對化工裝置中交前開展設計“三查四定”的探析

汪壽建

(中國化學工程股份有限公司，北京 100007)

專 題 綜 論

對化工裝置中交前開展設計“三查四定”的探析

汪壽建

(中國化學工程股份有限公司，北京 100007)

設計“三查四定”是化工建設項目在工程“三查四定”中的一項重要內容，單獨增加設計“三查四定”可以發(fā)現(xiàn)設計過程中存在的一些重大設計問題以及設計與標準規(guī)范不符的地方，這些會影響化工投料試車和安全生產。對此要予以高度重視，對工程質量把好最后一道關，以確保裝置化工投料試車一次成功。

設計；審查；隱患；整改；試車

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.001

大中型化工建設項目在建成中交前的“三查四定”是化工行業(yè)在項目建設過程中必須經歷的一個重要過程，也是對化工建設項目的工程質量再把一道關的有效手段。早在1988年，原化工部頒發(fā)的化工試車規(guī)定中就已明確規(guī)定，“三查四定”是工程的質量保障，是確保裝置單機試車、預試車和化工投料試車成功的有效手段。特別是國家大中型重點工程都應該在項目建設中交前有序開展 “三查四定”工作，并作為一個程序固定下來?；谶@個原因，為確保一個化工新材料項目能夠一次投料試車成功，組織有關專家開展“三查四定”是非常必要的。

1 概述

在實踐中通過一定形式開展“三查四定”工作，可以發(fā)現(xiàn)出一些問題，包括比較嚴重的問題，這些問題在某種程度上都會影響裝置投料試車的成功率。對檢查出來的問題進行分析、論證和整改是非常重要的，一旦整改方案確定后，必須及時完成整改，才能保障裝置投料試車的順利。所以說，“三查四定”是確保生產裝置預試車、投料試車成功的非常有效的措施，由設計單位、工程建設單位(承包商)或業(yè)主單位組織相關工程技術人員開展一定形式的“三查四定”檢查工作就顯得非常必要，如設計質量檢查、采購質量檢查、工程施工質量檢查等，由此可引申出不同類型的“三查四定”模式，但不同的“三查四定”模式所涵蓋的內容和形式的差異，會導致“三查四定”的工作范圍、檢查內容和檢查程序的不同。比如設計“三查四定”和工程“三查四定”是有很大區(qū)別的，前者的重點是放在設計層面上進行工程質量審查，后者的重點是放在工程施工建設層面上進行的審查。因此，為了區(qū)別設計 “三查四定”與工程“三查四定”③，有必要給“三查四定”一個定義。所謂設計“三查四定” ，可以定義為：重點在設計層面進行工程質量的審查，以發(fā)現(xiàn)設計過程中可能存在的問題并進行整改。“三查”是查設計漏項、查設計錯誤引起的工程隱患、查設計未完成引起的工程尾項；“四定”是對檢查出來的設計問題盡快確定修改方案，根據(jù)設計修改方案盡快確定修改任務，根據(jù)修改任務盡快修改責任人員和確定修改完成時間計劃控制點與工程整改進度。

2 審查項目概況分析

2.1 項目設計

當我們進行的是一個工程的設計“三查四定”審查工作時，面對的是一個什么樣的設計項目？這是首先必須搞清楚的問題。只有把工程設計項目搞明白，才能組織相應的資源，包括對設計審查人員的基本素質要求以及準備必要的工作審查程序和提供編制相應的審查規(guī)定(若有相應的標準規(guī)范可以省略)。設計“三查四定”項目的基本情況如下。

項目設計規(guī)模是一套年產百萬噸級PTA產品的生產裝置，生產裝置核心工藝技術是引進國外專利商INVISTA的工藝包，由國內工程公司配套詳細設計和輔助設計。INVISTA核心工藝技術是以二甲苯(PX)為原料、醋酸為溶劑的液相空氣催化氧化工藝，生成的粗對苯二甲酸(CTA)再經加氫生成精對苯二甲酸(PTA)。為滿足工藝生產過程的要求，控制技術采用DCS，對工藝參數(shù)進行自動采集與控制，以確保全裝置高效、穩(wěn)定、可靠運行。出于安全考慮，設計項目采用了獨立的安全儀表控制系統(tǒng)(SIS)，對生產過程中的一些重要溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)設置了安全聯(lián)鎖及報警，對重要閥門設置了開關狀態(tài)顯示，并采用DCS實現(xiàn)對開關閥、泵等設備的自動化控制。

生產裝置由PX氧化工序、PTA精制工序、輔助工序和R2R等工序組成。PX氧化工序包括工藝空壓機和尾氣處理、氧化反應器和冷凝器、CTA分離、結晶和干燥、溶劑處理、母液和放空氣處理、溶劑回收、催化劑制備和回收以及CTA產品氣輸送和CTA料倉等；PTA精制工序包括加氫反應進料預熱、加氫反應、氫氣回收及壓縮、PTA結晶、分離和干燥、母液和放空氣處理、PTA產品氣輸送；輔助工序包括氮氣壓縮機、廢水系統(tǒng)、尾氣干燥、密封水系統(tǒng)、PTA成品料倉、蒸汽和凝結水系統(tǒng)、日用儲罐、液氮接收；R2R工序包括R2R回收框架、廢水提升池等。

中間產品PTA為白色結晶粉末狀固體，自精制干燥機出料后，利用氣體輸送至PTA中間產品料倉，為延長產品鏈以便向其他化工新材料提供中間原料，剩余部分輸送至PTA成品料倉后，由園區(qū)運輸設施外運。

2.2 流程特點

設計項目的主要工藝流程由幾部分組成。

2.2.1 PX氧化工序

PX氧化反應所需空氣由工藝空氣壓縮機提供，原料液由來自罐區(qū)的PX原料、醋酸和催化劑組成，混合液被注入氧化反應器中。在氧化反應器內，反應釋放的熱能由溶劑蒸汽和水蒸氣帶走，經過冷凝器，產生中、低壓飽和蒸汽回收熱量。未冷凝氣體進入高壓吸收塔，經洗滌吸收對二甲苯、醋酸甲酯及醋酸。塔頂?shù)暮何矚饨涍^氣液分離、蒸汽預熱和有機組分處理后，部分尾氣再經冷卻和干燥后用作惰性氣體，主要用于氣體輸送，剩余尾氣直接用于尾氣膨脹機。CTA結晶、分離、干燥過程中，氧化反應器中漿料依次進入3個結晶器，通過逐步減壓，CTA大部分析出。CTA漿料在一級結晶器與同時加入一定比例的工藝空氣進行二次氧化，部分CTA會結晶出來，再經二級結晶器和三級結晶器的兩級結晶，使?jié){料達到分離要求后，送至CTA旋轉真空過濾機進行分離。過濾出的CTA濾餅用醋酸溶劑洗滌后，通過螺旋輸送機輸送到CTA干燥機干燥。干燥后的CTA粉料送入CTA料倉。溶劑回收是通過溶劑汽提塔將醋酸/水溶劑和非揮發(fā)性組分分離，少量的殘渣經溶劑汽提塔采出后送至殘渣蒸發(fā)器，進一步將殘渣中的溶劑蒸出，然后回收殘渣。溶劑脫水塔將氧化反應產生的水、高壓吸收塔加入的水通過加入共沸劑，使其從溶劑中分離出來，回收的溶劑再送回各用戶。

2.2.2 PTA精制工序

先將CTA溶解于水中，在高溫、高壓下選擇性加氫，將4-羧基苯甲酸(4-CBA)轉化為易溶于水的對甲基苯甲酸，通過結晶、液固分離和干燥等過程，生產出PTA。

進料配制。CTA粉料經計量送入進料打漿罐與定量循環(huán)利用的水形成均一的漿料，漿料經過溶解進料泵加壓后，通過結晶預熱器加熱，漿料質量分數(shù)達到30%。再由溶解進料泵進行二次加壓，二次加壓后漿料經6個預熱器預熱后送至加氫反應器。

加氫反應。經預熱后的CTA水溶液連續(xù)進入到加氫反應器中，流經催化劑床層，與氫氣反應，將CTA中所含的副產物4-CBA還原成水溶性的對甲基苯甲酸，氫氣由氫氣壓縮機供給至加氫反應器。

PTA結晶。加氫反應器底部出來的PTA溶液，經過連續(xù)五級結晶器，漿料通過液位控制逐漸減壓降溫后，產生閃蒸蒸汽和PTA晶體。

PTA分離和干燥。從第五級結晶器出來的漿料送至旋轉壓力過濾機進行過濾，濾餅下料通過旋轉閥進入出料螺旋輸送機，再輸送至PTA干燥機。從旋轉壓力過濾機出來的蒸汽和母液進入母液回收系統(tǒng)。在干燥機中通過蒸汽加熱及通入惰性氣體帶走水蒸氣的方法對濾餅進行干燥。干燥后的PTA產品送至料倉。

2.2.3 主要工藝特點

采用超大型氧化反應器，生產能力增大；回收氧化反應熱量，副產蒸汽，降低能耗；CTA采用一級真空過濾分離技術；采用醋酸正丙酯共沸蒸餾，以提高溶劑回收率；加氫反應器采用獨特設計，提高加氫反應效率；精制單元采用壓力過濾機一次分離工藝；增設氫氣回收系統(tǒng)，降低原材料消耗；提高高、低壓尾氣回收利用率，降低能耗；縝密的生產控制和安全控制系統(tǒng)，確保裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行。

3 審查應遵循的原則

3.1 “三查”主要內容和范圍

設計“三查”把脈要準[1]。對相關專業(yè)的每一張重要的設計圖紙、表格和數(shù)據(jù)，每一項重要工藝(專業(yè))技術方案，每一項重要控制方案，每一臺重要設備、管線、閥門、儀表和材料等設計質量進行嚴格把脈，對審查出來的問題按規(guī)定的表格進行分類記錄和統(tǒng)計。

3.1.1 查設計漏項

要結合本項目百萬噸級PTA產品的主要生產裝置設計竣工圖表相關文件，參照工程施工現(xiàn)場實際情況以及同類工程開車過程中存在的共性問題、關鍵設備制造過程中存在的修改變更問題、主要設備采購過程中因外部條件變更引起的修改變更問題，對最終設計施工圖紙進行審查(包括自查和外查)，確認是否存在重大設計漏項和是否有必要進行修改補充設計或修改補充完善設計。

3.1.2 查設計隱患

由于設計隱患可能引起工程質量不合格，而不合格的工程質量可能會對裝置投料試車或安全生產產生重大影響，導致試車不成功。仔細檢查在關鍵工藝方案、重點設備設計以及管道安裝、材料選擇等方面是否存在隱形錯誤以及對工程質量可能造成的隱患危害程度等；杜絕由于工程標準更新、排放標準更嚴、環(huán)保安全要求更高，而可能產生的工程質量隱患。

3.1.3 查設計未完工項目

由于某種原因，導致設計遺留下來的問題在審查中未得到解決，造成的設計(或工程)未完工項目。由于不重視或遺忘這些未完項目，可能會對裝置投料開車造成嚴重影響。應逐項對照項目完工單進行檢查，確認按照工程進度計劃應完工而未完工的項目，在此基礎上進行整改。

3.2 “四定”主要內容和范圍

設計“四定”工作要細[1]。被審查設計負責人(項目經理)應會同設計人員、審查人員，對查出的問題逐項進行論證。凡是影響開車、正常生產、安全生產的整改項必須修改。對“錦上添花”可上可不上的整改項，原則上可以不整改，以保證工程進度和控制工程費用。對于必須增加的整改項，尤其是重大問題(包括設備開口、控制方案、工藝流程、管徑150mm以上管線的增減等)要進行充分論證，并征得設計單位技術負責人的批準。

3.2.1 確定最終整改方案

被審查方提供的設計文件圖紙、表格應是最終的專業(yè)設計文件版本，是最終的施工工藝流程。通過設計“三查”，對被審查出來的設計漏項、設計隱患以及設計未完工項目并且被確認是需要進行相應的整改項目，應進行嚴格研究和論證，在此基礎上盡快提出最終的整改方案，并予以確認。

3.2.2 確定最終任務下達

要根據(jù)審查確認的整改方案，特別是重點工藝流程以及關鍵設備的整改方案，將在此基礎上制定出解決整改問題(可能包含相關工藝、設備、材料、管線以及電儀在內)的全部措施分解到各相關專業(yè)設計方，并且以正式任務單的形式，盡快下達落實整改。

3.2.3 確定整改責任人員

要根據(jù)確認的整改任務單，進一步明確設計修改完善責任人員，按照修改任務單和修改計劃及時組織相關人員進行修改，并將相關修改文件及時下達到有關施工方進行現(xiàn)場施工。

3.2.4 確定整改完成時間

要根據(jù)以上整改任務和整改方案，制定滿足設計修改和現(xiàn)場施工的整改計劃表和控制進度，確定最終完成整改的日期，并統(tǒng)一部署項目現(xiàn)場工程實施。

設計“三查四定”標準控制要嚴。審查組織單位應根據(jù)所在設計單位是否已有設計“三查四定”審查程序、管理辦法和作業(yè)文件等，有序開展審查工作，同時也應參照設計單位各專業(yè)設計過程中所采用的國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準，從嚴進行設計審查，把好設計最后一道關。若設計單位沒有設計“三查四定”相關的審查文件和規(guī)定時，設計審查組織單位應在開展設計審查前先組織編制好設計“三查四定”審查工作程序和審查規(guī)定以及相關的設計國家標準規(guī)范。

4 化工裝置易發(fā)生設計質量隱患的分析

設計“三查四定”的重點主要是在設計層面進行，重點應包括：各專業(yè)最終完成的設計文件(圖紙、表格、說明書或計算書)、主要工藝設備材料采購文件清單(采購合同主要技術附件)以及在施工過程中與設計專業(yè)修改相關的施工竣工文件(修改聯(lián)系單、設計文件及說明書等)等三部分。[1]這些審查文件應由被審查單位和設計人員完整、準確提供，作為設計“三查四定”審查方的重要依據(jù)。審查實踐表明，下面這些問題會經常遇到[2]。

4.1 缺少必要的閥門

主要設計專業(yè)較大面積的設計漏項是較少發(fā)生的，但影響生產操作或不方便開車操作的設計遺漏則較容易發(fā)生。當生產裝置施工完成之后，尤其是在準備開車的過程中，操作人員會發(fā)現(xiàn)有一些設計遺漏問題，如在生產裝置中通常要用到成千上萬只閥門，而大多數(shù)閥門都是用于關斷或開通管道的，尤其是對于切換操作的管道，正常生產中操作人員會經常進行閥門的關閉或開通操作。若遺漏必要的切斷閥、聯(lián)通閥、放空閥及排液閥等重要部位的閥門，將很難進行有效的操作。管道設計的一個基本原則，是在設備管道的高位點設置放空設施，在設備管道的低位點設置排液設施。

4.2 缺少觀察操作和檢修的各類鋼結構平臺

對于手動操作閥門、現(xiàn)場儀表元件(如壓力表、液位計等)、安全閥、彈簧支吊架等管道元件，在生產過程中需要操作人員定期或不定期進行現(xiàn)場操作或觀察。這類管道元件應置于操作人員能夠接近的地方，或設置相應的操作平臺，否則會影響正常的生產操作。同理，對于停工期間需要接近的操作點和檢修點，也應檢查其能否滿足操作和檢修的要求。許多生產裝置經常出現(xiàn)個別操作點或觀察點因位置太高而無法接近的現(xiàn)象。

4.3 缺少必要的設計操作說明指導

設計文件中經常會缺少一些必要的操作要求或設計說明[3]，如管道專業(yè)的氣動閥或電動閥等特殊閥門的操作及維護要求、采樣系統(tǒng)的操作程序、彈簧支吊架的定位要求、膨脹節(jié)的安裝要求、高溫法蘭密封的熱緊要求、停車時的管道吹掃、氮封(如果工藝專業(yè)有要求)等要求。若設計文件中缺少必要的說明和要求，會影響裝置的正常生產操作，甚至會危及到壓力管道的安全性。

4.4 缺少完整的設計修改和變更資料補充說明

終版設計文件不完整主要是因設計修改和設計變更方面發(fā)生了變化，而沒有及時進行補充修改后進行升版所致。由于在設計、采購和建設過程中經常會發(fā)生工作上的錯誤，繼而引起設計的修改和變更，當發(fā)生這種情況時，若沒有及時將設計修改變更文件作為設計文件的一部分存入終版設計文件中，同時也沒有在原設計文件中進行有效的標識，會導致一些裝置的設計終版文件因缺失修訂內容標識和修訂文件的保存而出現(xiàn)不完整性，造成實物與圖紙對不上號，甚至出現(xiàn)重大錯誤。

4.5 缺少相關完整的安全保護措施和標準要求說明

裝置設計時必須滿足相關的防火、防爆、環(huán)保等規(guī)范以及地方勞動安全法規(guī)的要求。這些規(guī)范和法規(guī)涉及面廣，執(zhí)行起來很復雜，很容易被疏忽。例如，法蘭、閥門等泄漏點到配電室及中心控制室的防爆間距問題，滅火蒸汽分配系統(tǒng)距滅火點距離問題，系統(tǒng)相應位置附近應設置事故淋浴器和眼沖洗器的問題等。但上述的規(guī)范和法規(guī)一般都是強制性規(guī)定，是不能違背的。檢查設計文件時應根據(jù)規(guī)范和法規(guī)逐項進行，檢查這些規(guī)范和法規(guī)是否得到貫徹和落實。在設計審查中，一旦發(fā)現(xiàn)有違背規(guī)范和法規(guī)的問題，或者是相應的防護措施沒有得到落實，或者是相應的防護措施設置不合理，應及時提出整改意見。

4.6 缺少相關完整的采購設計施工文件資料

采購文件與設計文件相符性原則是必須遵守的基本原則。如果采購文件與設計文件不相符，則應由專業(yè)設計人員進行技術評審，并確認其可靠性，否則應更換產品或采取必要的補救措施。例如，以大壁厚管子代替小壁厚管子一般是可行的，但對于大直徑高溫管道，尤其是當它與敏感設備相連時，則應由相關專業(yè)設計人員進行靜應力分析校核，并確認其各項力學指標滿足要求。如果管道上裝有彈簧支吊架，還應進行彈簧支吊架承載校核，并確認是否需要更換或調整彈簧支吊架參數(shù)。被審查方應盡可能提供完整的采購文件清單，特別是關鍵設備的采購文件，檢查采購竣工文件是否齊全、關鍵參數(shù)是否與設計文件相符，并核對采購變更后的資料是否與工藝文件一致。這是保證產品質量乃至保證壓力管道安全運行的有效證明資料。通過查閱采購技術附件，可以了解采購產品的質量保證情況，判斷產品質量隱患，從而采取有效的措施加以防范。如果采購文件中沒有這些方面的要求，甚至沒有相應的采購技術參數(shù)，則應對產品進行認真評審，或通過合適的檢查、試驗以確認其可靠性，否則應更換產品或采取必要補救措施。

4.7 缺少相關文件資料補充說明和登記造冊

采購代料單通常是由采購人員提出、設計人員簽字同意的技術資料，它已不同于原設計的采購文件，但它應是設計文件的一個組成部分。如果采購變更文件沒有設計人員的簽字，應將它交給設計人員評審，并確認其可行性。需要指出的是，采購變更往往是在貨源找不到或制造周期不能保證等情況下被迫發(fā)生的，因此代用產品并不是最合適的產品，有時甚至是帶有附加條件的。例如，在超過 500℃的高溫下，用超低碳奧氏體不銹鋼代替低碳或高碳奧氏體不銹鋼，除了校對其強度外，還要在運行過程中密切觀察其蠕變量，一旦蠕變超過一定的量，就應停止使用，否則會釀成事故。因為蠕變破壞是在較長一段時間內發(fā)生的，開車初期，不會產生蠕變破壞，因此用容易買到的超低碳奧氏體不銹鋼代替低碳或高碳奧氏體不銹鋼作為短時間應急用，暫時也是可行的，但對于這些有附帶條件的設計變更，應進行登記造冊，并按附帶要求進行監(jiān)測。

4.8 缺少相關產品的隨箱完整資料

產品隨箱資料除產品合格證明書等常規(guī)資料外，還應包括產品描述的詳細資料和產品操作維護說明書。產品描述資料是后續(xù)改造設計或采購更改、 替換、 維護的重要基礎資料。例如，對含有易損件的產品，當更換易損件時，應該根據(jù)原易損件的要求定購，否則可能會影響到產品的使用性能。產品操作維護說明書是保證正確使用產品的重要文件，操作人員必須按操作維護說明書的要求進行操作維護，否則可能會影響到產品的使用性能，甚至使產品遭受毀壞。因此，產品的隨箱資料是采購文件中的重要部分，如果缺少應向制造商追要。

5 設計審查主要成果分析

通過資源配置集中了幾十名審查專家，對工藝、系統(tǒng)、管道、管材、管機、機泵、設備、粉體、儀表、電氣、建筑、結構、暖通、給排水、環(huán)保、安全等專業(yè)進行了設計“三查四定”工作，共審查了相關圖紙4 258張，表格8 558張，另外還對HAZOP審查報告、部分機泵制造商文件、應力計算書、包裝機成套資料、環(huán)評報告、環(huán)境保護專篇、安全設施設計專篇、職業(yè)病防護設施設計專篇等也進行了抽查，各專業(yè)審查圖紙表格文字工作量見表1。

表1 各專業(yè)審查圖紙表格文字工作量

針對各專業(yè)大量的審查工作量，審查專家對相關專業(yè)重要的設計圖紙、表格和數(shù)據(jù)，重要的工藝方案和控制方案，重要的關鍵設備以及配管、閥門、儀表和材料等進行認真地審查，并分類記錄。在設計審查過程中，無論是內審設計人員，還是外審專家，都不要放過任何疑問，特別是一些所謂的“三小”問題，即“小錯誤、小漏項，小隱患”等[4]，小問題不整改都有可能影響到裝置的投料試車和安全生產。各專業(yè)在設計“三查四定”中共審查出391條主要問題，歸納為一般性問題、需要設計進一步復核的問題、必須整改的問題和進一步優(yōu)化的建議等內容。各專業(yè)審查問題分類見表2。

表2 各專業(yè)審查問題分類

6 結語

綜上所述，通過本項目設計“三查四定”審查，檢查和發(fā)現(xiàn)了在設計過程中存在的一些共性問題，即設計尾項與設計標準規(guī)范有沖突的待定問題。有些問題還比較嚴重，甚至會影響到化工投料試車和安全生產。通過設計“三查四定”審查出的問題，應引起工程建設相關單位和工程技術人員高度的重視，特別是對影響單機試車、預試車和化工投料試車、正常安全生產和環(huán)保排放的各類問題都必須進行設計和工程的整改完善。該增加的設計方案、措施和投資務必增加，該整改完善的設計務必投入人力進行修改，以確保本裝置能夠一次投料試車成功。

[1] 趙榮彬.廣西石化和泉州石化異構化裝置在“三查四定”階段發(fā)現(xiàn)的問題與分析[J].石油工程建設，2015，40(3)：87-89.

[2]王杰夫，劉兵.大型LNG項目“三查四定”工作思考[J].安全，2014(8)：50-52.

[3]田曉華.石油工程建設項目“三查四定”的再思考[J].石油工程建設，2012(5)：67-69.

[4]魏力，金豐源.化工建設工程“三查四定”和單機試車前注意的問題[J].遼寧化工，2009(3)：189-190.

修改稿日期： 2017-02-28

Discussion on the Design of “Punch list” before the Mid-delivery of Chemical Engineering Equipment

WANG Shou-jian

(ChinaNationalChemicalEngineeringCo.，Ltd.，Beijing100007，China)

The design of “punch list” is an important content in chemical construction projects.Major designing problems or contents which are at variance with standard specifications can be found by separate design and application of the punch list and such designing problems may influence the commissioning and safe production.Therefore，special attention shall be paid to the punch list which acts as a crucial safeguarding line for engineering quality so that the chemical test-run can be successfully conducted.

design；review；hidden danger；modification；test run

汪壽建(1956年—)，男，江蘇無錫人，教授級高級工程師，長期從事化工、煤化工工程設計、開發(fā)及技術管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.001

TQ086

A

1004-8901(2017)02-0001-05