石油化工工藝集成設(shè)計(jì)研究

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摘要：在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，國(guó)內(nèi)工程公司的軟硬件配置和信息平臺(tái)的環(huán)境越來(lái)越先進(jìn)，許多數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件得到了廣泛的應(yīng)用。工程設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)的應(yīng)用已成為石化工程公司目前必須關(guān)注的課題。因此，本文對(duì)石化工藝集成設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討，研究了工藝集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：石油化工工藝；數(shù)字化；集成設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)石油化工工藝的設(shè)計(jì)工作中，工藝專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)使用到眾多的設(shè)計(jì)軟件，如AspenPlus、PRO/II、HYSYS、CHEMCAD、HTRI等,以及各種工藝設(shè)備、管線、流體計(jì)算軟件，軟件之間無(wú)法自動(dòng)同步和統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，在設(shè)計(jì)工作中，工藝人員存在大量的數(shù)據(jù)重復(fù)輸入工作。并且數(shù)據(jù)修改和版本升級(jí)時(shí)，各設(shè)計(jì)軟件彼此之間數(shù)據(jù)無(wú)法自動(dòng)更新，對(duì)下游專(zhuān)業(yè)發(fā)送條件、傳遞數(shù)據(jù)也容易產(chǎn)生遺漏，造成數(shù)據(jù)傳遞錯(cuò)誤，降低了設(shè)計(jì)質(zhì)量。此外近年來(lái)國(guó)內(nèi)外企業(yè)對(duì)于數(shù)字化交付的需求逐漸增大，數(shù)字化交付要求工藝數(shù)據(jù)和P&ID錄入集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，也需要完成工藝設(shè)計(jì)的集成平臺(tái)建設(shè)。借鑒國(guó)際先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，許多國(guó)內(nèi)工程公司工藝專(zhuān)業(yè)啟動(dòng)了集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源和工作程序的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，并在此基礎(chǔ)上，建立和總結(jié)專(zhuān)有工藝技術(shù)模型，沉淀和積累工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，逐步建立企業(yè)級(jí)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)。

1石油化工工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

石化工程技術(shù)復(fù)雜，工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)連續(xù)性，工程投資大，裝置布置緊湊，設(shè)備、管道數(shù)量多，工藝介質(zhì)通常都具有易燃易爆、高溫高壓、有毒有害等危險(xiǎn)性。這些特點(diǎn)導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)處于十分關(guān)鍵的首要地位，將直接影響整個(gè)項(xiàng)目的成敗。工藝設(shè)計(jì)是石化工程建設(shè)的“龍頭”，是項(xiàng)目實(shí)施的必要前提。石化工程項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)可分為項(xiàng)目前期研究、工藝包設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)、詳細(xì)工程設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要階段，每個(gè)階段之間的連接非常緊密。工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容有計(jì)算及確定工藝操作條件，通過(guò)物流數(shù)據(jù)表、工藝流程圖（PFD）、工藝管道及儀表流程圖（PID）對(duì)工藝流程進(jìn)行說(shuō)明，給出界區(qū)條件，對(duì)物料、能量消耗進(jìn)行平衡，完成設(shè)備、儀表、管道等數(shù)據(jù)表，完成工藝手冊(cè)以及衛(wèi)生、安全、環(huán)保說(shuō)明等工作。工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，工藝數(shù)據(jù)是下游專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)依據(jù)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量，直接決定整個(gè)項(xiàng)目的品質(zhì)。

2石油化工工藝集成設(shè)計(jì)的概念和構(gòu)架

在石油化工領(lǐng)域中，工藝集成設(shè)計(jì)對(duì)比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，最核心的內(nèi)容即為“數(shù)字化”和“集成”。數(shù)字化含義是從設(shè)計(jì)工具到管理都采用數(shù)字化的方法，集成則建立一個(gè)擁有豐富接口的平臺(tái)，把設(shè)計(jì)工具軟件、圖紙、數(shù)據(jù)表集成起來(lái)，與平臺(tái)的管理和功能模塊應(yīng)用集成，并能夠擴(kuò)展與其他系統(tǒng)的集成。石油化工工藝項(xiàng)目系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)用于工藝專(zhuān)業(yè)各設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)集成，在完成下游專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，可以進(jìn)行文檔管理，對(duì)設(shè)計(jì)中的過(guò)程文件、條件往來(lái)、版次升級(jí)及設(shè)計(jì)變更都可以記錄下來(lái)，供隨時(shí)查閱和數(shù)據(jù)差異的比較。在集成設(shè)計(jì)平臺(tái)中，工藝各種軟件工具與集成平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接，可基于該集成平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息導(dǎo)入、資料共享、數(shù)據(jù)采集、設(shè)計(jì)輸出、信息歸檔等功能的銜接，完成項(xiàng)目執(zhí)行全過(guò)程的數(shù)據(jù)管理。工藝集成設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是數(shù)據(jù)流，要按照實(shí)際工藝專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工作要求建立數(shù)據(jù)流向，即每個(gè)設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)都可以自動(dòng)傳遞至下一個(gè)階段，下游專(zhuān)業(yè)都可以正確地接收工藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的正確性和一致性。通過(guò)唯一的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，對(duì)于數(shù)據(jù)的更改，系統(tǒng)會(huì)直接自動(dòng)更新所有相關(guān)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，無(wú)需人工重復(fù)輸入，極大的降低了工作量，同時(shí)也有效的減少了二次輸入有可能帶來(lái)的人為錯(cuò)誤。同時(shí)通過(guò)集成平臺(tái)也可生成的所需文檔，可供，文檔與數(shù)據(jù)共存于一個(gè)系統(tǒng)中，之間相互關(guān)聯(lián)，便于管理和查詢。

3石油化工工藝集成設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)已有石化工程公司實(shí)現(xiàn)工藝集成，能夠最大限度的滿足工藝集成設(shè)計(jì)的要求，并在實(shí)際項(xiàng)目中取得了顯著的效果。

3.1石油化工工程公司的集成化建設(shè)

當(dāng)前，數(shù)字化工廠熱度高起，國(guó)內(nèi)主流大工程公司都已開(kāi)始布局集成設(shè)計(jì)，工藝集成設(shè)計(jì)作為集成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在行業(yè)內(nèi)，已經(jīng)進(jìn)行了很多實(shí)踐和研究。其中以中國(guó)石化集團(tuán)公司直屬的中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)SEG）、中石油寰球工程公司為典型代表，于2013年就開(kāi)始與軟件商合作啟動(dòng)工藝集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建設(shè)，至今已取得很多成果。并在此基礎(chǔ)上，于2018年完成《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》，為行業(yè)的數(shù)字化、集成化建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

3.2石油化工項(xiàng)目業(yè)主的集成化需求

根據(jù)《中國(guó)制造2025》的精神，中石油、中石化、中化集團(tuán)等大型國(guó)有企業(yè)以及以萬(wàn)華集團(tuán)為代表的國(guó)內(nèi)大型、先進(jìn)的民營(yíng)企業(yè)都正在積極開(kāi)展智能工廠的探索與建設(shè)工作。其中中石油在信息化建設(shè)的指導(dǎo)思想“模擬優(yōu)化、實(shí)時(shí)優(yōu)化、先進(jìn)控制、報(bào)警管理、三維數(shù)字化”中明確將三維數(shù)字化作為信息化建設(shè)的一個(gè)規(guī)劃，堅(jiān)定不移地推動(dòng)信息化建設(shè)，圍繞提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)，建設(shè)智能化工廠。三維數(shù)字化工廠是智能工廠的基礎(chǔ)，而工藝集成設(shè)計(jì)又是數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，工藝集成設(shè)計(jì)在業(yè)主的推動(dòng)下，有內(nèi)在的強(qiáng)大動(dòng)力，也是即將到來(lái)的工程設(shè)計(jì)數(shù)字化交付核心一環(huán)，是設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。。

3.3集成設(shè)計(jì)典型服務(wù)商

目前國(guó)內(nèi)主流的工藝集成技術(shù)服務(wù)商有鷹圖的SPPID、SPF集成設(shè)計(jì)，AVEVA的IE&D集成設(shè)計(jì)，西門(mén)子的COMOSFEED、PID集成設(shè)計(jì)，這三家服務(wù)商在國(guó)內(nèi)外擁有廣泛的用戶群和接受度，也有很多的成功案例，在眾多數(shù)字化工程和數(shù)字化工廠建設(shè)項(xiàng)目中，被大量推薦和指定。這些供應(yīng)商的工藝集成技術(shù)以數(shù)據(jù)為核心規(guī)則驅(qū)動(dòng)集成設(shè)計(jì)，內(nèi)含豐富工程數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，依托設(shè)計(jì)規(guī)則和質(zhì)量檢測(cè)功能，確保滿足工程要求，同時(shí)還可以跟三維設(shè)計(jì)軟件集成。以上三款商業(yè)化集成軟件代表了當(dāng)今石化行業(yè)工藝集成設(shè)計(jì)的最高技術(shù)水平，基本功能差別不大，但細(xì)節(jié)上和適用性及應(yīng)用能力存在一些差異。

4石油化工工藝集成設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

在信息化數(shù)字化的戰(zhàn)略發(fā)展方針指導(dǎo)下，工藝設(shè)計(jì)作為工程數(shù)據(jù)的創(chuàng)建者，工藝集成設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是不可能缺少的，這對(duì)工程公司本身的業(yè)務(wù)發(fā)展也提出了很大的挑戰(zhàn)，需要工程公司從工程的源頭工藝設(shè)計(jì)出發(fā)，將工藝專(zhuān)業(yè)對(duì)應(yīng)的工程資料和數(shù)據(jù)有條理的收集、組織、校驗(yàn)和管理，實(shí)現(xiàn)工廠的工程基礎(chǔ)信息數(shù)字化。這些成果將作為其它信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參照，解決工廠信息化系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐的問(wèn)題。將工藝資料、設(shè)計(jì)文件、設(shè)計(jì)人員、模擬計(jì)算和應(yīng)用軟件基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)流過(guò)程集成到平臺(tái)上，當(dāng)工藝集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成時(shí)，整個(gè)工廠的數(shù)據(jù)不再是零散的對(duì)象，它將工廠包含的所有設(shè)備、管道、儀表數(shù)據(jù)聯(lián)通和關(guān)聯(lián)起來(lái)，對(duì)整個(gè)工廠數(shù)據(jù)可進(jìn)行整體優(yōu)化和管理。前端工藝設(shè)計(jì)將得到極大的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)交付，可以有效的提高生產(chǎn)力和設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快工程實(shí)施的速度，縮短建設(shè)周期，達(dá)到減少成本和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的目的。同時(shí)隨著石油化工設(shè)計(jì)行業(yè)的深入應(yīng)用和研究，工藝集成的軟件平臺(tái)得到不斷完善和改進(jìn)，其應(yīng)用也將會(huì)更加廣泛。因此，工藝集成設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代化石油化工工程公司發(fā)展的必由之路。

5結(jié)語(yǔ)

面對(duì)時(shí)代飛速發(fā)展，石油化工工程公司在進(jìn)步的同時(shí)也面臨著日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)革新的挑戰(zhàn)，集成設(shè)計(jì)和數(shù)字化交付已成為工程設(shè)計(jì)行業(yè)的重要方向。工藝技術(shù)先進(jìn)，技術(shù)手段創(chuàng)新，設(shè)計(jì)質(zhì)量提升，設(shè)計(jì)成本下降才能應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)峻的市場(chǎng)環(huán)境。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，有必要建立工藝集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)，全面整合工藝數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化工作流程，準(zhǔn)確的配置資源，為工程公司的發(fā)展奠定可靠的依據(jù)和基礎(chǔ)。

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作者：艾吉文 單位：中科合成油工程股份有限公司