王恒偉
中海油惠州石化有限公司 廣東 惠州 516086
隨著科學技術的進步和發(fā)展,現(xiàn)代工廠的自動化程度越來越高,尤其是化工行業(yè)對自動化控制的要求極高,自動化儀表工程的設計和安裝質(zhì)量對工業(yè)裝置的穩(wěn)定運行有較大的影響。自動化儀表工程詳細設計的質(zhì)量和進度對后續(xù)現(xiàn)場施工質(zhì)量和進度起到了決定性的作用,因此提高詳細設計管理質(zhì)量對自動化儀表工程的整體質(zhì)量和進度有促進作用,同時也對日后生產(chǎn)運營的穩(wěn)定性提供了保障。筆者有幸參與了幾個化工項目的自動化儀表工程的設計管理和施工管理工作,現(xiàn)將設計管理過程經(jīng)驗并結(jié)合后續(xù)施工管理的問題進行總結(jié),希望對提升自動化儀表工程設計和施工管理的水平有一定的參考價值。
自動化儀表工程在化工項目詳細設計階段需交付的設計文件主要分為兩部分,一部分是儀表設備和材料的詢價文件,用于儀表設備和材料采購;另一部分是儀表施工圖,用于現(xiàn)場儀表施工。由于自動化儀表專業(yè)受工藝、動設備、靜設備等專業(yè)的條件影響較大,因此盡量在工藝PID(管道儀表流程圖)以及動、靜設備等基本確定的前提下,交付儀表設備詢價文件,否則工藝及動、靜設備的變更都可能造成儀表詢價文件的修改,就可能需要重新采購儀表設備,從而造成設備投資的浪費及施工進度的滯后。此外,為了保證儀表施工圖的設計質(zhì)量并減少后續(xù)施工過程中的設計變更,除自動化儀表專業(yè)采購的儀表設備需及時準確反饋相關資料外,如大型壓縮機組、機泵、煙氣脫硫脫硝設備等其他專業(yè)采購的成套包設備中的儀表設備相關資料也需及時準確地反饋給儀表專業(yè)用于施工圖設計。
為了滿足自動化儀表工程詳細設計的進度和質(zhì)量,詳細設計階段主要的設計管理工作包括:
(1)依據(jù)詢價文件進行儀表設備和材料采購[1],并及時將廠商儀表設備資料反饋給設計院相關專業(yè)進行施工圖設計。
(2)負責其他專業(yè)成套包設備中自動化儀表設備的相關技術確認工作。
化工項目詳細設計階段的儀表設備和材料是按照采辦策略分為不同的采辦包進行采購,每一個采購包從設計院發(fā)出儀表設備詢價文件到設計院收到中標廠家返回的資料進行詳細設計,需要經(jīng)過如圖1 所示的8 個步驟,技術確認流程、商務采購周期以及廠家返回資料的周期都比較長,整個流程順利的情況下一般也需要2~3 個月,因此在采購自動化儀表設備和材料前需結(jié)合項目整體進度制定合理的采購計劃就顯得格外重要。
圖1 采購流程示意圖
制定采購計劃一般需要考慮對相關專業(yè)設計的影響、供貨周期以及現(xiàn)場施工需求這三方面的因素,但由于儀表專業(yè)的施工處于整體施工的后期,應優(yōu)先考慮對相關專業(yè)設計的影響來合理制定采購計劃,以滿足詳細設計進度和質(zhì)量的要求,其次再結(jié)合實際情況考慮供貨周期和現(xiàn)場施工需求。
自動化儀表在生產(chǎn)運營企業(yè)中一般是分為三個方向來進行維護管理,分別是常規(guī)儀表、過程分析儀表和控制系統(tǒng)。因此在化工項目詳細設計階段需要采購的自動化儀表設備一般也分為常規(guī)儀表、過程分析儀表和控制系統(tǒng)三類[2]。此外,儀表材料類雖然在生產(chǎn)運營中維護工作較少,但卻在項目建設過程中起到了至關重要的作用,也是項目采購的重點?;ろ椖孔詣踊瘍x表設備和材料分類如圖2 所示。
圖2 化工項目自動化儀表設備和材料分類示意圖
各類儀表設備對相關設計專業(yè)的影響[3]如下:
(1)常規(guī)儀表:包含儀表閥門、流量儀表、物位儀表、溫度儀表和壓力儀表。儀表閥門和流量儀表是需要安裝在管道上的儀表設備,直接影響配管專業(yè)的設計[4],因此需要將儀表閥門和流量儀表的過程接口和外形尺寸圖等資料提交給配管專業(yè);物位儀表如雷達液位計中有導波管安裝要求的,需要將導波管的安裝要求提交給靜設備等專業(yè);溫度儀表和壓力儀表一般來說對相關專業(yè)設計影響較小,但如有特殊安裝要求的,需要將安裝要求提給相關專業(yè)。
(2)過程分析儀表:包含色譜分析儀、磁氧分析儀、總有機碳分析儀、CEMS 分析系統(tǒng)、pH 分析儀、可燃氣體檢測器、有毒氣體檢測器等。過程分析儀一般隨分析小屋或分析機柜成套供貨,因此需要將分析小屋或機柜的外形尺寸及重量等資料提交給土建和電氣專業(yè)分別進行土建基礎設計和接地設計。此外過程分析儀表需從工藝管道中取樣進行分析,并需用到水、電、氣、風等公用工程,還需要對廢氣廢液進行回收和排放,將取樣接口規(guī)格、相關的公用工程用量和接口規(guī)格、廢液排放的種類、數(shù)量和接口規(guī)格等資料提交給相關專業(yè)。
(3)控制系統(tǒng):包含DCS 系統(tǒng)、SIS 系統(tǒng)、GDS 系統(tǒng)、MMS 系統(tǒng)等??刂葡到y(tǒng)一般是以機柜的形式安裝在機柜間內(nèi),因此需要將系統(tǒng)機柜的數(shù)量和尺寸等資料提交給建筑專業(yè)進行機柜間的設計。此外控制系統(tǒng)的機柜內(nèi)部接線端子表對儀表專業(yè)的施工圖設計影響很大,需要將這部分資料提交給儀表專業(yè)用于電纜接線表的設計,這部分設計工作在儀表專業(yè)施工圖設計中占比非常大。
(4)儀表材料:儀表橋架、電纜及補償導線、接線箱及格蘭、氣源球閥及氣源分配器、卡套管閥件、非卡套管閥件等。儀表材料大多屬于規(guī)格定型的標準產(chǎn)品,制造商可以按照設計要求的規(guī)格尺寸進行生產(chǎn),不需要等待廠家返回資料給相關專業(yè)提條件,因此基本不影響其他專業(yè)的設計。但儀表電纜及補償導線的外徑信息需要制造商返回,但僅會影響到儀表專業(yè)自身對格蘭規(guī)格的選擇。
化工項目詳細設計階段自動化儀表設備的采購計劃應優(yōu)先考慮對相關專業(yè)設計的影響以滿足各專業(yè)的施工圖設計進度要求,原則上應優(yōu)先采購需要提交資料給設計院相關專業(yè)進行設計的儀表設備。隨分析小屋或分析機柜成套供貨的過程分析儀表對配管、給排水、電氣、土建等專業(yè)均有影響,因此建議需優(yōu)先采購??刂葡到y(tǒng)主要影響儀表專業(yè)的接線圖設計,在I/ O 點的數(shù)量和類型基本確定的前提下應盡早采購,以便盡早完成I/ O 端子分配和電纜接線表的設計。常規(guī)儀表中儀表閥門和流量儀表會影響配管專業(yè)設計,需要優(yōu)先采購,物位儀表、溫度儀表、壓力儀表等有特殊安裝要求且對配管和設備等專業(yè)有影響的應優(yōu)先采購。
自動化儀表設備的采購計劃在優(yōu)先考慮相關設計進度的前提下,可以結(jié)合設備供貨周期和現(xiàn)場施工需要等因素進一步優(yōu)化采購計劃,如在滿足設計進度前提下,應優(yōu)先采購供貨期較長的進口儀表閥門,而后采購供貨期較短的國產(chǎn)儀表閥門,或者是優(yōu)先采購現(xiàn)場施工急需的儀表設備。
關于儀表材料的采購,由于其對其他相關專業(yè)的設計基本沒有影響,因此主要考慮供貨周期和現(xiàn)場施工進度要求,優(yōu)先采購供貨期較長的進口儀表材料如卡套管閥件,其次再考慮采購供貨期相對較短的國產(chǎn)儀表材料。此外,由于儀表材料類大多采用的是框架協(xié)議的采購方式,其招投標流程較一般物資供應合同長,因此建議盡早啟動采購流程,最好是在詳細設計初期階段就完成儀表材料類的框架招標,便于儀表專業(yè)可以在框架協(xié)議范圍內(nèi)選擇材料規(guī)格進行施工圖設計。如果后續(xù)確實出現(xiàn)所選材料規(guī)格超出框架協(xié)議范圍,可以通過變更材料規(guī)格或者就這一部分材料單獨進行招標的方式解決。
一般情況下化工項目都會有成套包設備,如大型機組、機泵、煙氣脫硫脫硝設備等,這些成套包設備中有自動化儀表設備,而往往在施工過程中包設備儀表設備的安裝存在最多的問題就是設計遺漏或者接口不匹配等,而造成這些問題的主要原因是工作界面不清晰、提交資料不夠及時和準確。因此,為了提高儀表專業(yè)的設計質(zhì)量并減少后期施工問題,針對成套包設備儀表的設計管理建議如下:
(1)儀表I/ O 點較多的成套包設備盡量在儀表專業(yè)詳細設計開始之前完成技術交流和談判,目的是盡早將成套包設備的儀表I/ O 點數(shù)量和類型反饋給儀表專業(yè),以便和其他儀表I/ O 點一起整體考慮控制系統(tǒng)的設計,并且在儀表專業(yè)進行電纜接線和導壓配管等施工圖設計前提交包設備中的儀表設備資料。
(2)設計院儀表專業(yè)設計人員要盡量全程參加成套包設備的技術交流和談判以及后續(xù)對成套包中儀表資料的審查。針對包設備儀表的技術確認工作,可以編制一個適用的《包設備儀表和控制系統(tǒng)設計規(guī)定》,用于規(guī)范包設備儀表和控制系統(tǒng)的設計原則,便于項目儀表設計統(tǒng)一管理。
(3)此外,建議優(yōu)先選擇技術實力較強的成套包設備供應商,尤其要具備自動化儀表的技術能力,要能夠充分理解自動化儀表的設計原則并保證提交資料的準確性和及時性。
在施工過程中,成套包設備儀表的安裝存在最多的問題是設計遺漏或者接口不匹配等,而其中最常見的一個問題就是儀表格蘭未設計或規(guī)格不匹配。造成包設備中儀表格蘭未設計的原因主要是格蘭由廠家供貨還是由設計院負責設計的界面不清晰。造成包設備中儀表格蘭規(guī)格不匹配的問題則主要是因為格蘭的選型是由過程接口尺寸、電纜是否鎧裝和電纜外徑信息三個參數(shù)共同決定的,過程接口尺寸一般體現(xiàn)在包設備廠家所供儀表設備資料中,電纜是否鎧裝由設計院依據(jù)規(guī)范進行設計,而電纜外徑信息是依據(jù)設計院設計的電纜規(guī)格型號由建設單位提供的。往往類似大型機組這種長周期的包設備在進行技術談判時,儀表電纜的框架協(xié)議并沒有簽訂,此時無法提供準確電纜外徑信息,設計院會依據(jù)經(jīng)驗對格蘭進行選型,因此實際施工時就容易出現(xiàn)不匹配的情況。解決上述格蘭未設計或不匹配問題,有以下幾點建議:
(1)因格蘭有防爆要求屬防爆設備,因此建議格蘭由設計院設計并由建設單位采購供應,這樣既可以使格蘭的供貨界面十分清晰,也可以保證格蘭的供貨質(zhì)量,避免包設備廠家供應的格蘭不防爆或者不帶鎧等常見問題。
(2)建設單位盡早完成儀表電纜框架招投標,最好能在詳細設計開始階段就完成,這樣既可以解決電纜外徑信息問題,也可以讓設計院在框架內(nèi)進行電纜選型。
(3)在設計階段進行格蘭選型時,設備廠家、建設單位和設計院三方都要重視,盡量不要把問題留到現(xiàn)場,但往往因設計階段的工作量較大,格蘭選型問題常常會被忽略,將問題留給將來現(xiàn)場施工階段解決。
(4)格蘭屬于標準規(guī)格材料,而且項目建設和生產(chǎn)運營都會使用,因此建議建設單位可以購買一批格蘭覆蓋較全的規(guī)格尺寸作為施工階段的備用,以減少施工階段因等待格蘭供貨而耽誤的工期,或者加強與生產(chǎn)部門之間的材料協(xié)調(diào)。
自動化儀表工程是化工項目中一個完整的系統(tǒng)工程,而且隨著化工行業(yè)的發(fā)展,其重要性越來越高,因此提升自動化儀表工程的設計管理水平就顯得尤為重要。通過合理優(yōu)化自動化儀表設備的采購計劃,提高包設備儀表的設計管理,并加強與其他各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)溝通,從而全面提升自動化儀表設計管理水平,以保證自動化儀表工程整體的設計質(zhì)量和進度,為后續(xù)的施工質(zhì)量和進度打下基礎。