從國家發(fā)改委有關人員透露的我國煤化工“十三五”發(fā)展規(guī)劃設想來看，“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10年。但從已建成的煤化工示范項目看，業(yè)界普遍認為仍不十分成熟，尤其設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計的角度到底需要從哪些方面加以探索和改進?日前，中國化工報記者獨家采訪了曾參與煤化工項目設計與工程建設的業(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)暴露出一些設計方面的問題。在您看來，現(xiàn)代煤化工項目的設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，設計是龍頭、是靈魂，這個項目的成功與否、進度快慢、投資是否合理、采購的設備材料是否正確、操作是否順暢、能耗物耗指標是否先進，以及工程是否安全環(huán)保、環(huán)境優(yōu)劣、職工健康衛(wèi)生等均與設計有關。設計得好，是項目成功的基礎，如果基礎不牢，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)工藝技術復雜、工藝流程長、操作條件苛刻、環(huán)境負荷大、工程設計牽涉的面多、管理難度大。無論從裝置復雜程度，還是從投資規(guī)?？矗F(xiàn)代煤化工都是我國石油化工建設史上的超大型項目。
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;按照標煤消耗計算，相當于687萬噸/年甲醇。
如此大規(guī)模的工廠，國內外都鮮有設計經(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、剩余物質多、新技術應用多，這些都給裝置的設計、建設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，無論是甲方還是設計單位，都對大型項目的設計難度認識不足、重視不夠，是造成設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，在設計環(huán)節(jié)存在的問題還是較多的。
首先是設計能力問題。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。由于項目要求進度又緊，工程設計跟不上建設進度，保險起見，設計院往往多加設計余量，造成工程量及費用加大。業(yè)主對單項設計方案較為關注，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)中就會缺少處理設施，或浪費可觀的能源;上下游裝置配套規(guī)模理想化，導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，并且有大型的轉動設備采用汽驅，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，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向，因而將空分也隨之布置在下風向或次下風向，造成空分吸入氣二氧化碳和烴類超標。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，一些項目由于設計、建設等各個方面不協(xié)調，導致項目建設互相拖后腿，是這樣嗎?
黃新平：目前，現(xiàn)代煤化工項目確有設計進度與工程整體進度不匹配的問題。一些需要盡早施工和盡早采購的設備，由于設計方技術規(guī)格書提供得晚，影響安裝進度;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。當然，這其中也有業(yè)主把握不當?shù)脑颉?/p>
因此，現(xiàn)代煤化工項目一定要做好“三個協(xié)調”和“三同時”。即：設計進度與工程進度要協(xié)調、投資計劃與工程建設要協(xié)調、物資采購與工程進度要協(xié)調;安全和環(huán)保設施要與主體項目同時勘察、同時設計、同時施工。
煤化工項目業(yè)主：
把住設計關口防范系統(tǒng)風險
記者：煤化工項目的業(yè)主在設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)主認識到項目的高難度和復雜性，盡量不要將項目工程設計由一兩家設計院承擔，否則是有風險的。比如，投資幾百億元、建設周期計劃3～5年的項目，若主要工程設計任務由一兩家設計單位承擔，如此大的工程設計量很難完成。一個工程公司或設計院的技術力量是一定的，也是有限的，他們同時要服務多個業(yè)主，你委托的設計內容再多、裝置技術再先進復雜，這個設計單位也不可能把所有主要技術力量集中到一個業(yè)主的項目上。因為設計院單位的力量包括主要技術人員和一般技術人員的分配，不會是按委托設計內容的多少而成比例分配的。而一個建設項目各裝置若按國內不同設計院擅長的設計項目分配，由多個設計院單位共同承擔，每個設計單位分配的主要技術人員和一般技術人員合計數(shù)，肯定會超過由一個設計單位承擔而配備的人數(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，由多個設計單位共同設計也會存在一定的問題。各設計院所專長的項目、技術不同，設計做法不同，即使是同一個設計院，不同專業(yè)、不同的設計人，對同類的工程設計也有很大的差別，造成同一個項目有多種做法。如：設計基礎不同、原材料規(guī)格不同、地質氣象條件版本不同、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)的風格不同等。此外，還會造成采購量小、種類多，設計基礎不正確等問題;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)一設計不盡人意。有統(tǒng)一規(guī)定的，權威性也會受到挑戰(zhàn)。有的設計院或設計技術人員，不愿放棄自己的傳統(tǒng)做法。同一個項目，做法不同、設計不同，給項目建設(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，目前需要做一套權威性的工程設計統(tǒng)一規(guī)定，由各參與工程設計的相關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)的設計問題，業(yè)主又該如何彌補設計缺陷?
黃新平：設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計缺陷，易于處理，采用設計變更或變更設計可以解決，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到即投產(chǎn)、即達產(chǎn)的目標，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、與技術選擇有關，很難彌補。對于技術性的缺陷彌補，我認為，必須弄清楚問題出現(xiàn)的實質，同技術方、工程設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。對于新上設施解決問題的，最好由原設計單位參與，統(tǒng)籌兼顧新舊設施的結合和與原系統(tǒng)的結合，避免盲目和顧此失彼。一句話，問題的整改方案必須確認是準確的、可靠的、有效的之后方可實施。
記者：在設計過程中，業(yè)主安全等系統(tǒng)風險防范如何把握?
黃新平：做HAZOP分析是安全等系統(tǒng)風險防范的有效措施，對于煤化工項目尤其重要，至少基礎工程設計完成后要做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在裝置設計過程中必須做這項工作。的確，在裝置設計階段做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，人身安全威脅等潛在危險因素得到及早發(fā)現(xiàn)，并在設計過程中得到補充、完善相應預防危險的措施，提醒將來的操作、管理注意哪些方面。HAZOP是一項高技術含量且繁瑣細致的工作，耗時較長、牽涉的專業(yè)較多，一般經(jīng)過HAZOP分析，減少設計內容的較少，經(jīng)常是增加設計內容。所以說，在進行完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，一些設計缺陷很要命，造成的損失也大。設計單位該如何為業(yè)主提供更好的服務?
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)這樣那樣的設計方面的問題在所難免，但如果出現(xiàn)大的設計失誤，造成的項目建設損失和后期運行損失往往不可估量。因此，設計是現(xiàn)代煤化工最重要的關口，一定要把住，而這個最重要的把關者，就是設計單位。
至于如何為業(yè)主提供更好的設計服務，我認為，工程設計人員首先要及時掌握行業(yè)最新法規(guī)、規(guī)范、規(guī)定，準確應用標準，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，而一些標準相對落后，跟不上規(guī)模變大的需要，不能生般硬套。設計滿足法規(guī)、規(guī)范，規(guī)定是必須的。當前，有相當一部分技術人員按最低要求取值，我認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，我認為應該執(zhí)行標準高的規(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;無防護設施，但操作人員有適當防護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防護衣在其中工作10分鐘，取4.73kW/m2。我認為，針對這兩個要求，應取前者。
作為技術應用的執(zhí)行者或工程化者，應該吃透技術，然后轉化到設計圖、文件中，將技術要求最大地體現(xiàn)在設計文件上，不能讓看圖者、應用文件者去揣摩。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。對于選用標準圖，如無充分把握，一定要結合工程條件、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)復雜、裝置多，需要考慮的因素也很多，項目的總體設計是不是很重要?
黃新平：是的，任何一個項目的總體設計都很重要，但現(xiàn)代煤化工項目的總體設計更重要。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、基礎工程設計之前，要做一版總體設計。
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。工程建設項目的進度、費用、質量控制需求越來越高，從可研一步到基礎設計很難滿足要求，因此需要總體設計這個環(huán)節(jié)來補充。這樣，總體設計顯得越來越重要。
總體設計是指對項目的構成、工廠和裝置的功能、系統(tǒng)的配置等進行詳細定義?？傮w設計可有效組織大型建設項目的工廠設計，確定工程設計標準、設計原則和技術條件，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)的設計方案，提高投資效益，實現(xiàn)對建設項目總工藝流程、總平面布置、總定員、總進度和總投資的控制目標，確保設計滿足環(huán)保、安全和職業(yè)衛(wèi)生等法律法規(guī)要求。
在總體設計階段，設計單位一定要和業(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，完善技術配套，完善布置，優(yōu)化設計。比如，全廠總圖布置修改十版、八版都不算多，而在基礎設計階段就無機會再做大的調整了。
此外，還要做滿足內容深度規(guī)定的基礎工程設計。對于基礎設計，有的設計單位執(zhí)行《化工工廠初步設計文件內容深度規(guī)定》，有的執(zhí)行《石油化工裝置基礎工程設計內容深度規(guī)定》。說起來兩者相差不大，但在細節(jié)上還是有較大差別的。我認為就當前的項目管理和設備、材料采購模式而言，基礎設計仍按《化工工廠初步設計文件內容深度規(guī)定》已難以滿足要求，應嚴格執(zhí)行《石油化工裝置基礎工程設計內容深度規(guī)定》，對于需要提前采購的長周供貨設備、材料，其設計深度更應細化。
煤化工項目大，裝置多，系統(tǒng)復雜，相互之間的管線、電纜聯(lián)系猶如蜘蛛網(wǎng)。項目工程設計管理除了要求業(yè)主有較強的技術力量外，還需一個總體設計經(jīng)驗豐富的工程設計單位“拿總”，各裝置的設計由各自擅長相應技術的設計單位承擔。
我認為，一些煤化工項目在實施過程中，大多對單項設計方案較為重視，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，總體設計單位的“拿總”水平非常重要。
