侯敬婷

福陸（中國(guó)）工程建設(shè)有限公司（上?！?01103）

工程設(shè)計(jì)

PDS中夾套管三維工程設(shè)計(jì)實(shí)踐探討

侯敬婷

福陸（中國(guó)）工程建設(shè)有限公司（上海201103）

夾套管伴熱是類(lèi)似于套管換熱器的一種管道伴熱形式，因伴熱效果均勻而廣泛應(yīng)用于石化、化工等領(lǐng)域。由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，夾套管在工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)（PDS）中的三維工程設(shè)計(jì)一直存在技術(shù)難點(diǎn)。采用一種新的方法，結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)論述PDS中如何實(shí)現(xiàn)夾套管的三維工程設(shè)計(jì)。

夾套管PDS三維建模工程設(shè)計(jì)

近20年來(lái)，三維工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)（PDS）軟件的普及和運(yùn)用大大提高了工程設(shè)計(jì)的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。然而由于夾套管工程設(shè)計(jì)自身的獨(dú)特性，常規(guī)虛擬外管的PDS三維設(shè)計(jì)方法很難完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化出圖，必須對(duì)PDS的模型和系統(tǒng)文件進(jìn)行人工特殊處理，既復(fù)雜又費(fèi)時(shí)。本文結(jié)合夾套管工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及國(guó)內(nèi)某化纖項(xiàng)目的工程實(shí)例，采用新思路對(duì)夾套管三維工程設(shè)計(jì)過(guò)程中PDS的設(shè)置、建模設(shè)計(jì)方法、出圖匯料等方面進(jìn)行了探討。

1　三維管道建模中PDS的設(shè)置

圖1為管道模型在PDS中的構(gòu)架，根據(jù)PDS的特點(diǎn)，任何兩根管道的三維模型在同一區(qū)域（如Area1）或同一模型（如Model1）中均不能在物理位置上重合；一旦重合，PDS會(huì)將其視為建模錯(cuò)誤或碰撞，而無(wú)法抽取空視圖（ISO）圖紙和導(dǎo)出材料報(bào)告。

PDS三維模型設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)和三維模型的審查要求、抽取ISO施工圖及導(dǎo)出材料報(bào)表供采購(gòu)等。根據(jù)PDS管道模型的特點(diǎn)，既要實(shí)現(xiàn)夾套內(nèi)管（core pipe）和外管（jacketed pipe）模型的重合來(lái)滿(mǎn)足三維模型審查工作，又要實(shí)現(xiàn)夾套內(nèi)管和外管自動(dòng)抽取ISO圖紙和導(dǎo)出材料報(bào)告,最可行的方法是將夾套內(nèi)管和夾套外管分別建立到不同的模型區(qū)（Area1,Area2…）內(nèi)。

在某化纖項(xiàng)目的實(shí)踐中，根據(jù)項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）的劃分和工藝單元的數(shù)量，參照劃分索引表（見(jiàn)表1）設(shè)置了管道模型（假設(shè)WBS號(hào)為1000）。因夾套內(nèi)管輸送工藝介質(zhì)，夾套外管輸送伴熱媒介，所以項(xiàng)目執(zhí)行中管道材料和工藝協(xié)調(diào)專(zhuān)業(yè)為相同等級(jí)的夾套管設(shè)置了2個(gè)等級(jí)代碼（內(nèi)管、外管各1個(gè)等級(jí)代碼）。夾套內(nèi)管模型建立在內(nèi)管模型區(qū)內(nèi)（表中PC1000），夾套外管模型建立在對(duì)應(yīng)WBS的外管模型區(qū)內(nèi)（表中PJ1000）。這樣就從PDS的角度將夾套管劃分成具有相同LINE ID、不同等級(jí)的兩個(gè)獨(dú)立的管道模型，從而實(shí)現(xiàn)PDS內(nèi)夾套內(nèi)管與外管分別抽取ISO圖和導(dǎo)出材料報(bào)告的目的。

表1　管道模型劃分索引表

2　夾套管三維建模實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的方法

在該化纖項(xiàng)目中，對(duì)溫度要求比較苛刻的部件采用全夾套伴熱（見(jiàn)圖2），即管道、閥門(mén)、管件均使用夾套伴熱;而對(duì)溫度要求不苛刻的管道、管件采用夾套伴熱，閥門(mén)（標(biāo)準(zhǔn)閥）采用金屬軟管纏繞伴熱的半夾套伴熱形式（見(jiàn)圖3）。下文就這兩種夾套伴熱形式在PDS中的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行討論。

圖2　全夾套伴熱

2.1不含管道設(shè)備的夾套管設(shè)計(jì)

在內(nèi)管模型空間（表1中p1001aaa1c）中建立內(nèi)管模型，然后在對(duì)應(yīng)的外管模型空間（表1中p1001aaa1j）中建立外管模型，并保證兩根管道的物理坐標(biāo)一致（見(jiàn)圖4）。根據(jù)夾套管的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，為了滿(mǎn)足內(nèi)管與套管熱脹差的要求，每節(jié)夾套管的長(zhǎng)度不宜超過(guò)6m，而且必須增加一對(duì)拆卸法蘭。因此需要通過(guò)PDS數(shù)據(jù)庫(kù)將內(nèi)、外管法蘭分別建立到各自的尺寸表中，并使法蘭的密封端尺寸一致、焊接端尺寸與外管管徑一致。為了避免重復(fù)報(bào)告材料，一般將外管法蘭設(shè)置為不報(bào)告材料。

圖3　半夾套伴熱

從圖4可以看出，夾套內(nèi)、外管法蘭的帶頸長(zhǎng)度是不一致的，這樣建立模型能夠反映夾套法蘭的實(shí)際尺寸，從而可以更準(zhǔn)確地匯料并提高現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制的準(zhǔn)確度。

圖4　夾套管及拆卸法蘭建模

2.2含管道設(shè)備的夾套管設(shè)計(jì)

在內(nèi)管模型空間（如p1001aaa1c）中建立內(nèi)管、內(nèi)管管件、標(biāo)準(zhǔn)閥或夾套閥及其他管道設(shè)備的模型，然后在對(duì)應(yīng)的外管模型空間（如p1001aaa1j）中建立外管、外管管件、標(biāo)準(zhǔn)閥或夾套閥及其他管道設(shè)備的模型。為了防止內(nèi)、外管模型錯(cuò)位，建模時(shí)需將內(nèi)、外管法蘭的大端連接點(diǎn)（CP1）嚴(yán)格對(duì)齊，并保證其他部件的物理坐標(biāo)一致（見(jiàn)圖5、圖6）。在PDS尺寸庫(kù)中將內(nèi)、外管對(duì)應(yīng)的管道設(shè)備的外形尺寸設(shè)置為一致，并將外管上的法蘭、閥門(mén)和管道設(shè)備設(shè)置為不報(bào)告材料。

圖5所示的建模中，標(biāo)準(zhǔn)型管道設(shè)備的熱媒跨接管末端需用邏輯支架標(biāo)示出“參見(jiàn)伴熱管道材料表”，以反映每根夾套管所需伴熱管的材料。

圖5　含標(biāo)準(zhǔn)閥門(mén)的夾套管建模

圖6　含夾套閥門(mén)的夾套管建模

2.3夾套管中常規(guī)管件的設(shè)計(jì)

（1）夾套管彎頭

對(duì)于夾套內(nèi)管，特別是對(duì)工藝溫度要求比較高時(shí)，預(yù)制后必須進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)。內(nèi)管彎頭為長(zhǎng)半徑彎頭時(shí)，夾套管彎頭需采用一倍半徑彎頭（見(jiàn)圖7），減少使用剖切彎頭，并使內(nèi)外管焊縫錯(cuò)開(kāi)，便于無(wú)損檢測(cè)。內(nèi)管曲率半徑大于或等于3DN時(shí)，套管彎頭的曲率半徑需與內(nèi)管的曲率半徑相等。在該化纖項(xiàng)目的實(shí)踐中，將大曲率半徑夾套彎頭設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)管件，內(nèi)、外管彎頭分別帶有150 mm和60 mm的過(guò)渡直管段，并由供貨商嵌套好整體供貨。這樣可以減少使用剖切彎頭，避免現(xiàn)場(chǎng)煨彎，便于焊接和探傷，從而保證了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

（2）異徑管

對(duì)夾套管中的異徑管進(jìn)行建模時(shí)，內(nèi)管異徑管的大端應(yīng)建立在套管異徑管大端的外側(cè)，二者距離不應(yīng)小于50 mm，以防止碰撞形成節(jié)流（見(jiàn)圖8）；若為偏心異徑管，則偏心方向應(yīng)一致。

圖7　普通夾套管彎頭

圖8　異徑管

（3）分支管

在夾套管分支管的三維建模過(guò)程中，應(yīng)注意小尺寸分支管可能出現(xiàn)的碰撞問(wèn)題。當(dāng)夾套內(nèi)管分支采用焊接支管臺(tái)而外管分支采用異徑三通時(shí)，內(nèi)、外管分支可能會(huì)發(fā)生碰撞。因此外管需要采用大一級(jí)的異徑三通或直接采用同徑三通再使用同心異徑管進(jìn)行變徑（見(jiàn)圖9）。

2.4夾套管中特殊部件的設(shè)計(jì)

在夾套管的工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到一些特殊部件，如定位板、折流板、防沖刷板等。定位板是均布焊接在夾套內(nèi)管上，起到支撐外管作用的部件；折流板是焊接在熱媒進(jìn)出管口附近的夾套內(nèi)管上，用于加強(qiáng)熱媒流動(dòng)傳熱效果的部件；防沖刷板是焊接在熱媒入口處的夾套內(nèi)管上，用于防護(hù)熱媒對(duì)夾套內(nèi)管的沖刷腐蝕的部件。根據(jù)各部件的功能和施工順序，將其定位尺寸體現(xiàn)在夾套內(nèi)管的ISO圖紙上，并在夾套內(nèi)管上建立模型。如在該化纖項(xiàng)目實(shí)踐中，將這些特殊部件設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)支架的形式編寫(xiě)在夾套管工程設(shè)計(jì)規(guī)定中并各自編號(hào)［如支架編號(hào)（SupportCode）：1001-“X”,“X”指夾套內(nèi)管尺寸］，然后采用邏輯支架的方式將模型建立在夾套內(nèi)管上。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了抽取ISO圖，還可以實(shí)現(xiàn)這些特殊部件的PDS匯料工作。

圖9　夾套分支管建模實(shí)例

圖10　夾套外管ISO圖實(shí)例

3　夾套管三維工程設(shè)計(jì)出圖及匯料

通過(guò)上述方法進(jìn)行夾套管三維工程設(shè)計(jì)，避免了常規(guī)虛擬外管設(shè)計(jì)方法中出現(xiàn)的模型斷點(diǎn)的問(wèn)題，不僅實(shí)現(xiàn)了內(nèi)管自動(dòng)抽取ISO圖，也實(shí)現(xiàn)了外管自動(dòng)抽取ISO圖的目的。在PDS后臺(tái)中將工藝管道上的夾套閥門(mén)、標(biāo)準(zhǔn)閥門(mén)、法蘭、定位板、折流板、防沖刷板等部件在內(nèi)管模型中設(shè)置為報(bào)告材料，而對(duì)應(yīng)的外管模型中設(shè)置為不報(bào)告材料（見(jiàn)圖10），從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確匯料的目的。

4　結(jié)語(yǔ)

從PDS設(shè)置、建模方法、出圖匯料等方面論述了夾套管的三維工程設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方法不僅可以滿(mǎn)足夾套管工程設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)范要求，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出圖、準(zhǔn)確匯料和指導(dǎo)施工等目的，大幅提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)于設(shè)計(jì)采購(gòu)與施工管理(EPCM)工程項(xiàng)目可節(jié)省工時(shí)并提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)同行業(yè)中同類(lèi)型的工程設(shè)計(jì)也具有一定的借鑒意義。

[1]SH/T 3040—2012石油化工管道伴管及夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]SH/T 3546—2011石油化工夾套管施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]張德姜,趙勇.石油化工工藝管道設(shè)計(jì)與安裝[M].北京:中國(guó)石化出版社,2002.

[4]宋岢岢.壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[5]余萌韡.應(yīng)用PDS實(shí)現(xiàn)夾套管設(shè)計(jì)[J].化工設(shè)備與管道,2008,45(1):58-60.

Investigation on the Practice of Jacketed Pipe 3D Engineering Design in PDS

Hou Jingting

Jacketed pipe tracing is a form of heat tracing,similar to the double-tube heat exchanger.It is widely used in petrochemical and chemical industries due to its even heating effect.There are always technical difficulties in the three dimensional engineering design in PDS of jacketed pipe because of the structure complexity.Using a new method,the three dimensional engineering design of jacketed pipe is illustrated with engineering examples.

Jacketed pipe;Plant design system;Three dimensional modeling;Engineering design

TB 21

侯敬婷男1981年生本科工程師主要從事工藝管道設(shè)計(jì)工作

2015年6月