從首套50萬噸/年乙二醇項目看化工行業智能制造轉型

　　11月28日，中國單套最大高效合成氣制乙二醇裝置成功投產新聞發布會在北京舉行。發布會透露，國內首套大型50萬噸/年乙二醇示范項目在華魯恒升成功投產，開創了煤制乙二醇項目的多項先河：裝置開車時間最短，產品優等品率100%，真正意義上實現了乙二醇裝置大型化，設備全部實現國產，裝置單位投資最低。

　　而所有這些創紀錄成績的背后，智能化設計功不可沒。該項目工程設計方中國成達工程有限公司副總經理兼總工程師王允升對此感受頗深。12月3日，王允升在接受《中國化工報·智能制造周刊》記者采訪時，對工程設計在化工智能化工廠建設中所發揮的作用進行了分析，同時詳細解讀了50萬噸/年乙二醇示范項目設計中所蘊涵的智能元素。

　　數字化移交夯實基礎

　　數字化移交是化工項目實現智能化的基礎，工程設計單位在智能工廠建設中發揮著無可替代的作用。如何從項目設計開始，為未來的工廠注入更多的智能元素，推動化工企業加快智能升級？王允升解釋說：“流程行業智能工廠建設是一個復雜的系統工程，數字化工廠是智能工廠建設的重要組成部分。智能工廠建設的基礎是數字化移交。”

　　數據作為智能工廠的核心要素之一，其開發和利用的程度直接反映出智能工廠的建設水平。工程項目規劃、設計、采購、施工各階段會產生大量的數據，但由于項目參與方較多，且數字化能力參差不齊，往往導致末端的海量數據在收集、處理、交付的過程中逐漸丟失。

　　王允升指出：“如果工程項目建設階段工程數據的缺失或不規范，會帶來許多不便。到工廠運營時，業主不僅需要投入大量的人力、物力去整理甚至重建這些工程數據，而且很難保證數據質量。工程公司在支撐智能工廠建設上肩負著重要職責。為更好地支持化工行業智能工廠的建設，設計院與工程公司應立足于數據這一核心要素，從智能工廠的規劃、建設階段開始，高效、規范地整合和交付工程數據，在建設實體工廠的同時開展數字化工廠建設，為智能工廠的建設打下堅實的基礎。”

　　信息系統助力超常規設計

　　為擔負起支撐智能工廠建設的重任，設計院與工程公司自身首先要實現數字化和信息化的轉型。以50萬噸/年乙二醇示范項目為例，王允升向記者介紹了先進的專業軟件和信息技術在攻克項目設計難題方面所發揮的重要作用。

　　在整體策劃階段，首先成達公司將項目的專業軟件、信息技術的應用納入策劃范疇，建立了以成達為主開發的EPC項目執行協同平臺，涵蓋各個專業，保證了項目目標清楚、標準明確、專業之間接口信息傳遞，采購廠商技術資料反饋及時、準確、高效；其次，應用各種專業軟件以及管理軟件，例如ASPEN、HTFS、HTRI、BIM等，尤其是成達公司工程設計全部采用PDS三維模型系統，實現了專業全覆蓋，管道材料由PDS模型自動生成、提取，EPC項目協同系統為項目設備大型化，大直徑不銹鋼管道薄壁化，框架/管廊超大與超高、集成化設計創造了技術上的可能性，提供了便捷快速的條件。

　　精餾系統的大直徑不銹鋼管道薄壁化是工程設計的一大難題，最大工藝管線直徑高達100英寸（DN2500），遠大于常規石油、化工項目的管道。采用傳統、常規的設計，管道壁會很厚，造價很高，與之配套的管廊、管架、框架等一系列設施投資也會很大。為此，成達公司開展多部門跨專業攻關，首次在業內大量采用具有外部加強筋的不銹鋼大直徑薄壁管道，大幅度節約了管道材料及結構用料。僅管道材料一項，就為業主節省投資1000多萬元。

　　由于沒有任何經驗可以借鑒，成達在管道應力計算及校核方面遇到了前所未有的嚴峻挑戰。外部加強筋的大直徑薄壁管直徑與壁厚比值達到200∶1，應力計算及校核方式超出了壓力管道標準的適用范圍，同時還具有壓力容器的特點。為了應對這個特殊的難題，成達公司采用了管道有限元（CAESAR）和設備有限元（ANSYS）雙重核算，達到了壓力管道、壓力容器校核標準的雙重要求，并指導管道支吊架設計，確保系統合規、安全、可靠。

　　“可以說，這個項目中多項難題都屬于超傳統、超常規的創新設計，如果沒有先進、齊備的專業軟件，沒有協同統一的信息平臺，這些都無法實現。”王允升對記者表示。

　　設計入手持續優化

　　當前，我國石化行業智能工廠建設方興未艾，但尚處探索階段，國內石油和化工企業對智能工廠的認識和需求參差不齊。

　　王允升認為，化工企業在數字化、信息化和智能化方面面臨著兩大挑戰。一是企業需求不明晰，缺乏戰略頂層設計。化工裝置建設投資大、參與方多、資源復雜，工程建設各方各系統相互獨立，缺乏有效關聯，存在“信息孤島”現象。數據分布分散使得標準的制定和執行困難，難以獲得數字化工廠所需要的系統性全生命周期數據。二是投資方難以走出唯效益論誤區。當前化工數學模型基于半經驗半理論，邊界條件復雜，大多數生產工藝做到實時在線優化還比較困難，要實現高度數字化或自動化，技術方面還需要很長時間的積累。單純從智能化和自動化生產增加效益節省成本的角度考慮，投資收回期會很長，導致許多企業在數字化上投資時猶豫不決。

　　如何引導企業明確方向，尋找到有價值的應用點，加快智能工廠的建設步伐？王允升提出：“在業主并不明晰自己的具體需求的情況下，工程公司應該利用自身在人才和技術方面的優勢，通過與業主、自動控制集成商、設備供應商等多方的合作，主動參與到智能工廠的建設、運維中去，協助業主做好頂層設計和源頭數據的收集，采取自上而下的方式推進工廠數字化、信息化、智能化建設，統籌考慮EPC、ERP、MES與PLM等不同系統間數據的整合和應用，為客戶創造新價值。”

　　他還提到，化工行業智能化升級投資大、見效慢，只有通過持續改進，逐步實現生產過程動態優化，制造和管理信息的全程可視化，企業在資源配置、工藝優化、過程控制、產業鏈管理、節能減排及安全生產等方面的智能化水平，才能循序漸進地得到提升。（記者 李聞芝）

　　轉自：中國化工報

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