为工程设计注入智慧魂——从首套50万吨/年乙二醇项目看化工行业智能制造转型

　　11月28日，中国单套最大高效合成气制乙二醇装置成功投产新闻发布会在北京举行。发布会透露，国内首套大型50万吨/年乙二醇示范项目在华鲁恒升成功投产，开创了煤制乙二醇项目的多项先河：装置开车时间最短，产品优等品率100%，真正意义上实现了乙二醇装置大型化，设备全部实现国产，装置单位投资最低。

　　而所有这些创纪录成绩的背后，智能化设计功不可没。该项目工程设计方中国成达工程有限公司副总经理兼总工程师王允升对此感受颇深。12月3日，王允升在接受《中国化工报·智能制造周刊》记者采访时，对工程设计在化工智能化工厂建设中所发挥的作用进行了分析，同时详细解读了50万吨/年乙二醇示范项目设计中所蕴涵的智能元素。

　　数字化移交夯实基础

　　数字化移交是化工项目实现智能化的基础，工程设计单位在智能工厂建设中发挥着无可替代的作用。如何从项目设计开始，为未来的工厂注入更多的智能元素，推动化工企业加快智能升级?王允升解释说：“流程行业智能工厂建设是一个复杂的系统工程，数字化工厂是智能工厂建设的重要组成部分。智能工厂建设的基础是数字化移交。”

　　数据作为智能工厂的核心要素之一，其开发和利用的程度直接反映出智能工厂的建设水平。工程项目规划、设计、采购、施工各阶段会产生大量的数据，但由于项目参与方较多，且数字化能力参差不齐，往往导致末端的海量数据在收集、处理、交付的过程中逐渐丢失。

　　王允升指出：“如果工程项目建设阶段工程数据的缺失或不规范，会带来许多不便。到工厂运营时，业主不仅需要投入大量的人力、物力去整理甚至重建这些工程数据，而且很难保证数据质量。工程公司在支撑智能工厂建设上肩负着重要职责。为更好地支持化工行业智能工厂的建设，设计院与工程公司应立足于数据这一核心要素，从智能工厂的规划、建设阶段开始，高效、规范地整合和交付工程数据，在建设实体工厂的同时开展数字化工厂建设，为智能工厂的建设打下坚实的基础。”

　　信息系统助力超常规设计

　　为担负起支撑智能工厂建设的重任，设计院与工程公司自身首先要实现数字化和信息化的转型。以50万吨/年乙二醇示范项目为例，王允升向记者介绍了先进的专业软件和信息技术在攻克项目设计难题方面所发挥的重要作用。

　　在整体策划阶段，首先成达公司将项目的专业软件、信息技术的应用纳入策划范畴，建立了以成达为主开发的EPC项目执行协同平台，涵盖各个专业，保证了项目目标清楚、标准明确、专业之间接口信息传递，采购厂商技术资料反馈及时、准确、高效;其次，应用各种专业软件以及管理软件，例如ASPEN、HTFS、HTRI、BIM等，尤其是成达公司工程设计全部采用PDS三维模型系统，实现了专业全覆盖，管道材料由PDS模型自动生成、提取，EPC项目协同系统为项目设备大型化，大直径不锈钢管道薄壁化，框架/管廊超大与超高、集成化设计创造了技术上的可能性，提供了便捷快速的条件。

　　精馏系统的大直径不锈钢管道薄壁化是工程设计的一大难题，最大工艺管线直径高达100英寸(DN2500)，远大于常规石油、化工项目的管道。采用传统、常规的设计，管道壁会很厚，造价很高，与之配套的管廊、管架、框架等一系列设施投资也会很大。为此，成达公司开展多部门跨专业攻关，首次在业内大量采用具有外部加强筋的不锈钢大直径薄壁管道，大幅度节约了管道材料及结构用料。仅管道材料一项，就为业主节省投资1000多万元。

　　由于没有任何经验可以借鉴，成达在管道应力计算及校核方面遇到了前所未有的严峻挑战。外部加强筋的大直径薄壁管直径与壁厚比值达到200∶1，应力计算及校核方式超出了压力管道标准的适用范围，同时还具有压力容器的特点。为了应对这个特殊的难题，成达公司采用了管道有限元(CAESAR)和设备有限元(ANSYS)双重核算，达到了压力管道、压力容器校核标准的双重要求，并指导管道支吊架设计，确保系统合规、安全、可靠。

　　“可以说，这个项目中多项难题都属于超传统、超常规的创新设计，如果没有先进、齐备的专业软件，没有协同统一的信息平台，这些都无法实现。”王允升对记者表示。

　　设计入手持续优化

　　当前，我国石化行业智能工厂建设方兴未艾，但尚处探索阶段，国内石油和化工企业对智能工厂的认识和需求参差不齐。

　　王允升认为，化工企业在数字化、信息化和智能化方面面临着两大挑战。一是企业需求不明晰，缺乏战略顶层设计。化工装置建设投资大、参与方多、资源复杂，工程建设各方各系统相互独立，缺乏有效关联，存在“信息孤岛”现象。数据分布分散使得标准的制定和执行困难，难以获得数字化工厂所需要的系统性全生命周期数据。二是投资方难以走出唯效益论误区。当前化工数学模型基于半经验半理论，边界条件复杂，大多数生产工艺做到实时在线优化还比较困难，要实现高度数字化或自动化，技术方面还需要很长时间的积累。单纯从智能化和自动化生产增加效益节省成本的角度考虑，投资收回期会很长，导致许多企业在数字化上投资时犹豫不决。

　　如何引导企业明确方向，寻找到有价值的应用点，加快智能工厂的建设步伐?王允升提出：“在业主并不明晰自己的具体需求的情况下，工程公司应该利用自身在人才和技术方面的优势，通过与业主、自动控制集成商、设备供应商等多方的合作，主动参与到智能工厂的建设、运维中去，协助业主做好顶层设计和源头数据的收集，采取自上而下的方式推进工厂数字化、信息化、智能化建设，统筹考虑EPC、ERP、MES与PLM等不同系统间数据的整合和应用，为客户创造新价值。”

　　他还提到，化工行业智能化升级投资大、见效慢，只有通过持续改进，逐步实现生产过程动态优化，制造和管理信息的全程可视化，企业在资源配置、工艺优化、过程控制、产业链管理、节能减排及安全生产等方面的智能化水平，才能循序渐进地得到提升。