PDMS在大型空分设备工程协同设计中的应用

张 益，苏苗印，李晶晶

（杭州杭氧化医工程有限公司，浙江 杭州 310014）

空分设备的设计与制造，空分设备的工程设计，空分设备的使用、管理及维护是空分行业系统的组成部分。三者之间关系密切，互为依存[1]。近年来气体应用技术及市场发展很快，促进了空分设备技术的发展。随着公司在空分EPC总承包工程项目的增多，建设工程的逐步推进，无论是对项目的设计质量控制还是施工管理都提出了较高的要求，同时大力提倡、引导各专业技术人员在工程设计中采用统一平台的协同设计。现通过伊朗BUPC公司84000 Nm3/h（氧）空分项目介绍PDMS在大型空分设备工程协同设计中的应用情况，以及对PDMS在空分设备的施工管理和运维的应用方面提出一些看法。

1 项目简介

项目总占地面积近15000 m2，总投资约6亿元，包括压缩机厂房、配电室、中控楼等，其中空分主装置位于室外装置区。

本项目契合当前空分设备大型化、关键配套部机高效化、总体集成技术成熟化的发展趋势，采用主流先进的分子筛净化空气、空气增压、带增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进下塔、产品氧气氮气内压缩，规整填料上、下塔工艺。由于本项目属于涉外项目，业主对设计质量要求极高，且产品规模大，装置区各专业管线交错复杂，极易发生专业间的软硬碰撞，需要借助PDMS协同设计平台，充分发挥协同设计的优势。

图1 伊朗84000空分项目PDMS三维模型

2 协同设计的前期准备工作

本项目以美国标准为基础，结合伊朗当地的法律法规、标准规范及业主方对项目的特定要求建立了各专业相关的元件库和等级库。

图2 伊朗84000空分项目PDMS数据库

通过将各专业成员分配到对应的工作组，只有在本组内的成员才对本组内的数据有读写权限，并将不同的工作组整合在一起建立统一的工作区，使各专业设计人员在同一个工作区内有序、高效地进行协同设计并实时进行碰撞检查。

3 空分工程的协同设计内容

本项目的协同设计内容包括：压缩机组及厂房、空气预冷系统、分子筛纯化系统、冷箱外部工艺管道系统、后备储存系统、氧氮氩气调压系统、放散防护系统、各建筑单体、产品气管廊、综合管线布置、支吊架设计、出图及材料报表输出。

3.1 压缩机组及厂房

本项目采用汽轮机驱动压缩机组的“一拖二”方式，其热力管道、转动机械管道的管系应力相当复杂[2]。通过PDMS对压缩机厂房、压缩机机组及附属系统建模及管道设计，并结合应力计算软件CAESARⅡ，准确定位了压缩机出口管道和高压蒸汽管道的支架位置，有效地保证了向建筑结构专业提出准确的设计条件，同时满足压缩机组管口的受力要求。

3.2 分子筛纯化系统

分子筛纯化系统的管系是空分装置中最为复杂的管道配置单元之一，涉及管径范围从DN25到DN1400，其吸附、再生过程中温差大，设备及管道受到热胀冷缩时的循环应力交变，因此，其合理布置对空分设备的稳定运行相当重要[2]。通过PDMS二次开发工具UE-PSI将管系导入CAESARⅡ软件，并在CAESARⅡ中建立分子筛吸附器设备模型。使设备和管系共同进行热胀分析，从而确定设备固定端方位、设备支撑点推力值、管系柔性足够、支吊架的形式、位置和数量。

3.3 产品气管廊

由于本项目产品规模大，且设有氧氮氩气调压系统，故产品气管道数量较多，造成产品气管廊较拥挤。通过PDMS三维配管和管廊建模，可优化管廊上管道布置方案从而减小管廊宽度，节约成本。以往工艺给结构专业提管廊荷载条件多是将三维模型导到二维CAD平台上进行二次加工。现可利用PDMS二次开发荷载工具，将管廊荷载直接输入到管廊模型中，并通过PDMS与结构计算软件PKPM的接口工具，将有荷载条件的管廊模型导入PKPM中，方便结构设计人员进行计算。

3.4 综合管线布置及支吊架设计

本项目综合管线以工艺配管为主导专业，在此基础上建立室外水沟和电缆沟模型。架空电缆沿工艺管廊铺设或设置独立管架。以上几个专业通过PDMS进行协同设计，可实时查看各专业建模进度，如发生碰撞会高亮显示，提示进行修改。

在根据工艺流程图校核完三维配管后，可通过支吊架二次开发工具SSP建立物理支吊架模型。该支吊架工具的数据库采用《管架标准图》HG/T 21629-1999，可自定义各种类型支吊架的尺寸及生根点。建立支吊架模型后，能自动统计管架材料和生成管架一览表，并在管道轴测图中准确定位支吊架位置。

3.5 出图和材料报表输出

PDMS出图主要包括管道轴测图和管道平面布置图。

管道轴测图可利用定制好的公司模板文件通过PDMS的ISODRAFT模块批量自动导出。

管道平面布置图可利用二次开发出图工具eZOrtho导出。该出图工具具有以下功能：

（1）可自定义三维模型的出图范围和出图视角。

（2）将三维模型按照工程设计院的出图风格转换成二维CAD图纸。

（3）在二维CAD图纸上自动添加各种标注，如尺寸标注、管线号管线表标注、设备位号、阀门位号、仪表位号等。eZOrtho解决了PDMS的DRAFT模块导图存在标注错乱、重叠的问题。

PDMS的Reports具有快速生成报表的功能，可依据工程设计院的设计要求进行二次开发，自动生成符合工程设计院要求的材料表，而且统计准确。需要说明的是，应用PDMS二次开发对提高设计效率有着重要影响，二次开发水平的高低直接影响着设计效率的高低[3]。

4 PDMS在施工管理和运维的应用

PDMS可导出rvm格式漫游模型，并通过漫游软件Review向施工单位交底。同时，结合项目管理软件Primavera P6，在横道图和网络图中输入作业和关系，可以清楚地展示施工进度，指导施工，使施工管理迈上新台阶[3]。

为了更好地进行工厂的运行和维护，越来越多的业主希望在得到设计单位图纸的同时，也能得到数字化工厂三维模型，即实现数字化交付[3]。数字化交付可使用AVEVA NET作为平台，整合包括智能PID、PDMS三维模型、采购文档、施工文档、试运行文档和其他非结构化的数据等，实现软件数据向数字化平台的自动发布，基本打通了数字化交付的流程，不同用户可通过网页终端浏览以设备位号为核心的结构化网络数据，显著提升了对EPC管理的效果[4]。并且《石油化工工程数字化交付标准》GB/T 51296-2018已于2019年3月1日实施，对工程设计院采取数字化交付的交付内容和深度也起着指导作用。

5 结语

空分工程中应用PDMS三维协同设计，使设计精准度和设计深度大大优于以往的二维设计。从三维模型提取漫游图、管道轴测图、材料表等，这仅仅是对于三维设计软件的初步开发应用。对于复杂管网的设计乃至后期施工管理及运行维护方面，PDMS都有着强大的系统支撑平台。应用PDMS三维协同软件，结合二次开发工具和CAESARⅡ应力计算软件，大大地优化了复杂管系的设计，极大地提高了设计效率，有效地降低设计计算工作量。同时，在设计阶段就有效地解决了施工中常出现的碰撞问题，使工程设计水平上了一个新台阶。