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自動化儀表專業(yè)在項(xiàng)目建設(shè)各環(huán)節(jié)中的工作重點(diǎn)
發(fā)布時間：
2024-07-04 09:30
流程工業(yè)生產(chǎn)過程，就是生產(chǎn)工藝、設(shè)備和自動控制三大專業(yè)的有機(jī)結(jié)合。總體來說自控專業(yè)定位應(yīng)該仍然是為工藝服務(wù)，但生產(chǎn)過程和生產(chǎn)操作人員對自動控制和自動化儀表的要求和依賴越來越高，尤其是管控一體化概念的提出，“為工藝服務(wù)”的內(nèi)涵越來越豐富，外延也越來越寬，自控專業(yè)早已經(jīng)成為流程工業(yè)裝置的神經(jīng)系統(tǒng)。一套現(xiàn)代化的流程裝置，工藝流程確定以后，從生產(chǎn)運(yùn)行到經(jīng)營管理，任何一個環(huán)節(jié)都離不開自動控制和自動化儀表，“工藝為主線，設(shè)備管道連，電力供能源，自控全廠見”可以概括任何一個流程工業(yè)各專業(yè)的特點(diǎn)。
一、項(xiàng)目建設(shè)各環(huán)節(jié)及工作內(nèi)容
項(xiàng)目建設(shè)從策劃、評估、決策、設(shè)計、施工，到竣工驗(yàn)收、投人生產(chǎn)或交付使用的整個建設(shè)過程中，必須遵循一定的程序，我國長期遵循的基本建設(shè)流程如圖1所示，近幾年與國際接軌后的基本建設(shè)流程如圖2所示，實(shí)行項(xiàng)目核準(zhǔn)制后的建設(shè)流程如圖3所示。不管遵循何種流程，都可以將基本建設(shè)分為項(xiàng)目前期和項(xiàng)目實(shí)施兩大基本環(huán)節(jié)。筆者將按照圖3所示的建設(shè)流程進(jìn)行說明。
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1、項(xiàng)目前期
項(xiàng)目前期就是項(xiàng)目決策的規(guī)劃研究和投資決策時期，主要工作內(nèi)容是做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以選擇最佳方案，確保項(xiàng)目建設(shè)順利進(jìn)行，和建成后取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析要完成項(xiàng)目建議書、工藝包比選、可行性研究(大型項(xiàng)目一般還要完成預(yù)可行性研究)、項(xiàng)目備案/核準(zhǔn)和工廠(裝置)總體設(shè)計，為項(xiàng)目的投資建設(shè)提供市場分析、技術(shù)方案選擇、資源、建廠條件的落實(shí)情況及項(xiàng)目投資效益的評估等決策數(shù)據(jù)。
根據(jù)《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(xiàng)目必須審批項(xiàng)目建議書和可行性研究告，對于企業(yè)不使用政府資金投資建設(shè)的項(xiàng)目，一律不再實(shí)行審批制，區(qū)別不同情況實(shí)行核準(zhǔn)制和登記備案制。核準(zhǔn)申請報告重點(diǎn)論證政府關(guān)注的企業(yè)投資項(xiàng)目的外部性及公共性等問題，審核內(nèi)容主要是維護(hù)經(jīng)濟(jì)安全、合理開發(fā)利用資源、保護(hù)生態(tài)境、優(yōu)化重大布局、保障公共利益及防止出現(xiàn)壟斷等。但是，近年來許多項(xiàng)目在核準(zhǔn)時，仍保留審批制的一些內(nèi)容，如:需要上級主管單位或部門批準(zhǔn)的項(xiàng)目建議書及可行性研究報告等，這是項(xiàng)目建設(shè)政府行為和企業(yè)行為的有機(jī)結(jié)合，與投資項(xiàng)目核準(zhǔn)制度改革并不沖突。
2、項(xiàng)目實(shí)施
項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)，就是為項(xiàng)目建設(shè)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)而完成的技術(shù)選擇和確定、工程設(shè)計、項(xiàng)目建設(shè)及開車等工作。
項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)包括：
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勘察設(shè)計(初勘和詳勘，初步設(shè)計和施工圖設(shè)計)、建設(shè)準(zhǔn)備(征地、拆遷、“三通一平”乃至“七通一平”;
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組織材料、設(shè)備訂貨;
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辦理建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督手續(xù);
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委托工程監(jiān)理;
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準(zhǔn)備必要的施工圖紙;
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組織招標(biāo)，擇優(yōu)選定施工單位;辦理施工許可證等)、施工、生產(chǎn)準(zhǔn)備(培訓(xùn)生產(chǎn)人員;
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組織有關(guān)人員參加設(shè)備安裝、調(diào)試和工程驗(yàn)收;落實(shí)原材料供應(yīng);
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組建生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)，健全生產(chǎn)規(guī)章制度)、竣工驗(yàn)收(全面考核建設(shè)成果、檢驗(yàn)設(shè)計和施工質(zhì)量)及考核評價(工程項(xiàng)目竣工投產(chǎn)、生產(chǎn)運(yùn)營一段時間后，再對項(xiàng)目的立項(xiàng)決策、設(shè)計施工、竣工投產(chǎn)及生產(chǎn)運(yùn)營等全過程進(jìn)行系統(tǒng)評價)等階段。
一直以來，在項(xiàng)目前期，編制項(xiàng)目建議書、可行性研究報告及核準(zhǔn)申請報告等，都委托有相應(yīng)資質(zhì)的咨詢單位完成，建設(shè)單位只是企業(yè)規(guī)劃部門或經(jīng)濟(jì)部門專業(yè)人員配合完成相應(yīng)工作。只有在項(xiàng)目實(shí)施的初步設(shè)計階段，才有包括自控專業(yè)在內(nèi)的各專業(yè)技術(shù)人員介人。流程工業(yè)尤其是化工工業(yè)，應(yīng)該是工藝、設(shè)備和自控三大專業(yè)的有機(jī)結(jié)合，自控系統(tǒng)已成為流程工業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，所以項(xiàng)目建設(shè)各環(huán)節(jié)的每個階段，都應(yīng)該有自控專業(yè)人員的介人，只不過介人的角度不同、深度各異，各環(huán)節(jié)、各階段的目標(biāo)任務(wù)不同。
二、自動化儀表專業(yè)的任務(wù)和目標(biāo)
1、項(xiàng)目前期報告編寫階段
項(xiàng)目前期，主要是編制項(xiàng)目建議書、核準(zhǔn)申請報告及可行性研究報告等，同時需要進(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)的咨詢單位編制相應(yīng)的文件。可行性研究報告和項(xiàng)目核準(zhǔn)申請報告的編制和審核，首先需要確定的是項(xiàng)目的產(chǎn)品方案和工藝技術(shù)方案，即工藝、設(shè)備和自控三大專業(yè)有機(jī)結(jié)合的方案。
幾個報告和文件的編制主要用于投資決策，側(cè)重于對項(xiàng)目建設(shè)所依據(jù)的宏觀政策定性研究、市場預(yù)測和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)定量測算。在這一階段，自控專業(yè)等相應(yīng)專業(yè)性比較強(qiáng)的工程技術(shù)專業(yè)，幾乎沒有什么明確的目標(biāo)任務(wù)。可行性研究報告中工藝技術(shù)方案的自動控制部分，內(nèi)容深度僅達(dá)到對控制系統(tǒng)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(zhǔn)申請報告則要求簡述項(xiàng)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單位會對項(xiàng)目的工藝技術(shù)方案進(jìn)行綜合比選，綜合比選需要項(xiàng)目建設(shè)單位提供大量的基礎(chǔ)資料和支撐材料的同時，也會充分聽取和尊重建設(shè)單位對各工藝技術(shù)方案的選擇性意見，所以，項(xiàng)目建設(shè)單位的重點(diǎn)工作還包括參與綜合比選、確定詳細(xì)的工藝技術(shù)方案。在這一階段，建設(shè)單位對項(xiàng)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(xì)調(diào)研、論證、比較和選擇。
同時，自控專業(yè)技術(shù)人員要緊密配合工藝專業(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(tǒng)的要求，制定全廠性自控系統(tǒng)策略、控制水平、自控系統(tǒng)方案、控制室設(shè)置原則和數(shù)量、主要檢測方案/現(xiàn)場儀表/調(diào)節(jié)閥的配置種類與大致選型等；
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確定主要工程量:過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)、可燃有毒有害氣體檢測報警系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測儀表(壓力、溫度、液位計量及計量系統(tǒng)等)、調(diào)節(jié)閥及特殊儀表等的工程量；
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關(guān)注設(shè)計中采用的主要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，重點(diǎn)是國外工藝包和國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的配套。
這一環(huán)節(jié)的工作，自控專業(yè)的主要工作目標(biāo)是確保本專業(yè)在項(xiàng)目可行性研究報告中做到：主要工程量不缺遺，監(jiān)控方案和控制策略不落后，資金估算不開口，否則可能為后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)施帶來不必要的麻煩。
預(yù)可行性研究與可行性研究階段，通過編制報告，明確項(xiàng)目總體目標(biāo)、基本構(gòu)成和基本功能；提出投資估算和效益分析條件；完成系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計，為決策提供依據(jù)。做到工程量不缺遺，即整個項(xiàng)目自控系統(tǒng)的工程量不能有缺失和遺漏。生產(chǎn)過程監(jiān)測控制系統(tǒng)一般不會出現(xiàn)缺遺，因此與之配套的與安全和管理相關(guān)的自控系統(tǒng)就是關(guān)注的重點(diǎn)。否則，項(xiàng)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(fèi)。比如，最近幾年的全廠信息化系統(tǒng)建設(shè)，在研究階段就應(yīng)該有這一部分的規(guī)劃和投資估算，在總體設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計及詳細(xì)設(shè)計等階段也都應(yīng)該有相應(yīng)的設(shè)計，但這幾年新建項(xiàng)目忽略了這部分內(nèi)容的很多，國家住建部已經(jīng)適時頒布了GB/T 50609-2010來規(guī)范這方面的缺失了。
監(jiān)控方案和策略不落后，這一點(diǎn)很好實(shí)現(xiàn)。一般的項(xiàng)目建設(shè)，在規(guī)劃設(shè)計階段都很容易做到所選擇的監(jiān)控方案和控制策略是相對較先進(jìn)的。
按照有關(guān)規(guī)定，項(xiàng)目建設(shè)預(yù)可研和可研階段的投資估算、初步設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)計階段的設(shè)計概算、詳細(xì)設(shè)計階段的設(shè)計預(yù)算和工程完工后的工程決算，都有詳細(xì)的編制辦法和約束條件，如基礎(chǔ)設(shè)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(xiàng)工程項(xiàng)目劃分為總圖豎向布置、建筑物、構(gòu)筑物、靜置設(shè)備、機(jī)械設(shè)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(tǒng)、給排水、采暖通風(fēng)及熱工等，其中自控儀表和管理系統(tǒng)，因設(shè)備種類多、臺件數(shù)多、產(chǎn)品品牌多及價格差異大等原因，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，一個煤化工化肥項(xiàng)目，可研階段按照國際先進(jìn)水平規(guī)劃，全廠僅設(shè)置一個全廠性中央控制室，將水系統(tǒng)、鍋爐、電站、空分、氣化、凈化、合成氨及復(fù)合肥等各生產(chǎn)單元的操作控制都設(shè)在一個中央控制室，并按照這個思路規(guī)劃控制室和控制系統(tǒng)基本配置，布置全廠總圖運(yùn)輸主要指標(biāo)、主要建構(gòu)筑物面積和主要工程量，并且做了一個相應(yīng)的自控專業(yè)投資估算。到項(xiàng)目實(shí)施階段，隨著項(xiàng)目業(yè)主單位各專業(yè)人員的配備到位，要求各主要工藝單元分設(shè)控制系統(tǒng)和控制室的意見占上風(fēng)，出現(xiàn)了初步設(shè)計方案與可研報告描述有較大偏差，初設(shè)概算超過可研估算較多的情況，最終只能將已經(jīng)評估過的可研報告進(jìn)行再修改再評估。
除了上述工作之外，項(xiàng)目前期需要編制很多文件，建設(shè)單位的自控專業(yè)人員一定要在審核各文件時不追求大而全。現(xiàn)在自控專業(yè)技術(shù)細(xì)分分支很多，不同的工廠會需要不同分支的檢測控制系統(tǒng)，并不是每個項(xiàng)目都需要市場上可以提供的所有的系統(tǒng)，并不是每個項(xiàng)目前期文件都需要全面敘述和論證控制系統(tǒng)的所有分支內(nèi)容。
? 比如，項(xiàng)目前期都有項(xiàng)目安全預(yù)評價，安全預(yù)評價報告中必然有項(xiàng)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(nèi)容，并不是每一個項(xiàng)目都必須用到其中的所有技術(shù)。所以如果在安全預(yù)評價報告和后續(xù)的安全設(shè)施設(shè)計專篇中，為了保證項(xiàng)目安全評價順利通過評審而羅列所有的安全技術(shù)方案，很可能為項(xiàng)目未來的設(shè)計和實(shí)施帶來不必要的麻煩。
? 曾經(jīng)有一個案例，項(xiàng)目是精對苯二甲酸(PTA)，其原料對二甲苯(PX)通過管道來自旁邊的煉油廠，PX進(jìn)氧化反應(yīng)器后，生產(chǎn)的反應(yīng)產(chǎn)物是漿料，故裝置內(nèi)不存在易燃油氣泄漏問題，所以項(xiàng)目根本不需要設(shè)計安裝可燃有毒有害氣體檢測系統(tǒng)，但安全評價單位的評價報告卻寫出了工廠設(shè)置引進(jìn)可燃有毒有害氣體檢測系統(tǒng)。這在安全預(yù)評價階段有利于預(yù)評價報告通過，但直接影響到接下來的項(xiàng)目實(shí)施和投資，因?yàn)榘凑铡督ㄔO(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施“三同時”監(jiān)督管理暫行辦法》(安全總局令第36號)，安全預(yù)評價報告中的安全措施，在基礎(chǔ)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和施工安裝中都必須全部實(shí)施。
2、項(xiàng)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(jì)指標(biāo)的比選，比較內(nèi)容和比較方法在《化工投資項(xiàng)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(xì)的描述，包括技術(shù)來源、產(chǎn)品質(zhì)量、主要技術(shù)參數(shù)、原料路線、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(jì)合理性等。根據(jù)中國石化協(xié)產(chǎn)發(fā)【2006】76號文，似乎沒有太多自控專業(yè)的內(nèi)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(shè)計及基礎(chǔ)設(shè)計等系列工作做好技術(shù)準(zhǔn)備。
從工廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行角度出發(fā)，在工藝包技術(shù)方案比選時，不能以為工藝生產(chǎn)自動化水平越高越好，不能要求使用最先進(jìn)的自控技術(shù)，不能用自控系統(tǒng)的先進(jìn)性和復(fù)雜性評判工藝包的先進(jìn)性。
相反，越是簡單的自控系統(tǒng)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(yīng)用在穩(wěn)定裝置操作、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)量、節(jié)能降耗、提升企業(yè)競爭力及增加經(jīng)濟(jì)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作為選擇要素來考慮。因?yàn)锳PC使用的難點(diǎn)不單是要求軟儀表計算的準(zhǔn)確性，它對操作人員的調(diào)節(jié)及時性以及在線質(zhì)量儀表的品質(zhì)等要求都非常高，且應(yīng)用好APC對項(xiàng)目單位人員個體、管理者團(tuán)隊及管理制度等也有很高的要求。
統(tǒng)計表明，目前APC上線率低的主要原因是；工藝工程師的工藝計算精度低占47%，操作人員調(diào)節(jié)不及時占17%，在線質(zhì)量儀表不穩(wěn)定占12% 。20世紀(jì)末，曾有一個合成氨項(xiàng)目，當(dāng)時KMM調(diào)節(jié)器剛剛進(jìn)人中國市場，設(shè)計、設(shè)備成套及業(yè)主方等項(xiàng)目各方對KMM熱情有加，在項(xiàng)目上設(shè)計選用KMM完成合成氨系統(tǒng)的氫氮比和水碳比控制，由于沒有成熟的數(shù)學(xué)模型和控制策略，最終兩個系統(tǒng)一個都開不起來。
后來，筆者多年來關(guān)注多家單位了解，同工藝技術(shù)方案的國內(nèi)其他企業(yè)，即使在使用具有強(qiáng)大運(yùn)算功能支持的DCS時，這兩個系統(tǒng)都因?yàn)閿?shù)學(xué)模型建立和控制策略制定間題，還是沒有開發(fā)出來。
三、建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施階段的任務(wù)和目標(biāo)
項(xiàng)目實(shí)施階段包括設(shè)計、施工、試生產(chǎn)及竣工驗(yàn)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(shè)項(xiàng)目，工藝包可能不是出自同一家，詳細(xì)設(shè)計也可能是由多個設(shè)計院完成的，為了對建設(shè)項(xiàng)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，確保滿足環(huán)保、安全和職業(yè)衛(wèi)生的法律法規(guī)要求，協(xié)調(diào)并統(tǒng)一總體設(shè)計文件的內(nèi)容和深度，需要統(tǒng)一確定工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計原則和技術(shù)條件，優(yōu)化工廠總平面布置和公用工程系統(tǒng)設(shè)計方案，往往還要在基礎(chǔ)設(shè)計之前，與工藝包設(shè)計略同步或微超前安排總體設(shè)計環(huán)節(jié)。
總體設(shè)計內(nèi)容和深度詳見 SPMP-STD-EM2002-2016《石油化工大型建設(shè)項(xiàng)目總體設(shè)計內(nèi)容規(guī)定》。工藝包就是工藝操作的具體詳細(xì)說明，是專利技術(shù)提供方針對某種工藝技術(shù)進(jìn)行較系統(tǒng)的研究之后，給出的指導(dǎo)性(原則性)的流程、設(shè)備及相關(guān)工藝參數(shù)等資料，主要包括工藝流程、工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工藝操作參數(shù)、關(guān)鍵的工藝計算及工藝設(shè)備等數(shù)據(jù)包，類似之前我國的技術(shù)設(shè)計。一般情況下，國外專利提供商的工藝包都有相當(dāng)深的設(shè)計深度，有的甚至達(dá)到了基礎(chǔ)設(shè)計的深度，但沒有通行的國際標(biāo)準(zhǔn)，為了與國際接軌，我國制定了SPMP-STD-EM2001《石油化工裝置工藝設(shè)計包(成套技術(shù)工藝包)內(nèi)容規(guī)定》，設(shè)計者也可據(jù)此作為最低標(biāo)準(zhǔn)要求來審核國外工藝包的設(shè)計深度。
1、設(shè)計階段
?總體設(shè)計階段
總體設(shè)計階段主要是全廠性規(guī)劃設(shè)計，自控專業(yè)的主要任務(wù)是確定全廠自控水平和儀表選型原則，重點(diǎn)是規(guī)劃設(shè)計好全廠控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制室布置。與可行性研究階段自控專業(yè)的深度相差不大，但設(shè)計文件的深度直接決定下一步各裝置的基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計的文件內(nèi)容，并影響未來工廠自動化水平和裝置運(yùn)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(shè)計階段，自控專業(yè)要與工藝專業(yè)密切配合，根據(jù)工廠產(chǎn)品方案和工藝路線選擇，確定全廠的DCS和SIS水平。這里最關(guān)鍵的是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jù)工藝水平選擇經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)合適的控制系統(tǒng)水平，切忌盲目追求先進(jìn)。
有一個項(xiàng)目，全廠的3個主要裝置分別由3家設(shè)計院設(shè)計，在采購階段DCS招標(biāo)時，由于事先沒有總體設(shè)計，也沒有一家設(shè)計院對全廠控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及控制室等布置做出設(shè)計要求，建設(shè)單位采購人員不得已將3家設(shè)計院的DCS請購文件簡單匯總后合并成一份招標(biāo)技術(shù)規(guī)格書發(fā)標(biāo)。結(jié)果開標(biāo)時出現(xiàn)各投標(biāo)單位對標(biāo)書理解和響應(yīng)不一致的現(xiàn)象，有一家國際知名DCS制造商根據(jù)技術(shù)標(biāo)書要求和I/O點(diǎn)數(shù)分布，設(shè)計全廠集中控制，設(shè)立了一個中央控制室、一對控制器和幾個遠(yuǎn)程I/O站，并詳細(xì)計算了控制器負(fù)荷和數(shù)據(jù)總線通信負(fù)荷，根據(jù)其DCS應(yīng)用案例，這樣設(shè)計完全滿足控制需要。但是該項(xiàng)目3個單位工程的功能完全獨(dú)立，按照國內(nèi)企業(yè)管理和建設(shè)單位經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該最少設(shè)置3個控制室。評標(biāo)過程的復(fù)雜性可想而知，單統(tǒng)一技術(shù)方案就用了整整3天時間，相當(dāng)于在評標(biāo)階段才根據(jù)投標(biāo)單位的技術(shù)方案來制定全廠控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。
?工藝包設(shè)計階段
工藝包設(shè)計階段是在已經(jīng)確定了項(xiàng)目裝置采用工藝技術(shù)方案后，項(xiàng)目實(shí)質(zhì)性實(shí)施開始的第一步，對于自控專業(yè)來說，工藝包文件包含裝置PID中的控制回路的編號和名稱，PID中的控制儀表名稱、編號、工藝參數(shù)、型式以及主要規(guī)格等;還包括主要的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系說明。這一階段的設(shè)計主要是以工藝專業(yè)為主，但自控專業(yè)要做大量的配合和協(xié)同設(shè)計，對于某一工藝過程必須采用的控制回路的結(jié)構(gòu)或某種形式/規(guī)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(diào)節(jié)閥，這一回路和這一調(diào)節(jié)閥必須在工藝包儀表數(shù)據(jù)表中有詳細(xì)的描述。如煤化工氣化爐的氣氧比控制系統(tǒng)，和PTA裝置的氧化反應(yīng)器的啟動和停車程序，工藝商必須在工藝包中給出詳細(xì)的控制策略和控制邏輯定義。
所謂的配合設(shè)計工藝包，要做到從全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧，考慮技術(shù)先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，綜合實(shí)際條件，最大限度地滿足工藝的合理性。配合設(shè)計的同時也要解決好專業(yè)之間的一些矛盾，因?yàn)楣に噷I(yè)可能要求實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測方案要盡量完善，自動控制回路要盡量得多，甚至將管線導(dǎo)淋閥排放都設(shè)計成自動控制，實(shí)現(xiàn)無人操作，而自控專業(yè)則希望儀表與自控配置數(shù)量越少越好。
舉一個工藝包設(shè)計時沒有考慮建廠地實(shí)際情況的例子，某煤化工項(xiàng)目引進(jìn)氣化工藝包，工藝包設(shè)計前還運(yùn)輸足夠量的煤碳到外商工廠試燒以取得設(shè)計數(shù)據(jù)，在工藝包設(shè)計時，其中有一臺工況條件較惡劣的調(diào)節(jié)閥，外方根據(jù)試燒數(shù)據(jù)選擇使用某國際知名品牌的價格較高的偏心旋轉(zhuǎn)閥，要求該閥門內(nèi)件使用碳化鎢及陶瓷等材料，以達(dá)到耐磨、耐沖刷的目的。但由于工藝包設(shè)計時外方僅考慮正常生產(chǎn)情況需要，沒有考慮到該裝置建成后試車和運(yùn)行負(fù)荷、建廠地污水處理能力及環(huán)境容量對整體工況影響等，因此，項(xiàng)目建成開車運(yùn)行時，該閥門實(shí)際運(yùn)行工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離國外試燒工廠的生產(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(shè)計方和調(diào)節(jié)閥制造商都感到非常意外。而同一個工程，在一個工段內(nèi)幾乎所有的容器上都設(shè)計安裝有液位開關(guān)，聯(lián)鎖相關(guān)閥門，工程建成與后來連續(xù)開車幾年后證明，設(shè)計安裝這些液位開關(guān)根本沒有必要，四十余臺進(jìn)口液位開關(guān)全部閑置，造成投資浪費(fèi)近六十萬元。
?基礎(chǔ)設(shè)計階段
基礎(chǔ)設(shè)計是在工藝包設(shè)計基礎(chǔ)上的又一個設(shè)計階段，類似于原來的初步設(shè)計，但有涵蓋原來的工藝基礎(chǔ)設(shè)計、工程基礎(chǔ)設(shè)計及初步設(shè)計等階段的設(shè)計內(nèi)容，按照SPMP-STD-EM2003-2016《石油化工裝置基礎(chǔ)工程設(shè)計內(nèi)容規(guī)定》，因?yàn)轫?xiàng)目的所有技術(shù)原則和方案已經(jīng)在總體設(shè)計階段確定，所以在基礎(chǔ)設(shè)計階段，設(shè)計文件深度應(yīng)能滿足業(yè)主審查、工程物資采購準(zhǔn)備和施工準(zhǔn)備并開展詳細(xì)工程設(shè)計的要求。
在基礎(chǔ)設(shè)計階段，自控專業(yè)負(fù)責(zé)擬定控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)方案、儀表選型規(guī)定、電源及氣源的供給方案等;完成初步的儀表清單(數(shù)據(jù)和選型)、控制室平面布置和儀表盤正面布置方案，開展初步的詢價工作。
基礎(chǔ)設(shè)計審查通過后，除了鋼材及線纜等安裝材料的精確數(shù)量以外，整個項(xiàng)目的自控系統(tǒng)工程量就確定了:一次原件、變送器、控制系統(tǒng)及調(diào)節(jié)閥等的型式基本確定，一些整裝設(shè)備，如機(jī)組及泵等成套儀表系統(tǒng)也基本清楚了。所以，基礎(chǔ)設(shè)計在整個項(xiàng)目周期中非常關(guān)鍵。
基礎(chǔ)設(shè)計階段，設(shè)計院的工作技術(shù)含量相當(dāng)大，設(shè)計工程師們會將設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、類似項(xiàng)目運(yùn)行取得的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題及市場上儀表專業(yè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r等都進(jìn)行深度融合，形成儀表專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)計文件。
在基礎(chǔ)設(shè)計階段，因?yàn)樵O(shè)計單位可能不止一家，所以作為建設(shè)單位的專業(yè)技術(shù)人員，首先必須要有個“全廠一盤棋”的概念，即著眼于全廠控制系統(tǒng)的完整性和可靠性。在總體設(shè)計文件的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注全廠性系統(tǒng)性的設(shè)計，其次要仔細(xì)審核儀表數(shù)據(jù)表，關(guān)注每一類儀表選型是否符合國情和其本廠項(xiàng)目的實(shí)際條件，關(guān)注全廠各裝置儀表選型原則是否一致，并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。有一個項(xiàng)目，依托老裝置改擴(kuò)建一套新裝置，新裝置地理位置離老裝置距離近2km，在項(xiàng)目安裝后調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)儀表空氣壓力低，所有的調(diào)節(jié)閥不能動作，分析發(fā)現(xiàn)，原來是基礎(chǔ)設(shè)計時PID沒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(jī)也不現(xiàn)實(shí)，最終只能在新裝置區(qū)增加一個大空氣儲氣罐才解決問題，延誤整個工期近一個月。
儀表選型符合本廠項(xiàng)目的實(shí)際條件，是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，基礎(chǔ)設(shè)計階段如果儀表選型錯誤，到詳細(xì)設(shè)計時是很難改變的，因?yàn)閮x表選型改變牽涉諸如設(shè)備開口、材料及概算等很多方面。比如某項(xiàng)目在基礎(chǔ)設(shè)計時，設(shè)計院按照設(shè)計慣性選用大量浮筒液位計，而實(shí)踐證明當(dāng)時的導(dǎo)波雷達(dá)液位計性價比較浮筒液位計高得多，建設(shè)單位提出更改但與設(shè)計院談不攏，最后在項(xiàng)目采購時，業(yè)主綜合比選雷達(dá)和浮筒兩種儀表，最終選擇導(dǎo)波雷達(dá)，到安裝時由于兩種儀表安裝方式不同，設(shè)備開口已經(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(xiàng)目外商工藝包，有些設(shè)備選型不一定符合國情，要重點(diǎn)關(guān)注。比如，有一個引進(jìn)工藝包，其PFD和主要設(shè)備表中有一個三通選擇閥，國內(nèi)根本沒有類似的閥門，只好在基礎(chǔ)設(shè)計階段修改流程，用國產(chǎn)化的普通閥門組合成閥組替代三通選擇閥。
?詳細(xì)設(shè)計階段
詳細(xì)工程設(shè)計文件是在基礎(chǔ)工程設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是項(xiàng)目實(shí)施的直接依據(jù)，在過去叫工程設(shè)計或施工圖設(shè)計，其內(nèi)容和深度應(yīng)滿足通用材料采購、設(shè)備制造、工程施工和裝置投產(chǎn)運(yùn)行的要求。SPMP-STD-EM2005-2016《石油化工裝置詳細(xì)工程設(shè)計內(nèi)容規(guī)定》是最新的統(tǒng)一規(guī)定，原來執(zhí)行的各專業(yè)施工圖設(shè)計內(nèi)容和深度規(guī)定依然可以作為重要標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)來使用。
從SPMP-STD-EM2005-2016《石油化工裝置詳細(xì)工程設(shè)計內(nèi)容規(guī)定》可以看出，（點(diǎn)擊查看）在詳細(xì)設(shè)計階段，其設(shè)計深度具體到儀表具體參數(shù)、型號和安裝螺絲墊片的統(tǒng)計。拿到詳細(xì)設(shè)計圖紙后，就可以進(jìn)行所有儀表設(shè)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(chǔ)設(shè)計完成后，圖紙多、數(shù)據(jù)多，之后的項(xiàng)目實(shí)施過程中，設(shè)計單位會在適當(dāng)?shù)臅r候有詳細(xì)的設(shè)計交底，但作為項(xiàng)目業(yè)主單位，對設(shè)計圖紙要有詳細(xì)認(rèn)真的審核，盡量將所有問題解決在采購施工前。儀表參數(shù)的校核與安裝方式設(shè)計和安裝材料校核是重點(diǎn)工作。如，某合成氨改造項(xiàng)目的造氣工段儀表安裝位置，設(shè)計院按照該廠多年前的老版圖紙設(shè)計，將大多數(shù)儀表設(shè)計安裝在廠房一樓環(huán)境惡劣的環(huán)境中，安裝工程進(jìn)行大半時才被發(fā)現(xiàn)，造成工期延誤十多天，安裝材料和人工浪費(fèi)近15萬元。同一工段的一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)閥的工作條件苛刻，對閥門的耐磨性要求很高，可是由于設(shè)計院的筆誤，將介質(zhì)“含塵煤氣水”寫成“水”，招標(biāo)采購時也都沒有在意，直到開車一周后該閥門嚴(yán)重內(nèi)漏，造成直接損失達(dá)五十多萬元。
2、采購階段
采購階段是項(xiàng)目建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，項(xiàng)目投資基本上都在這一環(huán)節(jié)完成，從國家制定的招/投標(biāo)法，到各單位制定的各種采購制度規(guī)定等，都可以看出采購的重要性。
關(guān)于采購，對不同類別的產(chǎn)品，采購策略不一樣;對同類型的產(chǎn)品，采購者、采購方式和采購渠道不同，采購周期和價格也各異。但是無論哪個單位什么時間采購哪些產(chǎn)品，從準(zhǔn)備到招標(biāo)到到貨驗(yàn)收，除商務(wù)之外，重中之重應(yīng)該是儀表參數(shù)校核和系統(tǒng)一致性的確認(rèn)。
儀表參數(shù)校核，是從設(shè)計一開始始終需要重視的重要內(nèi)容，前述合成氨廠調(diào)節(jié)閥一例，如果在采購時能夠發(fā)現(xiàn)該問題，也同樣可以避免損失。
系統(tǒng)一致性確認(rèn)，就是要確認(rèn)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(tǒng)和與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備工藝系統(tǒng)的一致性。儀表回路系統(tǒng)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(shè)計院原設(shè)計選用的是國產(chǎn)某品牌的產(chǎn)品，采用標(biāo)準(zhǔn)兩線制原理設(shè)計的儀表，在業(yè)主采購時評標(biāo)結(jié)果是國外某品牌產(chǎn)品中標(biāo)，但最后安裝時發(fā)現(xiàn)進(jìn)口產(chǎn)品是三線制，而原設(shè)計的是兩線制，電纜已經(jīng)敷設(shè)，浪費(fèi)和延期是必然的。又如某工程采購分析儀表若干套，招標(biāo)采購時為了節(jié)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(biāo)方是一家純粹的商務(wù)代理，招標(biāo)方則無人接觸過這種儀表，結(jié)果采購時節(jié)省了大量資金，但調(diào)試時無論如何液晶顯示器上都沒有顯示，最后分析發(fā)現(xiàn)原因是國產(chǎn)液晶顯示記錄儀只能接收4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，而進(jìn)口分析儀表輸出的是在4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號的基礎(chǔ)上還疊加有特殊數(shù)字的信號。
3、施工階段
項(xiàng)目施工階段是項(xiàng)目建設(shè)的高潮，期間可能同時進(jìn)行的有設(shè)計及采購等環(huán)節(jié)，所以這一時期是項(xiàng)目建設(shè)需要投入人力、物力最大的時期，除了施工單位外，設(shè)計代表要常駐現(xiàn)場，供應(yīng)商要不斷地在現(xiàn)場服務(wù)并解決問題。作為自控專業(yè)的工作人員，這一時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(jiān)理單位及政府質(zhì)監(jiān)部門等，施工管理模式也有多種，但作為建設(shè)單位的儀表專業(yè)技術(shù)人員，筆者認(rèn)為這一時段的主要任務(wù)是協(xié)調(diào)解決施工中出現(xiàn)的技術(shù)問題、掌控施工質(zhì)量并認(rèn)真對待工程中各項(xiàng)費(fèi)用的支付。
盡管目前各設(shè)計單位的設(shè)計質(zhì)量都比較高，并且建設(shè)單位從項(xiàng)目一開始的各個階段都對設(shè)計高度關(guān)注，但在施工時仍會有很多技術(shù)問題需要及時解決，對于有些問題設(shè)計院的現(xiàn)場代表會積極解決，但每一個工程都會遇到出現(xiàn)問題而各方相互推諉的現(xiàn)象：設(shè)計院不承認(rèn)有設(shè)計問題，供應(yīng)商不承認(rèn)供貨有質(zhì)量問題，施工單位說沒辦法解決安裝實(shí)際問題，這種情況下，就需要建設(shè)單位協(xié)調(diào)解決問題了。如某工程設(shè)計有三十余臺帶毛細(xì)管遠(yuǎn)傳壓力的差壓變送器，設(shè)計院的數(shù)據(jù)表當(dāng)時是按照某知名品牌的儀表安裝尺寸設(shè)計的，業(yè)主招標(biāo)采購時卻是另一家國際知名品牌變送器中標(biāo)。當(dāng)初設(shè)計院專業(yè)之間互提條件，設(shè)備管道上儀表安裝過程接口的設(shè)計也沒有錯誤，設(shè)備制造和施工單位管道安裝也都符合設(shè)計，但就是出現(xiàn)三十余臺變送器沒法安裝的問題:設(shè)備和管道上的接管和法蘭內(nèi)徑比變送器隔離膜片插入部件外徑小0.8mm，各相關(guān)單位都沒錯，僵持不下，最終在僵持一個多月后，各方默認(rèn)采取現(xiàn)場變更方案，更改設(shè)備和管道上的短接和法蘭解決了問題，但是也延誤了工期。
在施工期間要有計劃、有目的地按照自己單位的實(shí)際情況，在安裝過程中優(yōu)化設(shè)計安裝方案。如某工程實(shí)施過程中，設(shè)計差壓/壓力變送器很多，安裝圖都是按照標(biāo)準(zhǔn)圖冊的安裝圖設(shè)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(shè)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(dǎo)壓管最長不超過500mm，并取消部分相應(yīng)的二次閥門、排污閥門、保溫箱和保護(hù)箱，甚至取消了一些蒸汽伴熱。經(jīng)幾年的實(shí)際運(yùn)行表明，這樣安裝與原設(shè)計會多使用一些電纜和穿線管，但是節(jié)約了大量的導(dǎo)壓管和二次閥門和排污閥門(排污使用變送器上的排污螺釘)，且減少了導(dǎo)壓管堵塞，杜絕了二次閥門，排污閥門和蒸汽伴熱管線的泄露且蒸汽消耗等現(xiàn)實(shí)問題。
最后，就是掌控施工質(zhì)量。首先施工質(zhì)量是施工隊干出來的，不是管理者管出來的，但是作為建設(shè)單位，對施工質(zhì)量卻不可忽視，各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、規(guī)范和文獻(xiàn)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(rèn)為，施工質(zhì)量管理過程中，最重要的是施工期間的成品質(zhì)量保護(hù)和管理。一些工程中因交叉作業(yè)導(dǎo)致已安裝設(shè)備損壞，致使已安裝橋架及管線等變形的例子很多，在此不再枚舉。
4、調(diào)試和試/開車階段
經(jīng)過前期各相關(guān)單位的努力，工程建成開車了，有一種比較流行的說法，即化工裝置開車就是開儀表，足見儀表在化工裝置開車運(yùn)行期間的重要性和工作量之大，在此階段和此后相當(dāng)一段時間里，儀表工需要投入的工作量是相當(dāng)大的。盡管前面各環(huán)節(jié)各階段各相關(guān)人員都為儀表專業(yè)做了很大的努力，但是原始開車和以后相當(dāng)長的一段時間里，儀表及其系統(tǒng)各種問題會不斷涌現(xiàn)。根據(jù)幾個項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為從此以后的一段時間里，儀表專業(yè)應(yīng)該做好下列幾項(xiàng)工作:
a．高度關(guān)注檢測控制系統(tǒng)策略設(shè)計的合理性和儀表選型的合理性。前面提到，工藝專業(yè)可能要求實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測方案要盡量完善，自動控制回路要盡量得多，而自控專業(yè)則希望儀表和自控配置的數(shù)量越少越好，這是流程工業(yè)工藝專業(yè)和自控專業(yè)永遠(yuǎn)不可避免的矛盾。那么在原始開車和以后相當(dāng)一段時間里，原設(shè)計的檢測控制系統(tǒng)策略(檢測點(diǎn)設(shè)置、控制聯(lián)鎖回路策略及儀表選型等)肯定會有這樣那樣的問題需要解決，所以自控專業(yè)人員必須多留心這方面的問題。比如某制藥企業(yè)，生產(chǎn)要求給一個廠房內(nèi)8個反應(yīng)罐精確定量加水，設(shè)計流程是水經(jīng)過泵加壓和電磁流量計計量后進(jìn)入反應(yīng)釜，電磁流量計選用的是某進(jìn)口品牌。從設(shè)計圖紙上看沒發(fā)現(xiàn)問題，但開車運(yùn)行相當(dāng)一段時間內(nèi)水計量一直不準(zhǔn)，農(nóng)藥生產(chǎn)對加進(jìn)去的水量精度要求很高，這就導(dǎo)致長期各個批次產(chǎn)品質(zhì)量差異很大。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，是計量控制策略設(shè)計不合理，流量計出口到各反應(yīng)釜的水流管道長短不一，管道內(nèi)留置的水沒有考慮計量;計量輸出控制泵的啟/停，調(diào)節(jié)精度不夠;流量控制儀表是簡單的流量積算儀，沒有過沖量設(shè)定和定量控制功能。后經(jīng)技術(shù)改造后才解決問題。
b．重視儀表數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)與實(shí)際工況的一致性與其差異，對儀表選型和儀表開表運(yùn)行的影響。即使是采用非常成熟的工藝方案建設(shè)項(xiàng)目，因建設(shè)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(tǒng)和儀表參數(shù)也會有差別，這些差別也會導(dǎo)致儀表數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)的差異和儀表選型的不合理，所以在裝置開車之后的一段時間里，對實(shí)際工況差異引起的儀表選型數(shù)據(jù)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(jié)并淘汰部分不適合項(xiàng)目建設(shè)的制造商及供應(yīng)商。這主要是企業(yè)管理部分內(nèi)容，但專業(yè)技術(shù)人員的意見也是至關(guān)重要的，對項(xiàng)目建設(shè)期間的供應(yīng)商、制造商在開車后進(jìn)行總結(jié)評比篩選，是很重要的一部分。
四、結(jié)束語
石油化工、電力及冶金等項(xiàng)目的建設(shè)，因建設(shè)時期、項(xiàng)目類型、建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)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(shè)哪類項(xiàng)目，技術(shù)方面投入工作量最大的是設(shè)計院，設(shè)計院對各種設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)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闡述建設(shè)單位自控人員參與項(xiàng)目各階段工作的重要性和必要性，但作為建設(shè)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(xiàng)目建設(shè)中處于技術(shù)主導(dǎo)地位的設(shè)計院。
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