民營企業(yè)大型乙烯工程設(shè)備的設(shè)計管理優(yōu)化

尉 雷

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

改革開放以來，中國的民營經(jīng)濟獲得了飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批規(guī)模大、效益好的民營企業(yè)，為國家和社會的發(fā)展做出了突出貢獻。在石油化工領(lǐng)域，隨著民營企業(yè)的發(fā)展，中石化、中石油、中海油等國有企業(yè)長期壟斷的格局也在逐漸發(fā)生著變化，國有企業(yè)、外資企業(yè)、民營企業(yè)三足鼎立的局面正在逐漸形成【1】。近十幾年來，由于國家政策的支持和民營企業(yè)的發(fā)展，民營石化企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈由早期的化纖、紡織等下游產(chǎn)業(yè)開始往上游的煉油、乙烯延伸【2】，一批以“大乙烯為主、大煉油為輔”的民營大型煉化一體化項目投入建設(shè)運營。民營企業(yè)石化項目有著投資額大、建設(shè)周期短等特點，給設(shè)計單位的設(shè)計管理帶來諸多挑戰(zhàn)。本文以某民營企業(yè)150萬t/a規(guī)模的大型乙烯工程項目設(shè)備的設(shè)計管理為主要研究對象，研究優(yōu)化管理方法與措施，并付諸實踐。

1 民營企業(yè)大型乙烯項目特點及難點

與國有企業(yè)相比，民營企業(yè)由于投資主體、運營模式、文化理念的不同，在大型乙烯項目建設(shè)上表現(xiàn)出其鮮明的特點，也給項目的設(shè)計管理帶來一些難點【3】。

1.1 決策鏈條短且靈活

民營企業(yè)的最高決策者通常是企業(yè)的創(chuàng)始人，管理層級少，管理方式靈活，決策鏈條短；民營企業(yè)家往往具有靈敏的市場嗅覺和準確的把握能力，善于運用各種資源。這種特點在項目建設(shè)管理中表現(xiàn)為：一方面，信息回饋及時，決策效率快捷，給設(shè)計管理帶來便利；另一方面，高度的集權(quán)容易導(dǎo)致部分決策缺乏科學(xué)性、合理性，給設(shè)計管理造成障礙，嚴重時會埋下安全、環(huán)保方面的隱患。

1.2 項目建設(shè)周期短

早建成、早投產(chǎn)、早見效是石化項目建設(shè)的共識，在民營企業(yè)石化項目建設(shè)中表現(xiàn)尤為突出，搶工期、壓縮設(shè)計周期的現(xiàn)象普遍存在，甚至出現(xiàn)邊勘察、邊設(shè)計、邊施工的“三邊”工程。由于民營企業(yè)決策者對于設(shè)計工作的重視程度不夠，過度壓縮設(shè)計周期，往往導(dǎo)致施工階段“錯、漏、碰、缺”現(xiàn)象頻發(fā)，施工過程中不斷修改設(shè)計圖紙在所難免，成為進度、成本、質(zhì)量三大項目管理目標順利實現(xiàn)的一大難點。對于百萬噸級乙烯工程而言，通常建設(shè)周期為43個月，設(shè)計周期24個月，而本文所述的150萬t/a乙烯工程的目標建設(shè)周期僅為32個月，設(shè)計周期被壓縮至18個月，因此，對設(shè)計工作進行管理優(yōu)化、統(tǒng)籌規(guī)劃就顯得尤為重要。

1.3 缺少相應(yīng)的經(jīng)驗

民營企業(yè)進軍石化行業(yè)的基本路線是自下而上，對于中下游的化纖、聚酯、PTA等品種涉入較早，建設(shè)項目多，積累了較為豐富的項目建設(shè)經(jīng)驗；對于上游的乙烯工程，恒力石化、浙石化、盛虹石化等民營企業(yè)都是近年來才開始涉及，在技術(shù)能力、人才儲備、管理制度等方面有所欠缺，確定設(shè)計方案時往往需要反復(fù)溝通、澄清，給設(shè)計工作造成一定的障礙和制約。

1.4 管理力量相對薄弱

在項目管理當中，建設(shè)單位是項目管理的核心，管理協(xié)調(diào)項目涉及到的政府部門、勘察設(shè)計單位、施工單位、物資供應(yīng)單位等多個相關(guān)方。大型乙烯工程需管理的界面多，彼此之間相互聯(lián)系、相互制約，需要較強的管理力量，而民營企業(yè)的管理缺少整體規(guī)劃和過程管控，其管理力量不足的劣勢在物資采購、設(shè)備返資、設(shè)計與施工協(xié)調(diào)等方面有明顯表現(xiàn)。

2 加強設(shè)備設(shè)計管理的必要性

設(shè)備設(shè)計是乙烯工程設(shè)計的重要組成部分。大型乙烯項目中動、靜設(shè)備數(shù)量多，規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。加強設(shè)備特別是關(guān)鍵設(shè)備(長周期設(shè)備)的設(shè)計管理，優(yōu)化管理措施，形成有效的統(tǒng)籌方案，可以確保工程建設(shè)進度、成本、質(zhì)量三大目標的實現(xiàn)。

2.1 進度方面

表1為該乙烯項目中動、靜設(shè)備的數(shù)量一覽。由表1可以看出，乙烯項目中設(shè)備總量大、種類多、且長周期設(shè)備數(shù)量眾多。設(shè)備設(shè)計進度直接影響整個項目的設(shè)計進度，包括打樁、基礎(chǔ)、電氣、儀表、構(gòu)筑物、建筑物的設(shè)計等。其中，乙烯三機、冷箱等關(guān)鍵設(shè)備交貨期特別長，其采購、設(shè)計工作屬于關(guān)鍵控制點，處在項目建設(shè)的關(guān)鍵線路上，直接影響項目建設(shè)周期。

表1 設(shè)備數(shù)量匯總

2.2 成本方面

在大型乙烯裝置的建設(shè)投資當中，動、靜設(shè)備的數(shù)量多，價值高，通常會占到裝置建設(shè)投資的30%左右，其中關(guān)鍵設(shè)備占了動、靜設(shè)備總采購成本的一半以上。在設(shè)計階段優(yōu)化關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計分交、選型、選材、配置等方案，有利于有效控制裝置的建設(shè)成本。

2.3 質(zhì)量方面

設(shè)備設(shè)計的質(zhì)量關(guān)系到項目能否正常投入生產(chǎn)，以及投產(chǎn)后能否長周期運行。在乙烯裝置開車過程中，由于設(shè)備的問題導(dǎo)致裝置投產(chǎn)推遲的情況屢見不鮮。曾有機構(gòu)調(diào)研了中國石化共約1 400 臺壓縮機組，其在2008～2010年的平均故障率為27.13%；2007～2010年，中國石化加氫裂化、乙烯裂解、聚丙烯等重要裝置因設(shè)備故障造成的非計劃停工共156次，導(dǎo)致非計劃停工的故障分類中靜設(shè)備占39.1%，動設(shè)備占21.15%，詳見圖1。動、靜設(shè)備故障是造成非計劃停工的主要原因，會造成明顯的經(jīng)濟損失【4】。因此，項目建設(shè)階段設(shè)備的設(shè)計質(zhì)量管理尤為重要。

圖1 導(dǎo)致裝置非計劃停工的設(shè)備故障類別

3 設(shè)備設(shè)計管理優(yōu)化措施

鑒于民營企業(yè)大型乙烯項目的特點、難點及設(shè)備對整個項目的重要性，在該150萬t/a乙烯項目中采取了一系列設(shè)計管理優(yōu)化措施，取得了較好的效果，詳述如下。

3.1 PDCA循環(huán)管理方法的應(yīng)用

PDCA循環(huán)管理方法是一種質(zhì)量管理的方法，最早由美國質(zhì)量管理專家休哈特博士提出，由戴明博士改良后得到廣泛應(yīng)用【5-6】。它包括四個步驟，即PLAN(計劃)、DO(執(zhí)行)、CHECK(檢驗)、ACTION(調(diào)整)，并以此循環(huán)進行。本文所述項目中，將該管理方法應(yīng)用于設(shè)備的設(shè)計管理，運用PDCA循環(huán)，制定合理的設(shè)計管控制度，保證設(shè)備設(shè)計工作的正常進行。如圖2所示，首先根據(jù)設(shè)備操作參數(shù)等進行策劃，確定設(shè)計統(tǒng)一原則、進度計劃等，執(zhí)行過程中編制詢價技術(shù)文件、出圖、進行設(shè)備技術(shù)交流、確認圖紙、為下游專業(yè)提供設(shè)計輸入條件等，之后建立周檢和月檢制度，為各項風險分析制定決策，最后，進行糾偏，并將糾偏措施納入后續(xù)設(shè)計管理。

這種PDCA的管理理念在項目設(shè)備設(shè)計管理執(zhí)行當中深入到了不同層面的各個環(huán)節(jié)。以該項目中裂解氣壓縮機驅(qū)動汽輪機為例，其額定功率達到90 MW，為當時最大的工業(yè)驅(qū)動汽輪機，國內(nèi)尚無設(shè)計制造業(yè)績。在P(計劃)階段確定該汽輪機設(shè)計分交方案為國外引進，并在D(執(zhí)行)階段與引進設(shè)備供應(yīng)商進行了充分技術(shù)交流，了解了技術(shù)、成本、能耗、供貨期等關(guān)鍵因素，在C(檢查)的周檢中分析認為，引進方案成本高、供貨期長，難以滿足項目要求，遂立即開展國產(chǎn)化調(diào)研，調(diào)研結(jié)果顯示，國產(chǎn)制造廠有技術(shù)儲備、風險可控，且采購成本比引進方案節(jié)約近1 000萬元，供貨周期縮短6個月，因此及時進行了A(調(diào)整)糾偏，并重新修改原計劃(P)進入新的PDCA循環(huán)。該調(diào)整措施也被納入了后續(xù)設(shè)備的設(shè)計管理當中，如急冷油泵等的驅(qū)動透平提前開展國內(nèi)外分交論證，節(jié)省了大量采購資金，也加快了項目設(shè)計進度。

圖2 PDCA循環(huán)在設(shè)備設(shè)計管理中的應(yīng)用

3.2 價值工程理論運用

價值工程的概念來自上世紀50年代，由被稱為“價值工程之父”的美國人麥爾斯提出【7】,最早用于美國通用電器公司的采購管理過程中，后推廣到其他領(lǐng)域。在設(shè)備的設(shè)計管理中，運用價值工程來明確設(shè)計工作范圍，避免不必要的設(shè)計工作，可以加快設(shè)計進度，節(jié)約成本；從全生命周期的角度進行設(shè)備設(shè)計，可以降低設(shè)備的全生命周期成本。

價值工程的概念公式為：

v=f/c

(1)

式中：v——價值(Value)；

f——功能(Function)；

c——成本(Cost)。

對于設(shè)備設(shè)計工作而言，其要實現(xiàn)的功能f是一定的，即完成設(shè)備的設(shè)計工作，要實現(xiàn)該工作的價值最大化，應(yīng)設(shè)法降低成本c。該乙烯工程建設(shè)過程中，民營企業(yè)的項目模式可以避免繁瑣的招標流程，控制廠家技術(shù)交流的周期，實現(xiàn)同類設(shè)備打包采購。經(jīng)過設(shè)計單位和建設(shè)單位溝通，常規(guī)動設(shè)備(如泵等)在出具設(shè)計文件時以規(guī)格書或數(shù)據(jù)表代替招標技術(shù)文件，并減少或取消非關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)交流；靜設(shè)備設(shè)計工作采用多階段、多條件設(shè)計模式，如工程圖根據(jù)不同階段的設(shè)計需要分為供詢價工程圖、供設(shè)計工程圖、供制造工程圖等多個深度批次；同類設(shè)備的設(shè)計進度保持一致，以便于建設(shè)單位集中打包采購，利用數(shù)量多、合同額大的優(yōu)勢來吸引國際一流制造企業(yè)參與到該項目中。通過采取這些措施，減少投入2 000～3 000設(shè)計人工時，縮短設(shè)計周期1～2個月，同時，極大地提高了工程采購、制造和施工進度，降低了采購成本和供貨周期，實現(xiàn)了設(shè)備設(shè)計工作價值的最大化。

對于大型動設(shè)備，運用全生命周期成本的理念在設(shè)計階段進行技術(shù)經(jīng)濟評價，將技術(shù)評價情況及時反饋給業(yè)主，以便于業(yè)主對供應(yīng)商進行綜合評價。表2所示為該項目中裂解氣壓縮機組兩家供應(yīng)商在各項要求基本相同情況下的技術(shù)方案能耗指標的評價。由表2可見，供應(yīng)商A所提供的裂解氣壓縮機的軸功率比供應(yīng)商B低1 593 kW，按照年運行8 000 h計算，每年能耗方面可以節(jié)約運行成本上千萬元。該項目的設(shè)備設(shè)計中，均采用上述全生命周期成本的價值工程設(shè)計理念進行技術(shù)方案的比較，優(yōu)化了項目的全生命周期成本。

表2 裂解氣壓縮機能耗對比

3.3 標準化、集成化、模塊化設(shè)計手段優(yōu)化

在該乙烯工程設(shè)計周期非常短的前提下，為確保項目進度，設(shè)備設(shè)計中采用了標準化、集成化和模塊化的設(shè)計手段。

標準化設(shè)計有多種不同的理解，就項目設(shè)計工作而言，可以概括為在項目設(shè)計過程中對同類的設(shè)計對象或工作，制定統(tǒng)一的標準，采用通用的設(shè)計方案和模板，使設(shè)計成品具有通用性和復(fù)用性，是一種可以顯著提高設(shè)計復(fù)用率和設(shè)計效率的措施。該項目在設(shè)備設(shè)計工作初始階段就建立了以標準表、標準圖、詢價技術(shù)文件模板、技術(shù)協(xié)議模板、會議紀要模板、設(shè)計條件模板等為主的標準化設(shè)計體系，實現(xiàn)了設(shè)計文件、設(shè)備采購的標準化，縮短了設(shè)計周期。

近年來，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展使得構(gòu)建以集成化平臺為基礎(chǔ)的動設(shè)備工程設(shè)計“數(shù)字化、一體化”設(shè)計模式成為可能。該項目中動設(shè)備類型多、數(shù)量大，在前期預(yù)測設(shè)計工作需要投入大量人工時，且進度難以保證。為緩解上述矛盾，項目之初就啟動并快速開發(fā)了“動設(shè)備集成化設(shè)計平臺”軟件。該軟件集成了動設(shè)備設(shè)計工作的各項主要內(nèi)容，實現(xiàn)了計算選型、設(shè)計條件生成、成品文件輸出等工作的集成高效，節(jié)省設(shè)計人工時70%以上，且提高了設(shè)計質(zhì)量。圖3為該集成化設(shè)計軟件的邏輯架構(gòu)。

圖3 動設(shè)備集成化設(shè)計平臺架構(gòu)

該項目中還應(yīng)用了設(shè)備模塊化設(shè)計手段，減少了后期施工的工程量，縮短了建設(shè)周期。例如，裝置中的丙烯精餾塔是關(guān)鍵的靜設(shè)備之一，高112 m，總質(zhì)量約1 700 t，該設(shè)備在設(shè)計階段就確定了整體制造、整體運輸、整體吊裝的模塊化方案，實現(xiàn)更高制造質(zhì)量的同時，還省去了現(xiàn)場組焊的時間，縮短工期3個月以上。乙烯三機的驅(qū)動汽輪機在該項目中首次實施了模塊化的集裝技術(shù)，汽輪機及其管道、儀表、輔助設(shè)備在制造廠車間即完成了安裝、檢測和調(diào)試，使每臺設(shè)備的安裝施工周期縮短15 d以上。

4 結(jié)語

對于民營企業(yè)建設(shè)的大型乙烯項目來說，設(shè)備的設(shè)計管理是非常重要的工作。在設(shè)計管理工作的策劃和實施過程中，應(yīng)結(jié)合民營企業(yè)的特點，找到設(shè)計管理工作的難點， 有針對性地采取措施加以改進。在本文所述的民營企業(yè)大型乙烯工程的設(shè)計管理中，應(yīng)用上述管理優(yōu)化措施取得了很好的效果，具體如下：系列標準化、模塊化的措施提高了配管、結(jié)構(gòu)等專業(yè)的設(shè)計效率，縮短設(shè)備設(shè)計工作進度4個月，確保了設(shè)計周期和建設(shè)周期；PDCA循環(huán)管理方法的應(yīng)用保證了較短設(shè)計周期下的設(shè)計質(zhì)量，顯著避免了施工階段的“錯、漏、碰、缺”問題；裝置一次投產(chǎn)成功，投產(chǎn)后運行平穩(wěn)，設(shè)備故障率低，得到了建設(shè)單位的好評。