当今投资计划中大多数都属于消除瓶颈型或改造型的计划，这些计划的目的是增强生产力、挖掘增加营业收入的潜力，或达到即将实施的法规要求。在计划此类项目时有一个较为独特的目标，就是避免在周转过渡期出现过长的停工时间。

由于重大改造项目的设计、生产和建设通常要持续一年或更长时间，并涉及到许多阶段（如图3），所以提前规划十分必要。需要较长供货期的设备必须在要求设备到达现场前很长时间就提前订购，而且工程设计也要提前很长时间签订承包合同，以求找到具有丰富工程经验的、高质量的工程设计承包商，从而避免在项目执行过程中出现返工情况。

停车计划

停车计划必须很好地进行组织，让所有的工作顺利进行。图1所示为一个典型的项目进度表的一部分内容。 这个进度表将各项活动分解为许多个步骤，每一个步骤均有一个提前启动日期和一个拖后完成日期，以确保这个步骤不会变成进度表的拖累。其目标是在停车之间预先安装并尽量多地执行建设工程。由于停车时间非常有限，只有必须在装置停车时执行的任务才能在停车时间段内执行。这种方式还可以减少停车工作的紧要时刻现场人员的数量。

订购设备

在制订高水平的进度表细节之前，可使用较为简单的条形图式的进度表来编制长订货期设备的订购时间安排，例如厚壁反应器、合金设备和高压容器。从需要达到现场的时间逆推，项目经理可以确定订单可以下订的最迟时间。这样要求在订购之前留出一些前期准备时间以完成必要的采购前工作。有时要求设备采购工作在最终设计完成之前就完成。图2所示为一个逆推计算的例子，这个例子计算了必须开始编制采购订单的时间，以便设备能够按时到达现场，配合好整体工程的建设进度。

管道接头清单

管道接头清单对于管道工程十分关键。此清单需要区分管道接头的类型，包括热分接（在装置运行期间完成）以及停车管道接头（在装置停车后完成）。

绝大多数管道接头都是在停车期间处理的。一个典型管道接头包括两个隔断阀和一条配有另一个接至新设备接头处的阀门的短管。

在一些实例中，在装置运行时可以提前完成一些接管工作。但是，通常要避免进行所谓的热接管，因为如果有任何部分发生错误，就会导致过程流体发生危险。对开三通就是一种类型的热分接管，它基本上是一种分成两件的三通管，其内径在尺寸上与所要分接的管道的外径完全相同。它焊接在现有管路之内，并随后通过侧面接管与接管管线相接。

员工配备

绝大多数的公司都不会奢侈地保留一支执行小型至中型项目所要求的专职、经验丰富的全职工程设计团队。改造项目的主要人员配备也来自于合同工程师和经理的混合编配，并辅以业主的相关员工。只有数量有限的核心工厂人员可专门从事整个团队的工作。承包商团队通常在项目期间聚集起来，而且在不再需要人员时迅速解散，从而可以尽量减少成本。合同制员工的另一个优点是，可以在短期内获得某一专门领域的专家。

图3所示为一个典型的员工配置情况，包括业主的团队，业主的合同聘用员工，以及工程设计承包商的员工。施工团队没有在这种图中体现，因为这个团队是具有针对性的独立团队。

计划、工程设计、施工－管理和调试/启动就构成了项目的生命周期。本项目将转交给运行人员进行调试和启动。

业主的人员配备

指定执行项目的工厂人员的数量会有所变化，但通常只限于少数的关键性人员，包括项目经理、工艺工程师（根据要求）、安全主管、运行主管（有时候为兼职）以及成本控制/进度表编制人员。

工程设计承包商

钟形曲线代表了一种典型的工程设计承包商的总部办公室人员配备情况，最初阶段开始直至项目发展起来之前都只有很少的几个人。之后，人员配备开始猛增，在生产和施工阶段会增加工程师和设计人员。在项目结束时，员工开始离开项目。

工程设计成本分解

对于项目的工程设计部分，草案或全新设计部分的整体工程设计成本约占项目成本的10%。对于改造和履行，由于设备接口的复杂性，这一成本占到15%~20%。以100美元/小时的承包商工程设计平均费率计算，就可以估算出总的工程设计小时数。以此为依据，在配合允许的工程设计进度表，就可以逆推计算出人员的数量。按165小时/月来算，就可以估算出项目所要求配备的人员的平均数量。

在典型情况下，各个专业的分配可从表1中估计出来。请注意，工艺和系统方面的人员预计将早到，而仪表和电气工程师将晚来。

一种交叉检查员工配备情况的良好方式是在一个简化条形图上标出工程设计阶段各专业的人员配备数量。 然后总计人周数或人月数，看是否与所估算的全体小时数相符。

除了工程设计承包商团队以外，这个团队通常不在现场，只会在现场宿营车内部署一些兼职或全职的成员，还有业主的现场团队。

现场项目团队

以下现场团队成员必须或合同聘用或由运营公司提供。比较好的方式是，只在需要团队进行工作时让团队到场，随后让其返回至雇佣组织。但获得高素质的合同员工并非易事，只有少数几个雇佣组织专门从事为项目执行阶段提供人员的服务。这些公司为全球各地的项目配备人员。另外一种选择方案是从一些不同的代理机构雇佣。

执行项目所要求的人员至少包括以下人员：

项目工程师；

项目施工经理；

成本控制专家；

记录和档案管理监督；

采购；

焊接专家；

装配工程师；

材料专家；

管道工程监理；

土方挖掘和基础工程监理；

运输和输送专家；

现场施工监理。

辅以业主代表的由这些专家组成的团队通常安排在现场临时宿营车内。自这种团队主要由业主方人员构成的时代起，这种安排就没有过大的变动。

详细工程设计

特殊情况下有必要将详细工程设计承包出去。一旦运营公司定义好项目之后，详细工程设计承包商团队能够在自己的总部办公室内执行工程设计工作。业主可以选择最适合项目类型、项目规模以及本地可用性的工程设计公司。在过去，工程设计公司大都是本地公司。但是，随着电子图纸（其传输和共享）、移动电话、电话会议及诸如此类手段的迅猛扩大使用，即使改造工程的工程设计团队也不在要求到现场工作了，这些现场工作的需求通常可以通过派遣小规模的本地团队就可满足，此团队主要作为现场与总部办公室团队之间的接口。

工程设计执行

以下就是承包商办公室内工程设计工作通常的执行次序：

工艺工程设计

工艺工程设计通常由业主提供员工，并在这个概念设计阶段起到领先作用。因此必须提前设计，以决定项目将包含哪些部分。其目标是决定所建议的概念如何可以最大程度地运用现有的设施设备以及尽量少地采用新的主要设备。这是一个在一定程度上在确定主要设备（更换成本过于高昂）的现有限制方面进行尝试和出错的过程。

无论通过检查或通过“草率”的成本评估，有可能要对三项备选方案进行评估。工艺工程设计通常集中在3个月工程设计的头2个月内进行，随后就削减至1~2个人。

详细工程设计

一旦工艺概念确立，详细工程设计就开始了。系统工程设计是这一阶段的关键。开始是标明现有的工艺流程图（PFD），并提供一项项目说明，项目说明将定义需要做出哪些改造、需要哪些新设备以及其他的重大项目要求。这个基础将变为确保每个人处于同一阶段并就概念达成一致的载体。一旦完成了PFD、管道和仪表图（P&ID）、设备和整体项目范围，则详细工程设计就可开始了。

通常将在现有（竣工）P&ID上标明对管道的改造、对现有设备的改造、添加新设备以及在新的运行中重复利用现有设备。增加管路口径、使用更大的控制阀口径、增加泵机叶轮直径至外壳限值、更换成更大的电动机尺寸或采用新的更大型泵机，这些措施都可以认为属于合格且经济合算的改造方式。

只要经济合算，并且可以在合理的停车期内执行，也可以允许在主要设备上做出一些改造。例如包括，更大的喷嘴、新的内件、蒸馏塔板更换成更高生产能力的塔板或结构化的密封、整装填料和合金内衬。对主要的压缩机、明火加热炉和大口径分裂蒸馏塔的重大改造通常并不经济合算。在测量主要设备更换的可行性时，经验法则是与较小或完全一样的设备进行对比。

对所要求的新设备要编制新的数据单，提供对现有设备额定数据表的检查以书面记录现有设备符合新要求。这些资料应当编辑在一起，做为项目定义以及成本估算的备份。将下列信息汇集到一组文件夹内，并供任务团队参照，以保证每个人获得相同的信息：工艺说明、PFD、P&ID、数据表、初步布置图以及初步管道布置图。

在项目设计已经进展到不再要求进行返工之前，应将电气和仪表专业的工作限制在最低程度。

长订货周期设备的采购

合金和高压设备的长订货周期要求在项目完整定义之前就完成一些采购工作。如果这些设备最终要求进行大幅度改造或根本不能使用，就会让项目蒙受一些财务风险。采购的关键是事先得到明确的规格。

良好的设备数据表是最低要求，并要在脚注部分或第二数据单上提供备选情况下的信息。详细信息对于在最少次数修改订单的条件下发出采购订单有着关键作用。只参考通用规范（API、ANSI、TEMA）是不够的，任何特殊的制造要求均必须标明，相关的规格也应当与通用规格包括到一起。例如，在潮湿酸性气体存在的情况下，则对于腐蚀保护的要求将变得更加重要。这些要求有可能增加相当可观的成本。焊接规格可以由新的买方提供，或者制造商可以提供规格，由买方进行选择和批准。

橇装模块的使用

预先装配的设备模块可以节约相当可观的现场耗时和费用，特别对于改造工程来说。让设备供应商为设备提供完整的撬装，包括所有辅助设备，就可以让供需双方实现双赢。采用制造商的控制系统标准而不采用定制设计也可以节约成本。例如往复式压缩机系统通常包括级间液气分离器、级间冷却器、脉动消除器、润滑油系统和控制面板。

在发运前必须将这些模块预先装配在一起。在允许的情况下，法兰对法兰的连接方式可以减少现场焊接作业需求，这点对于合金管路特别实用。

结论

“提前打算”对于实施一项安全、成功、准时的项目具有关键意义，可以确保项目的进行不会出现明显的超成本现象，也不会出现重大的意外事项。

重点在于，要牢记进度表只是计划而已。而比合理预期用时更快地完成工作通常会导致返工现象，从长期看也需要更多的成本。通常情况，随着工程的进展会有一些高效和省时的措施被制订出来。

协调会议虽然耗费时间，但却是人力高效运行的必须步骤。而在遇到意外阻碍之时，有可能要求对计划做出变更。 

项目阶段

以下传统步骤的目的是挑选出项目以及确定这些潜在项目中哪一个将进行实施：

概念设计，此阶段定义整体的项目目标和方法，通过与其他项目成本的对比来得到大致成本，以及预期的营业收入增长量以及运营成本的下降量。

初步设计，此阶段将完成足够的设计工作，包括PFD和设备确定，这样就可以编制成本曲线，而且可以进一步定义预期的额外营业收入。

详细设计阶段，此阶段编制完整的PFD、P&ID、设备数据表并将它们发送给供货商进行口头报价、标记平面布置图以供可行性评估。可对项目区界内侧（ISBL）编制系数型的成本估算，而区界外侧（OSBL）部分可以做为一个百分比进行估算。

最终基础设计阶段，此阶段对PFD进行牢固确立，对P&ID进行最终化；设备位置确定；管道、电气和公用工程路线定义下来，以及完成仪表计数。 自此阶段起，可以针对ISBL和OSBL部分做出概念性的工料估算。

详细工程设计的合同订立可以使用通过获得各个承包商的投标而形成的最终基础工程设计包来进行。 业主还可以选择将施工与详细工程设计包括到一起。详细工程设计通常提供了采购信息，除了一些业主有可能为了让长订货周期设备可以及时至货而提前进行的预先采购除外。

施工可以由整体的总承包商来执行，也可以通过分包进行，即由土建、电气/仪表和管道/设备各承包商来完成。对一些项目特定的部分可以采用撬装设备供货，以尽量减少现场耗时。

调试通常由业主运营方完成，并应当包括对工程施工是否符合P&ID和其他图纸的最终核查。 电动机旋转、逆止阀的朝向是否正确，管道是否符合管道敷设规范，这些都需要进行审查。

启动是完成项目的最终步骤。

真实案例

下面的例子是一家炼油厂在进行产品转换期内，执行了3个小型的工程设计项目。其策略是将这些项目上的工作交错开来，让同一支承包商团队可以在整个工程设计执行期间得到充分运用。这样就可以按照运营公司可以接受的方法，避免了多次再培训工程设计承包商。

管道设计

整个项目由大量的管道设计工作构成，许多管道都是在管道接头处相互连接的。为了保证精度，工程设计承包商采用了一种激光型的测点定位方法，其中各个位置的坐标均标识了出来。但是，这一具体方法中不如人意的部分在于，各个管道的位置采用了虚坐标基准，而这个虚坐标是由一个基准坐标系统所设定的。 转换这些坐标以引用任一特定管道，都会耗时很长。

由于分项目的进度表相互交错，所以在整个项目期间可以使用相同的管道布置员工。为了避免在作业现场进行现场焊接，管道等视图转换成了管道SPOOL图。

模块化设备

在此项目的一个部分，采用了模块化组件以尽量减少现场耗时和与工程设计、设备合同签订以及设备、管道和控制设备安装相关联的成本。这个策略经证明非常超值，因为现场经验丰富的技术人员非常有限，而且还有大量作业在生产率高于外部现场的车间进行。这些模块预先装配在一起，其目的是确保现场连接没有故障。

土建工程

所有土建工程均按工料基础与当地的一家企业签订了合同。这家承包商非常清楚未知的障碍可能带来的影响。事实证明，在施工过程中必须做出许多现场变更，才能最大程度减少对现有地下障碍物的解决。这个现场要求采用多个桩基，以便在这种湿地型的工厂厂址区域提供所必需的支撑。据事后总结，扩展底座型基础有可能比传统土建方法节约成本。

钢结构

从许可证办理的角度来看，钢结构方面出现了问题。设备模块的工程设计由一家外地公司进行，这家公司在施工所在地没有办理工程设计许可证。而让一位并没有在设计期间参与的本地工程师批准图纸会被认为是不遵守职业道德的。所以，本地工程师必须重新核查所有的设计计算图纸。

在项目的另一个方面，要求为支持一些新架高的设备所增加的重量而进行新地下基础的大规模土石方挖掘和接管。由于必须在开挖期间设置大面积的隔离安全区，在狭窄的空间内装配新钢筋，以及无法让水泥车靠近需要浇灌水泥的新基础区域的问题，此项工程拖延了非常长的时间。

管道工作包

为了将项目的管道部分组成易于理解的形式，现场项目工程师采用了由工程设计承包商所编制的工程设计文档，并将它们组合成工作包，每个工作包通常从一处到另一处进行管道运行。

每个工作包通常由多幅等视图构成，并由3D简图标出路线。承包商所采用的软件还为每一个等视图提供了一份材料清单，从而可以作为一项管道作业的材料要求。

项目工程设计将这些资料编制成工作包，其中包括了由管道设计方现场团队所绘制的接管图。 然后，相关的容器图纸作为平面布置图的一部分包含在内，其中每一条管道均根据管道规范用特定的颜色标明。 这样就让执行工作的人员能够非常迅速的识别出将在何处进行工作，并提供了一幅挖掘（平面布置图）的路线计划。

高点通气管和低点疏水管均包括在这些图纸内。 这些管子中的绝大多数都配备了螺纹管塞，这些管塞将在压力试验后进行密封焊接（封闭）。

为管道装配工提供了特殊的指导，标明了有可能存在未在停机期间被充分冲管排净的硫化氢或其他危险气体的位置。 这些指导标明了哪些控制室对于给定区域拥有管辖权，以最大程度减少与授权运行人员共同执行的标准检查程序。

材料和焊接

在新添加部分有几个存在潮湿的酸性气体，所要求的腐蚀标准评估包括了对特殊焊接工艺以及焊后热处理的要求，这样就给工厂增加了成本，所以要在处理合理的情况下谨慎的进行选择，以便保证成本在计划范围之内。

危险吊运

项目努力避免了所有危险吊运（在现场工作人员或运行中的管道上方进行吊运），在执行危险吊运时要求提供特殊的安全表格和人员。

容器工程

项目对4个大型容器的封头进行了更换。可以确定，原有的容器已经有些变形。所以，在对容器更换封头之前，需要安排人员和设备将容器恢复成圆形；否则，进度表将出现延误。

安全

安全是本项目执行重点。关键在于提前认定员工配备和程序以确保安全的工作环境。许可证办理流程也非常关键，以确保每一个分步骤均按照内部规则进行。通过利用在办理多个小型单独项目时一样的资料来申请办理一个全面性的许可证，就可以在改造项目上实现一定的许可证办理流程简化。

作者简介

Ray Elshout是Energy Systems Engineering公司的工艺工程师。他曾在多个行业工作过并担任过多种职位。他的主要工作领域是工艺工程设计，另外他也担任过项目经理、咨询顾问和运行培训师。在Jacobs Engineering公司任职期间，Ray Elshout制订了从大豆制取植物油的溶剂萃取的设计标准，包括冰冻处理、脱臭、脂肪分解、氢化、甘油蒸发和蒸馏。Ray Elshout拥有化学工程理科学士（B.S.Ch.E.）和化学工程理科硕士（M.S.Ch.E.）学位，并取得了加利福尼亚州专业工程师证。

Danny L. Garcia是Sun Engineering Services公司高级项目经理。Sun Engineering Services公司是一家全方位服务的多专业工程设计咨询企业，已同时为能源行业和非能源行业的生产设施提供了20余年的服务。Garcia拥有20多年的工作经验，其中包括历时2年同时对多个小型至中型项目的管理。他曾在洛杉矶地区一家炼油厂任咨询专家8年，目前Garcia任高级项目经理兼营销经理。