化工项目自动化仪表工程设计管理经验总结

王恒伟

中海油惠州石化有限公司 广东 惠州 516086

随着科学技术的进步和发展，现代工厂的自动化程度越来越高，尤其是化工行业对自动化控制的要求极高，自动化仪表工程的设计和安装质量对工业装置的稳定运行有较大的影响。自动化仪表工程详细设计的质量和进度对后续现场施工质量和进度起到了决定性的作用，因此提高详细设计管理质量对自动化仪表工程的整体质量和进度有促进作用，同时也对日后生产运营的稳定性提供了保障。笔者有幸参与了几个化工项目的自动化仪表工程的设计管理和施工管理工作，现将设计管理过程经验并结合后续施工管理的问题进行总结，希望对提升自动化仪表工程设计和施工管理的水平有一定的参考价值。

1 自动化仪表工程详细设计阶段主要工作

自动化仪表工程在化工项目详细设计阶段需交付的设计文件主要分为两部分，一部分是仪表设备和材料的询价文件，用于仪表设备和材料采购；另一部分是仪表施工图，用于现场仪表施工。由于自动化仪表专业受工艺、动设备、静设备等专业的条件影响较大，因此尽量在工艺PID（管道仪表流程图）以及动、静设备等基本确定的前提下，交付仪表设备询价文件，否则工艺及动、静设备的变更都可能造成仪表询价文件的修改，就可能需要重新采购仪表设备，从而造成设备投资的浪费及施工进度的滞后。此外，为了保证仪表施工图的设计质量并减少后续施工过程中的设计变更，除自动化仪表专业采购的仪表设备需及时准确反馈相关资料外，如大型压缩机组、机泵、烟气脱硫脱硝设备等其他专业采购的成套包设备中的仪表设备相关资料也需及时准确地反馈给仪表专业用于施工图设计。

为了满足自动化仪表工程详细设计的进度和质量，详细设计阶段主要的设计管理工作包括：

（1）依据询价文件进行仪表设备和材料采购[1]，并及时将厂商仪表设备资料反馈给设计院相关专业进行施工图设计。

（2）负责其他专业成套包设备中自动化仪表设备的相关技术确认工作。

2 自动化仪表设备和材料采购管理

化工项目详细设计阶段的仪表设备和材料是按照采办策略分为不同的采办包进行采购，每一个采购包从设计院发出仪表设备询价文件到设计院收到中标厂家返回的资料进行详细设计，需要经过如图1 所示的8 个步骤，技术确认流程、商务采购周期以及厂家返回资料的周期都比较长，整个流程顺利的情况下一般也需要2～3 个月，因此在采购自动化仪表设备和材料前需结合项目整体进度制定合理的采购计划就显得格外重要。

图1 采购流程示意图

制定采购计划一般需要考虑对相关专业设计的影响、供货周期以及现场施工需求这三方面的因素，但由于仪表专业的施工处于整体施工的后期，应优先考虑对相关专业设计的影响来合理制定采购计划，以满足详细设计进度和质量的要求，其次再结合实际情况考虑供货周期和现场施工需求。

2.1 自动化仪表设备和材料采购对相关专业设计的影响

自动化仪表在生产运营企业中一般是分为三个方向来进行维护管理，分别是常规仪表、过程分析仪表和控制系统。因此在化工项目详细设计阶段需要采购的自动化仪表设备一般也分为常规仪表、过程分析仪表和控制系统三类[2]。此外，仪表材料类虽然在生产运营中维护工作较少，但却在项目建设过程中起到了至关重要的作用，也是项目采购的重点。化工项目自动化仪表设备和材料分类如图2 所示。

图2 化工项目自动化仪表设备和材料分类示意图

各类仪表设备对相关设计专业的影响[3]如下：

（1）常规仪表：包含仪表阀门、流量仪表、物位仪表、温度仪表和压力仪表。仪表阀门和流量仪表是需要安装在管道上的仪表设备，直接影响配管专业的设计[4]，因此需要将仪表阀门和流量仪表的过程接口和外形尺寸图等资料提交给配管专业；物位仪表如雷达液位计中有导波管安装要求的，需要将导波管的安装要求提交给静设备等专业；温度仪表和压力仪表一般来说对相关专业设计影响较小，但如有特殊安装要求的，需要将安装要求提给相关专业。

（2）过程分析仪表：包含色谱分析仪、磁氧分析仪、总有机碳分析仪、CEMS 分析系统、pH 分析仪、可燃气体检测器、有毒气体检测器等。过程分析仪一般随分析小屋或分析机柜成套供货，因此需要将分析小屋或机柜的外形尺寸及重量等资料提交给土建和电气专业分别进行土建基础设计和接地设计。此外过程分析仪表需从工艺管道中取样进行分析，并需用到水、电、气、风等公用工程，还需要对废气废液进行回收和排放，将取样接口规格、相关的公用工程用量和接口规格、废液排放的种类、数量和接口规格等资料提交给相关专业。

（3）控制系统：包含DCS 系统、SIS 系统、GDS 系统、MMS 系统等。控制系统一般是以机柜的形式安装在机柜间内，因此需要将系统机柜的数量和尺寸等资料提交给建筑专业进行机柜间的设计。此外控制系统的机柜内部接线端子表对仪表专业的施工图设计影响很大，需要将这部分资料提交给仪表专业用于电缆接线表的设计，这部分设计工作在仪表专业施工图设计中占比非常大。

（4）仪表材料：仪表桥架、电缆及补偿导线、接线箱及格兰、气源球阀及气源分配器、卡套管阀件、非卡套管阀件等。仪表材料大多属于规格定型的标准产品，制造商可以按照设计要求的规格尺寸进行生产，不需要等待厂家返回资料给相关专业提条件，因此基本不影响其他专业的设计。但仪表电缆及补偿导线的外径信息需要制造商返回，但仅会影响到仪表专业自身对格兰规格的选择。

2.2 自动化仪表设备采购计划合理建议

化工项目详细设计阶段自动化仪表设备的采购计划应优先考虑对相关专业设计的影响以满足各专业的施工图设计进度要求，原则上应优先采购需要提交资料给设计院相关专业进行设计的仪表设备。随分析小屋或分析机柜成套供货的过程分析仪表对配管、给排水、电气、土建等专业均有影响，因此建议需优先采购。控制系统主要影响仪表专业的接线图设计，在I/ O 点的数量和类型基本确定的前提下应尽早采购，以便尽早完成I/ O 端子分配和电缆接线表的设计。常规仪表中仪表阀门和流量仪表会影响配管专业设计，需要优先采购，物位仪表、温度仪表、压力仪表等有特殊安装要求且对配管和设备等专业有影响的应优先采购。

自动化仪表设备的采购计划在优先考虑相关设计进度的前提下，可以结合设备供货周期和现场施工需要等因素进一步优化采购计划，如在满足设计进度前提下，应优先采购供货期较长的进口仪表阀门，而后采购供货期较短的国产仪表阀门，或者是优先采购现场施工急需的仪表设备。

关于仪表材料的采购，由于其对其他相关专业的设计基本没有影响，因此主要考虑供货周期和现场施工进度要求，优先采购供货期较长的进口仪表材料如卡套管阀件，其次再考虑采购供货期相对较短的国产仪表材料。此外，由于仪表材料类大多采用的是框架协议的采购方式，其招投标流程较一般物资供应合同长，因此建议尽早启动采购流程，最好是在详细设计初期阶段就完成仪表材料类的框架招标，便于仪表专业可以在框架协议范围内选择材料规格进行施工图设计。如果后续确实出现所选材料规格超出框架协议范围，可以通过变更材料规格或者就这一部分材料单独进行招标的方式解决。

3 成套包设备自动化仪表的管理

3.1 成套包设备自动化仪表的设计管理

一般情况下化工项目都会有成套包设备，如大型机组、机泵、烟气脱硫脱硝设备等，这些成套包设备中有自动化仪表设备，而往往在施工过程中包设备仪表设备的安装存在最多的问题就是设计遗漏或者接口不匹配等，而造成这些问题的主要原因是工作界面不清晰、提交资料不够及时和准确。因此，为了提高仪表专业的设计质量并减少后期施工问题，针对成套包设备仪表的设计管理建议如下：

（1）仪表I/ O 点较多的成套包设备尽量在仪表专业详细设计开始之前完成技术交流和谈判，目的是尽早将成套包设备的仪表I/ O 点数量和类型反馈给仪表专业，以便和其他仪表I/ O 点一起整体考虑控制系统的设计，并且在仪表专业进行电缆接线和导压配管等施工图设计前提交包设备中的仪表设备资料。

（2）设计院仪表专业设计人员要尽量全程参加成套包设备的技术交流和谈判以及后续对成套包中仪表资料的审查。针对包设备仪表的技术确认工作，可以编制一个适用的《包设备仪表和控制系统设计规定》，用于规范包设备仪表和控制系统的设计原则，便于项目仪表设计统一管理。

（3）此外，建议优先选择技术实力较强的成套包设备供应商，尤其要具备自动化仪表的技术能力，要能够充分理解自动化仪表的设计原则并保证提交资料的准确性和及时性。

3.2 成套包设备仪表格兰安装问题探讨

在施工过程中，成套包设备仪表的安装存在最多的问题是设计遗漏或者接口不匹配等，而其中最常见的一个问题就是仪表格兰未设计或规格不匹配。造成包设备中仪表格兰未设计的原因主要是格兰由厂家供货还是由设计院负责设计的界面不清晰。造成包设备中仪表格兰规格不匹配的问题则主要是因为格兰的选型是由过程接口尺寸、电缆是否铠装和电缆外径信息三个参数共同决定的，过程接口尺寸一般体现在包设备厂家所供仪表设备资料中，电缆是否铠装由设计院依据规范进行设计，而电缆外径信息是依据设计院设计的电缆规格型号由建设单位提供的。往往类似大型机组这种长周期的包设备在进行技术谈判时，仪表电缆的框架协议并没有签订，此时无法提供准确电缆外径信息，设计院会依据经验对格兰进行选型，因此实际施工时就容易出现不匹配的情况。解决上述格兰未设计或不匹配问题，有以下几点建议：

（1）因格兰有防爆要求属防爆设备，因此建议格兰由设计院设计并由建设单位采购供应，这样既可以使格兰的供货界面十分清晰，也可以保证格兰的供货质量，避免包设备厂家供应的格兰不防爆或者不带铠等常见问题。

（2）建设单位尽早完成仪表电缆框架招投标，最好能在详细设计开始阶段就完成，这样既可以解决电缆外径信息问题，也可以让设计院在框架内进行电缆选型。

（3）在设计阶段进行格兰选型时，设备厂家、建设单位和设计院三方都要重视，尽量不要把问题留到现场，但往往因设计阶段的工作量较大，格兰选型问题常常会被忽略，将问题留给将来现场施工阶段解决。

（4）格兰属于标准规格材料，而且项目建设和生产运营都会使用，因此建议建设单位可以购买一批格兰覆盖较全的规格尺寸作为施工阶段的备用，以减少施工阶段因等待格兰供货而耽误的工期，或者加强与生产部门之间的材料协调。

4 结语

自动化仪表工程是化工项目中一个完整的系统工程，而且随着化工行业的发展，其重要性越来越高，因此提升自动化仪表工程的设计管理水平就显得尤为重要。通过合理优化自动化仪表设备的采购计划，提高包设备仪表的设计管理，并加强与其他各专业之间的协调沟通，从而全面提升自动化仪表设计管理水平，以保证自动化仪表工程整体的设计质量和进度，为后续的施工质量和进度打下基础。