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【题目】石化项目油品储运工程BIM平台构建探究
【第一章】基于BIM的石化项目油品储运系统创建绪论
【2.1 2.2】石化项目油品储运安全影响因素分析
【2.3】石化项目油品储运安全管理分析
【3.1】BIM技术研究
【3.2】油品储运的工作流程及安全需求
【3.3】油品储运工程的BIM平台设计
【4.1】油品储运工程的BIM平台系统
【4.2】BIM平台在油品储运工程运维管理中的应用
【4.3】BIM平台的应用拓展
【结论/参考文献】石化油品储运工程安全管理系统研究结论与参考文献
3.2 油品储运的工作流程及安全需求
3.2.1 油品储运的工艺流程及风险分析
1、油品储运工程概况宁夏石化公司500万吨/年炼油改扩建项目是中国石油集团“十一五”重点建设项目，也是中国石油西部管道沿线炼化产业带的重要组成部分。该项目总投资 70.33亿元，包括新建 500 万吨/年常压蒸馏、260 万吨/年催化裂化、60 万吨/年连续重整、15 万吨/年苯抽提、10 万吨/年聚丙烯等 12 套装置及配套公用工程[59].目前项目主体装置全部建成投产，炼油加工能力较之前提升6倍。作为该项目的核心组成部分，油品储运工程的安装和运维管理对项目的正常运转意义重大。油品储运装置由罐区、泵房、工艺管线、阀组、测控仪表等组成[60].其中灌区主要包括储罐和球罐，也可分为组分罐和成品罐。其主要部分包括原油罐区；催化原料罐区；轻油中间罐区；汽油成品罐区；汽油组分罐区；航煤罐区；重油罐区；轻油罐区；球罐一区，聚丙烯原料罐；球罐二区，LPG与丙烷；球罐三区，拔头油；柴油成品罐区；柴油组分罐区。公用工程从进装置总阀开始至排凝系统出装置，公用工程包括低压蒸汽系统、冷凝液系统、伴热热水系统、仪表风系统、氮气系统及燃料气系统；排污系统包括污水排放系统及污油排放回收系统。在整套装置运维管理中，流量、温度、压力、液位、腐蚀量、酸碱度、浓度、反应等参数是需要重点关注的参数。这些参数的偏大、偏小、有无、反向、伴随、部分、异常等表现，使得存在的偏差反应达1607项。
2、油品储运的工艺流程油品储运在原油到产成品的整个生产过程中发挥着关键作用。其主要工艺流程如下：原油经由原油末站计量后输送至原油罐储存，期间经过沉降脱水，然后在输油泵的作用下为常压装置供料。常压装置生产出来的常压渣油进入催化裂化原料罐中储存，再由罐区的催化供料泵输送到催化裂化装置供料。经进一步的物理化学反应，抵达柴油加氢精制装置、航煤加氢装置、连续重整装置等配套的中间原料罐区，并相应输出产品。中间罐组产出轻油后留存的部分即为重污油。
重油灌区及泵棚负责接收各装置及罐区的重污油，装置紧急扫线重污油进入重污油扫线罐储存，两部分重污油通过重污油泵送至催化裂化原料罐组或燃料油罐。
催化裂化装置所产催化油浆进入燃料油罐储存，重油催化裂化装置紧急外甩油浆进入紧急油浆罐储存，两部分燃料油通过装火车泵装火车出厂。罐区内原料泵兼做倒罐泵，可实现罐区内同种物料的倒罐操作。所有重油储罐均可通过重污油移动抽底油泵进行抽底油操作，所生产的产品经输油管道送至装车单元。
综上分析，油品储运的生产工艺可简述为：来油→进站→计量→阀组→储罐→阀组→输油管线→下站。
3、油品储运工程存在的风险及分析油品储运工程主要风险及分析如图 3-1 所示。
3.2.2 油品储运工程的安全需求分析
油品储运工程作为石化项目各类物料储运的载体，是一个庞大的设备设施系统，储运工程的安全管理应围绕储运装置的安全建设而展开，并且体现系统性。围绕项目全寿命周期，应该使油品储运装置的设计、制造、安装和运营等过程与项目的整体功能相协调，使不同专业、不同利益主体之间对安全管理形成共识，保证每项工作都注重安全。基于这一思想，运用安全链方法，逐一分析油品储运工程在石化项目全寿命周期的安全生产需求。
1、决策阶段的安全生产需求项目决策阶段是影响工程项目质量和安全的关键阶段，集中反映业主对质量和安全的要求与意愿，加强这一阶段的安全管理对项目后续安全有着决定性作用。依据安全链方法，项目决策过程应该体现安全链流程的主动行动和预防思想，把安全链理念的七大要素贯穿于项目建议书、可行性研究、项目评估及抉择等核心工作中，在源头上确保项目的安全。具体分析如下：
（1）项目建议书主要是在客观上对项目立项的必要性和项目建设的可能性进行分析，为项目决策者提供建议[61].在进行项目建议书工作时，着重考虑装置系统在人、环境和管理这三大要素的安全需求，即对待拟建地区选择的科学态度上；油品装置的罐组、泵棚及输送管线对所在地的气候、工程地质、水文地质等条件的要求；论证装置发生各类故障时可能造成的最严重事故波及的范围，处理好重大危险源的生产或储存设施与相关场所或地域的关系，主动做好安全防御工作。
（2）可行性研究的安全需求体现在人和管理要素上，具体表现为对装置选用要求和技术条件的选择上。一方面着重对项目的场址选择、原辅材料及燃料供应、产品运输、公用及辅助工程、劳动安全卫生与消防等方面进行考察；另一方面严格论证技术、设备和工程方案等方面的安全可行性，把好安全预防关。
（3）项目评估及决策的安全需求重点在人和管理要素上，表现为对评估方法的科学性和决策环境的规范性上。科学性侧重对人的要求，即开展项目评价要严格按国家或行业制定的规范和标准审视安全管理，做到科学有据；决策环境的规范性侧重管理，指要符合经济环境、社会环境、法制环境的要求，遵循安全发展的理念，满足安全管理的基本条件[61].
2、实施阶段的安全生产需求实施阶段是项目全寿命周期中承前启后的阶段，工程设计、制造和安装等环节均在此阶段进行。一方面将决策阶段的蓝图以实体形式逐一展示出来，另一方面对运营阶段的质量和安全起到基础性作用。从安全链流程角度来看，该阶段的重点在预防、准备和响应，期间涉及的专业复杂、利益主体众多，问题频发，集成了传统项目管理的绝大部分内容，需要特别重视。从人、环境、设备设施、管理、技术、信息等要素角度强化此阶段设计、设备安装、材料供应、工程验收等环节的安全管理是非常必要的。图 3-5 反映了油品储运工程安全管理的主要需求。【1】
（1）设计环节。作为实施阶段的重要环节，设计主要从预防和准备层面对项目安全做出描绘，它不仅决定了工程结构、材料设备、工艺要求等，甚至规定了工程的施工方法，而这些活动的科学性和合理性直接决定了工程质量和安全。因此，强化设计过程的安全管理是极为关键的[62].
结合设计工作的重点，此环节的安全需求主要体现在人、信息和管理三个方面：
一是业主的安全意识和设计人员的安全素养。业主应重视设计对安全的重要性，遵循“安全第一”的原则；而设计人员在其方案设计时充分考虑施工难度、施工条件、技术措施，确保设计的科学性和安全合理。如设计蒸馏塔、冷凝冷却器时，除了选择高等级的材料，还应从镀层合金技术或工艺角度出发提高容器的安全性。
二是对设计对象信息的表达，应该立足于项目全寿命周期，充分考虑组成设备的基础信息、环保要求、防静电等要求，做好信息的收集和整理工作，确保设计信息在各阶段的连贯性和不同参与方之间的对称性，避免“信息孤岛”给安全施工带来的不利影响。三是强化安全管理。相关方遵循有关安全的法律法规，严格落实安全设计规程，明确各自的安全责任，发挥业主在设计阶段的监管作用。如遵循HSE体系，选择合适的油气回收装置和恰当的罐组以减少油气对环境的污染[63].
（2）制造与设备安装。此阶段厂房、设备基础建造和设施安装集中，施工队伍庞杂，专业繁多，场地有限，安全管理难度大，涵盖了安全链的整个要素体系，涉及预防和准备两个流程。可以从以下方面考虑安全需求：从业人员，尤其是一线作业人员的安全教育和培训；承包商管理，建立与此适应的 HSE 管理制度；5S 及目视化等管理规范现场环境；严格开展设备设施的安装及调试工作；强化有感领导，明确管理层的权责，加强监管力度；加大对安全的资金投入，确保充足的安全措施经费[64].在安装过程中特别注意防腐蚀和防静电，如通过在压缩机进口管线处设置膨胀防震节、对冷凝冷却器管道采取抗震动措施，达到减少设备机械破坏或静电危害的影响[65].
（3）设备供应。油品储运装置涉及的设备设施种类多，结构复杂，如柴油加氢精制装置、航煤加氢装置、连续重整装置配套的中间原料罐区，油品储存和输送装置等，这些设备设施的性能和完好性水平很大程度上决定了运营阶段的生产安全。因此该环节主要涉及人、设备设施和技术要素，涵盖预防和准备两大流程：确保采用的设备（尤其是特种设备）及安全设施的采购由持有相应资质的专业制造厂家生产，设备制造厂必须出具安全、质量保证书和产品质量合格证以及制造、安装、使用、检测等完整的技术文件。
（4）工程验收环节。工程验收是确保工程质量和合规性的重要管理手段，验收环节的严肃与否直接决定了项目的运营安全状况。此阶段主要涉及人、管理要素，属于流程的准备层面，其安全需求主要有：验收参与方，尤其是业主具有严谨的态度，善于统筹安全验收工作；科学的工程验收标准和规范的工作流程；专业验收队伍具有扎实的安全管理经验和良好的职业道德；可靠的验收工具和相应的条件；生产装置试运行考核的全面性和持续性；未通过项的后续管理。通过这些环节的工作，避免运行设备、管道、阀门等组件过早出现腐蚀、松动、泄露、破裂等危害情形[65].
3、运营阶段的安全生产需求储运装置的试运行是石化项目开展生产运营前的一项重要工作。从试车到正式投产，应该严格落实以下流程：首次试车吹扫→气密性检验→水联运→油联运→DCS调试→设备调试→催化剂装填→热态考核→正式进油→质量调整→发现问题→停工整改→投产[66].试车工作后，就正式进入生产环节，此阶段主要涉及人、设备设施、技术和管理要素，涵盖准备和响应两大流程，其安全需求主要有：支持性专业队伍，指导工艺危害分析；强化 HSE 培训，制定科学的技能培训矩阵，认真执行；明确管理权责，推行属地化管理；成立各级安全委员会，严格落实直线责任；开展精益安全管理，积极推行 5S 管理；做好设备设施的完好性管理；发展和完善绩效考核管理，积极推行平衡计分卡制度；强化有感领导效用，营造良好的安全文化氛围。
当然，由于石化项目的运行是一个动态发展的过程，油品储运工程的安全条件也会相应变化，安全需求会随之改变，在实施安全管理时应做相应调整。
3.2.3 BIM 在油品储运管理中的应用思路
石化项目油品储运工程的建设是一个随时间不断深化的过程，因此应用 BIM 技术也应遵循项目全寿命周期的流程，根据项目进展和安全需要分阶段创建 BIM 模型。BIM 模型建立的关键是应依据前文提出的建模原则，在 IFC 规则下，使构成装置的实体部件的基本信息、操作规程、风险因素、维修处理及注意事项等信息转化为模型语言，即 EXPRESS 语言，运用该语言可以对建模所需要的信息进行定义和描述。油品储运工程的基本建模思路是：
1、信息的创建。依照图纸及相关设计要求，对油品储运工程进行 WBS 分析，形成不同的模块单元，依次进行编码，各部件的模块单元即为图元，编码唯一对应该图元。如油品储运装置 10 号设备 0#止回阀的编码可以表示为：S-J10-ZHF-000.
2、信息转换。将该编码对应部件的数据资料进行归集并转换为图元语言，形成模型的资源层信息，如几何尺寸、材质、生产厂家、储存位置、注意事项等信息。
3、信息集成。所有的资源层信息按照 IFC 规则集成，搭建层次明晰的框架体系，如核心层、共享层和领域层，确立各层级间信息关联机制，形成 3 维 BIM 模型。
4、信息的管理。将工程的动态信息按框架体系要求录入，尤其是环境信息和风险信息，支持 3 维模型在安全维度的集成功能，形成完备的油品储运平台系统。
值得注意的是，模型中本级信息除了原始载入的信息外，还能基于共同的语言规则从模型的上一级中提取、扩展和集成数据信息，不同层级间信息可实现连通共享，更好的支持模型开展工作。与此同时，也可针对某一特定需求集成所需功能信息，生成应用子信息模型，如成本子模型、节能分析子模型等，依次附加，最终形成面向项目全寿命周期的 BIM 模型。
