石油化工项目FEED的最佳实践

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1、石油化工项目FEED的最佳实践宋继周【摘要】介绍了设立FEED( front-end engineering and design)阶段的背景，分 析了石油化工项目早期投资决策所面临的挑战，探讨了早期FEED的最佳实践，明确 了 FEED最佳实践的目标是采用共享的中心工艺流程数据库,并采用并行的工作流 程,多专业协同开展工作；同时采用管道快速自动敷设的三维工厂设计模型软件,依 据初步的工艺设计,快速建立工程的三维模型,并作为提取大宗材料工程量的主要依 据之一.为石油化工项目建立早决策、快决策以及科学决策的工作流程提供了良好 的借鉴.The background of FEED design i

2、s Introduced. The challenges for early decisions of petrochemical investment are analyzed, and the best practices in the early FEED design are studied. The objective of FEED design is to use a common central data base and parallel work flow for multi-discipline sysnergistic work implementation. At t

3、he same time, 3D plant design model software is applied to establish project 3D model based upon preliminary process design, which is one of basis for development of bill of bulk materials, A good reference is provided for the petrochemical project to establish early decision-making, fast decisionma

4、king and effective decision-making workflow.【期刊名称】 炼油技术与工程【年(卷),期】 2011(041)007【总页数】4页(P57-60)【关键词】石油化工项目；FEED;实践;工作流 【作 者】 宋继周【作者单位】 中国石油化工集团公司,北京市 100728【正文语种】 中 文为提高石油化工装置的安全性及其配套系统的可靠性，确保符合环保要求，石油化 工项目每年与工艺流程相关的新项目与改造项目的投资高达数百亿元甚至上千亿元 除上述要求外，项目必须符合企业的成本效益目标，项目的工期也越来越紧，工程 师们正在承受越来越多的压力。很明显，随着项目规模

5、日益增大，合格工程资源一 定程度上出现短缺，影响项目从概念设计到前端设计和详细设计、施工、运营和维 护的每个阶段。高技能工程技术人才的短缺也影响包括工厂设备供应商的供应链。 为了找出解决上述问题的有效方法，有必要参照国际上成功的经验，研究FEED (front-end engineering and design)的最佳实践。1 FEED阶段的设立为完成待实施的项目与执行维护及时提供材料和劳动力的保障能力是企业成功的关 键，这要求在所涉及的多个专业化的企业(或板块)之间共享有效信息。不幸的是， 当前的情况并非如此。由于在项目生命周期的特定阶段，由某个专业(或板块)生成 的信息并不是总能实现整个

6、项目共享，并在另一个阶段得以重复使用，从而使企业 的资本使用效率受到影响，投资回报(ROIreturn on investment )低，并且增加 了由于项目交付内容不一致而产生的风险，因此必须投入时间与成本加以解决。 对于流程工业，可采用多专业、并行的工作流程，确保在概念设计(conceptual design)和项目的前端工程设计(FEEDfront-end engineering and design)阶段做出的工程决定，符合设计的最佳实践，从而提高项目的绩效。传统上，许多设计 决策，如材料的选择和工厂的布置，通常在详细设计阶段才能提出，现在需要在FEED阶段提出，主要工作如图1所示。事

7、实上，在FEED的早期阶段，开发详细 的P&ID和三维(3D)工厂设计模型，可以为做出正确的费用投资决策提供支持， 同时也可以保证在工程设计/采购/建设(EPC)阶段不会因为检维修与可施工性的问 题产生大的变更。2投资项目前期面临的主要挑战2.1 筛选工艺流程方法 筛选工艺流程方法，一般由高级工艺工程师进行，涉及到几个独立的软件工具的使 用，包括工艺流程的模拟程序、换热器的设计工具、设备选型方法以及各种绘制工 艺流程图(PFDs)的CAD工具。这里挑战主要是工作流的有效管理和设计变更的跟 踪，并做出快速响应，为此需要建立一个中心工艺流程数据库，以处理图形和设计 数据，并有与外部的工艺流程模拟软

8、件以及设备材料选型程序器的接口，从而为筛 选工艺流程提供并行工程环境管理能力。图 1 典型 FEED 工作流程 Fig.1 Flow diagram of typical FEED2.2 传达设计意图 通过有效地将设计意图传达给工厂业主及经营者，可以避免项目审批的延误。大多 数人认同3D可视化的工厂模型可以很方便地传达设计意图。因此，问题变成:仅 仅一句初步的工艺设计怎么可能开发出代表设计工厂的3D模型?另一个问题是:如 何才能有效地应对降低总成本并及时完成工程建设的需求?2.3 早期确定大宗材料的范围 每一个造价工程师应在早期得到设计团队确定的大宗材料工程量清单，以便获得资 本投资项目可靠的

9、成本估算。另一个面临的挑战是在没有详细的3D工厂设计模型 时，确定大宗材料的工程量。实际上，在概念设计与FEED阶段，可以使用管道快 速自动敷设的工具软件(如Bentley的Plant Wise)，在几分钟内自动生成3D工厂 设计模型。2.4集成的P&ID开发当涉及到集成的P&ID开发时，面临的挑战不仅涉及P&ID的开发，也设计维护 数据与工艺过程信息的一致性:管线尺寸数据、确定的仪表与设备，同时面临在不 同地理位置同时开展工作的灵活的协同工作流程。这就需要开发包括版次和设计变 更的审查方法，并纳入审查意见的全面控制，建立以数据为中心(如采用Bentley 的AXSYS Process)的P&

10、ID开发工作流程。2.5 快速启动详细设计快速启动详细设计已成为已有成套FEED文件项目的较为规范的程序。由于业主和 运营商希望项目的进度较短，其中大部分业主不希望推迟启动工程设计/采购/建设 (EPC)阶段。显然，业主运营商非常希望快速开始启动基于FEED数据的详细设计阶段。3 FEED的最佳实践FEED的最佳实践是采用共享的中心工艺流程数据库，并采用并行的工作流程，多 专业协同开展工作;同时采用管道快速自动敷设的3D工厂设计模型软件，依据初 步的工艺设计，快速建立工程的3D模型，并作为提取大宗材料工程量的主要依据 之一。大多数石油化工项目FEED阶段都涉及并行的工作流程，所有设计专业同时依

11、据公 用的数据库开展工作。只有中心工艺流程数据库的方法，才能保证工艺流程方案和 设计可交付成果之间的数据一致性，并允许:(1) 工艺工程师管理多个流程模拟案例研究，并迅速建立可交付的受控工艺流程方 案;(2) 设备设计重复使用工艺设计数据来设计或确定关键换热设备;(3) 机械工程师使用Excel工作表的数据表的形式，开发设备规格书；(4) 平面布置设计师尝试按照流程方案，不断调整布置，作出多个可以选择的布置 方案；(5) 造价工程师提取早期确定的大宗材料工程量，开展可行性费用估算。所有的数 据来自于共用的工艺数据集。上面就是可以用于FEED期间的并行工作流程，示意见图2，其中快速筛选可选方 案

12、，对方案所作的任何修改，均可以快速地进行可视化的审查，以快速获得对设计 意图的审批。图 2 FEED 的并行工程方法 Fig.2 Parallel engineering method of FEED4 FEED最佳实践的目标FEED最佳实践的目标主要包括：(1) 减少筛选工艺流程的时间。建立基于关键因素的工艺流程筛选工作流程，工程师可以选择所需的模拟案例，并迅速得出工艺设计的主要案例，以及相应的可交付 的设计成果，如工艺流程图和物料与能量平衡，整个筛选过程自动化，从而减少筛 选工艺流程的时间。(2) 不再需要重新输入数据。通常情况下，工程师可能需要用30%的时间寻找最新 的数据。采用数据中心

13、的方法与可视化的图形接口，用户不再需要重新输入数据。(3) 充分利用广为使用的MS Excel应用程序。大多数公司拥有内部保留数据表和大 量的基于MS Excel的应用。应使这些极具价值的工程数据在FEED设计阶段充分 发挥作用。(4) 跟踪设计变更。在工艺设计的早期阶段就开始对设计变更进行管理，在工程项 目的其他阶段可以通过跟踪变更的历史，帮助工艺工程师复查以前的情景并展示 “之前”和“之后”关键工艺过程的变化情况。跟踪的主要内容包括谁建立、谁批 准、谁发布的每个设计属性，以及项目可以交付的设计成果。快速启动FEED项目的P&ID。为了满足项目的最后期限，该目标非常重要。(6) 优化工厂布置

14、。管道占石油化工工厂成本的比例较大，但是与设备的成本不同， 管道的费用明显取决于工厂的布置，因此有必要充分利用3D设计工具，允许用户 结合工艺设计，充分利用工程经验探索更多可替代的工厂布置方案，可以依据相对 成本的比较结果确定工厂的最佳布置。(6) 降低生命周期成本。早期审查3D 工厂设计模型，可以及早解决维修性和可操作性应关注的主要问题，从而降低生命周期成本。业主和承包商可以通过漫游 3D 工厂模型，找出操作和维护的问题，并在开始详细设计之前采取措施。(7) 缩短项目工期。快速决策和准确的材料统计，允许早期采购关键路径上的设备 和材料，这有助于压缩项目工期。早期验证管道布置，可以确保一旦开始

15、详细设计， 可以极大地减少包括管道的变更。减少工作的返工，缩短工期。(8) 更有效地沟通设计意图。采用自动敷设的工具软件快速建立 3D 工厂设计模型， 使工程师增强了与业主与同事沟通工厂设计理念与意图的能力概念(效率远远超出 了基于二维设计图纸的交流)。此外，可视化的3D工厂设计模型为项目开发早期 阶段启动审查可施工性、操作、维护和安全提供便利。(9) 利用早期的工艺数据快速启动工作。利用PFD和初步工艺P&ID数据(或原类 似装置的历史数据)，并行开展3D工厂设计模型与P&ID的设计。5 小结采用FEED的最佳实践，可以为石油化工项目早期的投资决策提供坚实的决策支持 基础，具有许多优点:(1) 能够利用交互式的可视化3D 工厂设计模型交流设计意图，提高审批与确认的 效率;(2) FEED 设计的进度可以压缩高达 40%;(3) 能够从初步P&ID直接快速启动P&ID的工作；(4) 实现数据共享，提高工作的一致性与准确性。FEED 在国内的工程实践中尚未普遍推行，随着石油化工项目国际化进程的加快， 境外投资项目的增多，FEED的最佳实践一定会对石油化工项目的早期决策发挥巨 大的作用。