化工项目建设流程中,论自控仪表工程师的重要性!

当今,炼油、化工、冶金、电力、生物及制药等流程工业的生产过程和装置趋向于项目大型化、工艺复杂化、产品高端化和能效最优化,生产管理与考核趋向于精细化和标准化,对自动控制的要求也越来越高。这篇文章,详细介绍了自动化仪表专业在项目建设各环节中的工作重点,并结合一些生动的案例,希望能对各位带来一些启发。

文/胡平杰,大唐国际化工技术研究院有限公司。

流程工业生产过程,就是生产工艺、设备和自动控制三大专业的有机结合。总体来说自控专业定位应该仍然是为工艺服务,但生产过程和生产操作人员对自动控制和自动化仪表的要求和依赖越来越高,尤其是管控一体化概念的提出,“为工艺服务”的内涵越来越丰富,外延也越来越宽,自控专业早已经成为流程工业装置的神经系统。一套现代化的流程装置,工艺流程确定以后,从生产运行到经营管理,任何一个环节都离不开自动控制和自动化仪表,“工艺为主线,设备管道连,电力供能源,自控全厂见”可以概括任何一个流程工业各专业的特点。

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项目建设各环节及工作内容

项目建设从策划、评估、决策、设计、施工,到竣工验收、投人生产或交付使用的整个建设过程中,必须遵循一定的程序,我国长期遵循的基本建设流程如图1所示,近几年与国际接轨后的基本建设流程如图2所示,实行项目核准制后的建设流程如图3所示。不管遵循何种流程,都可以将基本建设分为项目前期和项目实施两大基本环节。笔者将按照图3所示的建设流程进行说明。

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项目前期

项目前期就是项目决策的规划研究和投资决策时期,主要工作内容是做好技术经济分析,以选择最佳方案,确保项目建设顺利进行,和建成后取得最佳经济效益。技术经济分析要完成项目建议书、工艺包比选、可行性研究(大型项目一般还要完成预可行性研究)、项目备案/核准和工厂(装置)总体设计,为项目的投资建设提供市场分析、技术方案选择、资源、建厂条件的落实情况及项目投资效益的评估等决策数据。

根据《国务院关于投资体制改革的决定》(国发〔2004 120号),对于政府投资项目必须审批项目建议书和可行性研究告,对于企业不使用政府资金投资建设的项目,一律不再实行审批制,区别不同情况实行核准制和登记备案制。核准申请报告重点论证政府关注的企业投资项目的外部性及公共性等问题,审核内容主要是维护经济安全、合理开发利用资源、保护生态境、优化重大布局、保障公共利益及防止出现垄断等。但是,近年来许多项目在核准时,仍保留审批制的一些内容,如:需要上级主管单位或部门批准的项目建议书及可行性研究报告等,这是项目建设政府行为和企业行为的有机结合,与投资项目核准制度改革并不冲突。

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项目实施

项目实施环节,就是为项目建设达到预期目标而完成的技术选择和确定、工程设计、项目建设及开车等工作。

项目实施环节包括:

  • 勘察设计(初勘和详勘,初步设计和施工图设计)、建设准备(征地、拆迁、“三通一平”乃至“七通一平”;

  • 组织材料、设备订货;

  • 办理建设工程质量监督手续;

  • 委托工程监理;

  • 准备必要的施工图纸;

  • 组织招标,择优选定施工单位;办理施工许可证等)、施工、生产准备(培训生产人员;

  • 组织有关人员参加设备安装、调试和工程验收;落实原材料供应;

  • 组建生产管理机构,健全生产规章制度)、竣工验收(全面考核建设成果、检验设计和施工质量)及考核评价(工程项目竣工投产、生产运营一段时间后,再对项目的立项决策、设计施工、竣工投产及生产运营等全过程进行系统评价)等阶段。

一直以来,在项目前期,编制项目建议书、可行性研究报告及核准申请报告等,都委托有相应资质的咨询单位完成,建设单位只是企业规划部门或经济部门专业人员配合完成相应工作。只有在项目实施的初步设计阶段,才有包括自控专业在内的各专业技术人员介人。(点击查看)流程工业尤其是化工工业,应该是工艺、设备和自控三大专业的有机结合,自控系统已成为流程工业的神经系统,所以项目建设各环节的每个阶段,都应该有自控专业人员的介人,只不过介人的角度不同、深度各异,各环节、各阶段的目标任务不同。

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自动化仪表专业的任务和目标

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项目前期报告编写阶段

项目前期,主要是编制项目建议书、核准申请报告及可行性研究报告等,同时需要进行环评及安评等工作。在这一阶段,一般是业主委托有资质的咨询单位编制相应的文件。可行性研究报告和项目核准申请报告的编制和审核,首先需要确定的是项目的产品方案和工艺技术方案,即工艺、设备和自控三大专业有机结合的方案。

几个报告和文件的编制主要用于投资决策,侧重于对项目建设所依据的宏观政策定性研究、市场预测和经济指标定量测算。在这一阶段,自控专业等相应专业性比较强的工程技术专业,几乎没有什么明确的目标任务。可行性研究报告中工艺技术方案的自动控制部分,内容深度仅达到对控制系统和仪表选型原则的定性描述和仪表投资估算条件的限制。核准申请报告则要求简述项目的自控方案和自控水平的选择。

编制可行性研究报告的咨询单位会对项目的工艺技术方案进行综合比选,综合比选需要项目建设单位提供大量的基础资料和支撑材料的同时,也会充分听取和尊重建设单位对各工艺技术方案的选择性意见,所以,项目建设单位的重点工作还包括参与综合比选、确定详细的工艺技术方案。在这一阶段,建设单位对项目可能采用的工艺技术方案要从技术角度进行详细调研、论证、比较和选择。

同时,自控专业技术人员要紧密配合工艺专业工作,放眼全局,需要注意的几点:

  • 了解所选工艺技术方案对自控系统的要求,制定全厂性自控系统策略、控制水平、自控系统方案、控制室设置原则和数量、主要检测方案/现场仪表/调节阀的配置种类与大致选型等;

  • 确定主要工程量:过程控制系统、紧急关断系统、火灾检测报警系统、可燃有毒有害气体检测报警系统、现场检测仪表(压力、温度、液位计量及计量系统等)、调节阀及特殊仪表等的工程量;

  • 关注设计中采用的主要标准和规范,重点是国外工艺包和国家标准、行业标准的配套。

这一环节的工作,自控专业的主要工作目标是确保本专业在项目可行性研究报告中做到:主要工程量不缺遗,监控方案和控制策略不落后,资金估算不开口,否则可能为后续的项目实施带来不必要的麻烦。

预可行性研究与可行性研究阶段,通过编制报告,明确项目总体目标、基本构成和基本功能;提出投资估算和效益分析条件;完成系统的规划设计,为决策提供依据。做到工程量不缺遗,即整个项目自控系统的工程量不能有缺失和遗漏。生产过程监测控制系统一般不会出现缺遗,因此与之配套的与安全和管理相关的自控系统就是关注的重点。否则,项目建成后才采取新增或改造的办法,就有可能需要对之前相关的已建工程进行更新改造,造成很大的浪费。比如,最近几年的全厂信息化系统建设,在研究阶段就应该有这一部分的规划和投资估算,在总体设计、基础设计及详细设计等阶段也都应该有相应的设计,但这几年新建项目忽略了这部分内容的很多,国家住建部已经适时颁布了GB/T 50609-2010来规范这方面的缺失了。

监控方案和策略不落后,这一点很好实现。一般的项目建设,在规划设计阶段都很容易做到所选择的监控方案和控制策略是相对较先进的。

按照有关规定,项目建设预可研和可研阶段的投资估算、初步设计和基础设计阶段的设计概算、详细设计阶段的设计预算和工程完工后的工程决算,都有详细的编制办法和约束条件,如基础设计概算,不得超出可行性研究投资估算额的10%。投资估算编制中的单项工程项目划分为总图竖向布置、建筑物、构筑物、静置设备、机械设备、工业炉、储罐工程、工艺管道安装、电气、通信、自控仪表和管理系统、给排水、采暖通风及热工等,其中自控仪表和管理系统,因设备种类多、台件数多、产品品牌多及价格差异大等原因,投资估算编制难度最大,容易造成资金估算不足和缺口。

➤ 比如,一个煤化工化肥项目,可研阶段按照国际先进水平规划,全厂仅设置一个全厂性中央控制室,将水系统、锅炉、电站、空分、气化、净化、合成氨及复合肥等各生产单元的操作控制都设在一个中央控制室,并按照这个思路规划控制室和控制系统基本配置,布置全厂总图运输主要指标、主要建构筑物面积和主要工程量,并且做了一个相应的自控专业投资估算。到项目实施阶段,随着项目业主单位各专业人员的配备到位,要求各主要工艺单元分设控制系统和控制室的意见占上风,出现了初步设计方案与可研报告描述有较大偏差,初设概算超过可研估算较多的情况,最终只能将已经评估过的可研报告进行再修改再评估。

除了上述工作之外,项目前期需要编制很多文件,建设单位的自控专业人员一定要在审核各文件时不追求大而全。现在自控专业技术细分分支很多,不同的工厂会需要不同分支的检测控制系统,并不是每个项目都需要市场上可以提供的所有的系统,并不是每个项目前期文件都需要全面叙述和论证控制系统的所有分支内容。

➤ 比如,项目前期都有项目安全预评价,安全预评价报告中必然有项目采取的安全方案描述和安全对策与建议,仪表安全技术包括非常多的内容,并不是每一个项目都必须用到其中的所有技术。所以如果在安全预评价报告和后续的安全设施设计专篇中,为了保证项目安全评价顺利通过评审而罗列所有的安全技术方案,很可能为项目未来的设计和实施带来不必要的麻烦。

➤ 曾经有一个案例,项目是精对苯二甲酸(PTA),其原料对二甲苯(PX)通过管道来自旁边的炼油厂,PX进氧化反应器后,生产的反应产物是浆料,故装置内不存在易燃油气泄漏问题,所以项目根本不需要设计安装可燃有毒有害气体检测系统,但安全评价单位的评价报告却写出了工厂设置引进可燃有毒有害气体检测系统。这在安全预评价阶段有利于预评价报告通过,但直接影响到接下来的项目实施和投资,因为按照《建设项目安全设施“三同时”监督管理暂行办法》(安全总局令第36号),安全预评价报告中的安全措施,在基础设计、详细设计和施工安装中都必须全部实施。

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项目前期工艺包的比选

工艺包的比选,主要是工艺技术方案和经济指标的比选,比较内容和比较方法在《化工投资项目可行性研究报告编制办法》(中国石化协产发【2006】76号文中有详细的描述,包括技术来源、产品质量、主要技术参数、原料路线、消耗、投资及成本等若干方面,比较工艺技术的先进性、可靠性、安全性、商业化程度及经济合理性等。根据中国石化协产发【2006】76号文,似乎没有太多自控专业的内容,但作为工艺包比选的参与者,最好全程参与工艺包交流、考察及论证等系列工作,这不单单是为了工艺包比选,更是为后期工艺包的设计及基础设计等系列工作做好技术准备。

从工厂实际生产运行角度出发,在工艺包技术方案比选时,不能以为工艺生产自动化水平越高越好,不能要求使用最先进的自控技术,不能用自控系统的先进性和复杂性评判工艺包的先进性。(点击查看)

相反,越是简单的自控系统越是可靠。目前先进控制技术(Advanced Process Control,APC)发展迅速,在国外的流程工业领域,APC的应用在稳定装置操作、提高产品质量、增加产量、节能降耗、提升企业竞争力及增加经济效益等方面有很多成功案例。但是工艺包比选,不能盲目、单纯地把工艺包是否包含APC作为选择要素来考虑。因为APC使用的难点不单是要求软仪表计算的准确性,它对操作人员的调节及时性以及在线质量仪表的品质等要求都非常高,且应用好APC对项目单位人员个体、管理者团队及管理制度等也有很高的要求。

统计表明,目前APC上线率低的主要原因是;工艺工程师的工艺计算精度低占47%,操作人员调节不及时占17%,在线质量仪表不稳定占12% 。20世纪末,曾有一个合成氨项目,当时KMM调节器刚刚进人中国市场,设计、设备成套及业主方等项目各方对KMM热情有加,在项目上设计选用KMM完成合成氨系统的氢氮比和水碳比控制,由于没有成熟的数学模型和控制策略,最终两个系统一个都开不起来。

后来,笔者多年来关注多家单位了解,同工艺技术方案的国内其他企业,即使在使用具有强大运算功能支持的DCS时,这两个系统都因为数学模型建立和控制策略制定间题,还是没有开发出来。

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建设项目实施阶段的任务和目标

项目实施阶段包括设计、施工、试生产及竣工验收等。对于包含3套及以上工艺装置的新建大型石油化工建设项目,工艺包可能不是出自同一家,详细设计也可能是由多个设计院完成的,为了对建设项目的总工艺流程、总平面布置、总定员、总进度和总投资进行控制,确保满足环保、安全和职业卫生的法律法规要求,协调并统一总体设计文件的内容和深度,需要统一确定工程设计标准、设计原则和技术条件,优化工厂总平面布置和公用工程系统设计方案,往往还要在基础设计之前,与工艺包设计略同步或微超前安排总体设计环节。

总体设计内容和深度详见 SPMP-STD-EM2002-2016《石油化工大型建设项目总体设计内容规定》。工艺包就是工艺操作的具体详细说明,是专利技术提供方针对某种工艺技术进行较系统的研究之后,给出的指导性(原则性)的流程、设备及相关工艺参数等资料,主要包括工艺流程、工艺基础数据、工艺操作参数、关键的工艺计算及工艺设备等数据包,类似之前我国的技术设计。一般情况下,国外专利提供商的工艺包都有相当深的设计深度,有的甚至达到了基础设计的深度,但没有通行的国际标准,为了与国际接轨,我国制定了SPMP-STD-EM2001《石油化工装置工艺设计包(成套技术工艺包)内容规定》,设计者也可据此作为最低标准要求来审核国外工艺包的设计深度。

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设计阶段

总体设计阶段

总体设计阶段主要是全厂性规划设计,自控专业的主要任务是确定全厂自控水平和仪表选型原则,重点是规划设计好全厂控制系统的网络结构和控制室布置。与可行性研究阶段自控专业的深度相差不大,但设计文件的深度直接决定下一步各装置的基础设计和详细设计的文件内容,并影响未来工厂自动化水平和装置运行操作的模式、仪表选型档次及仪表维修力量配备等。因此,在这一设计阶段,自控专业要与工艺专业密切配合,根据工厂产品方案和工艺路线选择,确定全厂的DCS和SIS水平。这里最关键的是网络结构和控制室布置,并依此做出相对于可行性研究报告阶段精确的投资估算。根据工艺水平选择经济合理和技术合适的控制系统水平,切忌盲目追求先进。

有一个项目,全厂的3个主要装置分别由3家设计院设计,在采购阶段DCS招标时,由于事先没有总体设计,也没有一家设计院对全厂控制系统的网络及控制室等布置做出设计要求,建设单位采购人员不得已将3家设计院的DCS请购文件简单汇总后合并成一份招标技术规格书发标。结果开标时出现各投标单位对标书理解和响应不一致的现象,有一家国际知名DCS制造商根据技术标书要求和I/O点数分布,设计全厂集中控制,设立了一个中央控制室、一对控制器和几个远程I/O站,并详细计算了控制器负荷和数据总线通信负荷,根据其DCS应用案例,这样设计完全满足控制需要。但是该项目3个单位工程的功能完全独立,按照国内企业管理和建设单位经验,应该最少设置3个控制室。评标过程的复杂性可想而知,单统一技术方案就用了整整3天时间,相当于在评标阶段才根据投标单位的技术方案来制定全厂控制系统的结构方案。

工艺包设计阶段

工艺包设计阶段是在已经确定了项目装置采用工艺技术方案后,项目实质性实施开始的第一步,对于自控专业来说,工艺包文件包含装置PID中的控制回路的编号和名称,PID中的控制仪表名称、编号、工艺参数、型式以及主要规格等;还包括主要的联锁逻辑关系说明。这一阶段的设计主要是以工艺专业为主,但自控专业要做大量的配合和协同设计,对于某一工艺过程必须采用的控制回路的结构或某种形式/规格的仪表要有明确的选择和确定。如某高压分离器上的出口阀,必须采用高压或高压降的特种调节阀,这一回路和这一调节阀必须在工艺包仪表数据表中有详细的描述。如煤化工气化炉的气氧比控制系统,和PTA装置的氧化反应器的启动和停车程序,工艺商必须在工艺包中给出详细的控制策略和控制逻辑定义。

所谓的配合设计工艺包,要做到从全局出发、统筹兼顾,考虑技术先进性与经济性的统一,综合实际条件,最大限度地满足工艺的合理性。配合设计的同时也要解决好专业之间的一些矛盾,因为工艺专业可能要求实现的监测方案要尽量完善,自动控制回路要尽量得多,甚至将管线导淋阀排放都设计成自动控制,实现无人操作,而自控专业则希望仪表与自控配置数量越少越好。

举一个工艺包设计时没有考虑建厂地实际情况的例子,某煤化工项目引进气化工艺包,工艺包设计前还运输足够量的煤碳到外商工厂试烧以取得设计数据,在工艺包设计时,其中有一台工况条件较恶劣的调节阀,外方根据试烧数据选择使用某国际知名品牌的价格较高的偏心旋转阀,要求该阀门内件使用碳化钨及陶瓷等材料,以达到耐磨、耐冲刷的目的。但由于工艺包设计时外方仅考虑正常生产情况需要,没有考虑到该装置建成后试车和运行负荷、建厂地污水处理能力及环境容量对整体工况影响等,因此,项目建成开车运行时,该阀门实际运行工况远远偏离国外试烧工厂的生产工况,以至于在试生产阶段就频繁故障并很快报废,工艺包设计方和调节阀制造商都感到非常意外。而同一个工程,在一个工段内几乎所有的容器上都设计安装有液位开关,联锁相关阀门,工程建成与后来连续开车几年后证明,设计安装这些液位开关根本没有必要,四十余台进口液位开关全部闲置,造成投资浪费近六十万元。

基础设计阶段

基础设计是在工艺包设计基础上的又一个设计阶段,类似于原来的初步设计,但有涵盖原来的工艺基础设计、工程基础设计及初步设计等阶段的设计内容,按照SPMP-STD-EM2003-2016《石油化工装置基础工程设计内容规定》,因为项目的所有技术原则和方案已经在总体设计阶段确定,所以在基础设计阶段,设计文件深度应能满足业主审查、工程物资采购准备和施工准备并开展详细工程设计的要求。

在基础设计阶段,自控专业负责拟定控制系统和联锁系统的技术方案、仪表选型规定、电源及气源的供给方案等;完成初步的仪表清单(数据和选型)、控制室平面布置和仪表盘正面布置方案,开展初步的询价工作。

基础设计审查通过后,除了钢材及线缆等安装材料的精确数量以外,整个项目的自控系统工程量就确定了:一次原件、变送器、控制系统及调节阀等的型式基本确定,一些整装设备,如机组及泵等成套仪表系统也基本清楚了。所以,基础设计在整个项目周期中非常关键。

基础设计阶段,设计院的工作技术含量相当大,设计工程师们会将设计经验、类似项目运行取得的经验和存在的问题及市场上仪表专业技术的发展状况等都进行深度融合,形成仪表专业基础设计文件。

在基础设计阶段,因为设计单位可能不止一家,所以作为建设单位的专业技术人员,首先必须要有个“全厂一盘棋”的概念,即着眼于全厂控制系统的完整性和可靠性。在总体设计文件的基础上,重点关注全厂性系统性的设计,其次要仔细审核仪表数据表,关注每一类仪表选型是否符合国情和其本厂项目的实际条件,关注全厂各装置仪表选型原则是否一致,并统一标准。有一个项目,依托老装置改扩建一套新装置,新装置地理位置离老装置距离近2km,在项目安装后调试阶段,发现仪表空气压力低,所有的调节阀不能动作,分析发现,原来是基础设计时PID没有考虑仪表空气管道阻力引起的压力降和气源供气容量,改管道已经根本不可能,增加仪表空气压缩机也不现实,最终只能在新装置区增加一个大空气储气罐才解决问题,延误整个工期近一个月。

仪表选型符合本厂项目的实际条件,是关键中的关键,基础设计阶段如果仪表选型错误,到详细设计时是很难改变的,因为仪表选型改变牵涉诸如设备开口、材料及概算等很多方面。比如某项目在基础设计时,设计院按照设计惯性选用大量浮筒液位计,而实践证明当时的导波雷达液位计性价比较浮筒液位计高得多,建设单位提出更改但与设计院谈不拢,最后在项目采购时,业主综合比选雷达和浮筒两种仪表,最终选择导波雷达,到安装时由于两种仪表安装方式不同,设备开口已经按照浮筒液位计制造好,又做了很多工作才得以顺利安装。

仪表选型符合条件和国情是指,如果是引进项目外商工艺包,有些设备选型不一定符合国情,要重点关注。比如,有一个引进工艺包,其PFD和主要设备表中有一个三通选择阀,国内根本没有类似的阀门,只好在基础设计阶段修改流程,用国产化的普通阀门组合成阀组替代三通选择阀。

详细设计阶段

详细工程设计文件是在基础工程设计的基础上进行的,是项目实施的直接依据,在过去叫工程设计或施工图设计,其内容和深度应满足通用材料采购、设备制造、工程施工和装置投产运行的要求。SPMP-STD-EM2005-2016《石油化工装置详细工程设计内容规定》是最新的统一规定,原来执行的各专业施工图设计内容和深度规定依然可以作为重要标准和依据来使用。

从SPMP-STD-EM2005-2016《石油化工装置详细工程设计内容规定》可以看出,(点击查看)在详细设计阶段,其设计深度具体到仪表具体参数、型号和安装螺丝垫片的统计。拿到详细设计图纸后,就可以进行所有仪表设备和材料的采购、DCS组态及施工计划的编制等工作了。

基础设计完成后,图纸多、数据多,之后的项目实施过程中,设计单位会在适当的时候有详细的设计交底,但作为项目业主单位,对设计图纸要有详细认真的审核,尽量将所有问题解决在采购施工前。仪表参数的校核与安装方式设计和安装材料校核是重点工作。如,某合成氨改造项目的造气工段仪表安装位置,设计院按照该厂多年前的老版图纸设计,将大多数仪表设计安装在厂房一楼环境恶劣的环境中,安装工程进行大半时才被发现,造成工期延误十多天,安装材料和人工浪费近15万元。同一工段的一个关键的调节阀的工作条件苛刻,对阀门的耐磨性要求很高,可是由于设计院的笔误,将介质“含尘煤气水”写成“水”,招标采购时也都没有在意,直到开车一周后该阀门严重内漏,造成直接损失达五十多万元。

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采购阶段

采购阶段是项目建设的重要环节,项目投资基本上都在这一环节完成,从国家制定的招/投标法,到各单位制定的各种采购制度规定等,都可以看出采购的重要性。

关于采购,对不同类别的产品,采购策略不一样;对同类型的产品,采购者、采购方式和采购渠道不同,采购周期和价格也各异。但是无论哪个单位什么时间采购哪些产品,从准备到招标到到货验收,除商务之外,重中之重应该是仪表参数校核和系统一致性的确认。

仪表参数校核,是从设计一开始始终需要重视的重要内容,前述合成氨厂调节阀一例,如果在采购时能够发现该问题,也同样可以避免损失。

系统一致性确认,就是要确认所采购仪表与该仪表所处周边环境一致、和谐,包括所采购仪表与仪表回路系统和与之关联的设备工艺系统的一致性。仪表回路系统的一致性主要是硬件连接和信号匹配性,如某工程大量使用气体检测仪表,设计院原设计选用的是国产某品牌的产品,采用标准两线制原理设计的仪表,在业主采购时评标结果是国外某品牌产品中标,但最后安装时发现进口产品是三线制,而原设计的是两线制,电缆已经敷设,浪费和延期是必然的。又如某工程采购分析仪表若干套,招标采购时为了节约投资,将每套分析仪表中本该是国外成套的显示记录仪换成国产液晶显示记录仪,投标方是一家纯粹的商务代理,招标方则无人接触过这种仪表,结果采购时节省了大量资金,但调试时无论如何液晶显示器上都没有显示,最后分析发现原因是国产液晶显示记录仪只能接收4~20mA标准信号,而进口分析仪表输出的是在4~20mA标准信号的基础上还叠加有特殊数字的信号。

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施工阶段

项目施工阶段是项目建设的高潮,期间可能同时进行的有设计及采购等环节,所以这一时期是项目建设需要投入人力、物力最大的时期,除了施工单位外,设计代表要常驻现场,供应商要不断地在现场服务并解决问题。作为自控专业的工作人员,这一时期的工作也是要在不同的工作中穿插交叉进行的。

施工管理者包括施工单位、监理单位及政府质监部门等,施工管理模式也有多种,但作为建设单位的仪表专业技术人员,笔者认为这一时段的主要任务是协调解决施工中出现的技术问题、掌控施工质量并认真对待工程中各项费用的支付。

尽管目前各设计单位的设计质量都比较高,并且建设单位从项目一开始的各个阶段都对设计高度关注,但在施工时仍会有很多技术问题需要及时解决,对于有些问题设计院的现场代表会积极解决,但每一个工程都会遇到出现问题而各方相互推诿的现象:设计院不承认有设计问题,供应商不承认供货有质量问题,施工单位说没办法解决安装实际问题,这种情况下,就需要建设单位协调解决问题了。如某工程设计有三十余台带毛细管远传压力的差压变送器,设计院的数据表当时是按照某知名品牌的仪表安装尺寸设计的,业主招标采购时却是另一家国际知名品牌变送器中标。当初设计院专业之间互提条件,设备管道上仪表安装过程接口的设计也没有错误,设备制造和施工单位管道安装也都符合设计,但就是出现三十余台变送器没法安装的问题:设备和管道上的接管和法兰内径比变送器隔离膜片插入部件外径小0.8mm,各相关单位都没错,僵持不下,最终在僵持一个多月后,各方默认采取现场变更方案,更改设备和管道上的短接和法兰解决了问题,但是也延误了工期。

在施工期间要有计划、有目的地按照自己单位的实际情况,在安装过程中优化设计安装方案。如某工程实施过程中,设计差压/压力变送器很多,安装图都是按照标准图册的安装图设计的,鉴于所订购变送器都是质量可靠的进口产品,在施工伊始,建设单位与施工单位沟通,提出将全部变送器在取压点处就近安装,导压管最长不超过500mm,并取消部分相应的二次阀门、排污阀门、保温箱和保护箱,甚至取消了一些蒸汽伴热。经几年的实际运行表明,这样安装与原设计会多使用一些电缆和穿线管,但是节约了大量的导压管和二次阀门和排污阀门(排污使用变送器上的排污螺钉),且减少了导压管堵塞,杜绝了二次阀门,排污阀门和蒸汽伴热管线的泄露且蒸汽消耗等现实问题。

最后,就是掌控施工质量。首先施工质量是施工队干出来的,不是管理者管出来的,但是作为建设单位,对施工质量却不可忽视,各种标准、规定、规范和文献资料在施工质量控制这方面很多,但大型装置施工期间参加工种多交叉作业多,所以笔者认为,施工质量管理过程中,最重要的是施工期间的成品质量保护和管理。一些工程中因交叉作业导致已安装设备损坏,致使已安装桥架及管线等变形的例子很多,在此不再枚举。

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调试和试/开车阶段

经过前期各相关单位的努力,工程建成开车了,有一种比较流行的说法,即化工装置开车就是开仪表,足见仪表在化工装置开车运行期间的重要性和工作量之大,在此阶段和此后相当一段时间里,仪表工需要投入的工作量是相当大的。尽管前面各环节各阶段各相关人员都为仪表专业做了很大的努力,但是原始开车和以后相当长的一段时间里,仪表及其系统各种问题会不断涌现。根据几个项目的经验,笔者认为从此以后的一段时间里,仪表专业应该做好下列几项工作:

a.高度关注检测控制系统策略设计的合理性和仪表选型的合理性。前面提到,工艺专业可能要求实现的监测方案要尽量完善,自动控制回路要尽量得多,而自控专业则希望仪表和自控配置的数量越少越好,这是流程工业工艺专业和自控专业永远不可避免的矛盾。那么在原始开车和以后相当一段时间里,原设计的检测控制系统策略(检测点设置、控制联锁回路策略及仪表选型等)肯定会有这样那样的问题需要解决,所以自控专业人员必须多留心这方面的问题。比如某制药企业,生产要求给一个厂房内8个反应罐精确定量加水,设计流程是水经过泵加压和电磁流量计计量后进入反应釜,电磁流量计选用的是某进口品牌。从设计图纸上看没发现问题,但开车运行相当一段时间内水计量一直不准,农药生产对加进去的水量精度要求很高,这就导致长期各个批次产品质量差异很大。经分析发现,是计量控制策略设计不合理,流量计出口到各反应釜的水流管道长短不一,管道内留置的水没有考虑计量;计量输出控制泵的启/停,调节精度不够;流量控制仪表是简单的流量积算仪,没有过冲量设定和定量控制功能。后经技术改造后才解决问题。

b.重视仪表数据表数据与实际工况的一致性与其差异,对仪表选型和仪表开表运行的影响。即使是采用非常成熟的工艺方案建设项目,因建设地点不一样,使用原料差异,管理和操作水平差异的存在,具体的控制系统和仪表参数也会有差别,这些差别也会导致仪表数据表数据的差异和仪表选型的不合理,所以在装置开车之后的一段时间里,对实际工况差异引起的仪表选型数据的变化要重点关注,以便于对不合理的仪表配置与选型进行技术改造。

c.总结并淘汰部分不适合项目建设的制造商及供应商。这主要是企业管理部分内容,但专业技术人员的意见也是至关重要的,对项目建设期间的供应商、制造商在开车后进行总结评比筛选,是很重要的一部分。

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结束语

石油化工、电力及冶金等项目的建设,因建设时期、项目类型、建设地点、建设模式、参建各方管理水平和人员素质不同而不同。不管建设哪类项目,技术方面投入工作量最大的是设计院,设计院对各种设计规范和标准的理解肯定比其他单位要到位得多,尽管笔者引用了大量案例来阐述建设单位自控人员参与项目各阶段工作的重要性和必要性,但作为建设单位的技术人员积极参与各阶段工作,必须充分尊重在项目建设中处于技术主导地位的设计院。

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  • 化工项目建设全流程汇总,建议收藏

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  • 五分钟让你了解化工项目审批流程

    想投资上项目,大部分人能想到的就是高科技,生物,环保,化工等,那究竟上什么项目能赚钱?这个需要天时(着重政策解读).地利(着重地理位置评估).人和(各类人脉聚集,人才引进等),想要上项目当然离不开三件 ...

  • 揭秘!化工项目的建设全流程是啥?7大过程必须遵循的先后工作次序,程序必须了解才不出错!

    化工项目建设程序是指项目从策划.评估.决策.设计.施工到竣工验收.投入生产或交付使用的整个建设过程中,各项工作必须遵循的先后工作次序.如果对建设程序不了解,很可能造成工期的延误. 01  化工项目建设 ...

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