從國家發(fā)改委有關(guān)人員透露的我國煤化工“十三五”發(fā)展規(guī)劃設(shè)想來看，“十三五”時期，我國現(xiàn)代煤化工仍將以示范為主。我國自2005年相繼開展包括煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴等五大類現(xiàn)代煤化工示范項目以來，示范時間已達(dá)10年。但從已建成的煤化工示范項目看，業(yè)界普遍認(rèn)為仍不十分成熟，尤其設(shè)計方面的缺陷還較多，還有繼續(xù)示范的必要。

那么，我國現(xiàn)代煤化工示范項目從工程設(shè)計的角度到底需要從哪些方面加以探索和改進(jìn)?日前，中國化工報記者獨家采訪了曾參與煤化工項目設(shè)計與工程建設(shè)的業(yè)界專家、大唐能源化工公司副總工程師黃新平。

煤化工項目設(shè)計：

有別于一般化工項目

記者：近年來我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展迅猛，但不少項目建成后陸續(xù)暴露出一些設(shè)計方面的問題。在您看來，現(xiàn)代煤化工項目的設(shè)計與一般化工項目有何區(qū)別?

圖為云南一家企業(yè)的煤化工項目裝置。 (徐芳 攝)

黃新平：對于一個工程來說，設(shè)計是龍頭、是靈魂，這個項目的成功與否、進(jìn)度快慢、投資是否合理、采購的設(shè)備材料是否正確、操作是否順暢、能耗物耗指標(biāo)是否先進(jìn)，以及工程是否安全環(huán)保、環(huán)境優(yōu)劣、職工健康衛(wèi)生等均與設(shè)計有關(guān)。設(shè)計得好，是項目成功的基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)不牢，就很難取得成功。

現(xiàn)代煤化工是新興產(chǎn)業(yè)，近年來剛剛起步，與成熟的化工項目在設(shè)計上的確有很大的區(qū)別。現(xiàn)代煤化工項目一般表現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜、工藝流程長、操作條件苛刻、環(huán)境負(fù)荷大、工程設(shè)計牽涉的面多、管理難度大。無論從裝置復(fù)雜程度，還是從投資規(guī)?？?，現(xiàn)代煤化工都是我國石油化工建設(shè)史上的超大型項目。

首先是規(guī)模大。有人曾做過比較，一個40億立方米/年的煤制天然氣項目規(guī)模，相當(dāng)于10多個30萬噸合成氨項目、10多個較大的城市煤氣廠;按照標(biāo)煤消耗計算，相當(dāng)于687萬噸/年甲醇。

如此大規(guī)模的工廠，國內(nèi)外都鮮有設(shè)計經(jīng)驗。工廠大型化所帶來的是單裝置規(guī)模放大或裝置數(shù)量增加、資源消耗量大、產(chǎn)品產(chǎn)量大、與外部環(huán)境相互影響大、剩余物質(zhì)多、新技術(shù)應(yīng)用多，這些都給裝置的設(shè)計、建設(shè)與運行帶來一定的不確定性。

圖為神華寧東煤化工基地夜景。 (企業(yè)供圖)

因此，現(xiàn)代煤化工需要從設(shè)計理念、工藝方案、項目管理等多個角度，真正按照大型化項目的設(shè)計來安排。實際上，從已實施的項目看，在項目實施過程中，無論是甲方還是設(shè)計單位，都對大型項目的設(shè)計難度認(rèn)識不足、重視不夠，是造成設(shè)計問題過多的重要原因。

記者：以您觀察，我國已建成的一些現(xiàn)代煤化工示范項目，在工程設(shè)計環(huán)節(jié)主要存在哪些問題?

黃新平：從已建成的一些現(xiàn)代煤化工項目來看，在設(shè)計環(huán)節(jié)存在的問題還是較多的。

首先是設(shè)計能力問題。比如系統(tǒng)配置?，F(xiàn)代煤化工規(guī)模大，大都采用多系列配置方案，項目的系統(tǒng)優(yōu)化考慮欠充分，主要表現(xiàn)在總圖和公用工程方案不夠優(yōu)化。由于項目要求進(jìn)度又緊，工程設(shè)計跟不上建設(shè)進(jìn)度，保險起見，設(shè)計院往往多加設(shè)計余量，造成工程量及費用加大。業(yè)主對單項設(shè)計方案較為關(guān)注，對全系統(tǒng)整體影響的論證較為欠缺。比如：用傳統(tǒng)的化工工程理念考慮現(xiàn)代的煤化工，沒有充分考慮廠區(qū)的縱橫長距離，對于公用工程系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)，仍采用傳統(tǒng)的集中設(shè)置，造成供給末端、高點量上不去，回不去。

圖為新疆一家企業(yè)的煤化工加氫裝置正在安裝。 (CFP 供圖)

還比如系統(tǒng)輸送能耗。對于小規(guī)模的裝置，一些介質(zhì)的平衡可以不考慮，但對于現(xiàn)代大規(guī)模的煤化工，雖然某個物資的含量較低，但總量并不少，如不考慮平衡，在生產(chǎn)中就會缺少處理設(shè)施，或浪費可觀的能源;上下游裝置配套規(guī)模理想化，導(dǎo)致了裝置能力偏小或過大，尤其是能力偏小，沒有抗原料變化和生產(chǎn)負(fù)荷波動的能力。

再比如，動力鍋爐與空分的布置?，F(xiàn)代煤化工以煤為原料，并且有大型的轉(zhuǎn)動設(shè)備采用汽驅(qū)，往往配備高壓蒸汽鍋爐、熱電廠，在總圖布置上就會增加難度。像空分空壓機用汽驅(qū)，為了減少熱損和縮短高壓蒸汽管道的長度，一般考慮盡量靠近鍋爐。而一般需鍋爐布置在下風(fēng)向，因而將空分也隨之布置在下風(fēng)向或次下風(fēng)向，造成空分吸入氣二氧化碳和烴類超標(biāo)。這樣的問題如造成既成事實，無法更改。

此外，還有一些問題不能忽略。如道路寬窄的問題?，F(xiàn)代煤化工裝置多、占地大，廠區(qū)大、道路多。為追求氣派，有的業(yè)主希望廠區(qū)看起來大氣，常見的廠區(qū)道路都較寬。對于規(guī)模大、占地大的現(xiàn)代煤化工廠來說，道路縱橫多達(dá)十幾條，如果每條路多2米，整個廠區(qū)的占地會多出十公頃以上。這樣不但增加占地，無形中也增加了流體輸送的能耗，增加了地上地下的管道、電纜及管廊長度的投資。

記者：據(jù)了解，一些項目由于設(shè)計、建設(shè)等各個方面不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致項目建設(shè)互相拖后腿，是這樣嗎?

黃新平：目前，現(xiàn)代煤化工項目確有設(shè)計進(jìn)度與工程整體進(jìn)度不匹配的問題。一些需要盡早施工和盡早采購的設(shè)備，由于設(shè)計方技術(shù)規(guī)格書提供得晚，影響安裝進(jìn)度;需要后安裝的大宗材料表相對提供得早，造成過早采購、占壓資金。當(dāng)然，這其中也有業(yè)主把握不當(dāng)?shù)脑颉?/p>

因此，現(xiàn)代煤化工項目一定要做好“三個協(xié)調(diào)”和“三同時”。即：設(shè)計進(jìn)度與工程進(jìn)度要協(xié)調(diào)、投資計劃與工程建設(shè)要協(xié)調(diào)、物資采購與工程進(jìn)度要協(xié)調(diào);安全和環(huán)保設(shè)施要與主體項目同時勘察、同時設(shè)計、同時施工。

煤化工項目業(yè)主：

把住設(shè)計關(guān)口防范系統(tǒng)風(fēng)險

記者：煤化工項目的業(yè)主在設(shè)計方面又該注意些什么?

黃新平：對于現(xiàn)代煤化工，的確需要業(yè)主認(rèn)識到項目的高難度和復(fù)雜性，盡量不要將項目工程設(shè)計由一兩家設(shè)計院承擔(dān)，否則是有風(fēng)險的。比如，投資幾百億元、建設(shè)周期計劃3～5年的項目，若主要工程設(shè)計任務(wù)由一兩家設(shè)計單位承擔(dān)，如此大的工程設(shè)計量很難完成。一個工程公司或設(shè)計院的技術(shù)力量是一定的，也是有限的，他們同時要服務(wù)多個業(yè)主，你委托的設(shè)計內(nèi)容再多、裝置技術(shù)再先進(jìn)復(fù)雜，這個設(shè)計單位也不可能把所有主要技術(shù)力量集中到一個業(yè)主的項目上。因為設(shè)計院單位的力量包括主要技術(shù)人員和一般技術(shù)人員的分配，不會是按委托設(shè)計內(nèi)容的多少而成比例分配的。而一個建設(shè)項目各裝置若按國內(nèi)不同設(shè)計院擅長的設(shè)計項目分配，由多個設(shè)計院單位共同承擔(dān)，每個設(shè)計單位分配的主要技術(shù)人員和一般技術(shù)人員合計數(shù)，肯定會超過由一個設(shè)計單位承擔(dān)而配備的人數(shù)，尤其是高水平的專業(yè)人員會更多。

不過，作為有多個裝置和系統(tǒng)組成的煤化工項目，由多個設(shè)計單位共同設(shè)計也會存在一定的問題。各設(shè)計院所專長的項目、技術(shù)不同，設(shè)計做法不同，即使是同一個設(shè)計院，不同專業(yè)、不同的設(shè)計人，對同類的工程設(shè)計也有很大的差別，造成同一個項目有多種做法。如：設(shè)計基礎(chǔ)不同、原材料規(guī)格不同、地質(zhì)氣象條件版本不同、用材不同;還有管道規(guī)格、管閥件規(guī)格、電纜規(guī)格多，儀表選型、控制系統(tǒng)多樣化，不同的裝置界區(qū)的風(fēng)格不同等。此外，還會造成采購量小、種類多，設(shè)計基礎(chǔ)不正確等問題;還會出現(xiàn)公用工程規(guī)格不統(tǒng)一，裝置界區(qū)與全廠系統(tǒng)接不上等。

目前的煤化工項目，有的做了設(shè)計統(tǒng)一規(guī)定，有的沒有，不管有沒有，在目前實施的項目上的統(tǒng)一設(shè)計不盡人意。有統(tǒng)一規(guī)定的，權(quán)威性也會受到挑戰(zhàn)。有的設(shè)計院或設(shè)計技術(shù)人員，不愿放棄自己的傳統(tǒng)做法。同一個項目，做法不同、設(shè)計不同，給項目建設(shè)(不論是投資、采購、施工，還是運行后的維修、備件)帶來無可估量的麻煩，尤其是增加投資和采購困難，浪費很大。

因此，目前需要做一套權(quán)威性的工程設(shè)計統(tǒng)一規(guī)定，由各參與工程設(shè)計的相關(guān)單位討論通過并強制執(zhí)行。

記者：對于已建成及在建項目出現(xiàn)的設(shè)計問題，業(yè)主又該如何彌補設(shè)計缺陷?

黃新平：設(shè)計存在的缺陷無論如何彌補，總會帶來遺憾和損失。如果工程尚未實施的設(shè)計缺陷，易于處理，采用設(shè)計變更或變更設(shè)計可以解決，只是要影響工期、增加投資;已安裝的，牽涉面比較簡單的也可以拆了重來;但對于大方案出現(xiàn)的問題，可能處理起來就麻煩了。

就目前的煤化工項目而言，與石油化工項目比的確難以達(dá)到即投產(chǎn)、即達(dá)產(chǎn)的目標(biāo)，一般都需要建成投產(chǎn)運行一段時間才發(fā)現(xiàn)問題，然后停車整改。對于已建成既成事實或投產(chǎn)運行后出現(xiàn)的問題(這里所說的都是較大的問題)，分為易整改、可將就的問題，必須花大投資和周期的問題，無可奈何的問題。

一般來說，無可奈何的問題也可以說只能將就用著，通常與布置有關(guān)、與技術(shù)選擇有關(guān)，很難彌補。對于技術(shù)性的缺陷彌補，我認(rèn)為，必須弄清楚問題出現(xiàn)的實質(zhì)，同技術(shù)方、工程設(shè)計方一起討論解決問題的方案，對于同行業(yè)其他裝置出現(xiàn)同類問題所采用的解決辦法，也要分析性的吸收，切忌搬來就用。對于新上設(shè)施解決問題的，最好由原設(shè)計單位參與，統(tǒng)籌兼顧新舊設(shè)施的結(jié)合和與原系統(tǒng)的結(jié)合，避免盲目和顧此失彼。一句話，問題的整改方案必須確認(rèn)是準(zhǔn)確的、可靠的、有效的之后方可實施。

記者：在設(shè)計過程中，業(yè)主安全等系統(tǒng)風(fēng)險防范如何把握?

黃新平：做HAZOP分析是安全等系統(tǒng)風(fēng)險防范的有效措施，對于煤化工項目尤其重要，至少基礎(chǔ)工程設(shè)計完成后要做HAZOP分析。

目前HAZOP越來越受重視，各個項目的最終用戶或上級管理層常常強調(diào)在裝置設(shè)計過程中必須做這項工作。的確，在裝置設(shè)計階段做HAZOP工作，可以使將來裝置安裝、試車、開車、停車、操作和維修可能發(fā)生的故障，事故，危險，損害，火災(zāi)，人身安全威脅等潛在危險因素得到及早發(fā)現(xiàn)，并在設(shè)計過程中得到補充、完善相應(yīng)預(yù)防危險的措施，提醒將來的操作、管理注意哪些方面。HAZOP是一項高技術(shù)含量且繁瑣細(xì)致的工作，耗時較長、牽涉的專業(yè)較多，一般經(jīng)過HAZOP分析，減少設(shè)計內(nèi)容的較少，經(jīng)常是增加設(shè)計內(nèi)容。所以說，在進(jìn)行完HAZOP工作后，落實HAZOP報告中各項建議措施，將會增加裝置的固定投資。

總之，首先是要做真正意義上的HAZOP分析，不能走偏，更不能僅為履行程序;其次，一定要抓住HAZOP報告中的建議措施，將其切實落實。

煤化工設(shè)計單位：

提能力重規(guī)范避免失誤

記者：從已建成的煤化工示范項目看來，一些設(shè)計缺陷很要命，造成的損失也大。設(shè)計單位該如何為業(yè)主提供更好的服務(wù)?

黃新平：的確是這樣?，F(xiàn)代煤化工項目，一般都是投資上百億甚至幾百億元的工程，雖然出現(xiàn)這樣那樣的設(shè)計方面的問題在所難免，但如果出現(xiàn)大的設(shè)計失誤，造成的項目建設(shè)損失和后期運行損失往往不可估量。因此，設(shè)計是現(xiàn)代煤化工最重要的關(guān)口，一定要把住，而這個最重要的把關(guān)者，就是設(shè)計單位。

至于如何為業(yè)主提供更好的設(shè)計服務(wù)，我認(rèn)為，工程設(shè)計人員首先要及時掌握行業(yè)最新法規(guī)、規(guī)范、規(guī)定，準(zhǔn)確應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，不能說以往怎么做，現(xiàn)在還怎樣做;別人如何做，我也照著做;一般化工項目怎么做，現(xiàn)代煤化工也怎么做。大家知道，近些年規(guī)范、規(guī)定更新較快，尤其是安全環(huán)保方面，很多都是硬性要求，而一些標(biāo)準(zhǔn)相對落后，跟不上規(guī)模變大的需要，不能生般硬套。設(shè)計滿足法規(guī)、規(guī)范，規(guī)定是必須的。當(dāng)前，有相當(dāng)一部分技術(shù)人員按最低要求取值，我認(rèn)為個別極端情況下用最低要求值是可以的，通常還是不用卡邊要求為好。對于不同的規(guī)范、規(guī)定，在同一個問題有不同要求時，我認(rèn)為應(yīng)該執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)高的規(guī)范和規(guī)定。

比如高架火炬地面輻射熱度?！妒突て髽I(yè)燃料氣系統(tǒng)和可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH3009-2001中規(guī)定允許熱輻射強度(包括太陽輻射強度)，操作人員需要連續(xù)暴露的任意地點，取1.5kW/m2;無防護(hù)設(shè)施，但操作人員有適當(dāng)防護(hù)衣著并停留幾分鐘的地點，取4.7kW/m2?！痘ぱb置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定》HG/T20570.12-95中規(guī)定，不考慮太陽輻射時允許的最大輻射強度，操作人員長期工作的地方，取1.58kW/m2;事故時允許操作人員穿著適當(dāng)防護(hù)衣在其中工作10分鐘，取4.73kW/m2。我認(rèn)為，針對這兩個要求，應(yīng)取前者。

作為技術(shù)應(yīng)用的執(zhí)行者或工程化者，應(yīng)該吃透技術(shù)，然后轉(zhuǎn)化到設(shè)計圖、文件中，將技術(shù)要求最大地體現(xiàn)在設(shè)計文件上，不能讓看圖者、應(yīng)用文件者去揣摩。借鑒他人經(jīng)驗時，消化后采用，如果照葫蘆畫瓢，出錯的幾率就會較大。對于選用標(biāo)準(zhǔn)圖，如無充分把握，一定要結(jié)合工程條件、現(xiàn)場自然條件核算后再用。

記者：既然煤化工項目規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜、裝置多，需要考慮的因素也很多，項目的總體設(shè)計是不是很重要?

黃新平：是的，任何一個項目的總體設(shè)計都很重要，但現(xiàn)代煤化工項目的總體設(shè)計更重要。一個現(xiàn)代煤化工工廠，上下游裝置多，系統(tǒng)多，輔助工程多，在可研之后、基礎(chǔ)工程設(shè)計之前，要做一版總體設(shè)計。

在工廠規(guī)模大型化和原料國際化的大趨勢下，工程建設(shè)組織模式、項目資金來源渠道、業(yè)主管理模式都有了很大改變。同時，政府對環(huán)保、安全和職業(yè)衛(wèi)生的法規(guī)要求也發(fā)生了很大變化。工程建設(shè)項目的進(jìn)度、費用、質(zhì)量控制需求越來越高，從可研一步到基礎(chǔ)設(shè)計很難滿足要求，因此需要總體設(shè)計這個環(huán)節(jié)來補充。這樣，總體設(shè)計顯得越來越重要。

總體設(shè)計是指對項目的構(gòu)成、工廠和裝置的功能、系統(tǒng)的配置等進(jìn)行詳細(xì)定義?？傮w設(shè)計可有效組織大型建設(shè)項目的工廠設(shè)計，確定工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計原則和技術(shù)條件，優(yōu)化工廠總平面布置，優(yōu)化全廠總流程，優(yōu)化公用工程系統(tǒng)的設(shè)計方案，提高投資效益，實現(xiàn)對建設(shè)項目總工藝流程、總平面布置、總定員、總進(jìn)度和總投資的控制目標(biāo)，確保設(shè)計滿足環(huán)保、安全和職業(yè)衛(wèi)生等法律法規(guī)要求。

在總體設(shè)計階段，設(shè)計單位一定要和業(yè)主對總方案、總流程、總圖布置、總計劃、各系統(tǒng)平衡做充分討論和論證，不要怕麻煩、不要怕修改。所謂磨刀不誤砍柴工，在這個階段體現(xiàn)得最為貼切，可防止以后少走彎路，節(jié)省投資，降低運行能耗，完善技術(shù)配套，完善布置，優(yōu)化設(shè)計。比如，全廠總圖布置修改十版、八版都不算多，而在基礎(chǔ)設(shè)計階段就無機會再做大的調(diào)整了。

此外，還要做滿足內(nèi)容深度規(guī)定的基礎(chǔ)工程設(shè)計。對于基礎(chǔ)設(shè)計，有的設(shè)計單位執(zhí)行《化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定》，有的執(zhí)行《石油化工裝置基礎(chǔ)工程設(shè)計內(nèi)容深度規(guī)定》。說起來兩者相差不大，但在細(xì)節(jié)上還是有較大差別的。我認(rèn)為就當(dāng)前的項目管理和設(shè)備、材料采購模式而言，基礎(chǔ)設(shè)計仍按《化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定》已難以滿足要求，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《石油化工裝置基礎(chǔ)工程設(shè)計內(nèi)容深度規(guī)定》，對于需要提前采購的長周供貨設(shè)備、材料，其設(shè)計深度更應(yīng)細(xì)化。

煤化工項目大，裝置多，系統(tǒng)復(fù)雜，相互之間的管線、電纜聯(lián)系猶如蜘蛛網(wǎng)。項目工程設(shè)計管理除了要求業(yè)主有較強的技術(shù)力量外，還需一個總體設(shè)計經(jīng)驗豐富的工程設(shè)計單位“拿總”，各裝置的設(shè)計由各自擅長相應(yīng)技術(shù)的設(shè)計單位承擔(dān)。

我認(rèn)為，一些煤化工項目在實施過程中，大多對單項設(shè)計方案較為重視，但對全系統(tǒng)整體的合理性、互配性、協(xié)調(diào)性的重視欠缺。對全廠性的系統(tǒng)、輔助工程的影響如果缺乏充分討論，系統(tǒng)把握不足，總體上就會變成顧此失彼。因此，總體設(shè)計單位的“拿總”水平非常重要。