系統劃分方法在淤漿法高密度聚乙烯工藝中的應用

張昊霖

（中國石化工程建設有限公司 北京 100101）

0 引言

Chevron-Phillips淤漿法制造高密度聚乙烯，采用己烯-1作為共聚單體，異丁烷作為稀釋劑，氫氣作為鏈轉移劑，通過雙環管反應器對單體乙烯進行聚合。催化劑共三種體系，包括鉻系、鈦系與茂金屬催化劑，采用安裝在環管反應器上的軸流泵對于漿進行湍流循環；該工藝通常包括原料預處理及精制、催化劑活化及配置、化學試劑（烷基鋁與抗靜電劑）注入、反應及冷卻、高壓閃蒸、循環分離及回收、產品脫氣、粉料輸送與擠壓造粒、粒料摻混與包裝、配套公用工程等單元[1-4]，具有涵蓋工藝單元多、流程相對較長的特點，如能合理安排施工完成后的預試車與試車相關工作的銜接[5]，可縮短開車前準備工作的時間，實現盡早投料開車。

通過引入系統劃分的理念，將整個工藝裝置分為若干個系統，將施工活動、安裝完成后的預試車活動、機械竣工后的試車活動等以更為細化的系統為單位進行合理的規劃與組織，無須等整個裝置機械竣工后再開始試車相關工作，利用系統相對獨立的優勢，如圖1所示，可以實現不同系統之間施工、預試車、試車及開車相關活動的交互重疊，合理安排人員分配以實現各環節之間平穩地過渡，可大幅節約時間，壓縮項目的整體進度，為提前交付投產打下堅實的基礎。

1 系統的構成

系統根據專業的不同劃分為工藝系統與非工藝系統，各專業內部又細分為不同的子系統，具體分類如下：

1.1 工藝系統與非工藝系統

根據類別的劃分，可將系統分為工藝系統與非工藝系統；工藝系統（包括公用工程系統）是整個裝置的核心，根據裝置工藝流程的不同會有相對較大的差異；而非工藝系統可進一步細分為動態與靜態兩部分，非工藝動態系統包括變配電站、DCS/ESD控制系統、火災與氣體檢測系統、通信系統、暖通與空調系統等，其特點是搭建完成后并且功能調試正常即可投入運行；非工藝靜態系統包括鋼結構、基礎、道路、防雷與接地系統、電氣/儀表電纜橋架等，其特點是無須預試車與試車，根據項目規范建成后即可投入使用。

由于非工藝系統不涉及裝置的主體工藝流程，且針對不同的裝置工藝，總體差異較小，因此本文主要以工藝系統劃分為出發點闡述其重要作用。

1.2 系統與子系統

一般來說，系統是指裝置中具有獨立功能的一組“設備”，可不依賴其他系統單獨運行操作，并且形成可用于預試車與試車相關活動的功能性工作區域；而子系統是為了滿足施工和交付管理的需要，將較大的系統進行進一步的細分。通常試車活動是以系統為單位進行，而預試車活動則是以子系統為單位進行。

在系統劃分方法中，P&ID是工藝系統劃分的基礎，每個子系統所包含的內容均能夠清晰明確地在P&ID中標注出來。

2 系統的劃分

每個工藝系統與子系統均需使用唯一的編碼，以便于區分。

2.1 編號原則

通常以AAAA-X-YY-ZZ格式來表示裝置中的系統編號，其中AAAA代表裝置的代碼（也可以使用單元代碼）、X代表系統的類型（工藝系統采用字母P，公用工程系統采用字母U）、YY代表能體現裝置中不同單元特征的系統識別代碼、ZZ代表子系統識別代碼（一般從01開始順序編號）。

2.2 劃分原則

通常來說，系統之間的分界應位于切斷閥下游的法蘭處或者是管道等級變換的位置，P&ID中不同系統的劃分要求如圖2所示。若將當前系統與其他系統隔離開，需將系統分界設置在切斷閥或盲板處，但如止回閥等不能嚴密切斷的閥門是不可作為系統的分界。

2.3 雙環管淤漿法高密度聚乙烯工藝的系統劃分原則

以Chevron-Phillips雙環管淤漿法高密度聚乙烯工藝為例，常見的工藝系統及公用工程系統包括工藝管線系統、火炬系統、公用工程分配系統、蒸汽/凝液系統、開式/閉式排放系統等，雖然不同的系統劃分原則略有差異，但是原則上遵從于通用的系統劃分。

2.3.1 工藝管線系統

為了便于優化預試車與試車活動，不同工藝管線系統之間的分界位置宜設在設備的法蘭處。但含有換熱器的工藝管線系統劃分原則略有不同，因換熱器為進行熱交換的設備，需有冷熱介質的熱量傳遞。分為如下兩種情況考慮，如果換熱器一側為工藝介質，另一側為公用工程介質，則換熱器應劃分至工藝系統中，典型示意如圖3所示，換熱器應劃分至異丁烷脫氣工藝子系統；如果換熱器兩側均為工藝（或公用工程）介質，則應根據試車活動的優先級，將換熱器劃分至優先級最高的系統中，典型示意圖如圖4所示，因乙烯原料精制系統的試車優先級高于己烯精制系統，故將換熱器劃分至乙烯精制系統。

2.3.2 公用工程分配系統

公用工程系統（氮氣、儀表空氣、裝置空氣、燃料氣等）典型特征為管網規模龐大，覆蓋整個裝置系統，公用工程系統應在工藝系統之前投用，以便能夠使用公用工程完成工藝系統的調試；通常來說，同一種公用工程介質劃分為一個子系統，采用相同的編號，但是對于不同壓力規格的公用工程，例如高壓儀表空氣與低壓儀表空氣、高壓氮氣與低壓氮氣，其功能往往不盡相同，則應劃分為兩個子系統。

所有公用工程子系統的分支上均設置一道切斷閥，與工藝系統隔離開，典型示意如圖5所示。

3 系統劃分方法在淤漿法高密度聚乙烯工藝中的應用

以Chevron-Phillips淤漿法高密度聚乙烯工藝為例，系統劃分方法步驟如下：首先，結合工藝流程說明、工藝流程圖與以往工程的經驗，將其劃分成若干個系統；接下來根據實際需要將系統進一步劃分為若干子系統，形成一份初步的工藝系統清單，其中包括該工藝流程中所有的工藝與公用工程系統/子系統，以及對應的編號和名稱；下一步，以子系統為單位，使用不同的顏色作為區分，將工藝系統清單中的各個子系統標注在P&ID中，不同子系統之間的分界應清晰明確；最后，在P&ID的標注過程中，根據系統劃分原則，并據所屬系統的大小適當增減子系統的數量，可對工藝系統清單進行校對與優化，如表1所示（其中僅列出了聚乙烯裝置中一些典型的系統與子系統）。

表1 工藝/公用工程系統劃分清單

經過系統劃分方法，Chevron-Phillips雙環管淤漿法聚乙烯工藝流程被劃分為33個工藝系統（包括60個工藝子系統）與18個公用工程系統（包括24個公用工程子系統），形成完整的工藝系統清單與系統劃分的P&ID。預試車與試車團隊將以工藝系統清單與系統劃分的P&ID作為依據，執行預試車與試車的相關活動。同時，系統劃分的P&ID與系統劃分清單相輔相成，為整個工藝裝置投料開工前的總體規劃（施工-預試車-試車階段）提供不斷優化的基礎。

對于工藝系統與公用工程系統，預試車與試車涉及的活動也不盡相同；如表2所示為工藝系統與公用工程系統所涉及的主要內容。

表2 工藝與公用工程系統預試車與試車相關活動

從表2可以看出，不同的系統涉及的預試車與試車活動不完全相同，但又都與每個系統中所包含的管道、儀表、動設備及靜設備息息相關。借助SPPID集成化的優勢[6]，通過上述的系統編號原則與劃分原則，在SPPID中對不同的子系統進行標注，形成帶有顏色標注的系統劃分SPPID，利用SPPID的智能化設計體系，可將工藝流程中涉及的各項工藝參數導入SPPID數據庫中，同時可將每個系統與子系統中所包括的設備、儀表、管線、管件等信息從SPPID中導出并匯總至要素清單中（如表3所示），涵蓋每個系統或子系統涉及的內容，用于統計各個系統預試車與試車活動的規模，根據預試車與試車人工定額表，計算每個系統與子系統預試車與試車活動所需定額人工時，并考慮不同系統之間存在預試車與試車活動交互重疊的可能，統籌合理安排預試車與試車計劃，合理進行人員調配工作。

表3 要素清單

4 結語

系統劃分的概念已經廣泛地應用在各個領域[7]，煉化行業也不應例外，本文通過聚乙烯工藝闡述了系統劃分的應用，實則這種理念同樣可運用于其他裝置品種中。

目前海外項目通常都將系統的方法引入到工程設計中，配備完善的預試車與試車三級計劃，將SPPID作為工藝流程設計的基礎，在詳細設計階段，不斷深化SPPID中的相關內容，并利用SPPID進行工藝系統劃分工作，便于統計系統的規模，合理分配試車活動消耗的人工時。將施工、預試車、試車與開車相關的數據整合至SPPID數據庫中，未來可作為數字化工廠的重要組成，大幅提升數字化交付工程的整體性、高效性與實用性[8-10]。