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大型化工项目精益化设计的实践与思考

作者:精益改善师分类:精益设计时间:2020-04-30 11:02:38

精益设计是什么,能给企业带来什么?化工行业如何做好大型化工项目精益化设计方案.天行健精益生产管理专家王老师介绍:2008年的全球性经济危机以来,中国化工行业逐渐步入产能过剩、较高税负、关键人员流动过快、不可逆转地劳动力成本上升、土地购置及租用成本变大、原材料成本波动、环境压力增加、人民币升值、大而不强、专而不精、产品同质化、竞争范围狭小等困境,国家提出了越来越严格的环保标准和节水、节能要求,不能再以重规模、求速度、高投入、低质量、仅依靠较低的资源能源成本优势和消费市场潜力来发展。

大型化工项目精益化设计的实践与思考

据统计,在设计阶段节约投资的可能性为88%,而施工开始后节约投资的可能性仅为12%。在大型化工项目设计阶段,业主方要引领设计方,充分遵循节地、节材、节人、节能、节水和减排理念,采用并探索一些精益化设计思路与做法,以创建工厂建成投产后的相对优势。

1 总图与设施布置

在满足国家、行业有关工业企业总平面设计、总图运输设计和防火设计等的标准规范要求的前提下,总图与设施布置应着重考虑节能、节地、节人、安全等:

1)变电所不宜太集中,要靠近主要大型用电设备,适当分散布置。

2)中控室集中成一个,考虑取消或减少压缩、水系统、储运、锅炉、烟气脱硫等单独分散的控制室。

3)化验室集中设置与适当分离相结合,部分岗位可考虑操、检合一。

4)立体化、紧凑布置设备和装置,尽量减少装置间距离,减少物料输送能耗。

5)除非由于处于北方地域又属于间歇操作,尽可能考虑露天化,机泵类不一定设置房子,压缩机组不一定修建很大的房子。

6)同开同停能合并成一个装置(主项)的尽量合并,避免因单纯满足防火规范要求而增大装置间距离。

7)注重自然化,按工艺流程需要布局各个装置,考虑利用物料的无动力自然流动,避免物料往返运输和无意义停留。

8)一个园区的火炬、蒸汽等集中布局,统筹考虑。

重庆某300kt/a煤制甲醇项目,在设计开工会上,总图设计人员认为500亩土地不够用,布置不开,在业主参与下,充分考虑以上原则,经过十几版的总图修改,在其中302亩的面积完成了布置。项目建成后,经分析研究,在土地利用上还是有些浪费;因装置间不必要的距离,还是增加了一些不该有的输送能耗。

2 节能降耗减排

化工产品也是由相应资源、能源通过一系列物理、化学变化生产出来的。

国家发改委于2010年9月提出了项目节能评估与审查要求,企业要以此为契机,对项目可能涉及的节能技术进行细致调研,积极采用可靠的新型节能技术,而不只是将其看成“多跑一个手续”。针对项目可行性研究报告,企业和设计单位一定要从节能降耗与“三废”排放等方面做客观、深入、细致的论证,做好环评、能评工作,避免因前期工作不扎实,给后续工作带来难以弥补的困难或麻烦。

大型化工项目精益化设计的实践与思考

节能降耗减排工作有利于企业、社会和子孙后代,在大型化工项目中,要积极选用经济可行的节能降耗减排技术。目前可以采用的技术有:

1)优先选用转化率高的新型化工反应设备技术。

2)降低循环水浓缩倍率:探讨采用高浓缩倍率(5~6以上)的循环水技术、凝结水闭路循环技术、水网络集成优化技术。

3)循环水冷却塔设计时,考虑利用循环水回水压力的涡轮机驱动冷却塔螺旋桨。

4)地下循环水、消防水管网中全面采用立体斜三通、大半径弯头;管廊上直角拐弯处,除非为了清洗方便,采用斜三通、大半径弯头。

5)锅炉空气预热器、省煤器等采用高效节能的热管式换热器;在化工装置合适位置采用高效节能、结构紧凑的板壳式换热器。

6)对锅炉、气化炉与其他工业炉进行升温烘炉时,采用甲醇、二甲醚,不用柴油或兼用柴油。

7)选用完整的硫回收与尾气处理工艺,在粗硫磺、精硫磺、硫酸和二甲基亚砜等产品上做好选择。

8)采用能量回收与梯级利用技术,用余热、余压、乏汽发电或低位能余热吸收制冷。

9)根据生产负荷的调整范围,积极、合理选用变频调速电机。

10)附近有电厂的,积极探讨由电厂直供电。

3 设计管理

3.1  设计单位的选定

设计招标时,考虑是否应把技术专利商与设计单位捆在一起从而更容易实现技术与经济的最佳匹配。对于采用EPC模式的项目,要针对各投标单位的投标价或概算,由有经验的造价师和结构、建筑、工艺及设备专家进行细致地分项评审。如果调查的承包单位没有EPC经验,自己又有项目管理的经验,最好不采用EPC管理模式。采取设计招标时,可开展设计方案竞赛,从工艺流程、设备选型、建筑结构等实物工程量、造价以及设计取费等方面优选出最佳设计单位。设计方案好坏对造价的影响远比设计费大得多,越是大型、复杂项目,设计的优劣对造价影响越大,设计评标,不宜一概以设计费投标报价为主要定标因素。

与选定的设计单位签订设计合同时,宜明确以下要求:

1)项目组宜专设,最好能集中办公,每个设计专业负责人及设计人员的经历、数量须做规定,能力应经评价适合项目需要。

2)在总合同额中,列出一定比例作为设计人员激励,以鞭策其快速地出具符合安全、质量、造价节省要求和尽量少返工的设计图纸,该激励的分配需要建设单位同意。

3)对成套供货设备或装置的设计分工须细致规定,对供货商提交的中间资料及设计院的审查质量提出要求。

4)明确要求采用PDMS(工厂设计管理系统)三维立体模型进行管道与设备、建(构)筑物布置,采用HTRI(工艺热传递及换热器技术)计算软件进行换热器结构优化设计。

5)对安全、环保、消防、职业卫生、雷电灾害风险评估等专篇设计、施工图纸设计的规定除了须符合国家有关法规、标准要求外,还须符合建设项目所在地有关部门的要求,已经两次审查还没有通过的,审查费用及相关费用由设计单位承担。

6)对各装置间距、管廊的层数、预留情况作出建议。

3.2  精益设计

设计前,组织设计单位各专业负责人一起走访同类已投运装置,听取已投运单位对设计改进的意见;正式设计前,事先详细了解当地有关政府部门的特殊要求,避免、减少设计返工。在此调研总结基础上召开设计开工会,外请专家参加,细致筹划初步设计。除了初步设计审查之外,最好还要有30%、60%、90%等三维模型设计审查。

要在项目设计团队内大力宣扬“浪费可耻”的观念,做到“满足功能不浪费,国内生产可满足需要的不进口”。

建设单位有关人员要深入参与设计,不宜盲目相信或放任设计。重庆某300kt/a煤制甲醇项目,设计单位初步概算投资额为22亿元,业主要求调整到15亿元,业主充分参与设计过程,尽量考虑精益化,最后实际总投资为13.1亿元。同样是该业主,在其100kt/a甲醇制二甲醚项目上,业主采用取消、合并、重排、简化、复制、自动化等技法,与技术专利商和设计人员一起研究识别已投产同规模二甲醚装置工艺路线、占地、设备种类、结构和数量、设备布置、节能减排等方面的可优化点,设计完成后的生产装置占地面积比650~700m2的同类装置少150~190m2,总投资费用比同类装置节省近700万元,0.75t的吨醚耗蒸汽量远远低于其他同类装置消耗,做到了精益化设计。

口径较大的管线上的阀门的设置一定要首先探讨其必要性,然后再探讨选型的合理性。地下管网,尤其是消防水管网慎用PE管,PE管的热熔接工艺目前还不过关。

电气设计,要充分考虑外电网及内部电气控制的抗晃电设施与措施。对于总变电所,根据厂区附近国家电网220kV变电站、110kV变电站的距离和实际负荷情况,综合考虑线路建设投资、线损、雷击安全、总变电所投资与占地,确定外引电网是采用35kV线路还是110kV线路。在非防爆区域,探讨电缆铜芯采用铝芯的可能性。厂区道路边上的路灯设置,充分考虑路两边装置上已经设置的灯具的照明,根据厂区夜间照明最小需求照度和实际使用情况,可将厂区中间道路的路灯分路段适当取消,保留厂区环路路灯。根据实际功率计算,对于电动机泵,能采用高压电机的不采用低压电机,以减少线损。

除非造价太高,设备尽量不采用单系列无备机或一开一备设计,选用两开一备或三台全开、两台全开,以便一台出问题时可以减负荷生产,不致全厂停车。

在合适的地方采用标准设计,要积极、有效采用价值工程原理进行工程设计。

采用限额设计与设计激励,鼓励设计人员出具准确的材料汇总表,规范设计变更程序。

3.3  设计与设计、采购、施工的协调

设计与设计、设计与采购、设计与施工要快速友好沟通,正确衔接与合理交叉、并行,减少专业内校审和专业间沟通过程中的停留和不及时现象,设计时要充分考虑方便施工的可能性。工程设计中,要积极采纳施工专家的意见和建议,以便在保证质量、安全和投资可控的前提下,采用施工容易、经济的设计方案。设计要为采购、施工从时间上创造条件。

工程总承包项目将设备、散装材料采购纳入设计程序,应该更容易实现精益化。

对一些特殊的专业化装置,可采用合同能源管理以解决节能减排问题,进行专业化外委配套建设以解决将来专业化管理的问题,专业化成套性采购以便更有效地保证采购质量。

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