石油化工工藝集成設(shè)計研究

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摘要：在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，國內(nèi)工程公司的軟硬件配置和信息平臺的環(huán)境越來越先進，許多數(shù)字化設(shè)計軟件得到了廣泛的應(yīng)用。工程設(shè)計集成系統(tǒng)的應(yīng)用已成為石化工程公司目前必須關(guān)注的課題。因此，本文對石化工藝集成設(shè)計中的關(guān)鍵問題進行了分析和探討，研究了工藝集成設(shè)計的系統(tǒng)構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：石油化工工藝；數(shù)字化；集成設(shè)計

目前國內(nèi)石油化工工藝的設(shè)計工作中，工藝專業(yè)設(shè)計使用到眾多的設(shè)計軟件，如AspenPlus、PRO/II、HYSYS、CHEMCAD、HTRI等,以及各種工藝設(shè)備、管線、流體計算軟件，軟件之間無法自動同步和統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，在設(shè)計工作中，工藝人員存在大量的數(shù)據(jù)重復(fù)輸入工作。并且數(shù)據(jù)修改和版本升級時，各設(shè)計軟件彼此之間數(shù)據(jù)無法自動更新，對下游專業(yè)發(fā)送條件、傳遞數(shù)據(jù)也容易產(chǎn)生遺漏，造成數(shù)據(jù)傳遞錯誤，降低了設(shè)計質(zhì)量。此外近年來國內(nèi)外企業(yè)對于數(shù)字化交付的需求逐漸增大，數(shù)字化交付要求工藝數(shù)據(jù)和P&ID錄入集成設(shè)計平臺，也需要完成工藝設(shè)計的集成平臺建設(shè)。借鑒國際先進的經(jīng)驗，許多國內(nèi)工程公司工藝專業(yè)啟動了集成設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源和工作程序的標準化和規(guī)范化，并在此基礎(chǔ)上，建立和總結(jié)專有工藝技術(shù)模型，沉淀和積累工程項目經(jīng)驗，逐步建立企業(yè)級的工藝數(shù)據(jù)庫和知識庫。

1石油化工工藝設(shè)計特點

石化工程技術(shù)復(fù)雜，工藝流程長，生產(chǎn)連續(xù)性，工程投資大，裝置布置緊湊，設(shè)備、管道數(shù)量多，工藝介質(zhì)通常都具有易燃易爆、高溫高壓、有毒有害等危險性。這些特點導致工藝設(shè)計處于十分關(guān)鍵的首要地位，將直接影響整個項目的成敗。工藝設(shè)計是石化工程建設(shè)的“龍頭”，是項目實施的必要前提。石化工程項目的工藝設(shè)計可分為項目前期研究、工藝包設(shè)計、基礎(chǔ)工程設(shè)計、詳細工程設(shè)計等幾個主要階段，每個階段之間的連接非常緊密。工藝設(shè)計主要內(nèi)容有計算及確定工藝操作條件，通過物流數(shù)據(jù)表、工藝流程圖（PFD）、工藝管道及儀表流程圖（PID）對工藝流程進行說明，給出界區(qū)條件，對物料、能量消耗進行平衡，完成設(shè)備、儀表、管道等數(shù)據(jù)表，完成工藝手冊以及衛(wèi)生、安全、環(huán)保說明等工作。工藝設(shè)計是整個項目的基礎(chǔ)，工藝數(shù)據(jù)是下游專業(yè)的設(shè)計依據(jù)，其設(shè)計質(zhì)量，直接決定整個項目的品質(zhì)。

2石油化工工藝集成設(shè)計的概念和構(gòu)架

在石油化工領(lǐng)域中，工藝集成設(shè)計對比傳統(tǒng)的設(shè)計模式，最核心的內(nèi)容即為“數(shù)字化”和“集成”。數(shù)字化含義是從設(shè)計工具到管理都采用數(shù)字化的方法，集成則建立一個擁有豐富接口的平臺，把設(shè)計工具軟件、圖紙、數(shù)據(jù)表集成起來，與平臺的管理和功能模塊應(yīng)用集成，并能夠擴展與其他系統(tǒng)的集成。石油化工工藝項目系統(tǒng)集成設(shè)計用于工藝專業(yè)各設(shè)計階段的數(shù)據(jù)集成，在完成下游專業(yè)數(shù)據(jù)共享的同時，可以進行文檔管理，對設(shè)計中的過程文件、條件往來、版次升級及設(shè)計變更都可以記錄下來，供隨時查閱和數(shù)據(jù)差異的比較。在集成設(shè)計平臺中，工藝各種軟件工具與集成平臺無縫對接，可基于該集成平臺實現(xiàn)信息導入、資料共享、數(shù)據(jù)采集、設(shè)計輸出、信息歸檔等功能的銜接，完成項目執(zhí)行全過程的數(shù)據(jù)管理。工藝集成設(shè)計的實質(zhì)是數(shù)據(jù)流，要按照實際工藝專業(yè)設(shè)計工作要求建立數(shù)據(jù)流向，即每個設(shè)計階段數(shù)據(jù)都可以自動傳遞至下一個階段，下游專業(yè)都可以正確地接收工藝專業(yè)的設(shè)計數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的正確性和一致性。通過唯一的數(shù)據(jù)庫進行管理，對于數(shù)據(jù)的更改，系統(tǒng)會直接自動更新所有相關(guān)的設(shè)計數(shù)據(jù)，無需人工重復(fù)輸入，極大的降低了工作量，同時也有效的減少了二次輸入有可能帶來的人為錯誤。同時通過集成平臺也可生成的所需文檔，可供，文檔與數(shù)據(jù)共存于一個系統(tǒng)中，之間相互關(guān)聯(lián)，便于管理和查詢。

3石油化工工藝集成設(shè)計國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)已有石化工程公司實現(xiàn)工藝集成，能夠最大限度的滿足工藝集成設(shè)計的要求，并在實際項目中取得了顯著的效果。

3.1石油化工工程公司的集成化建設(shè)

當前，數(shù)字化工廠熱度高起，國內(nèi)主流大工程公司都已開始布局集成設(shè)計，工藝集成設(shè)計作為集成設(shè)計的基礎(chǔ)，在行業(yè)內(nèi)，已經(jīng)進行了很多實踐和研究。其中以中國石化集團公司直屬的中石化煉化工程（集團）股份有限公司（簡稱SEG）、中石油寰球工程公司為典型代表，于2013年就開始與軟件商合作啟動工藝集成設(shè)計系統(tǒng)的建設(shè)，至今已取得很多成果。并在此基礎(chǔ)上，于2018年完成《石油化工工程數(shù)字化交付標準》，為行業(yè)的數(shù)字化、集成化建設(shè)提供強有力的技術(shù)支撐。

3.2石油化工項目業(yè)主的集成化需求

根據(jù)《中國制造2025》的精神，中石油、中石化、中化集團等大型國有企業(yè)以及以萬華集團為代表的國內(nèi)大型、先進的民營企業(yè)都正在積極開展智能工廠的探索與建設(shè)工作。其中中石油在信息化建設(shè)的指導思想“模擬優(yōu)化、實時優(yōu)化、先進控制、報警管理、三維數(shù)字化”中明確將三維數(shù)字化作為信息化建設(shè)的一個規(guī)劃，堅定不移地推動信息化建設(shè)，圍繞提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目標，建設(shè)智能化工廠。三維數(shù)字化工廠是智能工廠的基礎(chǔ)，而工藝集成設(shè)計又是數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，工藝集成設(shè)計在業(yè)主的推動下，有內(nèi)在的強大動力，也是即將到來的工程設(shè)計數(shù)字化交付核心一環(huán)，是設(shè)計發(fā)展的必然趨勢。。

3.3集成設(shè)計典型服務(wù)商

目前國內(nèi)主流的工藝集成技術(shù)服務(wù)商有鷹圖的SPPID、SPF集成設(shè)計，AVEVA的IE&D集成設(shè)計，西門子的COMOSFEED、PID集成設(shè)計，這三家服務(wù)商在國內(nèi)外擁有廣泛的用戶群和接受度，也有很多的成功案例，在眾多數(shù)字化工程和數(shù)字化工廠建設(shè)項目中，被大量推薦和指定。這些供應(yīng)商的工藝集成技術(shù)以數(shù)據(jù)為核心規(guī)則驅(qū)動集成設(shè)計，內(nèi)含豐富工程數(shù)據(jù)庫和知識庫，依托設(shè)計規(guī)則和質(zhì)量檢測功能，確保滿足工程要求，同時還可以跟三維設(shè)計軟件集成。以上三款商業(yè)化集成軟件代表了當今石化行業(yè)工藝集成設(shè)計的最高技術(shù)水平，基本功能差別不大，但細節(jié)上和適用性及應(yīng)用能力存在一些差異。

4石油化工工藝集成設(shè)計的發(fā)展趨勢

在信息化數(shù)字化的戰(zhàn)略發(fā)展方針指導下，工藝設(shè)計作為工程數(shù)據(jù)的創(chuàng)建者，工藝集成設(shè)計的實現(xiàn)是不可能缺少的，這對工程公司本身的業(yè)務(wù)發(fā)展也提出了很大的挑戰(zhàn)，需要工程公司從工程的源頭工藝設(shè)計出發(fā)，將工藝專業(yè)對應(yīng)的工程資料和數(shù)據(jù)有條理的收集、組織、校驗和管理，實現(xiàn)工廠的工程基礎(chǔ)信息數(shù)字化。這些成果將作為其它信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參照，解決工廠信息化系統(tǒng)實施過程缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐的問題。將工藝資料、設(shè)計文件、設(shè)計人員、模擬計算和應(yīng)用軟件基于工程數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)流過程集成到平臺上，當工藝集成設(shè)計系統(tǒng)完成時，整個工廠的數(shù)據(jù)不再是零散的對象，它將工廠包含的所有設(shè)備、管道、儀表數(shù)據(jù)聯(lián)通和關(guān)聯(lián)起來，對整個工廠數(shù)據(jù)可進行整體優(yōu)化和管理。前端工藝設(shè)計將得到極大的優(yōu)化，實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)交付，可以有效的提高生產(chǎn)力和設(shè)計質(zhì)量，加快工程實施的速度，縮短建設(shè)周期，達到減少成本和運營風險的目的。同時隨著石油化工設(shè)計行業(yè)的深入應(yīng)用和研究，工藝集成的軟件平臺得到不斷完善和改進，其應(yīng)用也將會更加廣泛。因此，工藝集成設(shè)計，是現(xiàn)代化石油化工工程公司發(fā)展的必由之路。

5結(jié)語

面對時代飛速發(fā)展，石油化工工程公司在進步的同時也面臨著日益激烈的競爭和技術(shù)革新的挑戰(zhàn)，集成設(shè)計和數(shù)字化交付已成為工程設(shè)計行業(yè)的重要方向。工藝技術(shù)先進，技術(shù)手段創(chuàng)新，設(shè)計質(zhì)量提升，設(shè)計成本下降才能應(yīng)對更加嚴峻的市場環(huán)境。為了應(yīng)對挑戰(zhàn)，有必要建立工藝集成設(shè)計系統(tǒng)，全面整合工藝數(shù)據(jù)，簡化工作流程，準確的配置資源，為工程公司的發(fā)展奠定可靠的依據(jù)和基礎(chǔ)。

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作者：艾吉文 單位：中科合成油工程股份有限公司