主题：【原创】话说“全套图纸和技术资料” -- 晨枫

前些日子和四一说起全套图纸和技术资料的时候，就起了这个心，把想法写下来。总算写完了。贴上来，供西西河众批判。

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在谈及引进先进技术的时候，常常有引进全套图纸和技术资料的说法。有人就开始遐想：既然我有了全套图纸和资料，就可以反向设计，掌握这其中的奥秘。其实“全套图纸和技术资料”的说法的准确性很值得商榷。引进（或自建）一个化工厂时，通常包括过程流程图（Process Flow Diagram，PFD）、仪表管线图（Piping & Instrumentation Diagram，P&ID）、机械设备详细图纸（mechanical drawings）、平面图（plot plan）、三视图（isometric drawings），基本技术手册、基本操作规程和设备使用手册。各种技术文件有各自的用处，比如PFD相当于过程的概念设计，自包括主要设备和物料流向；P&ID具体到所有的管线、容器、设备、阀门、仪表，但还是没有设备的具体形状和尺寸；机械图纸标明设备的具体形状和尺寸，有时还标明材料，但是没有加工或安装要求；平面图标明所有设备的平面位置；立体图进一步，表明管线的空间走向；基本技术手册描述过程的设计概念；基本操作规程描述主要设备和工艺的操作方法；设备使用手册描述设备的具体使用方法和使用条件。别的工业部门的情况有所不同，但道理应该是一样的。这是很大的一套技术资料，但远不是“全套资料”。

技术资料的核心不是设备尺寸、材质，而是设计的思维过程。在设计化工厂时，假定工厂的基本性质已经确定，比如这将是一个液相聚乙烯工厂，接下来首先要确定的是所谓基准产能（rate table）和产品范围（product slate，），这决定了主要设备和管线的特征，如温度、压力、流量。基准产能和产品范围不是首长意志或者拍脑瓜拍出来的，而是由很多小试、中试数据决定的。有的产品价值高，但是生产困难；有的产品生产容易，但是不赚钱。最后的总体产能和产品范围要由对生产成本和市场潜力的综合平衡决定，产能过高或者产品范围不切实际，将导致不必要的浪费，闲置的生产能力的维修和运营成本进一步恶化成本效益，可能工厂一辈子也出不了效益；产能过低或者产品范围太短视，要么坐失市场良机，要么日后花大代价挖潜改造。尽管最终用户可能可以见到最后的基准产能和产品范围数据，但这些数据是怎么来的，就不一定知道了。

基准产能和产品范围确定之后，就要确定工艺的基本概念设计和过程流程图。这时要确定主要设备的类型，比如对于超临界状态的乙烯，到底是深度冷冻后用泵输送，还是升温气化后用压缩机输送？精馏塔是用侧线出料还是用串联的精馏塔？泡罩式还是浮阀式塔板？或者用填料塔？每一个选择都有优劣之处，不经过科学的评估，难以轻易地摒除，而用于这些比较的计算，就是非常重要但用户（也就是最后建成的工厂）一般见不到的重要技术资料。基准产能、产品范围和主要设备选型构成了设计基础（design basis），至此，过程流程图一般已经确定，仪表管线图也形成第一稿。同时要确定的还有基本的控制方案，以确保最后的工艺过程能够安全、可靠、有效地运行。

设计基础确定后，接下来就是至关重要的能量-物料平衡计算（Heat and Mass Balance），也就是对仪表管线图上所有重要节点的物料组成、温度、压力、流速、气液固相平衡等关键参数进行计算，这将决定所有管线、阀门的口径和耐压要求，泵机、压缩机的压头，容器的容量、耐压要求等。计算只是简单的一句话，实际上这里面艺术的成分可能比科学还多，不是到市面上买一个最先进的软件、装到最新的计算机上就解决问题的。现代科学对很多现象已经有了相当的了解，但还有更多的现象即使科学的最前沿也不甚了了。随着生产技术的发展，工艺条件越来越向“超常”的领域进军，经典科学的条件被不断打破，现成的科学工具常常不再能照搬，这时就要用各式各样的经验公式、经验因子来填平补齐科学还没有结论的地方，有时甚至要用不同寻常的假设，把一个完整的容器载逻辑上划分为几个工作条件非常不同的“子容器”，分别计算，然后在界面上再协调。这些都没有章程可循，很多是靠经验，也有不少是靠“灵机一动”。这些关键的技术资料是用户肯定见不到的。第一轮能量-物料平衡计算完成后，通常要重新评估原先对主要设备选型的结论，说不定计算结果大大超出原来打算用的设备的最优工作范围，坚持原方案可能要承担很大的风险，正所谓leading edge or bleeding edge，说不定需要另辟蹊径，承受一点效益或投资上的损失。如果这导致仪表管线图的更改，甚至过程流程图的更改，那很多东西就要重来一遍。这里的思维过程有的公司要求把决策过程用技术文件记录下来，有的公司不那么严格，在有关人员的笔记和通信记录中能找到蛛丝马迹就不错了，但用户一般是看不到的。

仪表管线图和能量-物料平衡计算“冻结”后，接下来是跟具体的设计和计算，每一个容器、每一台设备、每一个阀门的所有具体参数都要确定，包括材料、工作条件和极限等。同时要设计工厂平面图和三视图，以确定所有设备的具体安装位置。设备和管线的位置不光要考虑工艺要求和避免物料运输上的浪费，还要考虑维修、人员巡视等，要是一台经常需要维护的设备安装的人和吊车进不去的地方，坏了怎么办？安全是一个非常重要的考虑因素。主要设备都要经过防爆计算，包括爆炸半径、耐火时间等，要是有可能发生连锁爆炸，工艺和维修上再有利也不行。

这些只是和工艺过程有关的设计步骤，还有结构和土木方面的设计，电气、仪表方面的设计等。

基本设计完成了，接下来要考虑生产和运行问题了。这里有三个大的方面：操作性和危害评估（Hazard and Operability Review，缩写HAZOP）、操作规程（Standard Operating Procedure，简称SOP）和基准工艺条件（Standard Operating Conditions，简称SOC）、控制系统设计。

HAZOP只是安全操作评估的一种，还有过程危害分析（Process Hazard Analysis，简称PHA）、安全性和整体性（？）水平分析（Safety Integrity Level analysis，简称SIL）等，对于简单的项目也可以用小项目定性危害评估（Small project Qualitative Risk Assessment，SQRA），其基本目的都是分析过程在局部失效、故障、泄露、起火、爆炸时，是不是会引起更大范围甚至全局性的灾难性事故，如果有这样的可能，需要如何用更改设计、自控或连锁保护系统或操作规程来避免灾害。这是一个极其繁琐、枯燥的过程，工业界的人听到HAZOP像判了徒刑一样避犹不及，但这是安全生产的第一步：从设计上保证安全，绝对不可或缺。HAZOP、PSA、SIL有关的文件应该是最后用户的技术资料的一部分，但其中结论是怎么来的的思维过程就不会在文件里了，也不是总是容易反推出来的。

SOP和SOC是现代工业操作的灵魂。工人的主观能动、积极创造精神一定要鼓励，但这是有条件的：通过严格控制条件的现场试验，总结出最合理的操作方法和参数，然后严格按照SOP和SOC操作，否则一不能保证安全、高效的操作，二不能保证产品的质量。SOC的数据是基于多年的操作经验，由于实际过程即使是相同的基本设计，总是会有一些细微的差别，这些细微的差别常常就在SOC中体现出来。粗看好像小数点后面多少位的数字应该没有关系，实际上，奥妙常常就在这细微的差别里。SOP包括主要操作步骤和意外情况的处理。SOP不光是经验的累积，对每一个SOP还要进行安全操作评估，通常是SQRA，以确保没有忽略或遗漏的地方，确保安全操作。成套引进工厂的时候，一般会提供一些SOC，但这些SOC只覆盖若干基准产品，也是以基准工厂的条件来设定的。如果原料来源、催化剂来源、工厂所在地的气候条件等等改变了，按照原SOC条件可以保证产品的大目标大体到位，但还是要靠工厂人员作精细调整，才能保证产品真正达到质量标准。SOP更需要工厂人员自己动手充实和完善。

SOC和SOP是面向操作工的，实际生产中，还需要大量的自控系统和连锁保护系统的辅佐，在相当程度上将SOC和SOP的实现自动化。这不仅降低工人的工作强度，而且保证反映及时、操作动作一致，是挖掘生产过程潜力、保证生产安全和产品质量的重要手段。引进成套装置时，一般都有基本的自控和连锁保护系统。但是，所谓“先进过程控制”系统一般要用户自己动手，而控制水平的差别就在这里。一般来说，除了流量、液位、压力、温度等基本回路外，80%以上的先进过程控制系统（包括成分、质量、产量、物料管理、最优化等）都是用户自己构建的。同样一个工厂，不同的控制水平可以导致产能和成本上天差地远的差异。

显然，“全套图纸和技术资料”是一个很有问题的说法，成套引进技术和真正掌握全套技术是两回事。局限于有限的图纸和资料最多只能照样画葫芦地反向设计，反向设计的最大问题在于没有办法推断出原来的设计思路和技术依据，如果能够推断出来，那根本就有实力正向设计，不必费那个事了。在技术层次上已经掌握正向设计但依然进行反向设计，这是在打破对方的技术保密，了解对方的真实技术实力，而不是在学习或仿冒。由于没有了解设计思路和技术依据，对反向设计作改动是有很大风险的事，因为并不知道更改后到底有什么副作用。解放牌卡车、歼-6战斗机等老产品是按苏联图纸制造的，再技术上相当于人家帮助完成了反向测绘，但中国并没有设计思路和技术依据的资料，改进自然艰难万分，难怪几十年一贯制。所谓“吃透”的过程，其实就是补课的过程，从头学习技术思路和技术依据这才有了今天成飞可以同时进行歼-10和FC-1，还可以迅速改进设计和保证投产的事。所谓中国今天的技术成就大多靠反向设计得来，这些人要么是不懂装懂，要么别有用心。

• 靠间谍是不可能成系统地发展高新技术的
• 技术是在工艺包里
• rate table应该是基准产能