大型石化项目全厂自动化实施策略的选取

刘齐忠,林 融,兰鸿森

(1.福建联合石油化工有限公司一体化项目部,福建泉州 362800; 2.中国石化工程建设公司,北京 100101)

大型石化项目全厂自动化实施策略的选取

刘齐忠1,林 融2,兰鸿森1

(1.福建联合石油化工有限公司一体化项目部,福建泉州 362800; 2.中国石化工程建设公司,北京 100101)

随着石化项目的大型化、一体化和智能化,对于大型石化项目的全厂自动化已普遍采用框架性协议项目实施策略。介绍并比较了几种不同的全厂自动化项目实施策略的合同特点、优缺点和实施内容,并在选取理由、工作范围、供货范围和实际项目实施的成功经验和不足的基础上重点推荐了MICC策略,希望能给后续的全厂自动化项目实施的技术和管理人员提供有益帮助。

项目实施策略;主仪表供货商;主仪表控制承包商

0 引 言

在20世纪80年代中期以前,全厂自动化设备主要以电动仪表和就地气动执行机构为主(国外已出现二代DCS,但国内石化企业还未引进),技术含量相对较低,项目相对较小且各装置的仪表控制回路完全独立,此时的项目仪表管理主要从属于工艺和设备专业,工作量相对较小。

到80年代末期至90年代末期,随着第二代DCS的引进,石油化工装置的自动控制水平和设备的复杂性均相应提高,但由于此时的DCS仍为封闭式系统,使得整个项目各包之间的仪表控制仍是独立的。在项目实施的过程中全厂自动化的实施策略主要有两种模式:由设计单位设计、业主采购、控制系统供应商负责系统硬件集成及应用软件组态、施工单位负责实施(现场安装、调试及开车保运等);由装置设计、采购和实施承包商EPC负责,采取交钥匙模式。

21世纪初,一方面由于DCS和网络技术的发展及FF现场总线技术的成熟,使DCS网络成为开放的系统且真正意义上实现了分散控制和集中管理;另一方面由于社会技术与经济发展的需要,石化项目也越来越向着大型化、一体化和智能化方向发展,从而使得全厂自动化设备的管理变得前所未有的复杂与困难。从已经成功实施的几个国内大型合资项目来看,其全厂自动化均采用了框架性协议(又称“保护伞协议”)的采购策略和相应的项目实施策略,只是因各自需求和项目特色不同,具体形式和内容各有不同而已。

下面将对国内大型合资项目中采用的几种项目实施策略进行简要介绍,在此基础上推荐出笔者认为最适用的实施策略,并介绍其详细内容、实施过程和应用效果。

1 全厂自动化实施策略简介

1.1 主仪表供货商(MIV)

MIV,又称主自动化供货商,(MAV)与业主/ PMC签订一个框架协议(Framework Agreement),在此框架协议中规定供货范围内的硬件、软件及安装材料的详细规格、单价,以及系统工程、组态、培训及服务的人工时费单价。在项目实施阶段,在此框架协议的基础上由各个EPC承包商与MIV分别签订针对各个装置或单元的供货及服务合同。对于中心控制室(CCR)等公共部分另招EPC或由业主项目管理承包商(PMC)直接采购。MIV/MAV模式下业主/PMC-MIV-EPCs关系如图1所示。

图1 MIV/MAV项目相关合同关系

MIV策略的主要特点:MIV适用于中小型新建及改造项目。由于与各个 EPC有合同关系(多 EPC情况下),所以工程进度易于受控,业主/ PMC可不直接参与采购,人力负荷需求小;但由于在项目定义阶段(前端工程设计FEED阶段), MIV不介入项目设计,导致工程的标准化与一致性较主自动化承包商(MAC)差。不同EPC由于水平和设计风格的不同或对PMC编写的基础设计文件的理解不同,导致设计标准不统一,且因框架协议约束性较差,仪表自动化专业方面的预算不易控制。

1.2 主自动化承包商

MAC与业主/PMC签订一个全厂自动化总承包合同。在此总承包合同中规定了其供货范围内的硬件、软件及安装材料的详细规格、单价以及系统工程、组态、培训及服务的人工时费率。在项目实施阶段,各个 EPC与MAC之间仅有文件和条件传递关系,无合同关系。CCR等公共部分则另招EPC或由业主/PMC直接采购。MAC模式下业主/PMC-MAC-EPCs关系如图2所示。

MAC策略的主要特点:MAC适用于大型新建项目。在项目定义阶段,MAC就介入项目设计,工程的标准化与一致性很好,且业主/PMC与MAC为单点合同,项目总投资易于受控;但由于MAC与各个EPC无合同关系,可能造成MAC与EPC之间的界面不清(在设计和软件组态的资料交接、现场设备安装、调试阶段会出现纠纷),增大业主/PMC的协调工作量,影响工程进度,由于在项目FEED阶段必须签主合同,所以合同变更可能较多。

图2 MAC项目相关合同关系

1.3 主仪表控制承包商

典型的主仪表控制承包商(MICC)策略是由业主/PMC在项目总体设计和FEED设计前期,通过招标选定一家MICC,并与其签订一个针对全厂控制系统的公共部分(如中心控室内)的总承包合同(主合同)。在此总承包合同中规定了 DCS, SIS,FGS,PLC,MAS等控制系统、安全保护系统在CCR内的硬件、软件及安装材料的详细规格和总价以及系统工程、组态、培训及服务的人工时费总价。另外,还签订了针对各个装置及单元内DCS,SIS,FGS,PLC,MAS等控制系统、安全保护系统(在各个FAR内)及标准现场仪表和阀门定位器(特别是FF仪表)的硬件、软件及安装材料的详细规格和单价及总价和系统工程、组态、培训及服务的人工时费单价及总价的框架性协议。在项目实施阶段,各个EPC与MICC在上述框架性协议的价格及条款基础上再签订针对各个装置和单元的分包合同。MICC模式下业主/PMC-MICC-EPCs关系如图3所示。

图3 MICC项目相关合同关系

MICC策略的主要特点:由于既介入 FEED阶段的设计工作也与 EPC有合同,所以综合了上述两种策略的优点——仪表控制设计的标准化与一致性很好且工程进度易于受控,业主/PMC的协调工作量同MIV和MAC策略相比相对较小。由于在项目总体设计和FEED设计前期必须签主合同,所以合同变更可能较多。

2 全厂自动化实施策略的选取

综上所述,笔者认为可在上述三者中选取MICC作为大型合资项目的全厂自动化实施策略。

2.1 理 由

a)项目特点的要求。大型合资项目的设计、施工分别由多个国内外的 EPC完成,若没有一个MICC来协助业主/PMC统一管理,则很难保证仪表自动化专业设计标准的统一。另外,MICC在国外大型项目仪表自动化专业方面的管理和实施中已有相当多的成功经验。

b)自动控制技术发展及工艺技术进步的要求。随着石油化工装置对自动控制水平的要求日益提高,仪表控制系统在项目投资中所占比例也日益增加,从而使得项目管理的难度增大。同时,各EPC对由MICC提供的DCS/FCS,SIS,FGS等控制系统及部分先进仪表控制设备的理解、设计经验水平不一致,有必要利用MICC在大型项目中仪表自动化专业方面的项目管理经验和最新的自动化设计应用经验。

c)项目总体设计技术水平的要求。采用过程控制系统和信息管理系统(包括生产执行系统MES和企业资源管理系统ERP)集成的“管控一体化”方案已是各项目总体规划的必然选择:过程控制系统(PCS)是由DCS/FCS,SIS,FGS,机组控制系统(CCS),机组状态监视系统(MMS)等高度集成,并将全厂的生产过程信息集成于全厂的实时数据库(RTDB)中,为MES和 ERP提供基础数据。由于PCS结构复杂,各种接口界面种类繁多,数量巨大,为确保系统集成的无缝连接,需要有一个MICC来协助业主/PMC统一管理、实施。

d)国内外项目执行的经验。采用先进的自动化实施策略在国外已有很多成功的经验,在国内已实施的3个大型合资项目使用了MIV或MAC策略,虽各有不足但总体上还是很成功的。

e)项目投产后的系统维护的要求。项目建成投产后仪表控制设备的维护区域和工作量将大大增加,要想减轻维护压力只有在充分提高系统整体控制水平的基础上保证仪表控制设备来源的单一化,尽可能地减少仪表控制设备的厂商数量。MICC可在项目实施阶段协助业主确保项目控制标准的一致性,整合及优化资源。在项目投产后既可减少维护工作量也能减少各种仪表控制设备的备品备件的投资。

f)该策略的可行性好。该方案理论上结合了MAC和MIV两种模式的优点,相互弥补了项目执行过程中的缺陷。

1)在管理上,在FEED和详细设计阶段由于使用MICC在仪表自动化工程的进度和质量控制等方面的功能,有利于仪表控制系统设计标准的一致性及设备型号的标准化,同时合理地控制了项目执行进度。

2)由于EPC是按照MICC在FEED阶段开发的功能设计规格书(FDS)及角色和职责中定义的工作范围进行设计,且MICC参与EPC的详细设计工作,避免了EPC在设计上的失误,提高了设计质量,有利于保证进度,适合于项目时间紧的特点。

3)由于MICC与EPC有合同关系,减少了管理界面。一方面使 EPC成为相关区域的总承包商,避免出现设计文件交接和设备调试及试运行阶段的纠纷;另一方面,由于他们相互之间有合同约束,可保证项目执行工期。

在FEED和详细设计阶段可能会出现MICC和PMC管理功能的少量重叠,但可以采用合理的合同策略(如实报实销模式),细化合同要求来避免。

2.2 策 略

MICC的整个项目执行过程可分为FEED和EPC两个阶段,EPC阶段又可分为详细设计和软件组态、现场设备安装、调试两个阶段。

a)FEED阶段。承担项目策划工作和项目执行计划,列出其供货范围的详细规格和单价以及系统工程、组态、培训及服务的人工时费率,负责过程控制系统FDS的编写,编写MICC和EPC在项目中的角色、职责及协助业主审查 EPC标书中的相关报价等。

b)详细设计阶段。由业主、PMC和MICC根据FDS,项目技术规定及业主与EPC的合同条款进行对EPC的设计监督和审查工作。MICC在仪表控制专业方面根据其制订的由业主认可的项目执行计划及FDS协助 EPC的详细设计工作。当EPC与MICC签订供货合同后,MICC按合同供货和提供相关的技术服务。

c)软件组态、现场设备安装、调试阶段。EPC作为所负责区域的总承包商负责完成设备安装、调试等工作,MICC依据与业主和 EPC的合同负责供货、硬件集成、软件组态、现场服务和协助 EPC的工作,并提供技术培训及售后服务等。

2.3 MICC的供货范围及分包策略

a)供货范围。DCS,SIS,FGS,实时数据库(RTDB)与第三方系统集成的接口软件及其职责范围内的控制系统所需电/光缆,也包括部分现场仪表(如FF/HART现场总线变送器、FF/HART现场总线I/P定位器等)。

b)分包策略。对MICC供货范围以外的仪表控制设备建议采用如下策略。

1)对数量较大、技术复杂的仪表控制设备,如在线分析仪表、未随机组成套的CCS,MMS,PLC等控制系统采用由业主/PMC统一签订框架协议。

2)对数量较小或数量较大但技术含量较低的其他仪表控制设备,如质量仪表、热电偶等检测元件及特殊仪表控制设备,则由 EPC根据业主提供的供货商名单招标选取。

3 实施及应用效果

上述项目全厂自动化实施策略是项目定义阶段经过深入细致地评估与论证后确定的,随后于项目FEED阶段前期,经过网上公开招标后选取了一家经验丰富的DCS生产厂商作为MICC。

3.1 项目实施

在MICC确定后,即开始编制相关控制系统的基础设计文件、制订项目执行计划、审查项目修订技术规定、细化项目执行策略、编制 EPC与MICC相关控制系统的询价文件等工作并交业主/ PMC审查批准。

在详细设计阶段,按照FEED阶段制订的项目执行计划和策略要求,协助EPC进行相关控制系统的详细设计,协助业主审查EPC的相关详细设计文件,向 EPC报价并进行技术澄清,在合同签订后则进行系统软硬件采购、系统配置和软件组态,并通过 EPC协调第三方控制系统与DCS完成系统集成的通信测试,组织工厂验收测试(FAT)。

在FA T完成后,则根据 EPC的现场施工计划,按要求将设备打包运至施工现场,负责设备安装指导,组织协调控制系统上电、调试和现场验收测试(SAT),配合EPC实施回路测试和联调,提供业主现场培训和开车保运服务等。

3.2 应用效果

MICC经过国内某大型合资炼油化工一体化项目的实际检验,非常成功地实现了各种控制系统之间的无缝集成、完成了全厂自动化项目的实施和管理工作。

a)以DCS为基础的过程控制系统集成、配置、软件组态、系统调试、现场联调和装置开车均取得了圆满的成功。

b)FF现场总线和 HART智能仪表在传统DCS和FF现场总线系统兼容的情况下实现了完美的结合,在现场仪表调试和开车试运中几乎没有出现大的问题,为项目所有装置、单元的一次开车成功提供了有力的保证。

c)充分发挥了MICC项目经验丰富、风险防范意识强的优势,在FEED阶段即对后续的项目实施进行了全面的分析评估,制订了风险防范措施;在FEED阶段由根据各EPC包的具体实施情况及时发现问题并进行风险预警,提请业主、EPC注意并及时解决。

d)MICC利用其丰富的技术资源优势,无论是在详细设计还是在现场施工阶段全力协助业主进行质量控制(详细设计图纸审查、现场仪表设备安装质量检查等),在保证了项目全厂自动化设计和施工质量及项目标准化一致性的同时,很好地弥补了业主项目管理人力不足的缺点。

e)MICC根据框架性协议要求,为业主提供了极为周到的现场服务:现场培训、仪表控制系统调试联调问题处理、装置开车保运等。

项目实施和管理工作中也有不足。

a)由于MICC针对不同的EPC包由不同的项目组和工程师完成,水平和项目经验不同,相互沟通不及时,或多或少出现了一些设计和组态的标准化和一致性不统一的问题。

b)作为EPC的供货商,MICC在执行项目标准化和一致性要求时不是很彻底,所以还需业主及时发现并纠正。

c)在对第三方包设备控制系统的通信组态中,由于没有合同关系文件交接不好控制,需业主或EPC等合同方帮助协调。

4 结束语

随着石油化工项目的大型化、一体化和智能化,无论是大型合资项目还是国内独资项目均已普遍采用框架协议这一全厂自动化项目实施策略,并取得了一定的成功经验。

[1] 林 融.智能化生产技术在炼化一体化项目上的应用策略探讨[J].乙烯工业,2005,17(4):1-7.

[2] 无忧研修网.项目管理模式的变化及EPC合同的风险与对策[J/OL].工程管理,(08-11-25)[2010-01-18].http:// www.51yanxiu.com.

[3] 邓 彦.项目管理模式的变化及EPC合同的风险与对策[J].湖北经济学院学报:人文科学版,2009,(2):36-37.

The Selection of Plant Automation Implementation Strategy for Large-Scale Petrochemical Project

Liu Qizhong1,Lin Rong2,Lan Hongsen1
(1.Fujian Refining&Petrochem.Co.Ltd.IPMT,Quanzhou,362800,China; 2.Sinopec Eng.Incorp.,Beijing,100101,China)

Accompanied with the large scaled,integrated and intelligent of the petrochemical project,the framework agreement implementation strategy has been widely adopted for plant automation on the large-scaled petrochemicalprojects. The contractfeatures,advantages and disadvantages and implementation scope of several different plant automation implementation strategies are described and compared.The MICC strategy based on the reasons presented for selecting,scope of work,scope of supply and actual successful experience and shortcoming of the project implementation is recommended. It is wish that can help the technical and management people for future plant automation project implementation.

project implementation strategy;MIV;MICC

TP273

B

1007-7324(2011)01-0036-04

2010-10-22。

刘齐忠(1965—),男,1987年毕业于湘潭大学工业自动化专业,任过程控制高级工程师,从事炼油工艺操作8年、DCS维护开发7年、技术管理和项目管理8年,现为福建联合石油化工有限公司一体化项目部高级技术经理、仪表经理,已发表论文19篇。