系統(tǒng)劃分方法在淤漿法高密度聚乙烯工藝中的應(yīng)用

張昊霖

（中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司 北京 100101）

0 引言

Chevron-Phillips淤漿法制造高密度聚乙烯，采用己烯-1作為共聚單體，異丁烷作為稀釋劑，氫氣作為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過雙環(huán)管反應(yīng)器對(duì)單體乙烯進(jìn)行聚合。催化劑共三種體系，包括鉻系、鈦系與茂金屬催化劑，采用安裝在環(huán)管反應(yīng)器上的軸流泵對(duì)于漿進(jìn)行湍流循環(huán)；該工藝通常包括原料預(yù)處理及精制、催化劑活化及配置、化學(xué)試劑（烷基鋁與抗靜電劑）注入、反應(yīng)及冷卻、高壓閃蒸、循環(huán)分離及回收、產(chǎn)品脫氣、粉料輸送與擠壓造粒、粒料摻混與包裝、配套公用工程等單元[1-4]，具有涵蓋工藝單元多、流程相對(duì)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，如能合理安排施工完成后的預(yù)試車與試車相關(guān)工作的銜接[5]，可縮短開車前準(zhǔn)備工作的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)盡早投料開車。

通過引入系統(tǒng)劃分的理念，將整個(gè)工藝裝置分為若干個(gè)系統(tǒng)，將施工活動(dòng)、安裝完成后的預(yù)試車活動(dòng)、機(jī)械竣工后的試車活動(dòng)等以更為細(xì)化的系統(tǒng)為單位進(jìn)行合理的規(guī)劃與組織，無須等整個(gè)裝置機(jī)械竣工后再開始試車相關(guān)工作，利用系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的優(yōu)勢(shì)，如圖1所示，可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間施工、預(yù)試車、試車及開車相關(guān)活動(dòng)的交互重疊，合理安排人員分配以實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間平穩(wěn)地過渡，可大幅節(jié)約時(shí)間，壓縮項(xiàng)目的整體進(jìn)度，為提前交付投產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)根據(jù)專業(yè)的不同劃分為工藝系統(tǒng)與非工藝系統(tǒng)，各專業(yè)內(nèi)部又細(xì)分為不同的子系統(tǒng)，具體分類如下：

1.1 工藝系統(tǒng)與非工藝系統(tǒng)

根據(jù)類別的劃分，可將系統(tǒng)分為工藝系統(tǒng)與非工藝系統(tǒng)；工藝系統(tǒng)（包括公用工程系統(tǒng)）是整個(gè)裝置的核心，根據(jù)裝置工藝流程的不同會(huì)有相對(duì)較大的差異；而非工藝系統(tǒng)可進(jìn)一步細(xì)分為動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兩部分，非工藝動(dòng)態(tài)系統(tǒng)包括變配電站、DCS/ESD控制系統(tǒng)、火災(zāi)與氣體檢測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、暖通與空調(diào)系統(tǒng)等，其特點(diǎn)是搭建完成后并且功能調(diào)試正常即可投入運(yùn)行；非工藝靜態(tài)系統(tǒng)包括鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、道路、防雷與接地系統(tǒng)、電氣/儀表電纜橋架等，其特點(diǎn)是無須預(yù)試車與試車，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)范建成后即可投入使用。

由于非工藝系統(tǒng)不涉及裝置的主體工藝流程，且針對(duì)不同的裝置工藝，總體差異較小，因此本文主要以工藝系統(tǒng)劃分為出發(fā)點(diǎn)闡述其重要作用。

1.2 系統(tǒng)與子系統(tǒng)

一般來說，系統(tǒng)是指裝置中具有獨(dú)立功能的一組“設(shè)備”，可不依賴其他系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行操作，并且形成可用于預(yù)試車與試車相關(guān)活動(dòng)的功能性工作區(qū)域；而子系統(tǒng)是為了滿足施工和交付管理的需要，將較大的系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分。通常試車活動(dòng)是以系統(tǒng)為單位進(jìn)行，而預(yù)試車活動(dòng)則是以子系統(tǒng)為單位進(jìn)行。

在系統(tǒng)劃分方法中，P&ID是工藝系統(tǒng)劃分的基礎(chǔ)，每個(gè)子系統(tǒng)所包含的內(nèi)容均能夠清晰明確地在P&ID中標(biāo)注出來。

2 系統(tǒng)的劃分

每個(gè)工藝系統(tǒng)與子系統(tǒng)均需使用唯一的編碼，以便于區(qū)分。

2.1 編號(hào)原則

通常以AAAA-X-YY-ZZ格式來表示裝置中的系統(tǒng)編號(hào)，其中AAAA代表裝置的代碼（也可以使用單元代碼）、X代表系統(tǒng)的類型（工藝系統(tǒng)采用字母P，公用工程系統(tǒng)采用字母U）、YY代表能體現(xiàn)裝置中不同單元特征的系統(tǒng)識(shí)別代碼、ZZ代表子系統(tǒng)識(shí)別代碼（一般從01開始順序編號(hào)）。

2.2 劃分原則

通常來說，系統(tǒng)之間的分界應(yīng)位于切斷閥下游的法蘭處或者是管道等級(jí)變換的位置，P&ID中不同系統(tǒng)的劃分要求如圖2所示。若將當(dāng)前系統(tǒng)與其他系統(tǒng)隔離開，需將系統(tǒng)分界設(shè)置在切斷閥或盲板處，但如止回閥等不能嚴(yán)密切斷的閥門是不可作為系統(tǒng)的分界。

2.3 雙環(huán)管淤漿法高密度聚乙烯工藝的系統(tǒng)劃分原則

以Chevron-Phillips雙環(huán)管淤漿法高密度聚乙烯工藝為例，常見的工藝系統(tǒng)及公用工程系統(tǒng)包括工藝管線系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)、公用工程分配系統(tǒng)、蒸汽/凝液系統(tǒng)、開式/閉式排放系統(tǒng)等，雖然不同的系統(tǒng)劃分原則略有差異，但是原則上遵從于通用的系統(tǒng)劃分。

2.3.1 工藝管線系統(tǒng)

為了便于優(yōu)化預(yù)試車與試車活動(dòng)，不同工藝管線系統(tǒng)之間的分界位置宜設(shè)在設(shè)備的法蘭處。但含有換熱器的工藝管線系統(tǒng)劃分原則略有不同，因換熱器為進(jìn)行熱交換的設(shè)備，需有冷熱介質(zhì)的熱量傳遞。分為如下兩種情況考慮，如果換熱器一側(cè)為工藝介質(zhì)，另一側(cè)為公用工程介質(zhì)，則換熱器應(yīng)劃分至工藝系統(tǒng)中，典型示意如圖3所示，換熱器應(yīng)劃分至異丁烷脫氣工藝子系統(tǒng)；如果換熱器兩側(cè)均為工藝（或公用工程）介質(zhì)，則應(yīng)根據(jù)試車活動(dòng)的優(yōu)先級(jí)，將換熱器劃分至優(yōu)先級(jí)最高的系統(tǒng)中，典型示意圖如圖4所示，因乙烯原料精制系統(tǒng)的試車優(yōu)先級(jí)高于己烯精制系統(tǒng)，故將換熱器劃分至乙烯精制系統(tǒng)。

2.3.2 公用工程分配系統(tǒng)

公用工程系統(tǒng)（氮?dú)?、儀表空氣、裝置空氣、燃料氣等）典型特征為管網(wǎng)規(guī)模龐大，覆蓋整個(gè)裝置系統(tǒng)，公用工程系統(tǒng)應(yīng)在工藝系統(tǒng)之前投用，以便能夠使用公用工程完成工藝系統(tǒng)的調(diào)試；通常來說，同一種公用工程介質(zhì)劃分為一個(gè)子系統(tǒng)，采用相同的編號(hào)，但是對(duì)于不同壓力規(guī)格的公用工程，例如高壓儀表空氣與低壓儀表空氣、高壓氮?dú)馀c低壓氮?dú)?，其功能往往不盡相同，則應(yīng)劃分為兩個(gè)子系統(tǒng)。

所有公用工程子系統(tǒng)的分支上均設(shè)置一道切斷閥，與工藝系統(tǒng)隔離開，典型示意如圖5所示。

3 系統(tǒng)劃分方法在淤漿法高密度聚乙烯工藝中的應(yīng)用

以Chevron-Phillips淤漿法高密度聚乙烯工藝為例，系統(tǒng)劃分方法步驟如下：首先，結(jié)合工藝流程說明、工藝流程圖與以往工程的經(jīng)驗(yàn)，將其劃分成若干個(gè)系統(tǒng)；接下來根據(jù)實(shí)際需要將系統(tǒng)進(jìn)一步劃分為若干子系統(tǒng)，形成一份初步的工藝系統(tǒng)清單，其中包括該工藝流程中所有的工藝與公用工程系統(tǒng)/子系統(tǒng)，以及對(duì)應(yīng)的編號(hào)和名稱；下一步，以子系統(tǒng)為單位，使用不同的顏色作為區(qū)分，將工藝系統(tǒng)清單中的各個(gè)子系統(tǒng)標(biāo)注在P&ID中，不同子系統(tǒng)之間的分界應(yīng)清晰明確；最后，在P&ID的標(biāo)注過程中，根據(jù)系統(tǒng)劃分原則，并據(jù)所屬系統(tǒng)的大小適當(dāng)增減子系統(tǒng)的數(shù)量，可對(duì)工藝系統(tǒng)清單進(jìn)行校對(duì)與優(yōu)化，如表1所示（其中僅列出了聚乙烯裝置中一些典型的系統(tǒng)與子系統(tǒng)）。

表1 工藝/公用工程系統(tǒng)劃分清單

經(jīng)過系統(tǒng)劃分方法，Chevron-Phillips雙環(huán)管淤漿法聚乙烯工藝流程被劃分為33個(gè)工藝系統(tǒng)（包括60個(gè)工藝子系統(tǒng)）與18個(gè)公用工程系統(tǒng)（包括24個(gè)公用工程子系統(tǒng)），形成完整的工藝系統(tǒng)清單與系統(tǒng)劃分的P&ID。預(yù)試車與試車團(tuán)隊(duì)將以工藝系統(tǒng)清單與系統(tǒng)劃分的P&ID作為依據(jù)，執(zhí)行預(yù)試車與試車的相關(guān)活動(dòng)。同時(shí)，系統(tǒng)劃分的P&ID與系統(tǒng)劃分清單相輔相成，為整個(gè)工藝裝置投料開工前的總體規(guī)劃（施工-預(yù)試車-試車階段）提供不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)。

對(duì)于工藝系統(tǒng)與公用工程系統(tǒng)，預(yù)試車與試車涉及的活動(dòng)也不盡相同；如表2所示為工藝系統(tǒng)與公用工程系統(tǒng)所涉及的主要內(nèi)容。

表2 工藝與公用工程系統(tǒng)預(yù)試車與試車相關(guān)活動(dòng)

從表2可以看出，不同的系統(tǒng)涉及的預(yù)試車與試車活動(dòng)不完全相同，但又都與每個(gè)系統(tǒng)中所包含的管道、儀表、動(dòng)設(shè)備及靜設(shè)備息息相關(guān)。借助SPPID集成化的優(yōu)勢(shì)[6]，通過上述的系統(tǒng)編號(hào)原則與劃分原則，在SPPID中對(duì)不同的子系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)注，形成帶有顏色標(biāo)注的系統(tǒng)劃分SPPID，利用SPPID的智能化設(shè)計(jì)體系，可將工藝流程中涉及的各項(xiàng)工藝參數(shù)導(dǎo)入SPPID數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)可將每個(gè)系統(tǒng)與子系統(tǒng)中所包括的設(shè)備、儀表、管線、管件等信息從SPPID中導(dǎo)出并匯總至要素清單中（如表3所示），涵蓋每個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)涉及的內(nèi)容，用于統(tǒng)計(jì)各個(gè)系統(tǒng)預(yù)試車與試車活動(dòng)的規(guī)模，根據(jù)預(yù)試車與試車人工定額表，計(jì)算每個(gè)系統(tǒng)與子系統(tǒng)預(yù)試車與試車活動(dòng)所需定額人工時(shí)，并考慮不同系統(tǒng)之間存在預(yù)試車與試車活動(dòng)交互重疊的可能，統(tǒng)籌合理安排預(yù)試車與試車計(jì)劃，合理進(jìn)行人員調(diào)配工作。

表3 要素清單

4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)劃分的概念已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域[7]，煉化行業(yè)也不應(yīng)例外，本文通過聚乙烯工藝闡述了系統(tǒng)劃分的應(yīng)用，實(shí)則這種理念同樣可運(yùn)用于其他裝置品種中。

目前海外項(xiàng)目通常都將系統(tǒng)的方法引入到工程設(shè)計(jì)中，配備完善的預(yù)試車與試車三級(jí)計(jì)劃，將SPPID作為工藝流程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，不斷深化SPPID中的相關(guān)內(nèi)容，并利用SPPID進(jìn)行工藝系統(tǒng)劃分工作，便于統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的規(guī)模，合理分配試車活動(dòng)消耗的人工時(shí)。將施工、預(yù)試車、試車與開車相關(guān)的數(shù)據(jù)整合至SPPID數(shù)據(jù)庫(kù)中，未來可作為數(shù)字化工廠的重要組成，大幅提升數(shù)字化交付工程的整體性、高效性與實(shí)用性[8-10]。