化工项目建设全流程中，自控仪表工程师的工作有哪些？（上）

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。流程君今明两天将连载的这篇文章，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。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。

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。