國際EPCC油氣田地面工程儀控專業(yè)的設(shè)計管理工作實踐

靳廣偉，趙強柱，周 勝，郝寶金

（中國石油工程建設(shè)有限公司，北京 100120）

0 引言

EPCC（Engineering Procurement Construction Commissioning）總承包是工程總承包商按照合同約定，承擔工程的設(shè)計、采購、施工、試運行等工作，并對所承包工程的質(zhì)量、安全、工期、造價全面負責。油氣田地面EPCC 總承包項目分為設(shè)計、采購、施工、開工試運階段，項目周期長、涉及專業(yè)多、工序復雜、安全要求高，實施過程中各階段相互重疊，需要掌握各階段專業(yè)進度和交叉點，是一個相互銜接的系統(tǒng)化管理過程。其中儀表自動化控制專業(yè)，涉及設(shè)備種類數(shù)量多且技術(shù)要求各異，與各專業(yè)界面交叉錯綜復雜，是一個專業(yè)性強、繁瑣且操心的專業(yè)。需要高管理水平和效率，在不斷提高工程質(zhì)量的前提下，達到縮短工期和控制投資。

1 ITB招標文件與建設(shè)標準

1.1 研究ITB招標文件

ITB（Instructions to Bidders）是項目實施過程綱領(lǐng)性文件，包含了招標函、項目描述、工作范圍、工程量清單、圖紙規(guī)范等信息，是項目設(shè)計的基礎(chǔ)。一般項目設(shè)計工作對投資的影響高達70%，直接影響項目的造價和成本，對后期運行成本也有決定性影響。在項目初期，設(shè)計人員要對ITB 中基礎(chǔ)設(shè)計文件進行學習分析對比。找出超標設(shè)計、設(shè)計缺項、不合理設(shè)計，對基礎(chǔ)設(shè)計方案進行評估和優(yōu)化。尤其對項目進度或費用影響較大的技術(shù)變更或優(yōu)化問題，要及時完成澄清或變更確認。比如伊朗某油田地面工程，原設(shè)計中心處理站設(shè)備布置面積是400m×650m， 站 場 內(nèi)DCS（Distributed Control System） 和SIS（Safety Instrumented System）系統(tǒng)采用集中式控制系統(tǒng)。過大的工藝裝置區(qū)域，會造成儀表電纜敷設(shè)路徑過長，信號強度衰減大、易干擾等問題。尤其像壓縮機、大功率泵等大型設(shè)備的震動、熱電偶等信號的穩(wěn)定性。鑒于此，項目立即組織工藝、配管、土建、儀表通訊專業(yè)一起商討解決方案。通過優(yōu)化設(shè)備布局，將中心處理站的設(shè)備布置優(yōu)化到了450m×500m 的區(qū)域。DCS 和SIS 系統(tǒng)采用中控室加遠程I/O 站形式。這樣極大縮短了現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)之間的距離，確保信號穩(wěn)定和可靠傳送，同時節(jié)省了大量電纜、槽盒及配套的施工工作。

1.2 熟悉項目建設(shè)標準

ITB 中規(guī)定建設(shè)標準是項目執(zhí)行過程的重要技術(shù)基礎(chǔ)和支撐，也是項目設(shè)計、采購、施工、質(zhì)量管控的技術(shù)依據(jù)。在項目執(zhí)行過程中，要明確項目建設(shè)參照標準及標準版本。如要求遵照國際標準的同時，又要求遵照項目所在國的標準。需要明確當標準技術(shù)要求發(fā)生沖突時，優(yōu)先遵照的標準。在項目開始階段，重點審查項目技術(shù)文件與參照標準要求是否存在沖突或超標的關(guān)鍵問題，及時與業(yè)主溝通達成一致。例如在伊拉克某天然氣處理廠項目中，緊急切斷閥是否需要被動防火的問題。按照API 2218-2013：第6.1.9 章節(jié)規(guī)定，如果緊急關(guān)斷閥有失效關(guān)或失效開功能，不必防火[1]；在API RP 553-2012：第8.2.3.2 章節(jié)規(guī)定，失效安全（Fail to Safety）的緊急關(guān)斷閥，只需在執(zhí)行機構(gòu)供氣管路上裝配一個易熔塞，閥門執(zhí)行機構(gòu)不必防火[2]。雖然項目所有緊急關(guān)斷閥都是失效安全設(shè)計，按API 標準最多只需配置易熔塞即可。可ITB 規(guī)格書要求所有緊急關(guān)斷閥的執(zhí)行器都要做防火（Fire Proofing）。這顯然是一個不合理的技術(shù)要求，因為閥門執(zhí)行器增加被動防火，在火災(zāi)情況確實可以保證閥門正常工作，同時也讓這個閥門不方便操作維護，極大增加閥門采購成本和供貨周期。對于無需被動防火的閥門，過度配置反而造成浪費和不便。在與業(yè)主多次溝通分析后，認為生產(chǎn)中可燃液體泄漏形成池火災(zāi)在各類型火災(zāi)中較為常見，也是項目重點考慮的。因此，要求位于12.5kW/m2池火熱輻射范圍內(nèi)的緊急關(guān)斷閥的執(zhí)行器應(yīng)滿足API 標準的防火安全設(shè)計要求，取得UL 1709 認證。其它位置的緊急關(guān)斷閥不需執(zhí)行機構(gòu)防火考慮。

1.3 中國標準推廣應(yīng)用

在經(jīng)濟全球化的背景下，國際EPCC 項目越來越多，國際EPCC 項目一般都采用美歐國際組織標準。現(xiàn)在中國已成為世界制造業(yè)中心，采用國產(chǎn)設(shè)備材料，不僅能大幅節(jié)約成本，而且能加快施工進度，保證工期。但中國制造通常采用中國標準，若要業(yè)主接受中國設(shè)備材料，首先要讓業(yè)主接納中國標準。EPCC 總承包方應(yīng)積極推動這方面工作，通過解釋、澄清，標準間對比研究，證明中國標準不低于合同規(guī)定的標準，或滿足項目技術(shù)要求。在報業(yè)主批準后，進行技術(shù)要求調(diào)整。中國標準的應(yīng)用對項目進度推進有積極作用，有利于提升企業(yè)競爭力、品牌影響力，也能提升中國制造業(yè)國際競爭力。不能做到所有設(shè)備材料都遵照中國標準，大宗料類材料非常有必要爭取業(yè)主接納中國標準。主要是考慮到此類材料種類多，規(guī)格雜，從國內(nèi)采購最為快捷，即使從其它國采購，也很難避免不是中國制造。在伊拉克某天然氣處理廠項目中，為了大宗料采購便捷，就提出變更采用中國標準。例如，儀表安裝配套用鍍鋅鋼管采用中國國標GB Q235B 和GB/T 13793 替換美標ASTM A53 Gr.B；角鋼、鋼板、扁鋼等采用中國國標GB Q235B 和 GB/T 700 替換美標ASTM A36。這些工作都盡早完成，為詳細設(shè)計、采購、施工工作創(chuàng)造有利條件，避免后期與業(yè)主因為技術(shù)要求問題扯皮。

2 儀控專業(yè)特點和設(shè)計深度的掌控

儀控專業(yè)是一個綜合性很強的專業(yè)，要把專業(yè)工作做好、做到位，首先要熟悉專業(yè)設(shè)計技術(shù)要求，相關(guān)技術(shù)規(guī)范；加強與相關(guān)專業(yè)的技術(shù)溝通，全面了解掌握項目情況；清楚工藝實現(xiàn)方法和生產(chǎn)過程的控制流程，結(jié)合施工順序、施工方法、技術(shù)措施及項目平面布置的要求，明確設(shè)計過程中需要注意的技術(shù)細節(jié)。設(shè)備采購過程中，要保證供貨商能獲得清晰明確的技術(shù)要點和細節(jié)要求，所供設(shè)備滿足項目技術(shù)要求。設(shè)計圖紙文件進度要滿足現(xiàn)場施工需要，做到施工有圖可依，更好地統(tǒng)籌安排，避免拖延進度，浪費材料。對施工重點難點，容易出問題的地方，給予重點關(guān)注，及時改進，深入透徹了解技術(shù)要領(lǐng)，更好地實施設(shè)計監(jiān)督管理工作。

儀控專業(yè)設(shè)計深度，可參照HG/T20638《自控專業(yè)工程設(shè)計文件深度的規(guī)定》和HG20559《管道及儀表流程圖設(shè)計規(guī)定》，以及其它相關(guān)應(yīng)用標準。設(shè)計深度對項目成本控制至關(guān)重要，一旦圖紙審查通過，工程造價就基本確定。如果設(shè)計深度不夠、不到位，在施工過程中將會發(fā)生較多的修改與變更，勢必造成費用變動。因變更所導致的工期延誤、材料浪費、人工機械窩工，對施工進度、成本影響很大。實際項目執(zhí)行過程中，設(shè)計修改與變更是不可避免的。一般設(shè)計變更會有多種解決方法，碰到設(shè)計修改或變更情況，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟、工期等方面進行考慮，選擇最合適的解決方法作為設(shè)計變更方案。如果選擇不當，將會增加不必要的成本或者延長工期。為了更好地保證設(shè)計深度及質(zhì)量，應(yīng)該配置經(jīng)驗豐富、技術(shù)嫻熟的工程師，有能力發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，及時糾正，避免發(fā)生設(shè)備材料到現(xiàn)場施工時才暴露諸多問題。

3 儀控與其它專業(yè)關(guān)系

儀控專業(yè)的設(shè)計基礎(chǔ)是工藝，服務(wù)于工藝生產(chǎn)。需了解并掌握工藝專業(yè)的工藝流程圖、管道儀表流程圖、工藝控制說明、工藝描述等基礎(chǔ)設(shè)計文件。了解工藝介質(zhì)的壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)及聯(lián)鎖要求、可燃/有毒介質(zhì)來源及分布，以及防爆、防腐、安全等方面的要求，清楚工藝控制目的、控制對象、控制目標。掌握各類儀表的應(yīng)用范圍和特性，熟悉大型機組橇裝設(shè)備的工藝流程和操控原理。與工藝專業(yè)對過程控制原理、因果控制邏輯進行研究和完善。工藝專業(yè)要向儀控專業(yè)提出準確的控制方案、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)資料，以便儀控專業(yè)開展設(shè)計工作。

設(shè)備專業(yè)分動設(shè)備（各種泵設(shè)備、壓縮機、儀表風/氮氣撬等）和靜設(shè)備（分離器、壓力容器、各種罐等），都是項目的核心設(shè)施，是生產(chǎn)的重要組成部分，這些設(shè)備的安全穩(wěn)定工作和設(shè)備的效能發(fā)揮，離不開儀控系統(tǒng)的精確監(jiān)控。要弄清楚動設(shè)備工作特性、檢測點和控制需求，包括軸轉(zhuǎn)速、軸振動、軸位移、軸溫等監(jiān)測要求，以及配套儀表選型。由于動設(shè)備配套儀表也由動設(shè)備廠家配套提供，對儀控方面的技術(shù)要求要與廠家澄清清楚，否則極易出現(xiàn)技術(shù)偏離。對于靜設(shè)備，應(yīng)盡早固化儀表選型和安裝技術(shù)要求，核實儀表部件在設(shè)備上安裝的位置和尺寸及安裝開孔方位，是否符合儀表的安裝要求，是否達到檢測或者過程控制要求，是否有利于儀表的檢查和維護。

儀表設(shè)備材料選擇合適與否，對工藝裝置的安全穩(wěn)定運行影響很大。要保證儀表設(shè)備使用壽命，提高運行安全性和裝置系統(tǒng)長期保持完整性。按照儀表設(shè)備壓力和溫度額定值、腐蝕性質(zhì)、介質(zhì)特性，來合理選擇最優(yōu)材料。工藝介質(zhì)中的氯離子、硫化氫、含鹽及含水量等，都會對接液部分的儀表材料產(chǎn)生不同程度的腐蝕。尤其酸性介質(zhì)中的硫化氫，具有腐蝕性、易燃性和毒性，會導致高強度碳鋼和低合金鋼中的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。一旦材料發(fā)生腐蝕，造成工藝介質(zhì)泄漏或儀表工作不正常，可能導致不可預料的后果。對材料選擇滿足需求即可，不能一味追求高規(guī)格材料，這樣會成倍增加項目成本。對于儀表材料的選擇，需要與材料專業(yè)緊密結(jié)合，與設(shè)備廠家一起共同商討最佳解決方案。實際操作中應(yīng)靈活調(diào)整儀表材料的選擇，根據(jù)不同應(yīng)用場合，結(jié)合廠家合理建議和項目進度，給予不同解決方案，不是固化不變的。

在項目執(zhí)行過程中，儀表自控專業(yè)人員還要與電氣、配管、土建、HVAC、安全等專業(yè)人員之間保持順暢的溝通。與之相互配合，處理好與各專業(yè)之間的關(guān)系是做好儀表專業(yè)EPCC 工作的重要條件。EPCC 項目是一項非常復雜的系統(tǒng)工程，需要一個分工合理、專業(yè)完備且協(xié)調(diào)良好的團隊，各個專業(yè)之間互相協(xié)調(diào)，經(jīng)過大量的計算、繪圖等工作才能完成[3]。

4 加強工廠檢查，重視工廠驗收

廠家生產(chǎn)中原料檢驗、生產(chǎn)過程控制、成品抽檢、出廠設(shè)備性能測試，需要實施必要的監(jiān)督管理，進行必要的設(shè)備生產(chǎn)情況檢查，對生產(chǎn)用原材料、生產(chǎn)的半成品或成品進行抽樣檢驗。這些工作都可由第三方來執(zhí)行，但受限于第三方對項目了解程度不夠，對設(shè)備技術(shù)要求、技術(shù)澄清中技術(shù)關(guān)鍵點把握不夠，會存在檢查不到位的情況。儀表及控制系統(tǒng)的工廠驗收是保證設(shè)備質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。加強工廠監(jiān)造不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量，還能加快生產(chǎn)進度，也可避免一些廠家為了獲得訂單，在技術(shù)澄清階段承諾任何技術(shù)要求都滿足，實際產(chǎn)品技術(shù)偏差較大的情況。

5 儀表現(xiàn)場施工及項目執(zhí)行后期工作

儀控專業(yè)施工一般會在土建施工完成80%，工藝管道設(shè)備施工進行到70%前后大規(guī)模展開。特點是施工周期短，一般僅占項目施工周期的四分之一時間。做好施工支持配合工作非常重要，包括施工技術(shù)準備、材料準備和施工計劃。對材料查缺補漏，保證施工中設(shè)備材料供給及時；加強材料出庫管理，材料的發(fā)放要與現(xiàn)場施工進度相結(jié)合，按照不同施工階段實際需求控制出庫量，避免材料出庫量過多，導致施工中浪費、丟失等現(xiàn)象。施工收尾階段，做好“三查四定”工作，完善儀控系統(tǒng)相關(guān)工作，做到工完、料清、場凈、無錯漏。

在工藝裝置和管線安裝完畢，電氣具備送電條件，通訊系統(tǒng)正常工作后，隨之進入儀控方面的預試運工作。通過預試運發(fā)現(xiàn)儀表設(shè)備、控制系統(tǒng)、工藝流程和施工質(zhì)量上可能存在的問題，及時給予調(diào)整或整改。重點進行現(xiàn)場儀表的功能測試、控制回路聯(lián)調(diào)、報警及聯(lián)鎖回路調(diào)試、成套設(shè)備PLC/站控系統(tǒng)DCS/緊急停車安全系統(tǒng)SIS 的聯(lián)調(diào)、人機界面測試驗收，以及配合動設(shè)備進行單機預試運等工作。預試運工作完成標志著項目具備了機械完工條件，正常情況下做好總承包商或施工方與業(yè)主或承擔試車合同方的中間交接[4]，隨之啟動項目試運投產(chǎn)與竣工驗收工作。

試運、投產(chǎn)、生產(chǎn)考核是機械竣工后驗證項目設(shè)計和施工品質(zhì)的重要工作。在此期間儀控專業(yè)重點工作是配合開工試運人員做好技術(shù)支持，分析生產(chǎn)過程中暴露的缺陷和隱患，逐步調(diào)整并優(yōu)化以達到滿負荷試車要求，為最后的生產(chǎn)性能考核創(chuàng)造條件，確保生產(chǎn)考核達到合同規(guī)定要求。完成裝置生產(chǎn)考核后，進入項目整體的竣工驗收階段。與業(yè)主確定最終尾項清單，積極協(xié)調(diào)給出解決辦法和關(guān)閉計劃。組織完成儀控方面竣工文件資料的整理和交付，與其它專業(yè)配合，最終完成項目的竣工驗收工作。

6 結(jié)束語

儀控系統(tǒng)是石油天然氣行業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障，在減輕工人勞動強度同時極大提高裝置的生產(chǎn)效率和安全性。儀控系統(tǒng)設(shè)計選型集成的優(yōu)略直接影響工藝生產(chǎn)裝置的整體質(zhì)量性能。隨著國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略推進，中國企業(yè)在海外石油天然氣行業(yè)EPCC 項目迅速發(fā)展，項目執(zhí)行中應(yīng)充分發(fā)揮設(shè)計技術(shù)管理優(yōu)勢，通過技術(shù)方案對比優(yōu)化，最大限度滿足業(yè)主的設(shè)計方案和技術(shù)指標要求。在提高設(shè)計質(zhì)量，保障項目順利建設(shè)和安全建設(shè)前提下，縮短建設(shè)周期。以此持續(xù)提高企業(yè)競爭力，增強國際市場的知名度和市場占有率。