大型石化項目全廠自動化實施策略的選取

劉齊忠,林 融,蘭鴻森

(1.福建聯合石油化工有限公司一體化項目部,福建泉州 362800; 2.中國石化工程建設公司,北京 100101)

大型石化項目全廠自動化實施策略的選取

劉齊忠1,林 融2,蘭鴻森1

(1.福建聯合石油化工有限公司一體化項目部,福建泉州 362800; 2.中國石化工程建設公司,北京 100101)

隨著石化項目的大型化、一體化和智能化,對于大型石化項目的全廠自動化已普遍采用框架性協議項目實施策略。介紹并比較了幾種不同的全廠自動化項目實施策略的合同特點、優缺點和實施內容,并在選取理由、工作范圍、供貨范圍和實際項目實施的成功經驗和不足的基礎上重點推薦了MICC策略,希望能給后續的全廠自動化項目實施的技術和管理人員提供有益幫助。

項目實施策略;主儀表供貨商;主儀表控制承包商

0 引 言

在20世紀80年代中期以前,全廠自動化設備主要以電動儀表和就地氣動執行機構為主(國外已出現二代DCS,但國內石化企業還未引進),技術含量相對較低,項目相對較小且各裝置的儀表控制回路完全獨立,此時的項目儀表管理主要從屬于工藝和設備專業,工作量相對較小。

到80年代末期至90年代末期,隨著第二代DCS的引進,石油化工裝置的自動控制水平和設備的復雜性均相應提高,但由于此時的DCS仍為封閉式系統,使得整個項目各包之間的儀表控制仍是獨立的。在項目實施的過程中全廠自動化的實施策略主要有兩種模式:由設計單位設計、業主采購、控制系統供應商負責系統硬件集成及應用軟件組態、施工單位負責實施(現場安裝、調試及開車保運等);由裝置設計、采購和實施承包商EPC負責,采取交鑰匙模式。

21世紀初,一方面由于DCS和網絡技術的發展及FF現場總線技術的成熟,使DCS網絡成為開放的系統且真正意義上實現了分散控制和集中管理;另一方面由于社會技術與經濟發展的需要,石化項目也越來越向著大型化、一體化和智能化方向發展,從而使得全廠自動化設備的管理變得前所未有的復雜與困難。從已經成功實施的幾個國內大型合資項目來看,其全廠自動化均采用了框架性協議(又稱“保護傘協議”)的采購策略和相應的項目實施策略,只是因各自需求和項目特色不同,具體形式和內容各有不同而已。

下面將對國內大型合資項目中采用的幾種項目實施策略進行簡要介紹,在此基礎上推薦出筆者認為最適用的實施策略,并介紹其詳細內容、實施過程和應用效果。

1 全廠自動化實施策略簡介

1.1 主儀表供貨商(MIV)

MIV,又稱主自動化供貨商,(MAV)與業主/ PMC簽訂一個框架協議(Framework Agreement),在此框架協議中規定供貨范圍內的硬件、軟件及安裝材料的詳細規格、單價,以及系統工程、組態、培訓及服務的人工時費單價。在項目實施階段,在此框架協議的基礎上由各個EPC承包商與MIV分別簽訂針對各個裝置或單元的供貨及服務合同。對于中心控制室(CCR)等公共部分另招EPC或由業主項目管理承包商(PMC)直接采購。MIV/MAV模式下業主/PMC-MIV-EPCs關系如圖1所示。

圖1 MIV/MAV項目相關合同關系

MIV策略的主要特點:MIV適用于中小型新建及改造項目。由于與各個 EPC有合同關系(多 EPC情況下),所以工程進度易于受控,業主/ PMC可不直接參與采購,人力負荷需求小;但由于在項目定義階段(前端工程設計FEED階段), MIV不介入項目設計,導致工程的標準化與一致性較主自動化承包商(MAC)差。不同EPC由于水平和設計風格的不同或對PMC編寫的基礎設計文件的理解不同,導致設計標準不統一,且因框架協議約束性較差,儀表自動化專業方面的預算不易控制。

1.2 主自動化承包商

MAC與業主/PMC簽訂一個全廠自動化總承包合同。在此總承包合同中規定了其供貨范圍內的硬件、軟件及安裝材料的詳細規格、單價以及系統工程、組態、培訓及服務的人工時費率。在項目實施階段,各個 EPC與MAC之間僅有文件和條件傳遞關系,無合同關系。CCR等公共部分則另招EPC或由業主/PMC直接采購。MAC模式下業主/PMC-MAC-EPCs關系如圖2所示。

MAC策略的主要特點:MAC適用于大型新建項目。在項目定義階段,MAC就介入項目設計,工程的標準化與一致性很好,且業主/PMC與MAC為單點合同,項目總投資易于受控;但由于MAC與各個EPC無合同關系,可能造成MAC與EPC之間的界面不清(在設計和軟件組態的資料交接、現場設備安裝、調試階段會出現糾紛),增大業主/PMC的協調工作量,影響工程進度,由于在項目FEED階段必須簽主合同,所以合同變更可能較多。

圖2 MAC項目相關合同關系

1.3 主儀表控制承包商

典型的主儀表控制承包商(MICC)策略是由業主/PMC在項目總體設計和FEED設計前期,通過招標選定一家MICC,并與其簽訂一個針對全廠控制系統的公共部分(如中心控室內)的總承包合同(主合同)。在此總承包合同中規定了 DCS, SIS,FGS,PLC,MAS等控制系統、安全保護系統在CCR內的硬件、軟件及安裝材料的詳細規格和總價以及系統工程、組態、培訓及服務的人工時費總價。另外,還簽訂了針對各個裝置及單元內DCS,SIS,FGS,PLC,MAS等控制系統、安全保護系統(在各個FAR內)及標準現場儀表和閥門定位器(特別是FF儀表)的硬件、軟件及安裝材料的詳細規格和單價及總價和系統工程、組態、培訓及服務的人工時費單價及總價的框架性協議。在項目實施階段,各個EPC與MICC在上述框架性協議的價格及條款基礎上再簽訂針對各個裝置和單元的分包合同。MICC模式下業主/PMC-MICC-EPCs關系如圖3所示。

圖3 MICC項目相關合同關系

MICC策略的主要特點:由于既介入 FEED階段的設計工作也與 EPC有合同,所以綜合了上述兩種策略的優點——儀表控制設計的標準化與一致性很好且工程進度易于受控,業主/PMC的協調工作量同MIV和MAC策略相比相對較小。由于在項目總體設計和FEED設計前期必須簽主合同,所以合同變更可能較多。

2 全廠自動化實施策略的選取

綜上所述,筆者認為可在上述三者中選取MICC作為大型合資項目的全廠自動化實施策略。

2.1 理 由

a)項目特點的要求。大型合資項目的設計、施工分別由多個國內外的 EPC完成,若沒有一個MICC來協助業主/PMC統一管理,則很難保證儀表自動化專業設計標準的統一。另外,MICC在國外大型項目儀表自動化專業方面的管理和實施中已有相當多的成功經驗。

b)自動控制技術發展及工藝技術進步的要求。隨著石油化工裝置對自動控制水平的要求日益提高,儀表控制系統在項目投資中所占比例也日益增加,從而使得項目管理的難度增大。同時,各EPC對由MICC提供的DCS/FCS,SIS,FGS等控制系統及部分先進儀表控制設備的理解、設計經驗水平不一致,有必要利用MICC在大型項目中儀表自動化專業方面的項目管理經驗和最新的自動化設計應用經驗。

c)項目總體設計技術水平的要求。采用過程控制系統和信息管理系統(包括生產執行系統MES和企業資源管理系統ERP)集成的“管控一體化”方案已是各項目總體規劃的必然選擇:過程控制系統(PCS)是由DCS/FCS,SIS,FGS,機組控制系統(CCS),機組狀態監視系統(MMS)等高度集成,并將全廠的生產過程信息集成于全廠的實時數據庫(RTDB)中,為MES和 ERP提供基礎數據。由于PCS結構復雜,各種接口界面種類繁多,數量巨大,為確保系統集成的無縫連接,需要有一個MICC來協助業主/PMC統一管理、實施。

d)國內外項目執行的經驗。采用先進的自動化實施策略在國外已有很多成功的經驗,在國內已實施的3個大型合資項目使用了MIV或MAC策略,雖各有不足但總體上還是很成功的。

e)項目投產后的系統維護的要求。項目建成投產后儀表控制設備的維護區域和工作量將大大增加,要想減輕維護壓力只有在充分提高系統整體控制水平的基礎上保證儀表控制設備來源的單一化,盡可能地減少儀表控制設備的廠商數量。MICC可在項目實施階段協助業主確保項目控制標準的一致性,整合及優化資源。在項目投產后既可減少維護工作量也能減少各種儀表控制設備的備品備件的投資。

f)該策略的可行性好。該方案理論上結合了MAC和MIV兩種模式的優點,相互彌補了項目執行過程中的缺陷。

1)在管理上,在FEED和詳細設計階段由于使用MICC在儀表自動化工程的進度和質量控制等方面的功能,有利于儀表控制系統設計標準的一致性及設備型號的標準化,同時合理地控制了項目執行進度。

2)由于EPC是按照MICC在FEED階段開發的功能設計規格書(FDS)及角色和職責中定義的工作范圍進行設計,且MICC參與EPC的詳細設計工作,避免了EPC在設計上的失誤,提高了設計質量,有利于保證進度,適合于項目時間緊的特點。

3)由于MICC與EPC有合同關系,減少了管理界面。一方面使 EPC成為相關區域的總承包商,避免出現設計文件交接和設備調試及試運行階段的糾紛;另一方面,由于他們相互之間有合同約束,可保證項目執行工期。

在FEED和詳細設計階段可能會出現MICC和PMC管理功能的少量重疊,但可以采用合理的合同策略(如實報實銷模式),細化合同要求來避免。

2.2 策 略

MICC的整個項目執行過程可分為FEED和EPC兩個階段,EPC階段又可分為詳細設計和軟件組態、現場設備安裝、調試兩個階段。

a)FEED階段。承擔項目策劃工作和項目執行計劃,列出其供貨范圍的詳細規格和單價以及系統工程、組態、培訓及服務的人工時費率,負責過程控制系統FDS的編寫,編寫MICC和EPC在項目中的角色、職責及協助業主審查 EPC標書中的相關報價等。

b)詳細設計階段。由業主、PMC和MICC根據FDS,項目技術規定及業主與EPC的合同條款進行對EPC的設計監督和審查工作。MICC在儀表控制專業方面根據其制訂的由業主認可的項目執行計劃及FDS協助 EPC的詳細設計工作。當EPC與MICC簽訂供貨合同后,MICC按合同供貨和提供相關的技術服務。

c)軟件組態、現場設備安裝、調試階段。EPC作為所負責區域的總承包商負責完成設備安裝、調試等工作,MICC依據與業主和 EPC的合同負責供貨、硬件集成、軟件組態、現場服務和協助 EPC的工作,并提供技術培訓及售后服務等。

2.3 MICC的供貨范圍及分包策略

a)供貨范圍。DCS,SIS,FGS,實時數據庫(RTDB)與第三方系統集成的接口軟件及其職責范圍內的控制系統所需電/光纜,也包括部分現場儀表(如FF/HART現場總線變送器、FF/HART現場總線I/P定位器等)。

b)分包策略。對MICC供貨范圍以外的儀表控制設備建議采用如下策略。

1)對數量較大、技術復雜的儀表控制設備,如在線分析儀表、未隨機組成套的CCS,MMS,PLC等控制系統采用由業主/PMC統一簽訂框架協議。

2)對數量較小或數量較大但技術含量較低的其他儀表控制設備,如質量儀表、熱電偶等檢測元件及特殊儀表控制設備,則由 EPC根據業主提供的供貨商名單招標選取。

3 實施及應用效果

上述項目全廠自動化實施策略是項目定義階段經過深入細致地評估與論證后確定的,隨后于項目FEED階段前期,經過網上公開招標后選取了一家經驗豐富的DCS生產廠商作為MICC。

3.1 項目實施

在MICC確定后,即開始編制相關控制系統的基礎設計文件、制訂項目執行計劃、審查項目修訂技術規定、細化項目執行策略、編制 EPC與MICC相關控制系統的詢價文件等工作并交業主/ PMC審查批準。

在詳細設計階段,按照FEED階段制訂的項目執行計劃和策略要求,協助EPC進行相關控制系統的詳細設計,協助業主審查EPC的相關詳細設計文件,向 EPC報價并進行技術澄清,在合同簽訂后則進行系統軟硬件采購、系統配置和軟件組態,并通過 EPC協調第三方控制系統與DCS完成系統集成的通信測試,組織工廠驗收測試(FAT)。

在FA T完成后,則根據 EPC的現場施工計劃,按要求將設備打包運至施工現場,負責設備安裝指導,組織協調控制系統上電、調試和現場驗收測試(SAT),配合EPC實施回路測試和聯調,提供業主現場培訓和開車保運服務等。

3.2 應用效果

MICC經過國內某大型合資煉油化工一體化項目的實際檢驗,非常成功地實現了各種控制系統之間的無縫集成、完成了全廠自動化項目的實施和管理工作。

a)以DCS為基礎的過程控制系統集成、配置、軟件組態、系統調試、現場聯調和裝置開車均取得了圓滿的成功。

b)FF現場總線和 HART智能儀表在傳統DCS和FF現場總線系統兼容的情況下實現了完美的結合,在現場儀表調試和開車試運中幾乎沒有出現大的問題,為項目所有裝置、單元的一次開車成功提供了有力的保證。

c)充分發揮了MICC項目經驗豐富、風險防范意識強的優勢,在FEED階段即對后續的項目實施進行了全面的分析評估,制訂了風險防范措施;在FEED階段由根據各EPC包的具體實施情況及時發現問題并進行風險預警,提請業主、EPC注意并及時解決。

d)MICC利用其豐富的技術資源優勢,無論是在詳細設計還是在現場施工階段全力協助業主進行質量控制(詳細設計圖紙審查、現場儀表設備安裝質量檢查等),在保證了項目全廠自動化設計和施工質量及項目標準化一致性的同時,很好地彌補了業主項目管理人力不足的缺點。

e)MICC根據框架性協議要求,為業主提供了極為周到的現場服務:現場培訓、儀表控制系統調試聯調問題處理、裝置開車保運等。

項目實施和管理工作中也有不足。

a)由于MICC針對不同的EPC包由不同的項目組和工程師完成,水平和項目經驗不同,相互溝通不及時,或多或少出現了一些設計和組態的標準化和一致性不統一的問題。

b)作為EPC的供貨商,MICC在執行項目標準化和一致性要求時不是很徹底,所以還需業主及時發現并糾正。

c)在對第三方包設備控制系統的通信組態中,由于沒有合同關系文件交接不好控制,需業主或EPC等合同方幫助協調。

4 結束語

隨著石油化工項目的大型化、一體化和智能化,無論是大型合資項目還是國內獨資項目均已普遍采用框架協議這一全廠自動化項目實施策略,并取得了一定的成功經驗。

[1] 林 融.智能化生產技術在煉化一體化項目上的應用策略探討[J].乙烯工業,2005,17(4):1-7.

[2] 無憂研修網.項目管理模式的變化及EPC合同的風險與對策[J/OL].工程管理,(08-11-25)[2010-01-18].http:// www.51yanxiu.com.

[3] 鄧 彥.項目管理模式的變化及EPC合同的風險與對策[J].湖北經濟學院學報:人文科學版,2009,(2):36-37.

The Selection of Plant Automation Implementation Strategy for Large-Scale Petrochemical Project

Liu Qizhong1,Lin Rong2,Lan Hongsen1
(1.Fujian Refining&Petrochem.Co.Ltd.IPMT,Quanzhou,362800,China; 2.Sinopec Eng.Incorp.,Beijing,100101,China)

Accompanied with the large scaled,integrated and intelligent of the petrochemical project,the framework agreement implementation strategy has been widely adopted for plant automation on the large-scaled petrochemicalprojects. The contractfeatures,advantages and disadvantages and implementation scope of several different plant automation implementation strategies are described and compared.The MICC strategy based on the reasons presented for selecting,scope of work,scope of supply and actual successful experience and shortcoming of the project implementation is recommended. It is wish that can help the technical and management people for future plant automation project implementation.

project implementation strategy;MIV;MICC

TP273

B

1007-7324(2011)01-0036-04

2010-10-22。

劉齊忠(1965—),男,1987年畢業于湘潭大學工業自動化專業,任過程控制高級工程師,從事煉油工藝操作8年、DCS維護開發7年、技術管理和項目管理8年,現為福建聯合石油化工有限公司一體化項目部高級技術經理、儀表經理,已發表論文19篇。