民营企业大型乙烯工程设备的设计管理优化

尉 雷

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

改革开放以来，中国的民营经济获得了飞速发展，涌现出一批规模大、效益好的民营企业，为国家和社会的发展做出了突出贡献。在石油化工领域，随着民营企业的发展，中石化、中石油、中海油等国有企业长期垄断的格局也在逐渐发生着变化，国有企业、外资企业、民营企业三足鼎立的局面正在逐渐形成【1】。近十几年来，由于国家政策的支持和民营企业的发展，民营石化企业的产业链由早期的化纤、纺织等下游产业开始往上游的炼油、乙烯延伸【2】，一批以“大乙烯为主、大炼油为辅”的民营大型炼化一体化项目投入建设运营。民营企业石化项目有着投资额大、建设周期短等特点，给设计单位的设计管理带来诸多挑战。本文以某民营企业150万t/a规模的大型乙烯工程项目设备的设计管理为主要研究对象，研究优化管理方法与措施，并付诸实践。

1 民营企业大型乙烯项目特点及难点

与国有企业相比，民营企业由于投资主体、运营模式、文化理念的不同，在大型乙烯项目建设上表现出其鲜明的特点，也给项目的设计管理带来一些难点【3】。

1.1 决策链条短且灵活

民营企业的最高决策者通常是企业的创始人，管理层级少，管理方式灵活，决策链条短；民营企业家往往具有灵敏的市场嗅觉和准确的把握能力，善于运用各种资源。这种特点在项目建设管理中表现为：一方面，信息回馈及时，决策效率快捷，给设计管理带来便利；另一方面，高度的集权容易导致部分决策缺乏科学性、合理性，给设计管理造成障碍，严重时会埋下安全、环保方面的隐患。

1.2 项目建设周期短

早建成、早投产、早见效是石化项目建设的共识，在民营企业石化项目建设中表现尤为突出，抢工期、压缩设计周期的现象普遍存在，甚至出现边勘察、边设计、边施工的“三边”工程。由于民营企业决策者对于设计工作的重视程度不够，过度压缩设计周期，往往导致施工阶段“错、漏、碰、缺”现象频发，施工过程中不断修改设计图纸在所难免，成为进度、成本、质量三大项目管理目标顺利实现的一大难点。对于百万吨级乙烯工程而言，通常建设周期为43个月，设计周期24个月，而本文所述的150万t/a乙烯工程的目标建设周期仅为32个月，设计周期被压缩至18个月，因此，对设计工作进行管理优化、统筹规划就显得尤为重要。

1.3 缺少相应的经验

民营企业进军石化行业的基本路线是自下而上，对于中下游的化纤、聚酯、PTA等品种涉入较早，建设项目多，积累了较为丰富的项目建设经验；对于上游的乙烯工程，恒力石化、浙石化、盛虹石化等民营企业都是近年来才开始涉及，在技术能力、人才储备、管理制度等方面有所欠缺，确定设计方案时往往需要反复沟通、澄清，给设计工作造成一定的障碍和制约。

1.4 管理力量相对薄弱

在项目管理当中，建设单位是项目管理的核心，管理协调项目涉及到的政府部门、勘察设计单位、施工单位、物资供应单位等多个相关方。大型乙烯工程需管理的界面多，彼此之间相互联系、相互制约，需要较强的管理力量，而民营企业的管理缺少整体规划和过程管控，其管理力量不足的劣势在物资采购、设备返资、设计与施工协调等方面有明显表现。

2 加强设备设计管理的必要性

设备设计是乙烯工程设计的重要组成部分。大型乙烯项目中动、静设备数量多，规模大，结构复杂。加强设备特别是关键设备(长周期设备)的设计管理，优化管理措施，形成有效的统筹方案，可以确保工程建设进度、成本、质量三大目标的实现。

2.1 进度方面

表1为该乙烯项目中动、静设备的数量一览。由表1可以看出，乙烯项目中设备总量大、种类多、且长周期设备数量众多。设备设计进度直接影响整个项目的设计进度，包括打桩、基础、电气、仪表、构筑物、建筑物的设计等。其中，乙烯三机、冷箱等关键设备交货期特别长，其采购、设计工作属于关键控制点，处在项目建设的关键线路上，直接影响项目建设周期。

表1 设备数量汇总

2.2 成本方面

在大型乙烯装置的建设投资当中，动、静设备的数量多，价值高，通常会占到装置建设投资的30%左右，其中关键设备占了动、静设备总采购成本的一半以上。在设计阶段优化关键设备的设计分交、选型、选材、配置等方案，有利于有效控制装置的建设成本。

2.3 质量方面

设备设计的质量关系到项目能否正常投入生产，以及投产后能否长周期运行。在乙烯装置开车过程中，由于设备的问题导致装置投产推迟的情况屡见不鲜。曾有机构调研了中国石化共约1 400 台压缩机组，其在2008～2010年的平均故障率为27.13%；2007～2010年，中国石化加氢裂化、乙烯裂解、聚丙烯等重要装置因设备故障造成的非计划停工共156次，导致非计划停工的故障分类中静设备占39.1%，动设备占21.15%，详见图1。动、静设备故障是造成非计划停工的主要原因，会造成明显的经济损失【4】。因此，项目建设阶段设备的设计质量管理尤为重要。

图1 导致装置非计划停工的设备故障类别

3 设备设计管理优化措施

鉴于民营企业大型乙烯项目的特点、难点及设备对整个项目的重要性，在该150万t/a乙烯项目中采取了一系列设计管理优化措施，取得了较好的效果，详述如下。

3.1 PDCA循环管理方法的应用

PDCA循环管理方法是一种质量管理的方法，最早由美国质量管理专家休哈特博士提出，由戴明博士改良后得到广泛应用【5-6】。它包括四个步骤，即PLAN(计划)、DO(执行)、CHECK(检验)、ACTION(调整)，并以此循环进行。本文所述项目中，将该管理方法应用于设备的设计管理，运用PDCA循环，制定合理的设计管控制度，保证设备设计工作的正常进行。如图2所示，首先根据设备操作参数等进行策划，确定设计统一原则、进度计划等，执行过程中编制询价技术文件、出图、进行设备技术交流、确认图纸、为下游专业提供设计输入条件等，之后建立周检和月检制度，为各项风险分析制定决策，最后，进行纠偏，并将纠偏措施纳入后续设计管理。

这种PDCA的管理理念在项目设备设计管理执行当中深入到了不同层面的各个环节。以该项目中裂解气压缩机驱动汽轮机为例，其额定功率达到90 MW，为当时最大的工业驱动汽轮机，国内尚无设计制造业绩。在P(计划)阶段确定该汽轮机设计分交方案为国外引进，并在D(执行)阶段与引进设备供应商进行了充分技术交流，了解了技术、成本、能耗、供货期等关键因素，在C(检查)的周检中分析认为，引进方案成本高、供货期长，难以满足项目要求，遂立即开展国产化调研，调研结果显示，国产制造厂有技术储备、风险可控，且采购成本比引进方案节约近1 000万元，供货周期缩短6个月，因此及时进行了A(调整)纠偏，并重新修改原计划(P)进入新的PDCA循环。该调整措施也被纳入了后续设备的设计管理当中，如急冷油泵等的驱动透平提前开展国内外分交论证，节省了大量采购资金，也加快了项目设计进度。

图2 PDCA循环在设备设计管理中的应用

3.2 价值工程理论运用

价值工程的概念来自上世纪50年代，由被称为“价值工程之父”的美国人麦尔斯提出【7】,最早用于美国通用电器公司的采购管理过程中，后推广到其他领域。在设备的设计管理中，运用价值工程来明确设计工作范围，避免不必要的设计工作，可以加快设计进度，节约成本；从全生命周期的角度进行设备设计，可以降低设备的全生命周期成本。

价值工程的概念公式为：

v=f/c

(1)

式中：v——价值(Value)；

f——功能(Function)；

c——成本(Cost)。

对于设备设计工作而言，其要实现的功能f是一定的，即完成设备的设计工作，要实现该工作的价值最大化，应设法降低成本c。该乙烯工程建设过程中，民营企业的项目模式可以避免繁琐的招标流程，控制厂家技术交流的周期，实现同类设备打包采购。经过设计单位和建设单位沟通，常规动设备(如泵等)在出具设计文件时以规格书或数据表代替招标技术文件，并减少或取消非关键设备的技术交流；静设备设计工作采用多阶段、多条件设计模式，如工程图根据不同阶段的设计需要分为供询价工程图、供设计工程图、供制造工程图等多个深度批次；同类设备的设计进度保持一致，以便于建设单位集中打包采购，利用数量多、合同额大的优势来吸引国际一流制造企业参与到该项目中。通过采取这些措施，减少投入2 000～3 000设计人工时，缩短设计周期1～2个月，同时，极大地提高了工程采购、制造和施工进度，降低了采购成本和供货周期，实现了设备设计工作价值的最大化。

对于大型动设备，运用全生命周期成本的理念在设计阶段进行技术经济评价，将技术评价情况及时反馈给业主，以便于业主对供应商进行综合评价。表2所示为该项目中裂解气压缩机组两家供应商在各项要求基本相同情况下的技术方案能耗指标的评价。由表2可见，供应商A所提供的裂解气压缩机的轴功率比供应商B低1 593 kW，按照年运行8 000 h计算，每年能耗方面可以节约运行成本上千万元。该项目的设备设计中，均采用上述全生命周期成本的价值工程设计理念进行技术方案的比较，优化了项目的全生命周期成本。

表2 裂解气压缩机能耗对比

3.3 标准化、集成化、模块化设计手段优化

在该乙烯工程设计周期非常短的前提下，为确保项目进度，设备设计中采用了标准化、集成化和模块化的设计手段。

标准化设计有多种不同的理解，就项目设计工作而言，可以概括为在项目设计过程中对同类的设计对象或工作，制定统一的标准，采用通用的设计方案和模板，使设计成品具有通用性和复用性，是一种可以显著提高设计复用率和设计效率的措施。该项目在设备设计工作初始阶段就建立了以标准表、标准图、询价技术文件模板、技术协议模板、会议纪要模板、设计条件模板等为主的标准化设计体系，实现了设计文件、设备采购的标准化，缩短了设计周期。

近年来，云计算、大数据、人工智能等技术的发展使得构建以集成化平台为基础的动设备工程设计“数字化、一体化”设计模式成为可能。该项目中动设备类型多、数量大，在前期预测设计工作需要投入大量人工时，且进度难以保证。为缓解上述矛盾，项目之初就启动并快速开发了“动设备集成化设计平台”软件。该软件集成了动设备设计工作的各项主要内容，实现了计算选型、设计条件生成、成品文件输出等工作的集成高效，节省设计人工时70%以上，且提高了设计质量。图3为该集成化设计软件的逻辑架构。

图3 动设备集成化设计平台架构

该项目中还应用了设备模块化设计手段，减少了后期施工的工程量，缩短了建设周期。例如，装置中的丙烯精馏塔是关键的静设备之一，高112 m，总质量约1 700 t，该设备在设计阶段就确定了整体制造、整体运输、整体吊装的模块化方案，实现更高制造质量的同时，还省去了现场组焊的时间，缩短工期3个月以上。乙烯三机的驱动汽轮机在该项目中首次实施了模块化的集装技术，汽轮机及其管道、仪表、辅助设备在制造厂车间即完成了安装、检测和调试，使每台设备的安装施工周期缩短15 d以上。

4 结语

对于民营企业建设的大型乙烯项目来说，设备的设计管理是非常重要的工作。在设计管理工作的策划和实施过程中，应结合民营企业的特点，找到设计管理工作的难点， 有针对性地采取措施加以改进。在本文所述的民营企业大型乙烯工程的设计管理中，应用上述管理优化措施取得了很好的效果，具体如下：系列标准化、模块化的措施提高了配管、结构等专业的设计效率，缩短设备设计工作进度4个月，确保了设计周期和建设周期；PDCA循环管理方法的应用保证了较短设计周期下的设计质量，显著避免了施工阶段的“错、漏、碰、缺”问题；装置一次投产成功，投产后运行平稳，设备故障率低，得到了建设单位的好评。