【深度】访大唐能源副总工程师黄新平：现代煤化工把好设计第一关，黄新平

从国家发改委有关人员透露的我国煤化工“十三五”发展规划设想来看，“十三五”时期，我国现代煤化工仍将以示范为主。我国自2005年相继开展包括煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等五大类现代煤化工示范项目以来，示范时间已达10年。但从已建成的煤化工示范项目看，业界普遍认为仍不十分成熟，尤其设计方面的缺陷还较多，还有继续示范的必要。

那么，我国现代煤化工示范项目从工程设计的角度到底需要从哪些方面加以探索和改进?日前，中国化工报记者独家采访了曾参与煤化工项目设计与工程建设的业界专家、大唐能源化工公司副总工程师黄新平。

煤化工项目设计：

有别于一般化工项目

记者：近年来我国现代煤化工发展迅猛，但不少项目建成后陆续暴露出一些设计方面的问题。在您看来，现代煤化工项目的设计与一般化工项目有何区别?

图为云南一家企业的煤化工项目装置。 (徐芳 摄)

黄新平：对于一个工程来说，设计是龙头、是灵魂，这个项目的成功与否、进度快慢、投资是否合理、采购的设备材料是否正确、操作是否顺畅、能耗物耗指标是否先进，以及工程是否安全环保、环境优劣、职工健康卫生等均与设计有关。设计得好，是项目成功的基础，如果基础不牢，就很难取得成功。

现代煤化工是新兴产业，近年来刚刚起步，与成熟的化工项目在设计上的确有很大的区别。现代煤化工项目一般表现在生产工艺技术复杂、工艺流程长、操作条件苛刻、环境负荷大、工程设计牵涉的面多、管理难度大。无论从装置复杂程度，还是从投资规模看，现代煤化工都是我国石油化工建设史上的超大型项目。

首先是规模大。有人曾做过比较，一个40亿立方米/年的煤制天然气项目规模，相当于10多个30万吨合成氨项目、10多个较大的城市煤气厂;按照标煤消耗计算，相当于687万吨/年甲醇。

如此大规模的工厂，国内外都鲜有设计经验。工厂大型化所带来的是单装置规模放大或装置数量增加、资源消耗量大、产品产量大、与外部环境相互影响大、剩余物质多、新技术应用多，这些都给装置的设计、建设与运行带来一定的不确定性。

图为神华宁东煤化工基地夜景。 (企业供图)

因此，现代煤化工需要从设计理念、工艺方案、项目管理等多个角度，真正按照大型化项目的设计来安排。实际上，从已实施的项目看，在项目实施过程中，无论是甲方还是设计单位，都对大型项目的设计难度认识不足、重视不够，是造成设计问题过多的重要原因。

记者：以您观察，我国已建成的一些现代煤化工示范项目，在工程设计环节主要存在哪些问题?

黄新平：从已建成的一些现代煤化工项目来看，在设计环节存在的问题还是较多的。

首先是设计能力问题。比如系统配置。现代煤化工规模大，大都采用多系列配置方案，项目的系统优化考虑欠充分，主要表现在总图和公用工程方案不够优化。由于项目要求进度又紧，工程设计跟不上建设进度，保险起见，设计院往往多加设计余量，造成工程量及费用加大。业主对单项设计方案较为关注，对全系统整体影响的论证较为欠缺。比如：用传统的化工工程理念考虑现代的煤化工，没有充分考虑厂区的纵横长距离，对于公用工程系统、辅助系统，仍采用传统的集中设置，造成供给末端、高点量上不去，回不去。

从国家发改委有关人员透露的我国煤化工“十三五”发展规划设想来看，“十三五”时期，我国现代煤化工仍将以示范为主。我国自2005年相继开展包括煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等五大类现代煤化工示范项目以来，示范时间已达10年。但从已建成的煤化工示范项目看，业界普遍认为仍不十分成熟，尤其设计方面的缺陷还较多，还有继续示范的必要。

那么，我国现代煤化工示范项目从工程设计的角度到底需要从哪些方面加以探索和改进?日前，中国化工报记者独家采访了曾参与煤化工项目设计与工程建设的业界专家、大唐能源化工公司副总工程师黄新平。

煤化工项目设计：

有别于一般化工项目

记者：近年来我国现代煤化工发展迅猛，但不少项目建成后陆续暴露出一些设计方面的问题。在您看来，现代煤化工项目的设计与一般化工项目有何区别?

图为云南一家企业的煤化工项目装置。 (徐芳 摄)

黄新平：对于一个工程来说，设计是龙头、是灵魂，这个项目的成功与否、进度快慢、投资是否合理、采购的设备材料是否正确、操作是否顺畅、能耗物耗指标是否先进，以及工程是否安全环保、环境优劣、职工健康卫生等均与设计有关。设计得好，是项目成功的基础，如果基础不牢，就很难取得成功。

现代煤化工是新兴产业，近年来刚刚起步，与成熟的化工项目在设计上的确有很大的区别。现代煤化工项目一般表现在生产工艺技术复杂、工艺流程长、操作条件苛刻、环境负荷大、工程设计牵涉的面多、管理难度大。无论从装置复杂程度，还是从投资规模看，现代煤化工都是我国石油化工建设史上的超大型项目。

首先是规模大。有人曾做过比较，一个40亿立方米/年的煤制天然气项目规模，相当于10多个30万吨合成氨项目、10多个较大的城市煤气厂;按照标煤消耗计算，相当于687万吨/年甲醇。

如此大规模的工厂，国内外都鲜有设计经验。工厂大型化所带来的是单装置规模放大或装置数量增加、资源消耗量大、产品产量大、与外部环境相互影响大、剩余物质多、新技术应用多，这些都给装置的设计、建设与运行带来一定的不确定性。

图为神华宁东煤化工基地夜景。 (企业供图)

因此，现代煤化工需要从设计理念、工艺方案、项目管理等多个角度，真正按照大型化项目的设计来安排。实际上，从已实施的项目看，在项目实施过程中，无论是甲方还是设计单位，都对大型项目的设计难度认识不足、重视不够，是造成设计问题过多的重要原因。

记者：以您观察，我国已建成的一些现代煤化工示范项目，在工程设计环节主要存在哪些问题?

黄新平：从已建成的一些现代煤化工项目来看，在设计环节存在的问题还是较多的。

首先是设计能力问题。比如系统配置。现代煤化工规模大，大都采用多系列配置方案，项目的系统优化考虑欠充分，主要表现在总图和公用工程方案不够优化。由于项目要求进度又紧，工程设计跟不上建设进度，保险起见，设计院往往多加设计余量，造成工程量及费用加大。业主对单项设计方案较为关注，对全系统整体影响的论证较为欠缺。比如：用传统的化工工程理念考虑现代的煤化工，没有充分考虑厂区的纵横长距离，对于公用工程系统、辅助系统，仍采用传统的集中设置，造成供给末端、高点量上不去，回不去。

图为新疆一家企业的煤化工加氢装置正在安装。 (CFP 供图)

还比如系统输送能耗。对于小规模的装置，一些介质的平衡可以不考虑，但对于现代大规模的煤化工，虽然某个物资的含量较低，但总量并不少，如不考虑平衡，在生产中就会缺少处理设施，或浪费可观的能源;上下游装置配套规模理想化，导致了装置能力偏小或过大，尤其是能力偏小，没有抗原料变化和生产负荷波动的能力。

再比如，动力锅炉与空分的布置。现代煤化工以煤为原料，并且有大型的转动设备采用汽驱，往往配备高压蒸汽锅炉、热电厂，在总图布置上就会增加难度。像空分空压机用汽驱，为了减少热损和缩短高压蒸汽管道的长度，一般考虑尽量靠近锅炉。而一般需锅炉布置在下风向，因而将空分也随之布置在下风向或次下风向，造成空分吸入气二氧化碳和烃类超标。这样的问题如造成既成事实，无法更改。

此外，还有一些问题不能忽略。如道路宽窄的问题。现代煤化工装置多、占地大，厂区大、道路多。为追求气派，有的业主希望厂区看起来大气，常见的厂区道路都较宽。对于规模大、占地大的现代煤化工厂来说，道路纵横多达十几条，如果每条路多2米，整个厂区的占地会多出十公顷以上。这样不但增加占地，无形中也增加了流体输送的能耗，增加了地上地下的管道、电缆及管廊长度的投资。

记者：据了解，一些项目由于设计、建设等各个方面不协调，导致项目建设互相拖后腿，是这样吗?

黄新平：目前，现代煤化工项目确有设计进度与工程整体进度不匹配的问题。一些需要尽早施工和尽早采购的设备，由于设计方技术规格书提供得晚，影响安装进度;需要后安装的大宗材料表相对提供得早，造成过早采购、占压资金。当然，这其中也有业主把握不当的原因。

因此，现代煤化工项目一定要做好“三个协调”和“三同时”。即：设计进度与工程进度要协调、投资计划与工程建设要协调、物资采购与工程进度要协调;安全和环保设施要与主体项目同时勘察、同时设计、同时施工。

煤化工项目业主：

把住设计关口防范系统风险

记者：煤化工项目的业主在设计方面又该注意些什么?

黄新平：对于现代煤化工，的确需要业主认识到项目的高难度和复杂性，尽量不要将项目工程设计由一两家设计院承担，否则是有风险的。比如，投资几百亿元、建设周期计划3～5年的项目，若主要工程设计任务由一两家设计单位承担，如此大的工程设计量很难完成。一个工程公司或设计院的技术力量是一定的，也是有限的，他们同时要服务多个业主，你委托的设计内容再多、装置技术再先进复杂，这个设计单位也不可能把所有主要技术力量集中到一个业主的项目上。因为设计院单位的力量包括主要技术人员和一般技术人员的分配，不会是按委托设计内容的多少而成比例分配的。而一个建设项目各装置若按国内不同设计院擅长的设计项目分配，由多个设计院单位共同承担，每个设计单位分配的主要技术人员和一般技术人员合计数，肯定会超过由一个设计单位承担而配备的人数，尤其是高水平的专业人员会更多。

不过，作为有多个装置和系统组成的煤化工项目，由多个设计单位共同设计也会存在一定的问题。各设计院所专长的项目、技术不同，设计做法不同，即使是同一个设计院，不同专业、不同的设计人，对同类的工程设计也有很大的差别，造成同一个项目有多种做法。如：设计基础不同、原材料规格不同、地质气象条件版本不同、用材不同;还有管道规格、管阀件规格、电缆规格多，仪表选型、控制系统多样化，不同的装置界区的风格不同等。此外，还会造成采购量小、种类多，设计基础不正确等问题;还会出现公用工程规格不统一，装置界区与全厂系统接不上等。

目前的煤化工项目，有的做了设计统一规定，有的没有，不管有没有，在目前实施的项目上的统一设计不尽人意。有统一规定的，权威性也会受到挑战。有的设计院或设计技术人员，不愿放弃自己的传统做法。同一个项目，做法不同、设计不同，给项目建设(不论是投资、采购、施工，还是运行后的维修、备件)带来无可估量的麻烦，尤其是增加投资和采购困难，浪费很大。

因此，目前需要做一套权威性的工程设计统一规定，由各参与工程设计的相关单位讨论通过并强制执行。

记者：对于已建成及在建项目出现的设计问题，业主又该如何弥补设计缺陷?

黄新平：设计存在的缺陷无论如何弥补，总会带来遗憾和损失。如果工程尚未实施的设计缺陷，易于处理，采用设计变更或变更设计可以解决，只是要影响工期、增加投资;已安装的，牵涉面比较简单的也可以拆了重来;但对于大方案出现的问题，可能处理起来就麻烦了。

就目前的煤化工项目而言，与石油化工项目比的确难以达到即投产、即达产的目标，一般都需要建成投产运行一段时间才发现问题，然后停车整改。对于已建成既成事实或投产运行后出现的问题(这里所说的都是较大的问题)，分为易整改、可将就的问题，必须花大投资和周期的问题，无可奈何的问题。

一般来说，无可奈何的问题也可以说只能将就用着，通常与布置有关、与技术选择有关，很难弥补。对于技术性的缺陷弥补，我认为，必须弄清楚问题出现的实质，同技术方、工程设计方一起讨论解决问题的方案，对于同行业其他装置出现同类问题所采用的解决办法，也要分析性的吸收，切忌搬来就用。对于新上设施解决问题的，最好由原设计单位参与，统筹兼顾新旧设施的结合和与原系统的结合，避免盲目和顾此失彼。一句话，问题的整改方案必须确认是准确的、可靠的、有效的之后方可实施。

记者：在设计过程中，业主安全等系统风险防范如何把握?

黄新平：做HAZOP分析是安全等系统风险防范的有效措施，对于煤化工项目尤其重要，至少基础工程设计完成后要做HAZOP分析。

目前HAZOP越来越受重视，各个项目的最终用户或上级管理层常常强调在装置设计过程中必须做这项工作。的确，在装置设计阶段做HAZOP工作，可以使将来装置安装、试车、开车、停车、操作和维修可能发生的故障，事故，危险，损害，火灾，人身安全威胁等潜在危险因素得到及早发现，并在设计过程中得到补充、完善相应预防危险的措施，提醒将来的操作、管理注意哪些方面。HAZOP是一项高技术含量且繁琐细致的工作，耗时较长、牵涉的专业较多，一般经过HAZOP分析，减少设计内容的较少，经常是增加设计内容。所以说，在进行完HAZOP工作后，落实HAZOP报告中各项建议措施，将会增加装置的固定投资。

总之，首先是要做真正意义上的HAZOP分析，不能走偏，更不能仅为履行程序;其次，一定要抓住HAZOP报告中的建议措施，将其切实落实。

煤化工设计单位：

提能力重规范避免失误

记者：从已建成的煤化工示范项目看来，一些设计缺陷很要命，造成的损失也大。设计单位该如何为业主提供更好的服务?

黄新平：的确是这样。现代煤化工项目，一般都是投资上百亿甚至几百亿元的工程，虽然出现这样那样的设计方面的问题在所难免，但如果出现大的设计失误，造成的项目建设损失和后期运行损失往往不可估量。因此，设计是现代煤化工最重要的关口，一定要把住，而这个最重要的把关者，就是设计单位。

至于如何为业主提供更好的设计服务，我认为，工程设计人员首先要及时掌握行业最新法规、规范、规定，准确应用标准，不能说以往怎么做，现在还怎样做;别人如何做，我也照着做;一般化工项目怎么做，现代煤化工也怎么做。大家知道，近些年规范、规定更新较快，尤其是安全环保方面，很多都是硬性要求，而一些标准相对落后，跟不上规模变大的需要，不能生般硬套。设计满足法规、规范，规定是必须的。当前，有相当一部分技术人员按最低要求取值，我认为个别极端情况下用最低要求值是可以的，通常还是不用卡边要求为好。对于不同的规范、规定，在同一个问题有不同要求时，我认为应该执行标准高的规范和规定。

比如高架火炬地面辐射热度。《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范》SH3009-2001中规定允许热辐射强度(包括太阳辐射强度)，操作人员需要连续暴露的任意地点，取1.5kW/m2;无防护设施，但操作人员有适当防护衣着并停留几分钟的地点，取4.7kW/m2。《化工装置工艺系统工程设计规定》HG/T20570.12-95中规定，不考虑太阳辐射时允许的最大辐射强度，操作人员长期工作的地方，取1.58kW/m2;事故时允许操作人员穿着适当防护衣在其中工作10分钟，取4.73kW/m2。我认为，针对这两个要求，应取前者。

作为技术应用的执行者或工程化者，应该吃透技术，然后转化到设计图、文件中，将技术要求最大地体现在设计文件上，不能让看图者、应用文件者去揣摩。借鉴他人经验时，消化后采用，如果照葫芦画瓢，出错的几率就会较大。对于选用标准图，如无充分把握，一定要结合工程条件、现场自然条件核算后再用。

记者：既然煤化工项目规模大、系统复杂、装置多，需要考虑的因素也很多，项目的总体设计是不是很重要?

黄新平：是的，任何一个项目的总体设计都很重要，但现代煤化工项目的总体设计更重要。一个现代煤化工工厂，上下游装置多，系统多，辅助工程多，在可研之后、基础工程设计之前，要做一版总体设计。

在工厂规模大型化和原料国际化的大趋势下，工程建设组织模式、项目资金来源渠道、业主管理模式都有了很大改变。同时，政府对环保、安全和职业卫生的法规要求也发生了很大变化。工程建设项目的进度、费用、质量控制需求越来越高，从可研一步到基础设计很难满足要求，因此需要总体设计这个环节来补充。这样，总体设计显得越来越重要。

总体设计是指对项目的构成、工厂和装置的功能、系统的配置等进行详细定义。总体设计可有效组织大型建设项目的工厂设计，确定工程设计标准、设计原则和技术条件，优化工厂总平面布置，优化全厂总流程，优化公用工程系统的设计方案，提高投资效益，实现对建设项目总工艺流程、总平面布置、总定员、总进度和总投资的控制目标，确保设计满足环保、安全和职业卫生等法律法规要求。

在总体设计阶段，设计单位一定要和业主对总方案、总流程、总图布置、总计划、各系统平衡做充分讨论和论证，不要怕麻烦、不要怕修改。所谓磨刀不误砍柴工，在这个阶段体现得最为贴切，可防止以后少走弯路，节省投资，降低运行能耗，完善技术配套，完善布置，优化设计。比如，全厂总图布置修改十版、八版都不算多，而在基础设计阶段就无机会再做大的调整了。

此外，还要做满足內容深度规定的基础工程设计。对于基础设计，有的设计单位执行《化工工厂初步设计文件内容深度规定》，有的执行《石油化工装置基础工程设计内容深度规定》。说起来两者相差不大，但在细节上还是有较大差别的。我认为就当前的项目管理和设备、材料采购模式而言，基础设计仍按《化工工厂初步设计文件内容深度规定》已难以满足要求，应严格执行《石油化工装置基础工程设计内容深度规定》，对于需要提前采购的长周供货设备、材料，其设计深度更应细化。

煤化工项目大，装置多，系统复杂，相互之间的管线、电缆联系犹如蜘蛛网。项目工程设计管理除了要求业主有较强的技术力量外，还需一个总体设计经验丰富的工程设计单位“拿总”，各装置的设计由各自擅长相应技术的设计单位承担。

我认为，一些煤化工项目在实施过程中，大多对单项设计方案较为重视，但对全系统整体的合理性、互配性、协调性的重视欠缺。对全厂性的系统、辅助工程的影响如果缺乏充分讨论，系统把握不足，总体上就会变成顾此失彼。因此，总体设计单位的“拿总”水平非常重要。