袁慧(中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101)

0 引言

在大中型化工、石化項目的設計中，運用三維制圖軟件進行配管設計可以徹底改變以往二維平面配管設計時設計圖紙不夠直觀、準確率低、效率低的問題，通過建立一個包含建筑物或框架、設備、管道、儀表電氣橋架的三維模型，來立體、直觀的展現整個項目的設計，讓項目的管道設計人員更直接地看到設計效果，方便修改和調整，從而提高配管工作的準確率和效率。同時，三維配管設計也能讓施工方更好地了解工程概況，從而加強進度管理和施工管理，避免或減少材料浪費和工程返工。本文以某精細化工項目酰氯裝置為例，詳細介紹了運用三維設計軟件(plant design system, PDS)進行配管設計的全過程。

1 PDS 簡介

PDS 是美國Intergraph 公司設計開發(fā)的一款工廠三維設計軟件系統，也是目前我公司應用的兩款三維設計軟件之一，在很多精細化工和石化項目上取得了成功的應用經驗。PDS 是關系數據庫和圖形學結合在一起的復雜軟件系統，它通過Bentley 公司開發(fā)的Microstation 圖形平臺來實現圖形操縱，通過RIS 數據庫傳送設計數據到MSSQL 進行管理、儲存。PDS 結構圖如圖1 所示[1]。使用該款三維設計軟件，設計人員可以自行定義管道等級表和元件庫，并且在三維環(huán)境下進行配管設計，所有的管道布置圖、管道軸測圖和管道材料表都可以自動生成。

圖1 PDS結構圖

2 PDS 在酰氯裝置配管設計中的應用

2.1 建模前準備

PDS 建模前的準備工作分為兩個部分：一部分與傳統二維平面配管相同，即收集設計資料并根據設計資料進行設備布置和初步的配管研究；另一部分是在PDS 中建立設計項目以及與之相對應的數據庫。酰氯裝置內各類設備繁多、管線復雜，正式三維建模之前首先要仔細研究管道及儀表流程圖、管道命名表、管道等級規(guī)定、設備裝配圖、項目總平面布置圖等設計資料和相關的設計規(guī)范，然后進行設備布置和初步的配管研究，酰氯裝置EL±0.000 平面設備布置圖如圖2 所示。酰氯裝置為敞開式框架結構，分為6 層，包含原料混合、酰氯合成、趕光和尾氣處理幾個部分。整個酰氯裝置被東西方向的人行通道分為南北兩個部分，通道上方布置管廊。裝置東側布置混合系統和調溫水系統，中間五跨南半部分布置五套酰氯合成系統，因光氣屬極度危害介質，酰氯合成系統設置在封閉房間內，以減少光氣泄漏產生的人員傷害。裝置中間五跨北半部分布置五套趕光系統和活性炭處理區(qū)。尾氣處理部分布置在裝置的西側。酰氯裝置框架內要布置近百臺各類設備和700 多根管線，利用三維配管的模式可以更好地實現設備與管道的精確定位、碰撞檢查與合理布局。

在PDS 中建立設計項目及相應的數據庫。這部分工作通常是由PDS 系統管理員和數據庫管理員來完成。PDS 系統管理員通常具有豐富的PDS 相關知識和管理經驗，同時也非常熟悉管道、工藝系統、設備等相關專業(yè)的專業(yè)知識，可以為一個三維設計項目的正常、平穩(wěn)運行保駕護航。數據庫管理員一般由有管道材料專業(yè)相關背景的設計人員擔任，他們的工作是建立一個正確的參考數據庫。在上述準備工作都完成之后就可以著手建立三維模型了。

2.2 建立三維模型

首先根據酰氯裝置設備布置圖和建筑圖在結構模型中構造出酰氯裝置的6 層敞開式框架。構造出的酰氯結構模型包括軸網、梁、柱、地面、樓面、墻等的圖形和數據信息。之后是設備建模，主要是依據酰氯裝置設備布置圖和設備裝配圖紙、參考結構模型中的軸網，將一臺臺設備按實際尺寸精確地畫出來并放在準確的位置。除此之外，光化循環(huán)泵和過濾機等需要檢修的設備附近要畫出檢修的空間。酰氯裝置過濾工序的過濾機和過濾器需要定時更換濾袋或者是清理濾渣需要設置平臺方便工人操作，光化循環(huán)泵為立式泵也需要支撐在設備平臺上，這些平臺和爬梯也需要表示在設備模型中。堿吸收塔和混合釜、光化反應釜、趕光釜等尺寸較大的設備和反應換熱器等長度較長的設備需要預留吊裝孔和檢修孔，以方便設備安裝就位和未來檢修維護。這些吊裝孔和檢修孔的位置和大小在經過詳細的吊裝方案討論之后才能確定并最終體現在三維模型中。

結構建模和設備建模完成之后是管道建模，這是整個三維建模過程中耗時最長也最為重要的環(huán)節(jié)。設計人員需要參考已經建好的結構模型和設備模型進行三維管道布置，最終構建出完整的裝置三維設計模型。對于酰氯裝置的三維配管來說，除了符合工藝原則和相關標準規(guī)范、方便操作和施工、整潔美觀、布局合理這些通用的設計要求之外，還有一些設計要點需要注意。酰氯裝置的主要生產原料脂肪酸有近十種，相應的酰氯產品也有近十種，而酰氯生產線只有3 條，所以原料和產品與設備之間都是通過金屬軟管連接以方便操作人員可以根據訂單信息快速地切換不同的原料和相應的產品管線，配管設計中要特別注意此處人員操作的需求。另外，酰氯合成工序有部分哈氏合金管道，這種管道價格昂貴需要在滿足工藝要求的情況下盡量減少管道長度。3 條酰氯生產線上的關鍵設備全都是互為備用的，所以3 條生產線中的管道也是相互連接在一起的，連接點處有很多的閥門，這部分的配管也是設計難點。運用三維管道建模可以很好地解決上述問題，因為設計人員可以邊配管邊瀏覽實時更新的三維模型，立體、直觀的感受有助于優(yōu)化這部分的設計。酰氯裝置三維模型如圖3 所示、酰氯原料管線模型如圖4 所示。

圖2 酰氯裝置EL±0.000平面設備布置圖

圖3 酰氯裝置三維模型

圖4 酰氯原料管線模型

2.3 三維模型審查

模型審查是三維配管設計中最關鍵的質量把控環(huán)節(jié)。酰氯裝置配管設計的不同階段中穿插進行了3 次模型審查—30%、60%、90%模型審查，審查會上，酰氯裝置校審人員、公司專家以及項目業(yè)主方技術負責人通過瀏覽模型配合設計人員的講解可以更快速、更直觀地了解整個裝置的設計概況，針對設計中出現的各種問題也能提出更優(yōu)的解決方案。

2.4 生成設計成品文件

利用三維設計軟件可以自動生成管道軸測圖、管道平面布置圖等設計成品文件。其中，管道軸測圖可以直接從三維模型中抽取，而管道平面布置圖需要輸入相應的坐標范圍以后從模型中切出來，再運用標注軟件進行標注最終生成符合要求的圖紙。除此之外，很多設計中間過程的條件圖也可以從三維模型中方便的抽取出來，如：提給自控專業(yè)的儀表位置布置圖、提給建筑、結構專業(yè)的樓面預留洞條件圖、墻面預留洞條件圖等，三維設計軟件的運用也極大地提高了管道專業(yè)條件提資的效率和準確率。

管道材料表、管口方位圖、管道保溫一覽表、管道涂漆一覽表等設計成品文件無法直接利用三維設計軟件生成，這時就需要對PDS 三維設計軟件進行“二次開發(fā)”。二次開發(fā)是在原有技術基礎上利用MDL 等高級編程語言制作出能滿足不同項目需求的、個性化的實用工具。我公司在三維設計軟件二次開發(fā)方面也投入了大量的人力、物力，在這些實用工具的幫助下，可以針對項目業(yè)主方不同的需求，快速、準確地生成各種設計成品文件。

3 結語

目前，三維設計軟件已經在各個大中型工程公司得到了大規(guī)模的運用，越來越多的使用三維軟件設計的化工、石化項目成功的投產運營了。這些實例充分說明，三維配管設計可以大幅提高設計效率和準確率，同時也有利于進度管理和成本控制，尤其是對于酰氯裝置這樣的精細化工項目，三維配管設計的優(yōu)勢體現得更為明顯。