系统划分方法在淤浆法高密度聚乙烯工艺中的应用

张昊霖

（中国石化工程建设有限公司 北京 100101）

0 引言

Chevron-Phillips淤浆法制造高密度聚乙烯，采用己烯-1作为共聚单体，异丁烷作为稀释剂，氢气作为链转移剂，通过双环管反应器对单体乙烯进行聚合。催化剂共三种体系，包括铬系、钛系与茂金属催化剂，采用安装在环管反应器上的轴流泵对于浆进行湍流循环；该工艺通常包括原料预处理及精制、催化剂活化及配置、化学试剂（烷基铝与抗静电剂）注入、反应及冷却、高压闪蒸、循环分离及回收、产品脱气、粉料输送与挤压造粒、粒料掺混与包装、配套公用工程等单元[1-4]，具有涵盖工艺单元多、流程相对较长的特点，如能合理安排施工完成后的预试车与试车相关工作的衔接[5]，可缩短开车前准备工作的时间，实现尽早投料开车。

通过引入系统划分的理念，将整个工艺装置分为若干个系统，将施工活动、安装完成后的预试车活动、机械竣工后的试车活动等以更为细化的系统为单位进行合理的规划与组织，无须等整个装置机械竣工后再开始试车相关工作，利用系统相对独立的优势，如图1所示，可以实现不同系统之间施工、预试车、试车及开车相关活动的交互重叠，合理安排人员分配以实现各环节之间平稳地过渡，可大幅节约时间，压缩项目的整体进度，为提前交付投产打下坚实的基础。

1 系统的构成

系统根据专业的不同划分为工艺系统与非工艺系统，各专业内部又细分为不同的子系统，具体分类如下：

1.1 工艺系统与非工艺系统

根据类别的划分，可将系统分为工艺系统与非工艺系统；工艺系统（包括公用工程系统）是整个装置的核心，根据装置工艺流程的不同会有相对较大的差异；而非工艺系统可进一步细分为动态与静态两部分，非工艺动态系统包括变配电站、DCS/ESD控制系统、火灾与气体检测系统、通信系统、暖通与空调系统等，其特点是搭建完成后并且功能调试正常即可投入运行；非工艺静态系统包括钢结构、基础、道路、防雷与接地系统、电气/仪表电缆桥架等，其特点是无须预试车与试车，根据项目规范建成后即可投入使用。

由于非工艺系统不涉及装置的主体工艺流程，且针对不同的装置工艺，总体差异较小，因此本文主要以工艺系统划分为出发点阐述其重要作用。

1.2 系统与子系统

一般来说，系统是指装置中具有独立功能的一组“设备”，可不依赖其他系统单独运行操作，并且形成可用于预试车与试车相关活动的功能性工作区域；而子系统是为了满足施工和交付管理的需要，将较大的系统进行进一步的细分。通常试车活动是以系统为单位进行，而预试车活动则是以子系统为单位进行。

在系统划分方法中，P&ID是工艺系统划分的基础，每个子系统所包含的内容均能够清晰明确地在P&ID中标注出来。

2 系统的划分

每个工艺系统与子系统均需使用唯一的编码，以便于区分。

2.1 编号原则

通常以AAAA-X-YY-ZZ格式来表示装置中的系统编号，其中AAAA代表装置的代码（也可以使用单元代码）、X代表系统的类型（工艺系统采用字母P，公用工程系统采用字母U）、YY代表能体现装置中不同单元特征的系统识别代码、ZZ代表子系统识别代码（一般从01开始顺序编号）。

2.2 划分原则

通常来说，系统之间的分界应位于切断阀下游的法兰处或者是管道等级变换的位置，P&ID中不同系统的划分要求如图2所示。若将当前系统与其他系统隔离开，需将系统分界设置在切断阀或盲板处，但如止回阀等不能严密切断的阀门是不可作为系统的分界。

2.3 双环管淤浆法高密度聚乙烯工艺的系统划分原则

以Chevron-Phillips双环管淤浆法高密度聚乙烯工艺为例，常见的工艺系统及公用工程系统包括工艺管线系统、火炬系统、公用工程分配系统、蒸汽/凝液系统、开式/闭式排放系统等，虽然不同的系统划分原则略有差异，但是原则上遵从于通用的系统划分。

2.3.1 工艺管线系统

为了便于优化预试车与试车活动，不同工艺管线系统之间的分界位置宜设在设备的法兰处。但含有换热器的工艺管线系统划分原则略有不同，因换热器为进行热交换的设备，需有冷热介质的热量传递。分为如下两种情况考虑，如果换热器一侧为工艺介质，另一侧为公用工程介质，则换热器应划分至工艺系统中，典型示意如图3所示，换热器应划分至异丁烷脱气工艺子系统；如果换热器两侧均为工艺（或公用工程）介质，则应根据试车活动的优先级，将换热器划分至优先级最高的系统中，典型示意图如图4所示，因乙烯原料精制系统的试车优先级高于己烯精制系统，故将换热器划分至乙烯精制系统。

2.3.2 公用工程分配系统

公用工程系统（氮气、仪表空气、装置空气、燃料气等）典型特征为管网规模庞大，覆盖整个装置系统，公用工程系统应在工艺系统之前投用，以便能够使用公用工程完成工艺系统的调试；通常来说，同一种公用工程介质划分为一个子系统，采用相同的编号，但是对于不同压力规格的公用工程，例如高压仪表空气与低压仪表空气、高压氮气与低压氮气，其功能往往不尽相同，则应划分为两个子系统。

所有公用工程子系统的分支上均设置一道切断阀，与工艺系统隔离开，典型示意如图5所示。

3 系统划分方法在淤浆法高密度聚乙烯工艺中的应用

以Chevron-Phillips淤浆法高密度聚乙烯工艺为例，系统划分方法步骤如下：首先，结合工艺流程说明、工艺流程图与以往工程的经验，将其划分成若干个系统；接下来根据实际需要将系统进一步划分为若干子系统，形成一份初步的工艺系统清单，其中包括该工艺流程中所有的工艺与公用工程系统/子系统，以及对应的编号和名称；下一步，以子系统为单位，使用不同的颜色作为区分，将工艺系统清单中的各个子系统标注在P&ID中，不同子系统之间的分界应清晰明确；最后，在P&ID的标注过程中，根据系统划分原则，并据所属系统的大小适当增减子系统的数量，可对工艺系统清单进行校对与优化，如表1所示（其中仅列出了聚乙烯装置中一些典型的系统与子系统）。

表1 工艺/公用工程系统划分清单

经过系统划分方法，Chevron-Phillips双环管淤浆法聚乙烯工艺流程被划分为33个工艺系统（包括60个工艺子系统）与18个公用工程系统（包括24个公用工程子系统），形成完整的工艺系统清单与系统划分的P&ID。预试车与试车团队将以工艺系统清单与系统划分的P&ID作为依据，执行预试车与试车的相关活动。同时，系统划分的P&ID与系统划分清单相辅相成，为整个工艺装置投料开工前的总体规划（施工-预试车-试车阶段）提供不断优化的基础。

对于工艺系统与公用工程系统，预试车与试车涉及的活动也不尽相同；如表2所示为工艺系统与公用工程系统所涉及的主要内容。

表2 工艺与公用工程系统预试车与试车相关活动

从表2可以看出，不同的系统涉及的预试车与试车活动不完全相同，但又都与每个系统中所包含的管道、仪表、动设备及静设备息息相关。借助SPPID集成化的优势[6]，通过上述的系统编号原则与划分原则，在SPPID中对不同的子系统进行标注，形成带有颜色标注的系统划分SPPID，利用SPPID的智能化设计体系，可将工艺流程中涉及的各项工艺参数导入SPPID数据库中，同时可将每个系统与子系统中所包括的设备、仪表、管线、管件等信息从SPPID中导出并汇总至要素清单中（如表3所示），涵盖每个系统或子系统涉及的内容，用于统计各个系统预试车与试车活动的规模，根据预试车与试车人工定额表，计算每个系统与子系统预试车与试车活动所需定额人工时，并考虑不同系统之间存在预试车与试车活动交互重叠的可能，统筹合理安排预试车与试车计划，合理进行人员调配工作。

表3 要素清单

4 结语

系统划分的概念已经广泛地应用在各个领域[7]，炼化行业也不应例外，本文通过聚乙烯工艺阐述了系统划分的应用，实则这种理念同样可运用于其他装置品种中。

目前海外项目通常都将系统的方法引入到工程设计中，配备完善的预试车与试车三级计划，将SPPID作为工艺流程设计的基础，在详细设计阶段，不断深化SPPID中的相关内容，并利用SPPID进行工艺系统划分工作，便于统计系统的规模，合理分配试车活动消耗的人工时。将施工、预试车、试车与开车相关的数据整合至SPPID数据库中，未来可作为数字化工厂的重要组成，大幅提升数字化交付工程的整体性、高效性与实用性[8-10]。