室設計的要求。

2現場儀表

在模塊化設計中現場儀表通常遵循下列設計原則：

1）盡量減少分體式儀表的使用，或者分體部分在安裝時應盡量安裝在已有的鋼結構支撐上以減少對空間的占用。

2）盡早確定儀表所采用的測量技術及儀表類型，并使用儀表在樣本中的外形尺寸進行前期的三維模型創建。

3）在傳統項目中，儀表的安裝位置一般在項目執行的后期才需要確定，但是在模塊化設計中，儀表的安裝位置需要盡早確定以滿足模塊中空間的總體考慮協調。

4）對于流量儀表應盡量選擇對前后直管段要求小的類型。

3儀表信號和電源電纜及路徑

1）增加使用儀表電纜快速連接技術及相應材料，以減少現場電纜端接的工作量，減少現場施工的時間。

2）盡量減少各模塊間電纜的相互穿插連接，必要的模塊間電纜相互連接應采用預先埋地敷設的方式。

3）遠程I/O到中央控制室的光纖采用預先埋地敷設的方式。

4）模塊中電儀室里MCC主供電電纜及儀表用UPS的供電電纜均采用預先埋地敷設的方式。

5）電儀室里遠程I/O到模塊中現場儀表的信號和供電電纜采用橋架敷設的方式。

4三維模型的設計

在傳統項目中，在設計并創建項目三維模型階段，一般在60％模型審查階段要求完成的內容比如分支電纜橋架、盤柜、接線箱等，在模塊化設計中則要求在30％模型審查階段就要完成，在傳統項目中90％模型審查階段要求完成的內容如分析小屋等，則要求提前到60％階段，所以對儀表和控制系統設備定位以及外形尺寸、重量的盡早確定提了高要求。

5儀表和控制系統供應商最終資料確定

在傳統項目中，除了閥門、流量計等在線儀表因為需要建模對廠家最終資料要求的時間相對較早外，其它的離線儀表和控制系統廠家資料的最終版要求時間比較晚。但是在模塊化設計中，這些資料在進行60％模型審查時就需要提供，否則會影響整個設計的順利進行。所以需要項目團隊和供應商之間加強合作才能戰勝這個挑戰。

6儀表的檢驗和測試

1）在儀表供應商的廠房或車間進行FAT及SIFT。

2）在模塊預制安裝車間進行電纜通斷性測試以及儀表的標定和功能測試。

3）在施工現場進行回路測試和SAT。

模塊化設計的優點

模塊化設計為業主提供了更具有價格競爭力的解決方案，從而也使工程公司在日益激烈的競爭中能夠占有一席之地，它的優點很多，主要體現在以下幾方面：

1）模塊化設計使得工藝裝置結構更加緊湊，從而優化了總的占地面積，同時降低材料數量從而降低了項目的總投資。根據統計，采用模塊化設計最多時可以節約20％的總投資。對于總圖的優化，模塊化設計可以讓總圖的占地面積顯著減少，多時可以減少30％－60％的面積。

2）根據統計，工人在現場施工的時間中，有30％的時間用于準備工作及奔波在來回現場的路上，有32％的時間用于等待材料或人員，僅有38％的時間真用于施工，可見在現場，施工工人的工作效率比較低下。而模塊化設計將大量的施工時間從現場轉移到效率更高的車間或更有競爭力的地區，從而降低了項目的總投資。另外，現場勞動力數量的降低，也大大降低了發生安全事故的可能性，這對于特別看重安全的業主來說確實是一個比較大的亮點。

3）現場施工的工作量大幅降低，使得現場間接費用降低，從而總投資降低。模塊化設計會使得電儀的設計施工提前，這改善了傳統施工方式中電儀總是“拖后腿”的局面。

4）有的典型的模塊化設計具有一定的通用性，設計可以重復使用。

模塊化設計的難點和挑戰

模塊化設計雖然具有很多優點，但是在項目執行的過程中也會面對很多困難和挑戰，主要體現在以下幾方面:

1）需要所有專業之間的良好協作。

2）供應商最終版資料的及時提交是很大的挑戰，同時，因為在早期建模時需要采用樣本資料以獲得設備的外形尺寸和重量，而最終版資料和樣本資料之間的差別和改動會影響設計。

3）模塊化設計要求業主操作維護團隊的早期介入從而能在設計初期就充分考慮到操作維護對空間的要求。

4）模塊化設計使得項目的改動要求和后期的擴展要求變得困難。

5）工藝數據的改變及儀表類型的改變會影響儀表的尺寸和重量，這也會給設計帶來麻煩。

6）某些控制系統元器件從安全區轉移到危險區中，會導致需要防爆外殼，這會導致項目費用的增加。

結束語

模塊化設計在發達國家應用比較普遍，也是近年來國內外各行各業普遍關注的新的研究課題。在工程行業，模塊化設計有越來越多的應用，設計施工管理水平也在不斷提高。本文僅是對這一課題進行了簡單的探討，發表的觀點也僅代表個人觀點，供大家參考，如有不當之處還請批評指正。

作者：朱虹單位：福陸(中國)工程建設有限公司