石油化工总图运输设计全过程优化方法

石油化工总图运输设计全过程优化方法

刘军

（惠生工程（中国）有限公司  上海市  200000）

摘要：针对总图运输专业的方案优化，通过系统性的方法对石油化工项目的总平面布置、运输组织等进行全过程优化。

关键词 ：总图运输、流程、消耗、安全、物流、价值工程、可施工性、全过程、优化

总图专业的工作内容涵盖了总图设计和运输工程两个方面，这两个方面之前联系紧密，互相影响。工作内容又包括总图设计和运输工程以及总图运输管理两个方面，本文论述重点为阐述一种以总平面布置和工厂运输组织优化为目标的工作方法和过程。

1. 工艺流程的研究和复核

工业总平面的布置主要的一个原则就是满足工艺流程的要求，力求管线短捷，避免物料折返。

在这个阶段，总图专业设计人员应对工艺物料平衡图（下文称PFD）和工艺管道和仪表流程图（下文称P&ID）重新展开研究，以确定总平面布置和流程的匹配性。

根据PFD复核全厂各个装置上下游的顺序和各个装置对外的衔接点方位的合理性。确认装置布置的流向与工艺流程匹配，流程顺畅，并识别出能够联合布置的装置。避免出现物料U型折返，M型折返。同时整理出原料和产品需要汽车外运及内部倒运的运输量统计表。统计表包含起止点、包装方式、介质火灾危险性类别。

通过对PFD的梳理，能够清晰各个介质的流向和不同工艺装置之间的衔接顺序，以及建立起粗线条的物料流向的概念，以总体上识别装置布置的合理性，在通过P&ID的研究和复核，得出细致一些的物料流向和影响。

在研究P&ID的过程中，能够让设计人员熟悉装置单元内及单元之间每一个介质、添加剂及其它物料的流向、用量。再此基础上进一步核查装置内的布置是否物料折返过多，是否沿流程流线布置，是否优化的大宗物料的运输距离，是否做好了区块划分，同时对每个装置往外输送和装置接收的介质内容做到了精细的了解。可以进一步在各个装置间的布置上衡量是否流畅，主要物料是否运输短捷，对外衔接是否便于实现优化的平面方案。

PFD的研究让设计人员在稍微宏观的层面确认方案合理与否。对P&ID的研究，可以使得装置内部的各个工艺单元的布置和装置之间的衔接进一步确定是否合适，P&ID是在更微观一点的层次上对总平面是否合理进行确定。

2. 管道系统图的研究

管道系统图标示了各种物料的名称和起止点，管道直径等信息。可以更清晰的看到管线的衔接、输送顺序和分配情况。

通过管道系统图的起止点信息，总图专业可以获得各种介质在不同装置之间的流动的详细信息，可更清晰的梳理大管道的路由情况是否便捷，不同管道交界点位置是否合理。

通过总管和分支管道的信息，可以获得该介质的分配方案。通过介质信息可以分析该装置的火灾危险类别。

通过对管道系统图的研究，可以优化厂区公共管廊的路由和布局。

3. 公辅工程消耗的研究

在总平面制定和优化的过程中，绘制公用工程消耗图表，如图一所示。将不同的公用工程及其消耗量绘制在不同的装置区内。并在装置区外绘制连接线，将同一类的介质连接至供应设施。这些介质包括蒸汽、仪表空气、氮气、循环水、新鲜水、脱盐水、氧气、生产污水、采暖热水等公用工程。

图一 公辅工程消耗图

  通过该图表，总图专业人员可以了解到不同辅助设施的资源来源和状态，各个介质的消耗分配，每个装置消耗的公辅工程的种类和需求量。可以协助总图专业更准确的确定公辅工程各个介质的负荷中心和负荷区域。结合PDF的流程，将工艺装置和辅助设施的相对位置做一个概念性的确定，在总平面布局的时候，将关联度密切的辅助设施布局在负荷中心，将空气类易输送的介质可考虑适当远离。

4. 安全性复核

对于一个石油化工项目，总平面布局的安全性评价显得尤为重要。在此阶段，总图专业对照工艺安全专业提供的物料特性表和装置特性表，对项目涉及到的有毒有害介质尤其是易于扩散的高毒气体、易燃易爆的装置、可能引发蒸汽云爆炸（VCE）的装置进行识别。结合定量分析QRA报告和相关确定外部安全距离、内部安全距离的标准规范，确定火灾、爆炸及高毒扩散影响区内的人员场所的布置。同时通过识别装置的火灾危险性特征，尽量避开介质能发生剧烈反应的装置临近布置。同时针对爆炸冲击波影响范围内的人员集中场所和控制室、机柜间进行识别，确保其位置和建筑结构符合相应的抗爆设计规范的要求。

另一方面，通过对各个装置布置图的研究，结合各个装置的安全疏散通道和安全楼梯，确定厂区事宜的人员临时集结点和疏散路线及应急大门的设置位置。结合各个建筑物、消防道路和二道门、安全门的情况，绘制出全场安全设施及应急设施的布局点。 

通过识别工厂安全信息，在平面

布局的时可根据安全卫生防护及可接受度标准确定厂区设施与周边敏感设施的安全距离。

   通过对通道设置和消防道路设置的审查，进一步确定厂区总平面符合相关的标准、规范的要求和当地地方法规的要求。

5. 运输组织研究

运输组织研究的主要内容是根据项目信息确定厂区内发生物流和人流流线的路径和点位，对其进行组织做到人货分流，物流顺畅，减少物流车辆在厂区的行驶距离。进而确定厂区物流大门、物流位置和物流动线。并由此判断每条道路的功能，区分出主要的物流运输道路。

首先绘制出物流分布图如图二。

图二 物流分布图

图中展示出厂区内不同建构筑物所需要的物流运输量，物流运输介质和相应的包装形式说明。以此为基础，进一步绘制出物流车辆动线图，图三。

图三 物流动线图

通过分析物流动线，可发现物流运输组织的方式和形式是否安全、便捷。物流运输车辆的多少可以判断物流设施的能力是否满足要求，物流的频次可以判断是否主要运输道路。通过绘制物流线路，可以将运输道路与其它道路分离出，在路面宽度和道路结构厚度上按照不同标注设计。

6. 场景设计

根据主要生产设施的工艺流程紧凑布置形式，结合厂区外部电力、给水、排水、天然气、工艺管线等的方位和位置。将厂区内主要装置的布置靠近不同的方向，或者转换不同的角度。确定不同的布局重点考虑因素等情况，确定出供讨论的多个平面布局方案，例如方案一高架火炬布置在东北角，方案二高架火炬布置在西北角，方案三厂前区布置在西南角，方案四将工艺装置南北向布置等等。不同的方案场景分别列出各自考虑的重点和初步分析到的优缺点。

7. 总平面研究报告

通过记录流程布局研究、负荷中心布局研究、公辅工程布局因素、外部条件方位、风向气象因素、工艺装置布局原则等方面。将每一个设施的布局考虑的因素进行分析、对比分别得出初步的布局原则和布局思路。

通过梳理各项研究的结论绘制初版的总平面布置图。在这一版本的布置图中，多项信息和因素已经被总图专业尽量考虑周全了。在此基础上展开下一步研究。

8. 平面布局workshop

在之前的各个阶段都是总图专业在工作，在制定总平面布置图，因因其专业自身限制，对不同专业的理解和需求多数是表面或者不全面的，因此总平面布置需要更多、更深层次的讨论和思考。在这个阶段引入各个专业的大讨论。

在这个阶段电气专业、工艺专业、配管专业、土建专业、安全专业、项目管理各专业、施工组织专业及公用工程各专业全员参加到大讨论中来，综合项目的执行策略、大件运输通道、各专业投资、技术等方面的考虑因素。得到很多条意见或者建议，其中不乏互相矛盾的、互相冲突的。在此基础上总图专业组织涉及到冲突的各专业提高专业讨论的层级，引入更具经验的人士和项目管理人员共同确定相互协同的方案，至此总平面布置图获得第1次升版优化。

9. 价值工程

通过各个专业百花齐放、百家争鸣的讨论，确定了优化的1版总图。这个版本的总图都是站在设计、施工各专业的立场在思考问题，因此在此阶段引入价值工程，即Value Engineering。邀请生产运营、项目管理、试车开车、费用控制等专业人员，对总平面在运营期间综合考虑运营费用、生产费用及各个公辅设施位置变动后对生产成本的影响进行分析。根据分析结论确定总平面的第2版。

10. 可施工性审查

经过价值工程审查的总平面尚不能作为可发布的总图布置，尚需结合临时设施布置、临时仓库布置、工程进度对土地的需求顺序、大件运输、吊装场地、吊车运转半径、施工期间的出入口及生活区的布局等进行审核，确保总平面各个设施间的间距或者空地、空间能够满足施工的要求，在既定施工组织方案的前提下，确保总平面布置图满足施工需要。至此总平面布置图再经过合规性审查即可作为正式版本发布给各个专业开展工作，随着工作的深入保持总平面布置图的协同更新。

11. 结语

综上所述，通过对总图运输不同阶段、不同方面和不同方法的审查、审核和优化的系统程序，可以建立起满足项目要求、工艺要求、建设运营要求的初步方案。建立起来系统的方法有助于工程师系统的检测自己设计的总平面方案是否考虑周全，是否有遗漏的因素，是否多方参与、广泛参与，实现总平面多专业的协作。

总之，本文为总平面系统性优化提供了一个方法或者流程，通过多项目的实施比较，此方法有效、可操作性强。

参考文献：

[1] GB50160-2018 石油化工企业设计防火标准

[2] GB50984-2014 石油化工工厂布置设计规范

[3]Ed Bausbacber Roger Hunt. 《Process Plant Layout and Piping Design》

[4] SEUNGHO JUNG《Facility Siting and Layout Optimization Based on Process》