对化工装置中交前开展设计“三查四定”的探析

汪寿建

(中国化学工程股份有限公司，北京 100007)

专 题 综 论

对化工装置中交前开展设计“三查四定”的探析

汪寿建

(中国化学工程股份有限公司，北京 100007)

设计“三查四定”是化工建设项目在工程“三查四定”中的一项重要内容，单独增加设计“三查四定”可以发现设计过程中存在的一些重大设计问题以及设计与标准规范不符的地方，这些会影响化工投料试车和安全生产。对此要予以高度重视，对工程质量把好最后一道关，以确保装置化工投料试车一次成功。

设计；审查；隐患；整改；试车

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.001

大中型化工建设项目在建成中交前的“三查四定”是化工行业在项目建设过程中必须经历的一个重要过程，也是对化工建设项目的工程质量再把一道关的有效手段。早在1988年，原化工部颁发的化工试车规定中就已明确规定，“三查四定”是工程的质量保障，是确保装置单机试车、预试车和化工投料试车成功的有效手段。特别是国家大中型重点工程都应该在项目建设中交前有序开展 “三查四定”工作，并作为一个程序固定下来。基于这个原因，为确保一个化工新材料项目能够一次投料试车成功，组织有关专家开展“三查四定”是非常必要的。

1 概述

在实践中通过一定形式开展“三查四定”工作，可以发现出一些问题，包括比较严重的问题，这些问题在某种程度上都会影响装置投料试车的成功率。对检查出来的问题进行分析、论证和整改是非常重要的，一旦整改方案确定后，必须及时完成整改，才能保障装置投料试车的顺利。所以说，“三查四定”是确保生产装置预试车、投料试车成功的非常有效的措施，由设计单位、工程建设单位(承包商)或业主单位组织相关工程技术人员开展一定形式的“三查四定”检查工作就显得非常必要，如设计质量检查、采购质量检查、工程施工质量检查等，由此可引申出不同类型的“三查四定”模式，但不同的“三查四定”模式所涵盖的内容和形式的差异，会导致“三查四定”的工作范围、检查内容和检查程序的不同。比如设计“三查四定”和工程“三查四定”是有很大区别的，前者的重点是放在设计层面上进行工程质量审查，后者的重点是放在工程施工建设层面上进行的审查。因此，为了区别设计 “三查四定”与工程“三查四定”③，有必要给“三查四定”一个定义。所谓设计“三查四定” ，可以定义为：重点在设计层面进行工程质量的审查，以发现设计过程中可能存在的问题并进行整改。“三查”是查设计漏项、查设计错误引起的工程隐患、查设计未完成引起的工程尾项；“四定”是对检查出来的设计问题尽快确定修改方案，根据设计修改方案尽快确定修改任务，根据修改任务尽快修改责任人员和确定修改完成时间计划控制点与工程整改进度。

2 审查项目概况分析

2.1 项目设计

当我们进行的是一个工程的设计“三查四定”审查工作时，面对的是一个什么样的设计项目？这是首先必须搞清楚的问题。只有把工程设计项目搞明白，才能组织相应的资源，包括对设计审查人员的基本素质要求以及准备必要的工作审查程序和提供编制相应的审查规定(若有相应的标准规范可以省略)。设计“三查四定”项目的基本情况如下。

项目设计规模是一套年产百万吨级PTA产品的生产装置，生产装置核心工艺技术是引进国外专利商INVISTA的工艺包，由国内工程公司配套详细设计和辅助设计。INVISTA核心工艺技术是以二甲苯(PX)为原料、醋酸为溶剂的液相空气催化氧化工艺，生成的粗对苯二甲酸(CTA)再经加氢生成精对苯二甲酸(PTA)。为满足工艺生产过程的要求，控制技术采用DCS，对工艺参数进行自动采集与控制，以确保全装置高效、稳定、可靠运行。出于安全考虑，设计项目采用了独立的安全仪表控制系统(SIS)，对生产过程中的一些重要温度、压力、流量、物位等参数设置了安全联锁及报警，对重要阀门设置了开关状态显示，并采用DCS实现对开关阀、泵等设备的自动化控制。

生产装置由PX氧化工序、PTA精制工序、辅助工序和R2R等工序组成。PX氧化工序包括工艺空压机和尾气处理、氧化反应器和冷凝器、CTA分离、结晶和干燥、溶剂处理、母液和放空气处理、溶剂回收、催化剂制备和回收以及CTA产品气输送和CTA料仓等；PTA精制工序包括加氢反应进料预热、加氢反应、氢气回收及压缩、PTA结晶、分离和干燥、母液和放空气处理、PTA产品气输送；辅助工序包括氮气压缩机、废水系统、尾气干燥、密封水系统、PTA成品料仓、蒸汽和凝结水系统、日用储罐、液氮接收；R2R工序包括R2R回收框架、废水提升池等。

中间产品PTA为白色结晶粉末状固体，自精制干燥机出料后，利用气体输送至PTA中间产品料仓，为延长产品链以便向其他化工新材料提供中间原料，剩余部分输送至PTA成品料仓后，由园区运输设施外运。

2.2 流程特点

设计项目的主要工艺流程由几部分组成。

2.2.1 PX氧化工序

PX氧化反应所需空气由工艺空气压缩机提供，原料液由来自罐区的PX原料、醋酸和催化剂组成，混合液被注入氧化反应器中。在氧化反应器内，反应释放的热能由溶剂蒸汽和水蒸气带走，经过冷凝器，产生中、低压饱和蒸汽回收热量。未冷凝气体进入高压吸收塔，经洗涤吸收对二甲苯、醋酸甲酯及醋酸。塔顶的含液尾气经过气液分离、蒸汽预热和有机组分处理后，部分尾气再经冷却和干燥后用作惰性气体，主要用于气体输送，剩余尾气直接用于尾气膨胀机。CTA结晶、分离、干燥过程中，氧化反应器中浆料依次进入3个结晶器，通过逐步减压，CTA大部分析出。CTA浆料在一级结晶器与同时加入一定比例的工艺空气进行二次氧化，部分CTA会结晶出来，再经二级结晶器和三级结晶器的两级结晶，使浆料达到分离要求后，送至CTA旋转真空过滤机进行分离。过滤出的CTA滤饼用醋酸溶剂洗涤后，通过螺旋输送机输送到CTA干燥机干燥。干燥后的CTA粉料送入CTA料仓。溶剂回收是通过溶剂汽提塔将醋酸/水溶剂和非挥发性组分分离，少量的残渣经溶剂汽提塔采出后送至残渣蒸发器，进一步将残渣中的溶剂蒸出，然后回收残渣。溶剂脱水塔将氧化反应产生的水、高压吸收塔加入的水通过加入共沸剂，使其从溶剂中分离出来，回收的溶剂再送回各用户。

2.2.2 PTA精制工序

先将CTA溶解于水中，在高温、高压下选择性加氢，将4-羧基苯甲酸(4-CBA)转化为易溶于水的对甲基苯甲酸，通过结晶、液固分离和干燥等过程，生产出PTA。

进料配制。CTA粉料经计量送入进料打浆罐与定量循环利用的水形成均一的浆料，浆料经过溶解进料泵加压后，通过结晶预热器加热，浆料质量分数达到30%。再由溶解进料泵进行二次加压，二次加压后浆料经6个预热器预热后送至加氢反应器。

加氢反应。经预热后的CTA水溶液连续进入到加氢反应器中，流经催化剂床层，与氢气反应，将CTA中所含的副产物4-CBA还原成水溶性的对甲基苯甲酸，氢气由氢气压缩机供给至加氢反应器。

PTA结晶。加氢反应器底部出来的PTA溶液，经过连续五级结晶器，浆料通过液位控制逐渐减压降温后，产生闪蒸蒸汽和PTA晶体。

PTA分离和干燥。从第五级结晶器出来的浆料送至旋转压力过滤机进行过滤，滤饼下料通过旋转阀进入出料螺旋输送机，再输送至PTA干燥机。从旋转压力过滤机出来的蒸汽和母液进入母液回收系统。在干燥机中通过蒸汽加热及通入惰性气体带走水蒸气的方法对滤饼进行干燥。干燥后的PTA产品送至料仓。

2.2.3 主要工艺特点

采用超大型氧化反应器，生产能力增大；回收氧化反应热量，副产蒸汽，降低能耗；CTA采用一级真空过滤分离技术；采用醋酸正丙酯共沸蒸馏，以提高溶剂回收率；加氢反应器采用独特设计，提高加氢反应效率；精制单元采用压力过滤机一次分离工艺；增设氢气回收系统，降低原材料消耗；提高高、低压尾气回收利用率，降低能耗；缜密的生产控制和安全控制系统，确保装置安全、稳定、长周期运行。

3 审查应遵循的原则

3.1 “三查”主要内容和范围

设计“三查”把脉要准[1]。对相关专业的每一张重要的设计图纸、表格和数据，每一项重要工艺(专业)技术方案，每一项重要控制方案，每一台重要设备、管线、阀门、仪表和材料等设计质量进行严格把脉，对审查出来的问题按规定的表格进行分类记录和统计。

3.1.1 查设计漏项

要结合本项目百万吨级PTA产品的主要生产装置设计竣工图表相关文件，参照工程施工现场实际情况以及同类工程开车过程中存在的共性问题、关键设备制造过程中存在的修改变更问题、主要设备采购过程中因外部条件变更引起的修改变更问题，对最终设计施工图纸进行审查(包括自查和外查)，确认是否存在重大设计漏项和是否有必要进行修改补充设计或修改补充完善设计。

3.1.2 查设计隐患

由于设计隐患可能引起工程质量不合格，而不合格的工程质量可能会对装置投料试车或安全生产产生重大影响，导致试车不成功。仔细检查在关键工艺方案、重点设备设计以及管道安装、材料选择等方面是否存在隐形错误以及对工程质量可能造成的隐患危害程度等；杜绝由于工程标准更新、排放标准更严、环保安全要求更高，而可能产生的工程质量隐患。

3.1.3 查设计未完工项目

由于某种原因，导致设计遗留下来的问题在审查中未得到解决，造成的设计(或工程)未完工项目。由于不重视或遗忘这些未完项目，可能会对装置投料开车造成严重影响。应逐项对照项目完工单进行检查，确认按照工程进度计划应完工而未完工的项目，在此基础上进行整改。

3.2 “四定”主要内容和范围

设计“四定”工作要细[1]。被审查设计负责人(项目经理)应会同设计人员、审查人员，对查出的问题逐项进行论证。凡是影响开车、正常生产、安全生产的整改项必须修改。对“锦上添花”可上可不上的整改项，原则上可以不整改，以保证工程进度和控制工程费用。对于必须增加的整改项，尤其是重大问题(包括设备开口、控制方案、工艺流程、管径150mm以上管线的增减等)要进行充分论证，并征得设计单位技术负责人的批准。

3.2.1 确定最终整改方案

被审查方提供的设计文件图纸、表格应是最终的专业设计文件版本，是最终的施工工艺流程。通过设计“三查”，对被审查出来的设计漏项、设计隐患以及设计未完工项目并且被确认是需要进行相应的整改项目，应进行严格研究和论证，在此基础上尽快提出最终的整改方案，并予以确认。

3.2.2 确定最终任务下达

要根据审查确认的整改方案，特别是重点工艺流程以及关键设备的整改方案，将在此基础上制定出解决整改问题(可能包含相关工艺、设备、材料、管线以及电仪在内)的全部措施分解到各相关专业设计方，并且以正式任务单的形式，尽快下达落实整改。

3.2.3 确定整改责任人员

要根据确认的整改任务单，进一步明确设计修改完善责任人员，按照修改任务单和修改计划及时组织相关人员进行修改，并将相关修改文件及时下达到有关施工方进行现场施工。

3.2.4 确定整改完成时间

要根据以上整改任务和整改方案，制定满足设计修改和现场施工的整改计划表和控制进度，确定最终完成整改的日期，并统一部署项目现场工程实施。

设计“三查四定”标准控制要严。审查组织单位应根据所在设计单位是否已有设计“三查四定”审查程序、管理办法和作业文件等，有序开展审查工作，同时也应参照设计单位各专业设计过程中所采用的国家标准、行业标准和企业标准，从严进行设计审查，把好设计最后一道关。若设计单位没有设计“三查四定”相关的审查文件和规定时，设计审查组织单位应在开展设计审查前先组织编制好设计“三查四定”审查工作程序和审查规定以及相关的设计国家标准规范。

4 化工装置易发生设计质量隐患的分析

设计“三查四定”的重点主要是在设计层面进行，重点应包括：各专业最终完成的设计文件(图纸、表格、说明书或计算书)、主要工艺设备材料采购文件清单(采购合同主要技术附件)以及在施工过程中与设计专业修改相关的施工竣工文件(修改联系单、设计文件及说明书等)等三部分。[1]这些审查文件应由被审查单位和设计人员完整、准确提供，作为设计“三查四定”审查方的重要依据。审查实践表明，下面这些问题会经常遇到[2]。

4.1 缺少必要的阀门

主要设计专业较大面积的设计漏项是较少发生的，但影响生产操作或不方便开车操作的设计遗漏则较容易发生。当生产装置施工完成之后，尤其是在准备开车的过程中，操作人员会发现有一些设计遗漏问题，如在生产装置中通常要用到成千上万只阀门，而大多数阀门都是用于关断或开通管道的，尤其是对于切换操作的管道，正常生产中操作人员会经常进行阀门的关闭或开通操作。若遗漏必要的切断阀、联通阀、放空阀及排液阀等重要部位的阀门，将很难进行有效的操作。管道设计的一个基本原则，是在设备管道的高位点设置放空设施，在设备管道的低位点设置排液设施。

4.2 缺少观察操作和检修的各类钢结构平台

对于手动操作阀门、现场仪表元件(如压力表、液位计等)、安全阀、弹簧支吊架等管道元件，在生产过程中需要操作人员定期或不定期进行现场操作或观察。这类管道元件应置于操作人员能够接近的地方，或设置相应的操作平台，否则会影响正常的生产操作。同理，对于停工期间需要接近的操作点和检修点，也应检查其能否满足操作和检修的要求。许多生产装置经常出现个别操作点或观察点因位置太高而无法接近的现象。

4.3 缺少必要的设计操作说明指导

设计文件中经常会缺少一些必要的操作要求或设计说明[3]，如管道专业的气动阀或电动阀等特殊阀门的操作及维护要求、采样系统的操作程序、弹簧支吊架的定位要求、膨胀节的安装要求、高温法兰密封的热紧要求、停车时的管道吹扫、氮封(如果工艺专业有要求)等要求。若设计文件中缺少必要的说明和要求，会影响装置的正常生产操作，甚至会危及到压力管道的安全性。

4.4 缺少完整的设计修改和变更资料补充说明

终版设计文件不完整主要是因设计修改和设计变更方面发生了变化，而没有及时进行补充修改后进行升版所致。由于在设计、采购和建设过程中经常会发生工作上的错误，继而引起设计的修改和变更，当发生这种情况时，若没有及时将设计修改变更文件作为设计文件的一部分存入终版设计文件中，同时也没有在原设计文件中进行有效的标识，会导致一些装置的设计终版文件因缺失修订内容标识和修订文件的保存而出现不完整性，造成实物与图纸对不上号，甚至出现重大错误。

4.5 缺少相关完整的安全保护措施和标准要求说明

装置设计时必须满足相关的防火、防爆、环保等规范以及地方劳动安全法规的要求。这些规范和法规涉及面广，执行起来很复杂，很容易被疏忽。例如，法兰、阀门等泄漏点到配电室及中心控制室的防爆间距问题，灭火蒸汽分配系统距灭火点距离问题，系统相应位置附近应设置事故淋浴器和眼冲洗器的问题等。但上述的规范和法规一般都是强制性规定，是不能违背的。检查设计文件时应根据规范和法规逐项进行，检查这些规范和法规是否得到贯彻和落实。在设计审查中，一旦发现有违背规范和法规的问题，或者是相应的防护措施没有得到落实，或者是相应的防护措施设置不合理，应及时提出整改意见。

4.6 缺少相关完整的采购设计施工文件资料

采购文件与设计文件相符性原则是必须遵守的基本原则。如果采购文件与设计文件不相符，则应由专业设计人员进行技术评审，并确认其可靠性，否则应更换产品或采取必要的补救措施。例如，以大壁厚管子代替小壁厚管子一般是可行的，但对于大直径高温管道，尤其是当它与敏感设备相连时，则应由相关专业设计人员进行静应力分析校核，并确认其各项力学指标满足要求。如果管道上装有弹簧支吊架，还应进行弹簧支吊架承载校核，并确认是否需要更换或调整弹簧支吊架参数。被审查方应尽可能提供完整的采购文件清单，特别是关键设备的采购文件，检查采购竣工文件是否齐全、关键参数是否与设计文件相符，并核对采购变更后的资料是否与工艺文件一致。这是保证产品质量乃至保证压力管道安全运行的有效证明资料。通过查阅采购技术附件，可以了解采购产品的质量保证情况，判断产品质量隐患，从而采取有效的措施加以防范。如果采购文件中没有这些方面的要求，甚至没有相应的采购技术参数，则应对产品进行认真评审，或通过合适的检查、试验以确认其可靠性，否则应更换产品或采取必要补救措施。

4.7 缺少相关文件资料补充说明和登记造册

采购代料单通常是由采购人员提出、设计人员签字同意的技术资料，它已不同于原设计的采购文件，但它应是设计文件的一个组成部分。如果采购变更文件没有设计人员的签字，应将它交给设计人员评审，并确认其可行性。需要指出的是，采购变更往往是在货源找不到或制造周期不能保证等情况下被迫发生的，因此代用产品并不是最合适的产品，有时甚至是带有附加条件的。例如，在超过 500℃的高温下，用超低碳奥氏体不锈钢代替低碳或高碳奥氏体不锈钢，除了校对其强度外，还要在运行过程中密切观察其蠕变量，一旦蠕变超过一定的量，就应停止使用，否则会酿成事故。因为蠕变破坏是在较长一段时间内发生的，开车初期，不会产生蠕变破坏，因此用容易买到的超低碳奥氏体不锈钢代替低碳或高碳奥氏体不锈钢作为短时间应急用，暂时也是可行的，但对于这些有附带条件的设计变更，应进行登记造册，并按附带要求进行监测。

4.8 缺少相关产品的随箱完整资料

产品随箱资料除产品合格证明书等常规资料外，还应包括产品描述的详细资料和产品操作维护说明书。产品描述资料是后续改造设计或采购更改、 替换、 维护的重要基础资料。例如，对含有易损件的产品，当更换易损件时，应该根据原易损件的要求定购，否则可能会影响到产品的使用性能。产品操作维护说明书是保证正确使用产品的重要文件，操作人员必须按操作维护说明书的要求进行操作维护，否则可能会影响到产品的使用性能，甚至使产品遭受毁坏。因此，产品的随箱资料是采购文件中的重要部分，如果缺少应向制造商追要。

5 设计审查主要成果分析

通过资源配置集中了几十名审查专家，对工艺、系统、管道、管材、管机、机泵、设备、粉体、仪表、电气、建筑、结构、暖通、给排水、环保、安全等专业进行了设计“三查四定”工作，共审查了相关图纸4 258张，表格8 558张，另外还对HAZOP审查报告、部分机泵制造商文件、应力计算书、包装机成套资料、环评报告、环境保护专篇、安全设施设计专篇、职业病防护设施设计专篇等也进行了抽查，各专业审查图纸表格文字工作量见表1。

表1 各专业审查图纸表格文字工作量

针对各专业大量的审查工作量，审查专家对相关专业重要的设计图纸、表格和数据，重要的工艺方案和控制方案，重要的关键设备以及配管、阀门、仪表和材料等进行认真地审查，并分类记录。在设计审查过程中，无论是内审设计人员，还是外审专家，都不要放过任何疑问，特别是一些所谓的“三小”问题，即“小错误、小漏项，小隐患”等[4]，小问题不整改都有可能影响到装置的投料试车和安全生产。各专业在设计“三查四定”中共审查出391条主要问题，归纳为一般性问题、需要设计进一步复核的问题、必须整改的问题和进一步优化的建议等内容。各专业审查问题分类见表2。

表2 各专业审查问题分类

6 结语

综上所述，通过本项目设计“三查四定”审查，检查和发现了在设计过程中存在的一些共性问题，即设计尾项与设计标准规范有冲突的待定问题。有些问题还比较严重，甚至会影响到化工投料试车和安全生产。通过设计“三查四定”审查出的问题，应引起工程建设相关单位和工程技术人员高度的重视，特别是对影响单机试车、预试车和化工投料试车、正常安全生产和环保排放的各类问题都必须进行设计和工程的整改完善。该增加的设计方案、措施和投资务必增加，该整改完善的设计务必投入人力进行修改，以确保本装置能够一次投料试车成功。

[1] 赵荣彬.广西石化和泉州石化异构化装置在“三查四定”阶段发现的问题与分析[J].石油工程建设，2015，40(3)：87-89.

[2]王杰夫，刘兵.大型LNG项目“三查四定”工作思考[J].安全，2014(8)：50-52.

[3]田晓华.石油工程建设项目“三查四定”的再思考[J].石油工程建设，2012(5)：67-69.

[4]魏力，金丰源.化工建设工程“三查四定”和单机试车前注意的问题[J].辽宁化工，2009(3)：189-190.

修改稿日期： 2017-02-28

Discussion on the Design of “Punch list” before the Mid-delivery of Chemical Engineering Equipment

WANG Shou-jian

(ChinaNationalChemicalEngineeringCo.，Ltd.，Beijing100007，China)

The design of “punch list” is an important content in chemical construction projects.Major designing problems or contents which are at variance with standard specifications can be found by separate design and application of the punch list and such designing problems may influence the commissioning and safe production.Therefore，special attention shall be paid to the punch list which acts as a crucial safeguarding line for engineering quality so that the chemical test-run can be successfully conducted.

design；review；hidden danger；modification；test run

汪寿建(1956年—)，男，江苏无锡人，教授级高级工程师，长期从事化工、煤化工工程设计、开发及技术管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.001

TQ086

A

1004-8901(2017)02-0001-05