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自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè)在項目建設各環(huán)節中的工作重點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間：
2024-07-04 09:30
流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，就是生產(chǎn)工藝、設備和自動(dòng)控制三大專(zhuān)業(yè)的有機結合?？傮w來(lái)說(shuō)自控專(zhuān)業(yè)定位應該仍然是為工藝服務(wù)，但生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)操作人員對自動(dòng)控制和自動(dòng)化儀表的要求和依賴(lài)越來(lái)越高，尤其是管控一體化概念的提出，“為工藝服務(wù)”的內涵越來(lái)越豐富，外延也越來(lái)越寬，自控專(zhuān)業(yè)早已經(jīng)成為流程工業(yè)裝置的神經(jīng)系統。一套現代化的流程裝置，工藝流程確定以后，從生產(chǎn)運行到經(jīng)營(yíng)管理，任何一個(gè)環(huán)節都離不開(kāi)自動(dòng)控制和自動(dòng)化儀表，“工藝為主線(xiàn)，設備管道連，電力供能源，自控全廠(chǎng)見(jiàn)”可以概括任何一個(gè)流程工業(yè)各專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)。
一、項目建設各環(huán)節及工作內容
項目建設從策劃、評估、決策、設計、施工，到竣工驗收、投人生產(chǎn)或交付使用的整個(gè)建設過(guò)程中，必須遵循一定的程序，我國長(cháng)期遵循的基本建設流程如圖1所示，近幾年與國際接軌后的基本建設流程如圖2所示，實(shí)行項目核準制后的建設流程如圖3所示。不管遵循何種流程，都可以將基本建設分為項目前期和項目實(shí)施兩大基本環(huán)節。筆者將按照圖3所示的建設流程進(jìn)行說(shuō)明。
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1、項目前期
項目前期就是項目決策的規劃研究和投資決策時(shí)期，主要工作內容是做好技術(shù)經(jīng)濟分析，以選擇最佳方案，確保項目建設順利進(jìn)行，和建成后取得最佳經(jīng)濟效益。技術(shù)經(jīng)濟分析要完成項目建議書(shū)、工藝包比選、可行性研究(大型項目一般還要完成預可行性研究)、項目備案/核準和工廠(chǎng)(裝置)總體設計，為項目的投資建設提供市場(chǎng)分析、技術(shù)方案選擇、資源、建廠(chǎng)條件的落實(shí)情況及項目投資效益的評估等決策數據。
根據《國務(wù)院關(guān)于投資體制改革的決定》(國發(fā)〔2004 120號)，對于政府投資項目必須審批項目建議書(shū)和可行性研究告，對于企業(yè)不使用政府資金投資建設的項目，一律不再實(shí)行審批制，區別不同情況實(shí)行核準制和登記備案制。核準申請報告重點(diǎn)論證政府關(guān)注的企業(yè)投資項目的外部性及公共性等問(wèn)題，審核內容主要是維護經(jīng)濟安全、合理開(kāi)發(fā)利用資源、保護生態(tài)境、優(yōu)化重大布局、保障公共利益及防止出現壟斷等。但是，近年來(lái)許多項目在核準時(shí)，仍保留審批制的一些內容，如:需要上級主管單位或部門(mén)批準的項目建議書(shū)及可行性研究報告等，這是項目建設政府行為和企業(yè)行為的有機結合，與投資項目核準制度改革并不沖突。
2、項目實(shí)施
項目實(shí)施環(huán)節，就是為項目建設達到預期目標而完成的技術(shù)選擇和確定、工程設計、項目建設及開(kāi)車(chē)等工作。
項目實(shí)施環(huán)節包括：
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勘察設計(初勘和詳勘，初步設計和施工圖設計)、建設準備(征地、拆遷、“三通一平”乃至“七通一平”;
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組織材料、設備訂貨;
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辦理建設工程質(zhì)量監督手續;
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委托工程監理;
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準備必要的施工圖紙;
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組織招標，擇優(yōu)選定施工單位;辦理施工許可證等)、施工、生產(chǎn)準備(培訓生產(chǎn)人員;
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組織有關(guān)人員參加設備安裝、調試和工程驗收;落實(shí)原材料供應;
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組建生產(chǎn)管理機構，健全生產(chǎn)規章制度)、竣工驗收(全面考核建設成果、檢驗設計和施工質(zhì)量)及考核評價(jià)(工程項目竣工投產(chǎn)、生產(chǎn)運營(yíng)一段時(shí)間后，再對項目的立項決策、設計施工、竣工投產(chǎn)及生產(chǎn)運營(yíng)等全過(guò)程進(jìn)行系統評價(jià))等階段。
一直以來(lái)，在項目前期，編制項目建議書(shū)、可行性研究報告及核準申請報告等，都委托有相應資質(zhì)的咨詢(xún)單位完成，建設單位只是企業(yè)規劃部門(mén)或經(jīng)濟部門(mén)專(zhuān)業(yè)人員配合完成相應工作。只有在項目實(shí)施的初步設計階段，才有包括自控專(zhuān)業(yè)在內的各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員介人。流程工業(yè)尤其是化工工業(yè)，應該是工藝、設備和自控三大專(zhuān)業(yè)的有機結合，自控系統已成為流程工業(yè)的神經(jīng)系統，所以項目建設各環(huán)節的每個(gè)階段，都應該有自控專(zhuān)業(yè)人員的介人，只不過(guò)介人的角度不同、深度各異，各環(huán)節、各階段的目標任務(wù)不同。
二、自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè)的任務(wù)和目標
1、項目前期報告編寫(xiě)階段
項目前期，主要是編制項目建議書(shū)、核準申請報告及可行性研究報告等，同時(shí)需要進(jìn)行環(huán)評及安評等工作。在這一階段，一般是業(yè)主委托有資質(zhì)的咨詢(xún)單位編制相應的文件?？尚行匝芯繄蟾婧晚椖亢藴噬暾垐蟾娴木幹坪蛯徍?，首先需要確定的是項目的產(chǎn)品方案和工藝技術(shù)方案，即工藝、設備和自控三大專(zhuān)業(yè)有機結合的方案。
幾個(gè)報告和文件的編制主要用于投資決策，側重于對項目建設所依據的宏觀(guān)政策定性研究、市場(chǎng)預測和經(jīng)濟指標定量測算。在這一階段，自控專(zhuān)業(yè)等相應專(zhuān)業(yè)性比較強的工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)，幾乎沒(méi)有什么明確的目標任務(wù)?？尚行匝芯繄蟾嬷泄に嚰夹g(shù)方案的自動(dòng)控制部分，內容深度僅達到對控制系統和儀表選型原則的定性描述和儀表投資估算條件的限制。核準申請報告則要求簡(jiǎn)述項目的自控方案和自控水平的選擇。
編制可行性研究報告的咨詢(xún)單位會(huì )對項目的工藝技術(shù)方案進(jìn)行綜合比選，綜合比選需要項目建設單位提供大量的基礎資料和支撐材料的同時(shí)，也會(huì )充分聽(tīng)取和尊重建設單位對各工藝技術(shù)方案的選擇性意見(jiàn)，所以，項目建設單位的重點(diǎn)工作還包括參與綜合比選、確定詳細的工藝技術(shù)方案。在這一階段，建設單位對項目可能采用的工藝技術(shù)方案要從技術(shù)角度進(jìn)行詳細調研、論證、比較和選擇。
同時(shí)，自控專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員要緊密配合工藝專(zhuān)業(yè)工作，放眼全局，需要注意的幾點(diǎn)：
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了解所選工藝技術(shù)方案對自控系統的要求，制定全廠(chǎng)性自控系統策略、控制水平、自控系統方案、控制室設置原則和數量、主要檢測方案/現場(chǎng)儀表/調節閥的配置種類(lèi)與大致選型等；
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確定主要工程量:過(guò)程控制系統、緊急關(guān)斷系統、火災檢測報警系統、可燃有毒有害氣體檢測報警系統、現場(chǎng)檢測儀表(壓力、溫度、液位計量及計量系統等)、調節閥及特殊儀表等的工程量；
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關(guān)注設計中采用的主要標準和規范，重點(diǎn)是國外工藝包和國家標準、行業(yè)標準的配套。
這一環(huán)節的工作，自控專(zhuān)業(yè)的主要工作目標是確保本專(zhuān)業(yè)在項目可行性研究報告中做到：主要工程量不缺遺，監控方案和控制策略不落后，資金估算不開(kāi)口，否則可能為后續的項目實(shí)施帶來(lái)不必要的麻煩。
預可行性研究與可行性研究階段，通過(guò)編制報告，明確項目總體目標、基本構成和基本功能；提出投資估算和效益分析條件；完成系統的規劃設計，為決策提供依據。做到工程量不缺遺，即整個(gè)項目自控系統的工程量不能有缺失和遺漏。生產(chǎn)過(guò)程監測控制系統一般不會(huì )出現缺遺，因此與之配套的與安全和管理相關(guān)的自控系統就是關(guān)注的重點(diǎn)。否則，項目建成后才采取新增或改造的辦法，就有可能需要對之前相關(guān)的已建工程進(jìn)行更新改造，造成很大的浪費。比如，最近幾年的全廠(chǎng)信息化系統建設，在研究階段就應該有這一部分的規劃和投資估算，在總體設計、基礎設計及詳細設計等階段也都應該有相應的設計，但這幾年新建項目忽略了這部分內容的很多，國家住建部已經(jīng)適時(shí)頒布了GB/T 50609-2010來(lái)規范這方面的缺失了。
監控方案和策略不落后，這一點(diǎn)很好實(shí)現。一般的項目建設，在規劃設計階段都很容易做到所選擇的監控方案和控制策略是相對較先進(jìn)的。
按照有關(guān)規定，項目建設預可研和可研階段的投資估算、初步設計和基礎設計階段的設計概算、詳細設計階段的設計預算和工程完工后的工程決算，都有詳細的編制辦法和約束條件，如基礎設計概算，不得超出可行性研究投資估算額的10%。投資估算編制中的單項工程項目劃分為總圖豎向布置、建筑物、構筑物、靜置設備、機械設備、工業(yè)爐、儲罐工程、工藝管道安裝、電氣、通信、自控儀表和管理系統、給排水、采暖通風(fēng)及熱工等，其中自控儀表和管理系統，因設備種類(lèi)多、臺件數多、產(chǎn)品品牌多及價(jià)格差異大等原因，投資估算編制難度最大，容易造成資金估算不足和缺口。
? 比如，一個(gè)煤化工化肥項目，可研階段按照國際先進(jìn)水平規劃，全廠(chǎng)僅設置一個(gè)全廠(chǎng)性中央控制室，將水系統、鍋爐、電站、空分、氣化、凈化、合成氨及復合肥等各生產(chǎn)單元的操作控制都設在一個(gè)中央控制室，并按照這個(gè)思路規劃控制室和控制系統基本配置，布置全廠(chǎng)總圖運輸主要指標、主要建構筑物面積和主要工程量，并且做了一個(gè)相應的自控專(zhuān)業(yè)投資估算。到項目實(shí)施階段，隨著(zhù)項目業(yè)主單位各專(zhuān)業(yè)人員的配備到位，要求各主要工藝單元分設控制系統和控制室的意見(jiàn)占上風(fēng)，出現了初步設計方案與可研報告描述有較大偏差，初設概算超過(guò)可研估算較多的情況，最終只能將已經(jīng)評估過(guò)的可研報告進(jìn)行再修改再評估。
除了上述工作之外，項目前期需要編制很多文件，建設單位的自控專(zhuān)業(yè)人員一定要在審核各文件時(shí)不追求大而全?，F在自控專(zhuān)業(yè)技術(shù)細分分支很多，不同的工廠(chǎng)會(huì )需要不同分支的檢測控制系統，并不是每個(gè)項目都需要市場(chǎng)上可以提供的所有的系統，并不是每個(gè)項目前期文件都需要全面敘述和論證控制系統的所有分支內容。
? 比如，項目前期都有項目安全預評價(jià)，安全預評價(jià)報告中必然有項目采取的安全方案描述和安全對策與建議，儀表安全技術(shù)包括非常多的內容，并不是每一個(gè)項目都必須用到其中的所有技術(shù)。所以如果在安全預評價(jià)報告和后續的安全設施設計專(zhuān)篇中，為了保證項目安全評價(jià)順利通過(guò)評審而羅列所有的安全技術(shù)方案，很可能為項目未來(lái)的設計和實(shí)施帶來(lái)不必要的麻煩。
? 曾經(jīng)有一個(gè)案例，項目是精對苯二甲酸(PTA)，其原料對二甲苯(PX)通過(guò)管道來(lái)自旁邊的煉油廠(chǎng)，PX進(jìn)氧化反應器后，生產(chǎn)的反應產(chǎn)物是漿料，故裝置內不存在易燃油氣泄漏問(wèn)題，所以項目根本不需要設計安裝可燃有毒有害氣體檢測系統，但安全評價(jià)單位的評價(jià)報告卻寫(xiě)出了工廠(chǎng)設置引進(jìn)可燃有毒有害氣體檢測系統。這在安全預評價(jià)階段有利于預評價(jià)報告通過(guò)，但直接影響到接下來(lái)的項目實(shí)施和投資，因為按照《建設項目安全設施“三同時(shí)”監督管理暫行辦法》(安全總局令第36號)，安全預評價(jià)報告中的安全措施，在基礎設計、詳細設計和施工安裝中都必須全部實(shí)施。
2、項目前期工藝包的比選
工藝包的比選，主要是工藝技術(shù)方案和經(jīng)濟指標的比選，比較內容和比較方法在《化工投資項目可行性研究報告編制辦法》(中國石化協(xié)產(chǎn)發(fā)【2006】76號文中有詳細的描述，包括技術(shù)來(lái)源、產(chǎn)品質(zhì)量、主要技術(shù)參數、原料路線(xiàn)、消耗、投資及成本等若干方面，比較工藝技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性、安全性、商業(yè)化程度及經(jīng)濟合理性等。根據中國石化協(xié)產(chǎn)發(fā)【2006】76號文，似乎沒(méi)有太多自控專(zhuān)業(yè)的內容，但作為工藝包比選的參與者，最好全程參與工藝包交流、考察及論證等系列工作，這不單單是為了工藝包比選，更是為后期工藝包的設計及基礎設計等系列工作做好技術(shù)準備。
從工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)運行角度出發(fā)，在工藝包技術(shù)方案比選時(shí)，不能以為工藝生產(chǎn)自動(dòng)化水平越高越好，不能要求使用最先進(jìn)的自控技術(shù)，不能用自控系統的先進(jìn)性和復雜性評判工藝包的先進(jìn)性。
相反，越是簡(jiǎn)單的自控系統越是可靠。目前先進(jìn)控制技術(shù)(Advanced Process Control,APC)發(fā)展迅速，在國外的流程工業(yè)領(lǐng)域，APC的應用在穩定裝置操作、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)量、節能降耗、提升企業(yè)競爭力及增加經(jīng)濟效益等方面有很多成功案例。但是工藝包比選，不能盲目、單純地把工藝包是否包含APC作為選擇要素來(lái)考慮。因為APC使用的難點(diǎn)不單是要求軟儀表計算的準確性，它對操作人員的調節及時(shí)性以及在線(xiàn)質(zhì)量?jì)x表的品質(zhì)等要求都非常高，且應用好APC對項目單位人員個(gè)體、管理者團隊及管理制度等也有很高的要求。
統計表明，目前APC上線(xiàn)率低的主要原因是；工藝工程師的工藝計算精度低占47%，操作人員調節不及時(shí)占17%，在線(xiàn)質(zhì)量?jì)x表不穩定占12% 。20世紀末，曾有一個(gè)合成氨項目，當時(shí)KMM調節器剛剛進(jìn)人中國市場(chǎng)，設計、設備成套及業(yè)主方等項目各方對KMM熱情有加，在項目上設計選用KMM完成合成氨系統的氫氮比和水碳比控制，由于沒(méi)有成熟的數學(xué)模型和控制策略，最終兩個(gè)系統一個(gè)都開(kāi)不起來(lái)。
后來(lái)，筆者多年來(lái)關(guān)注多家單位了解，同工藝技術(shù)方案的國內其他企業(yè)，即使在使用具有強大運算功能支持的DCS時(shí)，這兩個(gè)系統都因為數學(xué)模型建立和控制策略制定間題，還是沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)。
三、建設項目實(shí)施階段的任務(wù)和目標
項目實(shí)施階段包括設計、施工、試生產(chǎn)及竣工驗收等。對于包含3套及以上工藝裝置的新建大型石油化工建設項目，工藝包可能不是出自同一家，詳細設計也可能是由多個(gè)設計院完成的，為了對建設項目的總工藝流程、總平面布置、總定員、總進(jìn)度和總投資進(jìn)行控制，確保滿(mǎn)足環(huán)保、安全和職業(yè)衛生的法律法規要求，協(xié)調并統一總體設計文件的內容和深度，需要統一確定工程設計標準、設計原則和技術(shù)條件，優(yōu)化工廠(chǎng)總平面布置和公用工程系統設計方案，往往還要在基礎設計之前，與工藝包設計略同步或微超前安排總體設計環(huán)節。
總體設計內容和深度詳見(jiàn) SPMP-STD-EM2002-2016《石油化工大型建設項目總體設計內容規定》。工藝包就是工藝操作的具體詳細說(shuō)明，是專(zhuān)利技術(shù)提供方針對某種工藝技術(shù)進(jìn)行較系統的研究之后，給出的指導性(原則性)的流程、設備及相關(guān)工藝參數等資料，主要包括工藝流程、工藝基礎數據、工藝操作參數、關(guān)鍵的工藝計算及工藝設備等數據包，類(lèi)似之前我國的技術(shù)設計。一般情況下，國外專(zhuān)利提供商的工藝包都有相當深的設計深度，有的甚至達到了基礎設計的深度，但沒(méi)有通行的國際標準，為了與國際接軌，我國制定了SPMP-STD-EM2001《石油化工裝置工藝設計包(成套技術(shù)工藝包)內容規定》，設計者也可據此作為最低標準要求來(lái)審核國外工藝包的設計深度。
1、設計階段
?總體設計階段
總體設計階段主要是全廠(chǎng)性規劃設計，自控專(zhuān)業(yè)的主要任務(wù)是確定全廠(chǎng)自控水平和儀表選型原則，重點(diǎn)是規劃設計好全廠(chǎng)控制系統的網(wǎng)絡(luò )結構和控制室布置。與可行性研究階段自控專(zhuān)業(yè)的深度相差不大，但設計文件的深度直接決定下一步各裝置的基礎設計和詳細設計的文件內容，并影響未來(lái)工廠(chǎng)自動(dòng)化水平和裝置運行操作的模式、儀表選型檔次及儀表維修力量配備等。因此，在這一設計階段，自控專(zhuān)業(yè)要與工藝專(zhuān)業(yè)密切配合，根據工廠(chǎng)產(chǎn)品方案和工藝路線(xiàn)選擇，確定全廠(chǎng)的DCS和SIS水平。這里最關(guān)鍵的是網(wǎng)絡(luò )結構和控制室布置，并依此做出相對于可行性研究報告階段精確的投資估算。根據工藝水平選擇經(jīng)濟合理和技術(shù)合適的控制系統水平，切忌盲目追求先進(jìn)。
有一個(gè)項目，全廠(chǎng)的3個(gè)主要裝置分別由3家設計院設計，在采購階段DCS招標時(shí)，由于事先沒(méi)有總體設計，也沒(méi)有一家設計院對全廠(chǎng)控制系統的網(wǎng)絡(luò )及控制室等布置做出設計要求，建設單位采購人員不得已將3家設計院的DCS請購文件簡(jiǎn)單匯總后合并成一份招標技術(shù)規格書(shū)發(fā)標。結果開(kāi)標時(shí)出現各投標單位對標書(shū)理解和響應不一致的現象，有一家國際知名DCS制造商根據技術(shù)標書(shū)要求和I/O點(diǎn)數分布，設計全廠(chǎng)集中控制，設立了一個(gè)中央控制室、一對控制器和幾個(gè)遠程I/O站，并詳細計算了控制器負荷和數據總線(xiàn)通信負荷，根據其DCS應用案例，這樣設計完全滿(mǎn)足控制需要。但是該項目3個(gè)單位工程的功能完全獨立，按照國內企業(yè)管理和建設單位經(jīng)驗，應該最少設置3個(gè)控制室。評標過(guò)程的復雜性可想而知，單統一技術(shù)方案就用了整整3天時(shí)間，相當于在評標階段才根據投標單位的技術(shù)方案來(lái)制定全廠(chǎng)控制系統的結構方案。
?工藝包設計階段
工藝包設計階段是在已經(jīng)確定了項目裝置采用工藝技術(shù)方案后，項目實(shí)質(zhì)性實(shí)施開(kāi)始的第一步，對于自控專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，工藝包文件包含裝置PID中的控制回路的編號和名稱(chēng)，PID中的控制儀表名稱(chēng)、編號、工藝參數、型式以及主要規格等;還包括主要的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系說(shuō)明。這一階段的設計主要是以工藝專(zhuān)業(yè)為主，但自控專(zhuān)業(yè)要做大量的配合和協(xié)同設計，對于某一工藝過(guò)程必須采用的控制回路的結構或某種形式/規格的儀表要有明確的選擇和確定。如某高壓分離器上的出口閥，必須采用高壓或高壓降的特種調節閥，這一回路和這一調節閥必須在工藝包儀表數據表中有詳細的描述。如煤化工氣化爐的氣氧比控制系統，和PTA裝置的氧化反應器的啟動(dòng)和停車(chē)程序，工藝商必須在工藝包中給出詳細的控制策略和控制邏輯定義。
所謂的配合設計工藝包，要做到從全局出發(fā)、統籌兼顧，考慮技術(shù)先進(jìn)性與經(jīng)濟性的統一，綜合實(shí)際條件，最大限度地滿(mǎn)足工藝的合理性。配合設計的同時(shí)也要解決好專(zhuān)業(yè)之間的一些矛盾，因為工藝專(zhuān)業(yè)可能要求實(shí)現的監測方案要盡量完善，自動(dòng)控制回路要盡量得多，甚至將管線(xiàn)導淋閥排放都設計成自動(dòng)控制，實(shí)現無(wú)人操作，而自控專(zhuān)業(yè)則希望儀表與自控配置數量越少越好。
舉一個(gè)工藝包設計時(shí)沒(méi)有考慮建廠(chǎng)地實(shí)際情況的例子，某煤化工項目引進(jìn)氣化工藝包，工藝包設計前還運輸足夠量的煤碳到外商工廠(chǎng)試燒以取得設計數據，在工藝包設計時(shí)，其中有一臺工況條件較惡劣的調節閥，外方根據試燒數據選擇使用某國際知名品牌的價(jià)格較高的偏心旋轉閥，要求該閥門(mén)內件使用碳化鎢及陶瓷等材料，以達到耐磨、耐沖刷的目的。但由于工藝包設計時(shí)外方僅考慮正常生產(chǎn)情況需要，沒(méi)有考慮到該裝置建成后試車(chē)和運行負荷、建廠(chǎng)地污水處理能力及環(huán)境容量對整體工況影響等，因此，項目建成開(kāi)車(chē)運行時(shí)，該閥門(mén)實(shí)際運行工況遠遠偏離國外試燒工廠(chǎng)的生產(chǎn)工況，以至于在試生產(chǎn)階段就頻繁故障并很快報廢，工藝包設計方和調節閥制造商都感到非常意外。而同一個(gè)工程，在一個(gè)工段內幾乎所有的容器上都設計安裝有液位開(kāi)關(guān)，聯(lián)鎖相關(guān)閥門(mén)，工程建成與后來(lái)連續開(kāi)車(chē)幾年后證明，設計安裝這些液位開(kāi)關(guān)根本沒(méi)有必要，四十余臺進(jìn)口液位開(kāi)關(guān)全部閑置，造成投資浪費近六十萬(wàn)元。
?基礎設計階段
基礎設計是在工藝包設計基礎上的又一個(gè)設計階段，類(lèi)似于原來(lái)的初步設計，但有涵蓋原來(lái)的工藝基礎設計、工程基礎設計及初步設計等階段的設計內容，按照SPMP-STD-EM2003-2016《石油化工裝置基礎工程設計內容規定》，因為項目的所有技術(shù)原則和方案已經(jīng)在總體設計階段確定，所以在基礎設計階段，設計文件深度應能滿(mǎn)足業(yè)主審查、工程物資采購準備和施工準備并開(kāi)展詳細工程設計的要求。
在基礎設計階段，自控專(zhuān)業(yè)負責擬定控制系統和聯(lián)鎖系統的技術(shù)方案、儀表選型規定、電源及氣源的供給方案等;完成初步的儀表清單(數據和選型)、控制室平面布置和儀表盤(pán)正面布置方案，開(kāi)展初步的詢(xún)價(jià)工作。
基礎設計審查通過(guò)后，除了鋼材及線(xiàn)纜等安裝材料的精確數量以外，整個(gè)項目的自控系統工程量就確定了:一次原件、變送器、控制系統及調節閥等的型式基本確定，一些整裝設備，如機組及泵等成套儀表系統也基本清楚了。所以，基礎設計在整個(gè)項目周期中非常關(guān)鍵。
基礎設計階段，設計院的工作技術(shù)含量相當大，設計工程師們會(huì )將設計經(jīng)驗、類(lèi)似項目運行取得的經(jīng)驗和存在的問(wèn)題及市場(chǎng)上儀表專(zhuān)業(yè)技術(shù)的發(fā)展狀況等都進(jìn)行深度融合，形成儀表專(zhuān)業(yè)基礎設計文件。
在基礎設計階段，因為設計單位可能不止一家，所以作為建設單位的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，首先必須要有個(gè)“全廠(chǎng)一盤(pán)棋”的概念，即著(zhù)眼于全廠(chǎng)控制系統的完整性和可靠性。在總體設計文件的基礎上，重點(diǎn)關(guān)注全廠(chǎng)性系統性的設計，其次要仔細審核儀表數據表，關(guān)注每一類(lèi)儀表選型是否符合國情和其本廠(chǎng)項目的實(shí)際條件，關(guān)注全廠(chǎng)各裝置儀表選型原則是否一致，并統一標準。有一個(gè)項目，依托老裝置改擴建一套新裝置，新裝置地理位置離老裝置距離近2km，在項目安裝后調試階段，發(fā)現儀表空氣壓力低，所有的調節閥不能動(dòng)作，分析發(fā)現，原來(lái)是基礎設計時(shí)PID沒(méi)有考慮儀表空氣管道阻力引起的壓力降和氣源供氣容量，改管道已經(jīng)根本不可能，增加儀表空氣壓縮機也不現實(shí)，最終只能在新裝置區增加一個(gè)大空氣儲氣罐才解決問(wèn)題，延誤整個(gè)工期近一個(gè)月。
儀表選型符合本廠(chǎng)項目的實(shí)際條件，是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，基礎設計階段如果儀表選型錯誤，到詳細設計時(shí)是很難改變的，因為儀表選型改變牽涉諸如設備開(kāi)口、材料及概算等很多方面。比如某項目在基礎設計時(shí)，設計院按照設計慣性選用大量浮筒液位計，而實(shí)踐證明當時(shí)的導波雷達液位計性?xún)r(jià)比較浮筒液位計高得多，建設單位提出更改但與設計院談不攏，最后在項目采購時(shí)，業(yè)主綜合比選雷達和浮筒兩種儀表，最終選擇導波雷達，到安裝時(shí)由于兩種儀表安裝方式不同，設備開(kāi)口已經(jīng)按照浮筒液位計制造好，又做了很多工作才得以順利安裝。
儀表選型符合條件和國情是指，如果是引進(jìn)項目外商工藝包，有些設備選型不一定符合國情，要重點(diǎn)關(guān)注。比如，有一個(gè)引進(jìn)工藝包，其PFD和主要設備表中有一個(gè)三通選擇閥，國內根本沒(méi)有類(lèi)似的閥門(mén)，只好在基礎設計階段修改流程，用國產(chǎn)化的普通閥門(mén)組合成閥組替代三通選擇閥。
?詳細設計階段
詳細工程設計文件是在基礎工程設計的基礎上進(jìn)行的，是項目實(shí)施的直接依據，在過(guò)去叫工程設計或施工圖設計，其內容和深度應滿(mǎn)足通用材料采購、設備制造、工程施工和裝置投產(chǎn)運行的要求。SPMP-STD-EM2005-2016《石油化工裝置詳細工程設計內容規定》是最新的統一規定，原來(lái)執行的各專(zhuān)業(yè)施工圖設計內容和深度規定依然可以作為重要標準和依據來(lái)使用。
從SPMP-STD-EM2005-2016《石油化工裝置詳細工程設計內容規定》可以看出，（點(diǎn)擊查看）在詳細設計階段，其設計深度具體到儀表具體參數、型號和安裝螺絲墊片的統計。拿到詳細設計圖紙后，就可以進(jìn)行所有儀表設備和材料的采購、DCS組態(tài)及施工計劃的編制等工作了。
基礎設計完成后，圖紙多、數據多，之后的項目實(shí)施過(guò)程中，設計單位會(huì )在適當的時(shí)候有詳細的設計交底，但作為項目業(yè)主單位，對設計圖紙要有詳細認真的審核，盡量將所有問(wèn)題解決在采購施工前。儀表參數的校核與安裝方式設計和安裝材料校核是重點(diǎn)工作。如，某合成氨改造項目的造氣工段儀表安裝位置，設計院按照該廠(chǎng)多年前的老版圖紙設計，將大多數儀表設計安裝在廠(chǎng)房一樓環(huán)境惡劣的環(huán)境中，安裝工程進(jìn)行大半時(shí)才被發(fā)現，造成工期延誤十多天，安裝材料和人工浪費近15萬(wàn)元。同一工段的一個(gè)關(guān)鍵的調節閥的工作條件苛刻，對閥門(mén)的耐磨性要求很高，可是由于設計院的筆誤，將介質(zhì)“含塵煤氣水”寫(xiě)成“水”，招標采購時(shí)也都沒(méi)有在意，直到開(kāi)車(chē)一周后該閥門(mén)嚴重內漏，造成直接損失達五十多萬(wàn)元。
2、采購階段
采購階段是項目建設的重要環(huán)節，項目投資基本上都在這一環(huán)節完成，從國家制定的招/投標法，到各單位制定的各種采購制度規定等，都可以看出采購的重要性。
關(guān)于采購，對不同類(lèi)別的產(chǎn)品，采購策略不一樣;對同類(lèi)型的產(chǎn)品，采購者、采購方式和采購渠道不同，采購周期和價(jià)格也各異。但是無(wú)論哪個(gè)單位什么時(shí)間采購哪些產(chǎn)品，從準備到招標到到貨驗收，除商務(wù)之外，重中之重應該是儀表參數校核和系統一致性的確認。
儀表參數校核，是從設計一開(kāi)始始終需要重視的重要內容，前述合成氨廠(chǎng)調節閥一例，如果在采購時(shí)能夠發(fā)現該問(wèn)題，也同樣可以避免損失。
系統一致性確認，就是要確認所采購儀表與該儀表所處周邊環(huán)境一致、和諧，包括所采購儀表與儀表回路系統和與之關(guān)聯(lián)的設備工藝系統的一致性。儀表回路系統的一致性主要是硬件連接和信號匹配性，如某工程大量使用氣體檢測儀表，設計院原設計選用的是國產(chǎn)某品牌的產(chǎn)品，采用標準兩線(xiàn)制原理設計的儀表，在業(yè)主采購時(shí)評標結果是國外某品牌產(chǎn)品中標，但最后安裝時(shí)發(fā)現進(jìn)口產(chǎn)品是三線(xiàn)制，而原設計的是兩線(xiàn)制，電纜已經(jīng)敷設，浪費和延期是必然的。又如某工程采購分析儀表若干套，招標采購時(shí)為了節約投資，將每套分析儀表中本該是國外成套的顯示記錄儀換成國產(chǎn)液晶顯示記錄儀，投標方是一家純粹的商務(wù)代理，招標方則無(wú)人接觸過(guò)這種儀表，結果采購時(shí)節省了大量資金，但調試時(shí)無(wú)論如何液晶顯示器上都沒(méi)有顯示，最后分析發(fā)現原因是國產(chǎn)液晶顯示記錄儀只能接收4～20mA標準信號，而進(jìn)口分析儀表輸出的是在4～20mA標準信號的基礎上還疊加有特殊數字的信號。
3、施工階段
項目施工階段是項目建設的高潮，期間可能同時(shí)進(jìn)行的有設計及采購等環(huán)節，所以這一時(shí)期是項目建設需要投入人力、物力最大的時(shí)期，除了施工單位外，設計代表要常駐現場(chǎng)，供應商要不斷地在現場(chǎng)服務(wù)并解決問(wèn)題。作為自控專(zhuān)業(yè)的工作人員，這一時(shí)期的工作也是要在不同的工作中穿插交叉進(jìn)行的。
施工管理者包括施工單位、監理單位及政府質(zhì)監部門(mén)等，施工管理模式也有多種，但作為建設單位的儀表專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，筆者認為這一時(shí)段的主要任務(wù)是協(xié)調解決施工中出現的技術(shù)問(wèn)題、掌控施工質(zhì)量并認真對待工程中各項費用的支付。
盡管目前各設計單位的設計質(zhì)量都比較高，并且建設單位從項目一開(kāi)始的各個(gè)階段都對設計高度關(guān)注，但在施工時(shí)仍會(huì )有很多技術(shù)問(wèn)題需要及時(shí)解決，對于有些問(wèn)題設計院的現場(chǎng)代表會(huì )積極解決，但每一個(gè)工程都會(huì )遇到出現問(wèn)題而各方相互推諉的現象：設計院不承認有設計問(wèn)題，供應商不承認供貨有質(zhì)量問(wèn)題，施工單位說(shuō)沒(méi)辦法解決安裝實(shí)際問(wèn)題，這種情況下，就需要建設單位協(xié)調解決問(wèn)題了。如某工程設計有三十余臺帶毛細管遠傳壓力的差壓變送器，設計院的數據表當時(shí)是按照某知名品牌的儀表安裝尺寸設計的，業(yè)主招標采購時(shí)卻是另一家國際知名品牌變送器中標。當初設計院專(zhuān)業(yè)之間互提條件，設備管道上儀表安裝過(guò)程接口的設計也沒(méi)有錯誤，設備制造和施工單位管道安裝也都符合設計，但就是出現三十余臺變送器沒(méi)法安裝的問(wèn)題:設備和管道上的接管和法蘭內徑比變送器隔離膜片插入部件外徑小0.8mm，各相關(guān)單位都沒(méi)錯，僵持不下，最終在僵持一個(gè)多月后，各方默認采取現場(chǎng)變更方案，更改設備和管道上的短接和法蘭解決了問(wèn)題，但是也延誤了工期。
在施工期間要有計劃、有目的地按照自己?jiǎn)挝坏膶?shí)際情況，在安裝過(guò)程中優(yōu)化設計安裝方案。如某工程實(shí)施過(guò)程中，設計差壓/壓力變送器很多，安裝圖都是按照標準圖冊的安裝圖設計的，鑒于所訂購變送器都是質(zhì)量可靠的進(jìn)口產(chǎn)品，在施工伊始，建設單位與施工單位溝通，提出將全部變送器在取壓點(diǎn)處就近安裝，導壓管最長(cháng)不超過(guò)500mm，并取消部分相應的二次閥門(mén)、排污閥門(mén)、保溫箱和保護箱，甚至取消了一些蒸汽伴熱。經(jīng)幾年的實(shí)際運行表明，這樣安裝與原設計會(huì )多使用一些電纜和穿線(xiàn)管，但是節約了大量的導壓管和二次閥門(mén)和排污閥門(mén)(排污使用變送器上的排污螺釘)，且減少了導壓管堵塞，杜絕了二次閥門(mén)，排污閥門(mén)和蒸汽伴熱管線(xiàn)的泄露且蒸汽消耗等現實(shí)問(wèn)題。
最后，就是掌控施工質(zhì)量。首先施工質(zhì)量是施工隊干出來(lái)的，不是管理者管出來(lái)的，但是作為建設單位，對施工質(zhì)量卻不可忽視，各種標準、規定、規范和文獻資料在施工質(zhì)量控制這方面很多，但大型裝置施工期間參加工種多交叉作業(yè)多，所以筆者認為，施工質(zhì)量管理過(guò)程中，最重要的是施工期間的成品質(zhì)量保護和管理。一些工程中因交叉作業(yè)導致已安裝設備損壞，致使已安裝橋架及管線(xiàn)等變形的例子很多，在此不再枚舉。
4、調試和試/開(kāi)車(chē)階段
經(jīng)過(guò)前期各相關(guān)單位的努力，工程建成開(kāi)車(chē)了，有一種比較流行的說(shuō)法，即化工裝置開(kāi)車(chē)就是開(kāi)儀表，足見(jiàn)儀表在化工裝置開(kāi)車(chē)運行期間的重要性和工作量之大，在此階段和此后相當一段時(shí)間里，儀表工需要投入的工作量是相當大的。盡管前面各環(huán)節各階段各相關(guān)人員都為儀表專(zhuān)業(yè)做了很大的努力，但是原始開(kāi)車(chē)和以后相當長(cháng)的一段時(shí)間里，儀表及其系統各種問(wèn)題會(huì )不斷涌現。根據幾個(gè)項目的經(jīng)驗，筆者認為從此以后的一段時(shí)間里，儀表專(zhuān)業(yè)應該做好下列幾項工作:
a．高度關(guān)注檢測控制系統策略設計的合理性和儀表選型的合理性。前面提到，工藝專(zhuān)業(yè)可能要求實(shí)現的監測方案要盡量完善，自動(dòng)控制回路要盡量得多，而自控專(zhuān)業(yè)則希望儀表和自控配置的數量越少越好，這是流程工業(yè)工藝專(zhuān)業(yè)和自控專(zhuān)業(yè)永遠不可避免的矛盾。那么在原始開(kāi)車(chē)和以后相當一段時(shí)間里，原設計的檢測控制系統策略(檢測點(diǎn)設置、控制聯(lián)鎖回路策略及儀表選型等)肯定會(huì )有這樣那樣的問(wèn)題需要解決，所以自控專(zhuān)業(yè)人員必須多留心這方面的問(wèn)題。比如某制藥企業(yè)，生產(chǎn)要求給一個(gè)廠(chǎng)房?jì)?個(gè)反應罐精確定量加水，設計流程是水經(jīng)過(guò)泵加壓和電磁流量計計量后進(jìn)入反應釜，電磁流量計選用的是某進(jìn)口品牌。從設計圖紙上看沒(méi)發(fā)現問(wèn)題，但開(kāi)車(chē)運行相當一段時(shí)間內水計量一直不準，農藥生產(chǎn)對加進(jìn)去的水量精度要求很高，這就導致長(cháng)期各個(gè)批次產(chǎn)品質(zhì)量差異很大。經(jīng)分析發(fā)現，是計量控制策略設計不合理，流量計出口到各反應釜的水流管道長(cháng)短不一，管道內留置的水沒(méi)有考慮計量;計量輸出控制泵的啟/停，調節精度不夠;流量控制儀表是簡(jiǎn)單的流量積算儀，沒(méi)有過(guò)沖量設定和定量控制功能。后經(jīng)技術(shù)改造后才解決問(wèn)題。
b．重視儀表數據表數據與實(shí)際工況的一致性與其差異，對儀表選型和儀表開(kāi)表運行的影響。即使是采用非常成熟的工藝方案建設項目，因建設地點(diǎn)不一樣，使用原料差異，管理和操作水平差異的存在，具體的控制系統和儀表參數也會(huì )有差別，這些差別也會(huì )導致儀表數據表數據的差異和儀表選型的不合理，所以在裝置開(kāi)車(chē)之后的一段時(shí)間里，對實(shí)際工況差異引起的儀表選型數據的變化要重點(diǎn)關(guān)注，以便于對不合理的儀表配置與選型進(jìn)行技術(shù)改造。
c．總結并淘汰部分不適合項目建設的制造商及供應商。這主要是企業(yè)管理部分內容，但專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的意見(jiàn)也是至關(guān)重要的，對項目建設期間的供應商、制造商在開(kāi)車(chē)后進(jìn)行總結評比篩選，是很重要的一部分。
四、結束語(yǔ)
石油化工、電力及冶金等項目的建設，因建設時(shí)期、項目類(lèi)型、建設地點(diǎn)、建設模式、參建各方管理水平和人員素質(zhì)不同而不同。不管建設哪類(lèi)項目，技術(shù)方面投入工作量最大的是設計院，設計院對各種設計規范和標準的理解肯定比其他單位要到位得多，盡管筆者引用了大量案例來(lái)闡述建設單位自控人員參與項目各階段工作的重要性和必要性，但作為建設單位的技術(shù)人員積極參與各階段工作，必須充分尊重在項目建設中處于技術(shù)主導地位的設計院。
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2021-09-15
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