国际EPCC油气田地面工程仪控专业的设计管理工作实践

靳广伟，赵强柱，周 胜，郝宝金

（中国石油工程建设有限公司，北京 100120）

0 引言

EPCC（Engineering Procurement Construction Commissioning）总承包是工程总承包商按照合同约定，承担工程的设计、采购、施工、试运行等工作，并对所承包工程的质量、安全、工期、造价全面负责。油气田地面EPCC 总承包项目分为设计、采购、施工、开工试运阶段，项目周期长、涉及专业多、工序复杂、安全要求高，实施过程中各阶段相互重叠，需要掌握各阶段专业进度和交叉点，是一个相互衔接的系统化管理过程。其中仪表自动化控制专业，涉及设备种类数量多且技术要求各异，与各专业界面交叉错综复杂，是一个专业性强、繁琐且操心的专业。需要高管理水平和效率，在不断提高工程质量的前提下，达到缩短工期和控制投资。

1 ITB招标文件与建设标准

1.1 研究ITB招标文件

ITB（Instructions to Bidders）是项目实施过程纲领性文件，包含了招标函、项目描述、工作范围、工程量清单、图纸规范等信息，是项目设计的基础。一般项目设计工作对投资的影响高达70%，直接影响项目的造价和成本，对后期运行成本也有决定性影响。在项目初期，设计人员要对ITB 中基础设计文件进行学习分析对比。找出超标设计、设计缺项、不合理设计，对基础设计方案进行评估和优化。尤其对项目进度或费用影响较大的技术变更或优化问题，要及时完成澄清或变更确认。比如伊朗某油田地面工程，原设计中心处理站设备布置面积是400m×650m， 站 场 内DCS（Distributed Control System） 和SIS（Safety Instrumented System）系统采用集中式控制系统。过大的工艺装置区域，会造成仪表电缆敷设路径过长，信号强度衰减大、易干扰等问题。尤其像压缩机、大功率泵等大型设备的震动、热电偶等信号的稳定性。鉴于此，项目立即组织工艺、配管、土建、仪表通讯专业一起商讨解决方案。通过优化设备布局，将中心处理站的设备布置优化到了450m×500m 的区域。DCS 和SIS 系统采用中控室加远程I/O 站形式。这样极大缩短了现场仪表与控制系统之间的距离，确保信号稳定和可靠传送，同时节省了大量电缆、槽盒及配套的施工工作。

1.2 熟悉项目建设标准

ITB 中规定建设标准是项目执行过程的重要技术基础和支撑，也是项目设计、采购、施工、质量管控的技术依据。在项目执行过程中，要明确项目建设参照标准及标准版本。如要求遵照国际标准的同时，又要求遵照项目所在国的标准。需要明确当标准技术要求发生冲突时，优先遵照的标准。在项目开始阶段，重点审查项目技术文件与参照标准要求是否存在冲突或超标的关键问题，及时与业主沟通达成一致。例如在伊拉克某天然气处理厂项目中，紧急切断阀是否需要被动防火的问题。按照API 2218-2013：第6.1.9 章节规定，如果紧急关断阀有失效关或失效开功能，不必防火[1]；在API RP 553-2012：第8.2.3.2 章节规定，失效安全（Fail to Safety）的紧急关断阀，只需在执行机构供气管路上装配一个易熔塞，阀门执行机构不必防火[2]。虽然项目所有紧急关断阀都是失效安全设计，按API 标准最多只需配置易熔塞即可。可ITB 规格书要求所有紧急关断阀的执行器都要做防火（Fire Proofing）。这显然是一个不合理的技术要求，因为阀门执行器增加被动防火，在火灾情况确实可以保证阀门正常工作，同时也让这个阀门不方便操作维护，极大增加阀门采购成本和供货周期。对于无需被动防火的阀门，过度配置反而造成浪费和不便。在与业主多次沟通分析后，认为生产中可燃液体泄漏形成池火灾在各类型火灾中较为常见，也是项目重点考虑的。因此，要求位于12.5kW/m2池火热辐射范围内的紧急关断阀的执行器应满足API 标准的防火安全设计要求，取得UL 1709 认证。其它位置的紧急关断阀不需执行机构防火考虑。

1.3 中国标准推广应用

在经济全球化的背景下，国际EPCC 项目越来越多，国际EPCC 项目一般都采用美欧国际组织标准。现在中国已成为世界制造业中心，采用国产设备材料，不仅能大幅节约成本，而且能加快施工进度，保证工期。但中国制造通常采用中国标准，若要业主接受中国设备材料，首先要让业主接纳中国标准。EPCC 总承包方应积极推动这方面工作，通过解释、澄清，标准间对比研究，证明中国标准不低于合同规定的标准，或满足项目技术要求。在报业主批准后，进行技术要求调整。中国标准的应用对项目进度推进有积极作用，有利于提升企业竞争力、品牌影响力，也能提升中国制造业国际竞争力。不能做到所有设备材料都遵照中国标准，大宗料类材料非常有必要争取业主接纳中国标准。主要是考虑到此类材料种类多，规格杂，从国内采购最为快捷，即使从其它国采购，也很难避免不是中国制造。在伊拉克某天然气处理厂项目中，为了大宗料采购便捷，就提出变更采用中国标准。例如，仪表安装配套用镀锌钢管采用中国国标GB Q235B 和GB/T 13793 替换美标ASTM A53 Gr.B；角钢、钢板、扁钢等采用中国国标GB Q235B 和 GB/T 700 替换美标ASTM A36。这些工作都尽早完成，为详细设计、采购、施工工作创造有利条件，避免后期与业主因为技术要求问题扯皮。

2 仪控专业特点和设计深度的掌控

仪控专业是一个综合性很强的专业，要把专业工作做好、做到位，首先要熟悉专业设计技术要求，相关技术规范；加强与相关专业的技术沟通，全面了解掌握项目情况；清楚工艺实现方法和生产过程的控制流程，结合施工顺序、施工方法、技术措施及项目平面布置的要求，明确设计过程中需要注意的技术细节。设备采购过程中，要保证供货商能获得清晰明确的技术要点和细节要求，所供设备满足项目技术要求。设计图纸文件进度要满足现场施工需要，做到施工有图可依，更好地统筹安排，避免拖延进度，浪费材料。对施工重点难点，容易出问题的地方，给予重点关注，及时改进，深入透彻了解技术要领，更好地实施设计监督管理工作。

仪控专业设计深度，可参照HG/T20638《自控专业工程设计文件深度的规定》和HG20559《管道及仪表流程图设计规定》，以及其它相关应用标准。设计深度对项目成本控制至关重要，一旦图纸审查通过，工程造价就基本确定。如果设计深度不够、不到位，在施工过程中将会发生较多的修改与变更，势必造成费用变动。因变更所导致的工期延误、材料浪费、人工机械窝工，对施工进度、成本影响很大。实际项目执行过程中，设计修改与变更是不可避免的。一般设计变更会有多种解决方法，碰到设计修改或变更情况，应从技术、经济、工期等方面进行考虑，选择最合适的解决方法作为设计变更方案。如果选择不当，将会增加不必要的成本或者延长工期。为了更好地保证设计深度及质量，应该配置经验丰富、技术娴熟的工程师，有能力发现设计缺陷，及时纠正，避免发生设备材料到现场施工时才暴露诸多问题。

3 仪控与其它专业关系

仪控专业的设计基础是工艺，服务于工艺生产。需了解并掌握工艺专业的工艺流程图、管道仪表流程图、工艺控制说明、工艺描述等基础设计文件。了解工艺介质的压力、温度、流量、液位等参数及联锁要求、可燃/有毒介质来源及分布，以及防爆、防腐、安全等方面的要求，清楚工艺控制目的、控制对象、控制目标。掌握各类仪表的应用范围和特性，熟悉大型机组橇装设备的工艺流程和操控原理。与工艺专业对过程控制原理、因果控制逻辑进行研究和完善。工艺专业要向仪控专业提出准确的控制方案、工艺参数等数据资料，以便仪控专业开展设计工作。

设备专业分动设备（各种泵设备、压缩机、仪表风/氮气撬等）和静设备（分离器、压力容器、各种罐等），都是项目的核心设施，是生产的重要组成部分，这些设备的安全稳定工作和设备的效能发挥，离不开仪控系统的精确监控。要弄清楚动设备工作特性、检测点和控制需求，包括轴转速、轴振动、轴位移、轴温等监测要求，以及配套仪表选型。由于动设备配套仪表也由动设备厂家配套提供，对仪控方面的技术要求要与厂家澄清清楚，否则极易出现技术偏离。对于静设备，应尽早固化仪表选型和安装技术要求，核实仪表部件在设备上安装的位置和尺寸及安装开孔方位，是否符合仪表的安装要求，是否达到检测或者过程控制要求，是否有利于仪表的检查和维护。

仪表设备材料选择合适与否，对工艺装置的安全稳定运行影响很大。要保证仪表设备使用寿命，提高运行安全性和装置系统长期保持完整性。按照仪表设备压力和温度额定值、腐蚀性质、介质特性，来合理选择最优材料。工艺介质中的氯离子、硫化氢、含盐及含水量等，都会对接液部分的仪表材料产生不同程度的腐蚀。尤其酸性介质中的硫化氢，具有腐蚀性、易燃性和毒性，会导致高强度碳钢和低合金钢中的硫化物应力腐蚀开裂。一旦材料发生腐蚀，造成工艺介质泄漏或仪表工作不正常，可能导致不可预料的后果。对材料选择满足需求即可，不能一味追求高规格材料，这样会成倍增加项目成本。对于仪表材料的选择，需要与材料专业紧密结合，与设备厂家一起共同商讨最佳解决方案。实际操作中应灵活调整仪表材料的选择，根据不同应用场合，结合厂家合理建议和项目进度，给予不同解决方案，不是固化不变的。

在项目执行过程中，仪表自控专业人员还要与电气、配管、土建、HVAC、安全等专业人员之间保持顺畅的沟通。与之相互配合，处理好与各专业之间的关系是做好仪表专业EPCC 工作的重要条件。EPCC 项目是一项非常复杂的系统工程，需要一个分工合理、专业完备且协调良好的团队，各个专业之间互相协调，经过大量的计算、绘图等工作才能完成[3]。

4 加强工厂检查，重视工厂验收

厂家生产中原料检验、生产过程控制、成品抽检、出厂设备性能测试，需要实施必要的监督管理，进行必要的设备生产情况检查，对生产用原材料、生产的半成品或成品进行抽样检验。这些工作都可由第三方来执行，但受限于第三方对项目了解程度不够，对设备技术要求、技术澄清中技术关键点把握不够，会存在检查不到位的情况。仪表及控制系统的工厂验收是保证设备质量的重要环节。加强工厂监造不仅能保证产品质量，还能加快生产进度，也可避免一些厂家为了获得订单，在技术澄清阶段承诺任何技术要求都满足，实际产品技术偏差较大的情况。

5 仪表现场施工及项目执行后期工作

仪控专业施工一般会在土建施工完成80%，工艺管道设备施工进行到70%前后大规模展开。特点是施工周期短，一般仅占项目施工周期的四分之一时间。做好施工支持配合工作非常重要，包括施工技术准备、材料准备和施工计划。对材料查缺补漏，保证施工中设备材料供给及时；加强材料出库管理，材料的发放要与现场施工进度相结合，按照不同施工阶段实际需求控制出库量，避免材料出库量过多，导致施工中浪费、丢失等现象。施工收尾阶段，做好“三查四定”工作，完善仪控系统相关工作，做到工完、料清、场净、无错漏。

在工艺装置和管线安装完毕，电气具备送电条件，通讯系统正常工作后，随之进入仪控方面的预试运工作。通过预试运发现仪表设备、控制系统、工艺流程和施工质量上可能存在的问题，及时给予调整或整改。重点进行现场仪表的功能测试、控制回路联调、报警及联锁回路调试、成套设备PLC/站控系统DCS/紧急停车安全系统SIS 的联调、人机界面测试验收，以及配合动设备进行单机预试运等工作。预试运工作完成标志着项目具备了机械完工条件，正常情况下做好总承包商或施工方与业主或承担试车合同方的中间交接[4]，随之启动项目试运投产与竣工验收工作。

试运、投产、生产考核是机械竣工后验证项目设计和施工品质的重要工作。在此期间仪控专业重点工作是配合开工试运人员做好技术支持，分析生产过程中暴露的缺陷和隐患，逐步调整并优化以达到满负荷试车要求，为最后的生产性能考核创造条件，确保生产考核达到合同规定要求。完成装置生产考核后，进入项目整体的竣工验收阶段。与业主确定最终尾项清单，积极协调给出解决办法和关闭计划。组织完成仪控方面竣工文件资料的整理和交付，与其它专业配合，最终完成项目的竣工验收工作。

6 结束语

仪控系统是石油天然气行业生产的基础保障，在减轻工人劳动强度同时极大提高装置的生产效率和安全性。仪控系统设计选型集成的优略直接影响工艺生产装置的整体质量性能。随着国家“一带一路”发展战略推进，中国企业在海外石油天然气行业EPCC 项目迅速发展，项目执行中应充分发挥设计技术管理优势，通过技术方案对比优化，最大限度满足业主的设计方案和技术指标要求。在提高设计质量，保障项目顺利建设和安全建设前提下，缩短建设周期。以此持续提高企业竞争力，增强国际市场的知名度和市场占有率。