3、建设项目实施阶段的任务和目标

项目实施阶段包括设计、施工、试生产及竣工验收等。对于包含3套及以上工艺装置的新建大型石油化工建设项目，工艺包可能不是出自同一家，详细设计也可能是由多个设计院完成的，为了对建设项目的总工艺流程、总平面布置、总定员、总进度和总投资进行控制，确保满足环保、安全和职业卫生的法律法规要求，协调并统一总体设计文件的内容和深度，需要统一确定工程设计标准、设计原则和技术条件，优化工厂总平面布置和公用工程系统设计方案，往往还要在基础设计之前，与工艺包设计略同步或微超前安排总体设计环节。总体设计内容和深度详见SHSG-050-2008《石油化工大型建设项目总体设计内容规定》。工艺包就是工艺操作的具体详细说明，是专利技术提供方针对某种工艺技术进行较系统的研究之后，给出的指导性(原则性)的流程、设备及相关工艺参数等资料，主要包括工艺流程、工艺基础数据、工艺操作参数、关键的工艺计算及工艺设备等数据包，类似之前我国的技术设计。一般情况下，国外专利提供商的工艺包都有相当深的设计深度，有的甚至达到了基础设计的深度，但没有通行的国际标准，为了与国际接轨，我国制定了SHSG-052-2003《石油化工装置工艺设计包(成套技术工艺包)内容规定》，设计者也可据此作为最低标准要求来审核国外工艺包的设计深度。

基础设计是与国际接轨的命名，是在工艺包的基础上进行工程化的一个工程设计阶段，基础设计的目的是为提高工程质量、控制工程投资并确保建设进度提供条件。石化装置现行标准是SHSG-033-2008《石油化工装置基础设计内容规定》，实际上相当于我国传统的初步设计。为了保留传统初步设计的涵盖范围，满足政府相关部门管理的需要，与国际接轨的同时在SHSG-033-2008的基础上，又增加了消防专篇、环境保护专篇、劳动卫生专篇、节能专篇、安全设施设计专篇和抗震设计专篇。详细设计是在基础工程设计的基础上进行的，其内容和深度应满足通用材料采购、设备制造、工程施工和装置投产运行的要求。

1、设计阶段

➤总体设计阶段

总体设计阶段，正如SHSG-050-2008《石油化工大型建设项目总体设计内容规定》所述，主要是全厂性规划设计，自控专业的主要任务是确定全厂自控水平和仪表选型原则，重点是规划设计好全厂控制系统的网络结构和控制室布置。与可行性研究阶段自控专业的深度相差不大，但设计文件的深度直接决定下一步各装置的基础设计和详细设计的文件内容，并影响未来工厂自动化水平和装置运行操作的模式、仪表选型档次及仪表维修力量配备等。因此，在这一设计阶段，自控专业要与工艺专业密切配合，根据工厂产品方案和工艺路线选择，确定全厂的DCS和SIS水平。这里最关键的是网络结构和控制室布置，并依此做出相对于可行性研究报告阶段精确的投资估算。根据工艺水平选择经济合理和技术合适的控制系统水平，切忌盲目追求先进。

有一个项目，全厂的3个主要装置分别由3家设计院设计，在采购阶段DCS招标时，由于事先没有总体设计，也没有一家设计院对全厂控制系统的网络及控制室等布置做出设计要求，建设单位采购人员不得已将3家设计院的DCS请购文件简单汇总后合并成一份招标技术规格书发标。结果开标时出现各投标单位对标书理解和响应不一致的现象，有一家国际知名DCS制造商根据技术标书要求和I/O点数分布，设计全厂集中控制，设立了一个中央控制室、一对控制器和几个远程I/O站，并详细计算了控制器负荷和数据总线通信负荷，根据其DCS应用案例，这样设计完全满足控制需要。但是该项目3个单位工程的功能完全独立，按照国内企业管理和建设单位经验，应该最少设置3个控制室。评标过程的复杂性可想而知，单统一技术方案就用了整整3天时间，相当于在评标阶段才根据投标单位的技术方案来制定全厂控制系统的结构方案。

➤工艺包设计阶段

工艺包设计阶段是在已经确定了项目装置采用工艺技术方案后，项目实质性实施开始的第一步，对于自控专业来说，工艺包文件包含装置PID中的控制回路的编号和名称，PID中的控制仪表名称、编号、工艺参数、型式以及主要规格等;还包括主要的联锁逻辑关系说明。这一阶段的设计主要是以工艺专业为主，但自控专业要做大量的配合和协同设计，对于某一工艺过程必须采用的控制回路的结构或某种形式/规格的仪表要有明确的选择和确定。如某高压分离器上的出口阀，必须采用高压或高压降的特种调节阀，这一回路和这一调节阀必须在工艺包仪表数据表中有详细的描述。如煤化工气化炉的气氧比控制系统，和PTA装置的氧化反应器的启动和停车程序，工艺商必须在工艺包中给出详细的控制策略和控制逻辑定义。

所谓的配合设计工艺包，要做到从全局出发、统筹兼顾，考虑技术先进性与经济性的统一，综合实际条件，最大限度地满足工艺的合理性。配合设计的同时也要解决好专业之间的一些矛盾，因为工艺专业可能要求实现的监测方案要尽量完善，自动控制回路要尽量得多，甚至将管线导淋阀排放都设计成自动控制，实现无人操作，而自控专业则希望仪表与自控配置数量越少越好。

举一个工艺包设计时没有考虑建厂地实际情况的例子，某煤化工项目引进气化工艺包，工艺包设计前还运输足够量的煤碳到外商工厂试烧以取得设计数据，在工艺包设计时，其中有一台工况条件较恶劣的调节阀，外方根据试烧数据选择使用某国际知名品牌的价格较高的偏心旋转阀，要求该阀门内件使用碳化钨及陶瓷等材料，以达到耐磨、耐冲刷的目的。但由于工艺包设计时外方仅考虑正常生产情况需要，没有考虑到该装置建成后试车和运行负荷、建厂地污水处理能力及环境容量对整体工况影响等，因此，项目建成开车运行时，该阀门实际运行工况远远偏离国外试烧工厂的生产工况，以至于在试生产阶段就频繁故障并很快报废，工艺包设计方和调节阀制造商都感到非常意外。而同一个工程，在一个工段内几乎所有的容器上都设计安装有液位开关，联锁相关阀门，工程建成与后来连续开车几年后证明，设计安装这些液位开关根本没有必要，四十余台进口液位开关全部闲置，造成投资浪费近六十万元。

➤基础设计阶段

基础设计是在工艺包设计基础上的又一个设计阶段，类似于原来的初步设计，但有涵盖原来的工艺基础设计、工程基础设计及初步设计等阶段的设计内容，按照SHSG-033-2008《石油化工装置基础设计内容规定》，因为项目的所有技术原则和方案已经在总体设计阶段确定，所以在基础设计阶段，设计文件深度应能满足业主审查、工程物资采购准备和施工准备并开展详细工程设计的要求。

在基础设计阶段，自控专业负责拟定控制系统和联锁系统的技术方案、仪表选型规定、电源及气源的供给方案等;完成初步的仪表清单(数据和选型)、控制室平面布置和仪表盘正面布置方案，开展初步的询价工作。

基础设计审查通过后，除了钢材及线缆等安装材料的精确数量以外，整个项目的自控系统工程量就确定了:一次原件、变送器、控制系统及调节阀等的型式基本确定，一些整装设备，如机组及泵等成套仪表系统也基本清楚了。所以，基础设计在整个项目周期中非常关键。

基础设计阶段，设计院的工作技术含量相当大，设计工程师们会将设计经验、类似项目运行取得的经验和存在的问题及市场上仪表专业技术的发展状况等都进行深度融合，形成仪表专业基础设计文件。

在基础设计阶段，因为设计单位可能不止一家，所以作为建设单位的专业技术人员，首先必须要有个“全厂一盘棋”的概念，即着眼于全厂控制系统的完整性和可靠性。在总体设计文件的基础上，重点关注全厂性系统性的设计，其次要仔细审核仪表数据表，关注每一类仪表选型是否符合国情和其本厂项目的实际条件，关注全厂各装置仪表选型原则是否一致，并统一标准。有一个项目，依托老装置改扩建一套新装置，新装置地理位置离老装置距离近2km，在项目安装后调试阶段，发现仪表空气压力低，所有的调节阀不能动作，分析发现，原来是基础设计时PID没有考虑仪表空气管道阻力引起的压力降和气源供气容量，改管道已经根本不可能，增加仪表空气压缩机也不现实，最终只能在新装置区增加一个大空气储气罐才解决问题，延误整个工期近一个月。

仪表选型符合本厂项目的实际条件，是关键中的关键，基础设计阶段如果仪表选型错误，到详细设计时是很难改变的，因为仪表选型改变牵涉诸如设备开口、材料及概算等很多方面。比如某项目在基础设计时，设计院按照设计惯性选用大量浮筒液位计，而实践证明当时的导波雷达液位计性价比较浮筒液位计高得多，建设单位提出更改但与设计院谈不拢，最后在项目采购时，业主综合比选雷达和浮筒两种仪表，最终选择导波雷达，到安装时由于两种仪表安装方式不同，设备开口已经按照浮筒液位计制造好，又做了很多工作才得以顺利安装。

仪表选型符合条件和国情是指，如果是引进项目外商工艺包，有些设备选型不一定符合国情，要重点关注。比如，有一个引进工艺包，其PFD和主要设备表中有一个三通选择阀，国内根本没有类似的阀门，只好在基础设计阶段修改流程，用国产化的普通阀门组合成阀组替代三通选择阀。

➤详细设计阶段

详细工程设计文件是在基础工程设计的基础上进行的，是项目实施的直接依据，在过去叫工程设计或施工图设计，其内容和深度应满足通用材料采购、设备制造、工程施工和装置投产运行的要求。SHSG-053-2011《石油化工装置详细工程设计内容规定》是最新的统一规定，原来执行的各专业施工图设计内容和深度规定依然可以作为重要标准和依据来使用。

从SHSG-053-2011《石油化工装置详细工程设计内容规定》可以看出，在详细设计阶段，其设计深度具体到仪表具体参数、型号和安装螺丝垫片的统计。拿到详细设计图纸后，就可以进行所有仪表设备和材料的采购、DCS组态及施工计划的编制等工作了。

基础设计完成后，图纸多、数据多，之后的项目实施过程中，设计单位会在适当的时候有详细的设计交底，但作为项目业主单位，对设计图纸要有详细认真的审核，尽量将所有问题解决在采购施工前。仪表参数的校核与安装方式设计和安装材料校核是重点工作。如，某合成氨改造项目的造气工段仪表安装位置，设计院按照该厂多年前的老版图纸设计，将大多数仪表设计安装在厂房一楼环境恶劣的环境中，安装工程进行大半时才被发现，造成工期延误十多天，安装材料和人工浪费近15万元。同一工段的一个关键的调节阀的工作条件苛刻，对阀门的耐磨性要求很高，可是由于设计院的笔误，将介质“含尘煤气水”写成“水”，招标采购时也都没有在意，直到开车一周后该阀门严重内漏，造成直接损失达五十多万元。

2、采购阶段

采购阶段是项目建设的重要环节，项目投资基本上都在这一环节完成，从国家制定的招/投标法，到各单位制定的各种采购制度规定等，都可以看出采购的重要性。

关于采购，对不同类别的产品，采购策略不一样;对同类型的产品，采购者、采购方式和采购渠道不同，采购周期和价格也各异。但是无论哪个单位什么时间采购哪些产品，从准备到招标到到货验收，除商务之外，重中之重应该是仪表参数校核和系统一致性的确认。

仪表参数校核，是从设计一开始始终需要重视的重要内容，前述合成氨厂调节阀一例，如果在采购时能够发现该问题，也同样可以避免损失。

系统一致性确认，就是要确认所采购仪表与该仪表所处周边环境一致、和谐，包括所采购仪表与仪表回路系统和与之关联的设备工艺系统的一致性。仪表回路系统的一致性主要是硬件连接和信号匹配性，如某工程大量使用气体检测仪表，设计院原设计选用的是国产某品牌的产品，采用标准两线制原理设计的仪表，在业主采购时评标结果是国外某品牌产品中标，但最后安装时发现进口产品是三线制，而原设计的是两线制，电缆已经敷设，浪费和延期是必然的。又如某工程采购分析仪表若干套，招标采购时为了节约投资，将每套分析仪表中本该是国外成套的显示记录仪换成国产液晶显示记录仪，投标方是一家纯粹的商务代理，招标方则无人接触过这种仪表，结果采购时节省了大量资金，但调试时无论如何液晶显示器上都没有显示，最后分析发现原因是国产液晶显示记录仪只能接收4～20mA标准信号，而进口分析仪表输出的是在4～20mA标准信号的基础上还叠加有特殊数字的信号。

3、施工阶段

项目施工阶段是项目建设的高潮，期间可能同时进行的有设计及采购等环节，所以这一时期是项目建设需要投入人力、物力最大的时期，除了施工单位外，设计代表要常驻现场，供应商要不断地在现场服务并解决问题。作为自控专业的工作人员，这一时期的工作也是要在不同的工作中穿插交叉进行的。

施工管理者包括施工单位、监理单位及政府质监部门等，施工管理模式也有多种，但作为建设单位的仪表专业技术人员，笔者认为这一时段的主要任务是协调解决施工中出现的技术问题、掌控施工质量并认真对待工程中各项费用的支付。

尽管目前各设计单位的设计质量都比较高，并且建设单位从项目一开始的各个阶段都对设计高度关注，但在施工时仍会有很多技术问题需要及时解决，对于有些问题设计院的现场代表会积极解决，但每一个工程都会遇到出现问题而各方相互推诿的现象：设计院不承认有设计问题，供应商不承认供货有质量问题，施工单位说没办法解决安装实际问题，这种情况下，就需要建设单位协调解决问题了。如某工程设计有三十余台带毛细管远传压力的差压变送器，设计院的数据表当时是按照某知名品牌的仪表安装尺寸设计的，业主招标采购时却是另一家国际知名品牌变送器中标。当初设计院专业之间互提条件，设备管道上仪表安装过程接口的设计也没有错误，设备制造和施工单位管道安装也都符合设计，但就是出现三十余台变送器没法安装的问题:设备和管道上的接管和法兰内径比变送器隔离膜片插入部件外径小0.8mm，各相关单位都没错，僵持不下，最终在僵持一个多月后，各方默认采取现场变更方案，更改设备和管道上的短接和法兰解决了问题，但是也延误了工期。

在施工期间要有计划、有目的地按照自己单位的实际情况，在安装过程中优化设计安装方案。如某工程实施过程中，设计差压/压力变送器很多，安装图都是按照标准图册的安装图设计的，鉴于所订购变送器都是质量可靠的进口产品，在施工伊始，建设单位与施工单位沟通，提出将全部变送器在取压点处就近安装，导压管最长不超过500mm，并取消部分相应的二次阀门、排污阀门、保温箱和保护箱，甚至取消了一些蒸汽伴热。经几年的实际运行表明，这样安装与原设计会多使用一些电缆和穿线管，但是节约了大量的导压管和二次阀门和排污阀门(排污使用变送器上的排污螺钉)，且减少了导压管堵塞，杜绝了二次阀门，排污阀门和蒸汽伴热管线的泄露且蒸汽消耗等现实问题。

最后，就是掌控施工质量。首先施工质量是施工队干出来的，不是管理者管出来的，但是作为建设单位，对施工质量却不可忽视，各种标准、规定、规范和文献资料在施工质量控制这方面很多，但大型装置施工期间参加工种多交叉作业多，所以笔者认为，施工质量管理过程中，最重要的是施工期间的成品质量保护和管理。一些工程中因交叉作业导致已安装设备损坏，致使已安装桥架及管线等变形的例子很多，在此不再枚举。

4、调试和试/开车阶段

经过前期各相关单位的努力，工程建成开车了，有一种比较流行的说法，即化工装置开车就是开仪表，足见仪表在化工装置开车运行期间的重要性和工作量之大，在此阶段和此后相当一段时间里，仪表工需要投入的工作量是相当大的。尽管前面各环节各阶段各相关人员都为仪表专业做了很大的努力，但是原始开车和以后相当长的一段时间里，仪表及其系统各种问题会不断涌现。根据几个项目的经验，笔者认为从此以后的一段时间里，仪表专业应该做好下列几项工作:

a.高度关注检测控制系统策略设计的合理性和仪表选型的合理性。前面提到，工艺专业可能要求实现的监测方案要尽量完善，自动控制回路要尽量得多，而自控专业则希望仪表和自控配置的数量越少越好，这是流程工业工艺专业和自控专业永远不可避免的矛盾。那么在原始开车和以后相当一段时间里，原设计的检测控制系统策略(检测点设置、控制联锁回路策略及仪表选型等)肯定会有这样那样的问题需要解决，所以自控专业人员必须多留心这方面的问题。比如某制药企业，生产要求给一个厂房内8个反应罐精确定量加水，设计流程是水经过泵加压和电磁流量计计量后进入反应釜，电磁流量计选用的是某进口品牌。从设计图纸上看没发现问题，但开车运行相当一段时间内水计量一直不准，农药生产对加进去的水量精度要求很高，这就导致长期各个批次产品质量差异很大。经分析发现，是计量控制策略设计不合理，流量计出口到各反应釜的水流管道长短不一，管道内留置的水没有考虑计量;计量输出控制泵的启/停，调节精度不够;流量控制仪表是简单的流量积算仪，没有过冲量设定和定量控制功能。后经技术改造后才解决问题。

b.重视仪表数据表数据与实际工况的一致性与其差异，对仪表选型和仪表开表运行的影响。即使是采用非常成熟的工艺方案建设项目，因建设地点不一样，使用原料差异，管理和操作水平差异的存在，具体的控制系统和仪表参数也会有差别，这些差别也会导致仪表数据表数据的差异和仪表选型的不合理，所以在装置开车之后的一段时间里，对实际工况差异引起的仪表选型数据的变化要重点关注，以便于对不合理的仪表配置与选型进行技术改造。

c.总结并淘汰部分不适合项目建设的制造商及供应商。这主要是企业管理部分内容，但专业技术人员的意见也是至关重要的，对项目建设期间的供应商、制造商在开车后进行总结评比筛选，是很重要的一部分。

4、结束语

石油化工、电力及冶金等项目的建设，因建设时期、项目类型、建设地点、建设模式、参建各方管理水平和人员素质不同而不同。不管建设哪类项目，技术方面投入工作量最大的是设计院，设计院对各种设计规范和标准的理解肯定比其他单位要到位得多，尽管笔者引用了大量案例来阐述建设单位自控人员参与项目各阶段工作的重要性和必要性，但作为建设单位的技术人员积极参与各阶段工作，必须充分尊重在项目建设中处于技术主导地位的设计院。