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【石油观察家】国际大型石油公司地面工程建设先进经验和做法
日期: 2016-09-12
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【石油观察家】国际大型石油公司地面工程建设先进经验和做法

2016-09-08 06:11:00  0

 石油 地面工程


文|李庆 李秋忙 云庆 中国石油天然气股份有限公司规划总院

文|刘中海  中石油燃料油有限责任公司青岛仓储分公司


1 项目管理体系


近年来,在油气田地面工程领域,中国石油的设计单位纷纷开拓国际地面工程建设市场,无论是工程设计还是工程总承包项目,均得到了长足的发展,取得了较大的成效,提升了综合实力和竞争力, 为企业的可持续发展奠定了基础。但是,由于开展国际化业务较晚,并且,承担的工程项目多为中方业主主导,或工程所在地为欠发达地区,虽然在工程设计形式上大多按照国际通行做法,但在内容和水平上与国际先进水平还有一定差距。

为提升中国石油设计及管理水平,提高地面工程的安全性、可操作性及可维护性,从项目管理体系、人性化设计、前期工程设计、详细设计、设计审查、设计变更管理、安全评估、价值提升做法等几个方面,对国际大型石油公司在工程设计和管理方面的先进理念、经验和做法进行了总结,以期对石油行业相关设计及管理人员有所参考和借鉴。

应用全球统一的项目管理体系是国际各大石油公司的共有特点。制定完善、细致的规章制度,无论任何员工,无论项目所在地,均需严格按照公司统一的工程项目管理体系规范开展工作。如,雪佛龙公司的卓越作业管理体系(Operational ExcellenceManagement System,OEMS)、壳牌的卓越作业管理体系(OperationalExcellence,OE)、埃克森美孚公司的作业完整性管理体系(Operations IntegrityManagement System,OIMS)和英国石油公司的作业 管理体系(OperatingManagement System,OMS)。

雪佛龙公司的卓越作业管理体系是雪佛龙的标准方法体系,是对工艺安全、人员安全,以及健康、环境、可靠性和效率的系统管理,以实现卓越的绩效要求。OEMS包括3部分,即,领导责任、管理系统程序和预期工作。领导层发挥决定性作用,负责运作卓越作业管理体系,推动并实现卓越作业; 管理程序用来把卓越作业的目标、计划和行为集成到日常作业中,驱动项目走向卓越;通过开展47项预期工作解决13个领域的主要风险问题。

壳牌公司的卓越作业管理体系的核心目的是确保人人都要明确自己所操作的资产是完整的、安全的。OE管理体系将油气田开发及生产管理分为人员可靠性、流程可靠性、工厂可靠性和生产可靠性四大系统及28个子系统。每一个子系统的工作内容都有详细的岗位描述和专门负责人,28个负责人通过管理相应子系统的工作,调动项目各种资源按照统一的标准程序运行,为项目建立一套规范可靠的标准化操作流程。

相比较而言,中国石油目前的项目管理体系还不够细致、完善。在工程设计方面,安全意识仍然相对不足,安全分析能力不足,这些因素都会不同程度地影响安全生产。


2 人性化设计


国际大型石油公司注重在基础设计和详细设计中引入“安全设计”、“操作准备与保证”等人性化设计要求。如,雪佛龙公司的“SID(SafetyIn Design, 安全设计)”,结合人机工程学原理,对生产场所各类设施的设计提出最低设计要求,以满足各类生产场所对安全的要求。SID 共包括12章,分别为人形通道、作业空间及设备和物料的运输通道,栏杆, 楼梯、坡道、走道和操作平台,爬梯,机械伤害、 烫伤及化学品喷溅伤害的防护,电气设备,无障碍设计,安全淋浴、洗眼器及化学风险,标识设计, 设备和材料搬运安全设计,海上设施,施工行为。雪佛龙公司阀门操作空间要求详见图 1。

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中国石油的工程设计单位往往对可施工性、可操作性、可维护性考虑不足,因此,常常导致设计图纸在施工前、施工过程中、调试和试运过程中频繁修改,甚至在工程竣工后,生产运行团队还要进行整改。


3 前期工程设计


前期工程设计(Front End Engineering Design, FEED)是一个工程项目的前期规划与设计阶段,包括可行性研究阶段和基础设计阶段,在工程建设程序上,可以分别对应中国石油的可行性研究阶段和初步设计阶段。国际上对FEED的范围和深度没有一个明确的定义,各公司一般根据项目要求定义工作范围与深度,但能够确定的是,FEED无论从开展方式,还是在范围和深度上均大幅度超过中国石 油初步设计的要求。

3.1 参加人员范围

国际上,在FEED阶段,项目管理、设计、质量控制、施工、生产维护等方面的专业人员就全面参与,对基础设计提出各方面针对性的意见。中国石油在开展初步设计过程中,只有设计单位的人员参与,在设计单位完成设计后,建设单位才组织对设计图纸资料进行一次性的集中审查,参加审查的人员通常是建设单位的各专业人员,通常不包括施工单位人员及运行维护人员。

3.2 专项研究

国际上,FEED要求开展专项研究指导和优化设计,如,危险与可操作性分析(HAZOP),安全目标分析(SOA)、控制分析(COA),定量风险分析(QRA)、健康、安全、环境评估(HSE),设备、阀门噪音计算和评估,放空评估等。中国石油的设计对专项研究开展较少,重视不够。

3.3 设计深度

FEED文件包中基础设计的深度大大超过了中国石油的初步设计要求,主要体现在工艺方案和P&ID(管道及仪表流程图)更细化,同时,为了满足现场施工准备和采购的需要,公用工程方案、总平面布置、装置设备布置、场区平整、征地图、道 路资料、管架资料、设备和材料表等方面的设计基本达到了中国石油施工图的深度要求。在FEED阶段结束时,所有技术参数将全部确定下来,详细设计阶段不再对 P&ID、工艺参数、管道尺寸、设备数据等进行变化和调整。


4 详细设计


详细设计(Detailed Design,DD)经审查批准后即可发布用于施工,同中国石油的施工图设计阶段相对应。但,详细设计与中国石油施工图设计在设计手段、设计深度等方面存在较大差异。

4.1 设计手段

详细设计阶段,国际大型石油公司的惯例是要求建立完善的站场三维模型,交付文件全部为三维设计出图并自动开料,以保证设计质量和工程量的准确性。详细设计提供ISO图(单线图)直接用于施工预制,不需要施工单位再画预制图。

目前,中国石油大部分设计单位仍然采用二维平面设计。部分已经开展三维设计的设计单位,三维设计基础库建立还不够完善,设计效率不高;同时,三维设计模型抽取的单线图还不能直接用于施工预制,施工单位必须进一步绘制加工管段图用于施工。

4.2 设计深度

按照国际惯例,详细设计的P&ID不但包括了所有开停工需要的吹扫、置换用管道和采购设备的详细P&ID,而且,仪表控制连接及逻辑更加完整, 达到操作实物与P&ID完全一致,以确保操作维护的方便和快速响应。同时,详细设计在以下方面开展了细致的工作:一是,全部管道和管嘴均须进行 应力分析;二是,设备表内容操作参数全面,甚至包含制造厂家信息;三是,选用的标准图集均需转化为设计文件,包括支架、吊架;四是,仪表专业的索引表、数据表、因果图等编制格式详细。

而中国石油常规设计的施工图,设计深度和范围与国际上的详细设计有较大差距,典型的如:一 是,仅对高温、高压、大口径的管道和管嘴进行应力分析;二是,P&ID 中,厂家成橇范围内不需表示详细信息;三是,设备表填写内容仅需包括名称和规格等典型参数;四是,选用的标准图集直接给出档案号即可,不再重新绘制;五是,同一类电机绘制统一的控制原理图;六是,不需要绘制管架的侧立面图及细部详图。


5 设计审查


国际石油公司对工程设计质量的审查极为严格,典型的审查范围包括:一是,基础设计所有文件,包括P&ID、总图、设备及材料表、计算书等; 二是,详细设计所有专业文件,包括3D模型、应力分析模型、设备计算书、逻辑控制图、设备及仪 表和电气安装布置图、采购包文件等;三是,设计和施工变更审查;四是,供货商设计文件、制造工 艺验证(MPQ)、检验测试计划(ITP)、工程接受测 试(FAT);五是,各项安全及技术专项研究文件。

其中,每项审查均严格细致,如,3D 模型审查 要点包括:一是,在模型完成 30%、60%、90%、 100%分阶段审查;二是,由专人管理模型数据库, 并确保所有专业在一个软件平台上工作;三是,管道和结构专业紧密沟通,确保结构参数准确,如, 钢结构尺寸和次梁的位置;四是,P&ID 一定要完整, 根据P&ID 对管道逐根进行检查,确保管道和阀门没有遗漏;五是,根据 P&ID,确保管道连接的最小 距离和倾斜度要求,以及高点排气和低点排污要求; 六是,检查阀门类型、尺寸、安装高度、操作通道和空间;七是,检查管道走向和支撑是否合理、是 否阻碍通道和与结构碰撞、检查保温间隙、计量直管段长度;八是,巡检通道是否合适、设备检修空间(如换热器抽芯、人孔)是否足够,梯子及平台设置是否合理、吊车通道和检修空间是否预留;九是,模型完成 90%阶段的审查应确保管道支撑形式和应力分析模型一致;十是,模型后期应把一次仪表和电气操作柱、电缆桥架等放入模型。

而中国石油常规的初步设计审查和施工图设计审查,参加审查人员数量有限、专业不全,对设计文件的研究深度有限,因此,往往不做较大范围、较深入的审查,并且,基本不对计算书、3D模型、 各种分析模型、供货商设计文件、专项研究等文件进行审查。


6 设计变更管理


按照国际惯例,设计变更审批人包括交付经理、 商务经理、作业经理、HSE 经理和MCP(重大投资 项目)经理等相关负责人。重大变更必须报设计团队、施工团队、质量管理团队、操作团队等,得到各团队的确认后方能实施。

而部分中国石油的工程建设项目,对于工程设计变更的管理不够严格,甚至连签字、费用、印章 等关键内容都缺失,带来较大隐患。


7 安全评估


安全评估是国际石油公司开展工程建设项目的必要手段。国际石油公司特别重视安全评估,通常聘请第三方开展各项安全评估,如,HAZOP、FEA (火灾与爆炸分析)、QRA、RAM(可靠性和可维护 性研究)、应力分析等。

中国石油的设计单位和设计管理单位对工艺安全的专题研究认识不够,对如何开展这些研究、如 何跟进这些研究的结论不够重视。特别是对相应的评估工具和软件,或配置不足,或由于应用水平和经验有限导致评估的结果不尽如人意,因此,在工程设计中往往不积极开展安全评估。即使已经较广泛开展的HAZOP 研究,在参加人员范围、研究深度等方面还是难以与国际水平相比较。


8 其他提升工程价值的做法


国际石油公司通常采用很多工具和研究来提高和优化设计,其中,很重要的一个工具就是VIPs(价值增值方法)。价值增值方法是在价值工程理论的基础上发展起来,能给项目带来增值的价值工程方法。国际石油公司在项目的不同阶段,利用价值增值方法发挥参建各方集体智慧,群策群力,得到最佳方案。在工程项目各阶段,应用价值增值方法,可使工程项目的功能更加合理,并有效控制工程总投资 和项目生命周期成本,节约工期和提高项目的可靠性。通常,VIPs包括12个方面:项目功能性目标研究(ProjectFunctional Objectives);工艺技术选择 (Technology Selection);利用价值工程进行工艺简化(Value Engineering(Process Simplification));利用价值工程进行设施优化(Value Engineering (Facility Optimization));设计能力评估(Design to Capacity);优化能量(水、电、风、蒸汽)的使用(Energy Optimization);废弃物最小化研究(Waste Minimization);工艺可靠性及可实施性模拟(ProcessReliability and Availability Modeling);项目执行标准研究和制定(ProjectStandards);提高可施工性和可操作性研究,包括执行策略、设计理念和执行具体内容(Constructability);预防性维护研究(PredictiveMaintenance);采用标准化、模块化、系列化的定型设计,采用3D模型设计(3-D CAD)。VIPs及工作开展时机具体见图 2。

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9 建议


在工程设计和工程设计管理方面,与国际先进水平相比,中国石油的设计和设计管理还存在一定的差距。为了从设计源头上做好方案优化、提高设计质量、做好投资成本控制、提升本质安全及环保水平,有必要学习和借鉴国际先进理念和做法,并有效应用于工程建设实践中,促进油气田地面工程建设质量和水平的提升。

建议加强几个方面的工作:一是,建立统一、 完善的工程项目管理体系和安全管理理念;二是, 重视人性化设计,开展可施工性、可操作性、可维护性研究;三是,参照国际基础设计和详细设计, 制订适应中国石油的公司级基础设计和详细设计编制规定,并逐步推广实施,提升初步设计和施工图设计水平;四是,全面推广应用三维设计;五是, 加强设计审查的范围和深度,确保审查质量;六是, 严格管理设计变更;七是,重视安全评估的作用, 积极推行安全评估,必要时聘请第三方开展相应的评估。(本文来源于第27卷 第4期《石油规划设计》)


 

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