模块化VS大型工厂

作者:Dominik Stephan 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:105 发布时间:2017-03-27
未来的化工设备应是什么样子。
模块化VS大型工厂

在阿拉伯地区或者在美国的墨西哥海湾酷热的沿岸地区,从印度的古杰拉特邦到澳大利亚的西海岸,挖掘机冒着酷暑炎热在那里忙碌着。沙漠和沼泽中出现了超大型的流程工业生产设备。更快、更高、更远,廉价的石油、页岩气或者替代性原材料刺激着流程工业领域中的管理者和工程师们向着越来越大的工程项目努力。据德国化学工程与生物技术协会(Dechema)公布的数据:在过去十年内化工设备的生产能力提高了2~6倍。不过,虽然个别项目的规模越来越大但企业的新订单却停滞不前,甚至还有所下降。幸运的企业能够把几十亿的工程项目引进来,就像Jacobs公司获得沙特Sadara超大项目的设备制造合同,或者像KBR公司那样与合作伙伴一起获得西澳大利亚26亿美元的天然气提炼厂项目合同。几乎没有一家企业能够自己独立完成这样的超大型项目,从项目的范围大小和合同金额来讲只有国际财团才能胜任。若想单打独斗,仅预筹资金一项就成为难以逾越的障碍。“要么做大,要么回家”似乎成了流程设备制造商新的座右铭。

也许一切还有另外一种样子:小型的、灵活的和价格低廉的流程设备将会拥有美好的未来。今天,流程设备制造商和供应商们就已经开始提供各种规格的、由预装配组件组成的成套单元。它是如何工作的?工程巨头Fluor公司为加拿大阿尔伯达省油砂开采设计制造的成套单元就是一个很好的范例,358个成套单元每天的油砂开采能力达到了180 000桶。工程师们从一开始就认为要采用模块化,在规划设计和设备设计开始之前就将德克萨斯州项目中的第三代裂解技术设备分解为一个个 “流程模块”,按照制成品的形式运到工地。这不仅节约了时间和资金,而且也避免了因大风、天气的不利影响延误设备按计划完成室外安装的任务。

现在,随着模块化流程设备技术领域的突破,石油工业和天然气工业领域中的企业也应进入模块化设备的时代。毕竟在典型的生产规模小、生产批量小的高价位产品生产中使用模块化流程工艺设备是非常值得的。种种迹象表明,模块化流程工艺设备是有利的,欧洲的流程工业企业几乎都从散装大宗商品的业务领域中撤了回来。对抗低价格化工产品的出路只有高品质的特色产品。

在这一领域中也出现了缩短一半的理念,从规划设计到生产出产品的时间缩短一半。而这里所指的缩短一半是流程设备的规划设计到正式投产的过程,通常情况下需要几年到十几年的过程,对于快速上市的特种产品而言,这个周期太长了。坚持不懈地在试验规模的流程设备设计制造中采用迷你设计技术能够帮助您明显地缩短研发时间。虽然集装箱城堡式的化工生产基地还是属于未来的远景,但像F3-工厂(参见说明)或者Evoniks公司的Evontainer这类项目已经指明了方向。

对模块化设备来讲战绩是1:0吗?不全是,当涉及到大宗产品、在加上规模庞大的大型工厂时就不是这种比分了。“规模经济”具有规模化的经济效益,这一效益能够帮助大型流程设备在规定的产量时收回设备建造时的投资。但这一类大型的工程项目实施时需要合适的工程设计方案,虽然工程项目规划设计阶段的费用开支占了项目总成本的15%~20%,但对于价值数十亿的大型流程设备制造过程而言,专家们认为还是具有相当大的潜力可以挖掘。如果说过去在工程项目各个阶段所使用的设计工具属于量身定制的专用工具,那么今后则要在整个项目过程中帮助实现畅通无阻的数据交换和数据集成,避免系统出现问题。

霍伦霍伏IAO研究所和IT行业协会的一份调查报告指出:预计核心工业的增长率会超过30%,而且仅仅是通过产品开发、生产和物流的成功联网。因此,很长时间以来流程设备部件生产厂和工业技术服务商们都在努力开发新的、贯彻落实工业4.0的维护保养技术方案。有关流程设备仪器仪表和部件、组件的运行数据或者信息等都将按照类型、新旧程度、状态分别整理好,随时随地供流程设备使用。这也就能够在流程设备真正需要的时刻对流程设备进行维护保养。这些努力得到的回报是:高效的运行、更好的生产计划、更长的设备运行时间和避免了流程设备的意外停车利用实时数据制定前瞻性的维护保养计划。当安装使用了统一的自动化解决方案和软件解决方案或者过程控制技术方案时,维护保养软件系统Maintenance 4.0也能在模块化设备中使用。

没有网络化模块化系统也是不可想象的,设备模块和过程控制模块之间、它们与控制系统和操作者之间必需要相互沟通,它们不能停留在一个个孤岛式解决方案的状态中。当务之急是,德国工程师协会VDI认为模块化假设要与接口的标准化相互对接。

网络化问题,规划设计和生产制造的网络化给超大型流程设备带来了生命,同时它也是集装箱式化工企业的脊梁。除了流程工艺技术之外,自动化也是现代化生产理念的推动者。在流程设备制造领域中,无论是有着规模化效益的大型流程工业项目或者是特殊的,有着很高灵活性要求的,只能利用模块化方案来生产的专用化学品,它们的神经中枢都是智能化和网络化的系统。


流程设备巨人来了
时代的变迁:进入21世纪以来,石油资源丰富的海湾国家开始了战略转变,从原油生产转移到了沿整个价值增长链的整合。在很短的时间里沙漠中就耸立起了超大型的流程设备;而设备制造商的名字就像童话故事一千零一夜中的人物名字一样:Sadara。美国化工巨头Dow公司和沙特阿拉伯的Aramco公司共同投资的公司在2017年前在沙特的AI Jubail市一步到位建成最大的化工生产基地。两家企业在这一超大型项目中投入的资金高达200亿美元。化工基地的第一套流程设备已于2015年生产出了乙烯和聚乙烯产品。

集装箱中生产出来的化学品

结构紧凑、适应性强、快速且经济,在少数情况下可以利用F3工厂来构成模块化流程设备方案。这一高度灵活的设备配置方案是基于流程工艺设备部件基础之上的,也就是各个流程工艺步骤都有自己单独的解决方案。这些流程设备部件、组件都集成在一个集装箱式的单元中,通过即插即用的连接方式就可以与流程设备整体的控制连接在一起。这样就把使用灵活性的但也是低效的批次生产设备与具有成本优势的连续性生产设备联系到一起。