基于solid edge脱硫系统管路设计的新思路及应用

宁波，肖胜星

石灰石湿法脱硫系统操作简单，效率高，运行成熟可靠。在脱硫塔内，用石灰石制作的脱硫剂浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与浆液中的Ca2+以及鼓入的氧化空气进行化学反应，最终脱去SO2[1]。整个脱硫系统除了脱硫容器和机电设备外，脱硫管路也是非常重要的组成部分，脱硫系统的管路数量较多，安装也较为复杂。以往采用二维图纸设计时，对设计人员的三维空间想象力和记忆力的要求很高，设计人员稍有疏忽就可能导致管路出现干涉、碰撞、漏装等情况，安装人员也需要完全领会设计人员的想法，才能安装正确。脱硫管路由一些特殊的管件组成，一般为衬胶钢管或FRP管，在设计时，就已经准确设计出这些管路的长度和走向。同时考虑到运输，管件已被分成若干段，现场通过法兰连接组装，到达现场的管件数量大概有数百件之多。另外，这些管件是不能轻易在现场进行切割和焊接的，脱硫设备的对接法兰同样是不能切割和焊接的，因为脱硫设备本身或是内部都涂有防腐蚀的胶状漆（玻璃鳞片漆或橡胶），遇明火很容易燃烧。在这样的情况下，对管路的设计及安装精准性要求很高，而三维管路的设计能有效地解决上述问题，可以直观地表达出管路在空间的布置和走向，精确避免管道出现干涉、碰撞、漏装等问题；降低设计人员的出错率，也能直观地指导现场人员的安装，一举两得。

1 solid edge三维软件简介

solid edge是专门为机械行业设计的普及型三维CAD软件，是windows平台下的三维设计软件。solid edge软件将操作环境分为零件模块、装配模块、钣金模块、焊接模块、工程图模块。三维管线设计就是其中一个强大的装配模块，可以通过该模块功能快速地构建起管道结构。

在烟气脱硫管路设计中，要根据脱硫工艺流程图确定各个设备的位置及布置方式，利用solid edge三维建模软件构建脱硫设备模型库[2]，包括脱硫塔、滤液水箱、浆液制备箱等。同时，按照方案图布置土建基础、布置管架、布置支吊架，以及管道上用的弯头、大小头、三通、四通、球阀、蝶阀、膨胀节三维模型数据库，这是三维管道设计时的一般要求[3]。

2 脱硫系统三维模型的建立

2.1 脱硫设备模型的建立

脱硫系统中，影响管道正确安装的因素主要有三个，其决定着管路的长度和标高定位。

（1）脱硫存储容器和反应塔。包括脱硫塔、工艺水箱、浆液制备箱、滤液水箱、事故水箱、旋流器等，所有设备的法兰接口参数（法兰大小、法兰长度、法兰定位等）的确定，直接关系着脱硫管路设计的正确性。

（2）机电设备。包括各类水泵、真空皮带机、罗茨风机等，所有机电设备的进出口法兰参数（法兰大小、法兰长度、法兰定位等）的确定，关系着脱硫管路设计的正确性。

（3）土建基础。包括上述两种设备的土建标高、定位的参数，影响管路设计的正确性。

因此，在构建设备模型时，务必确保设备接口的正确性。

2.2 管路设计

利用solid edge三维软件的管线设计模块进行管路设计，可以快速地构建脱硫系统的管路。在设计之前有几项准备工作：

（1）进入solid edge装配平台；

（2）导入土建基础，建立装配约束关系；

（3）导入各个脱硫设备模型，按照土建布置，建立不同设备的约束装配关系；

（4）导入机电设备模型，确保设备位置摆放正确，并使之完全约束。

以上四个步骤是管路设计的基础工作，一定要确保土建和设备装配关系的正确。由此，建立该厂脱硫系统的全部设备和土建基础模型，为后面管路设计做好准备。图1为按照该步骤进行的某项目脱硫模型的三维布置图。

在solid edge管线设计环境下，利用三维坐标系连接模型之间的法兰口，构建合适的三维空间直线段，同时在弹出的对话窗口（如图2对旋流器进出口法兰构建连接管道）进行管路直径及转弯半径的设置，solid edge会根据设计者设定的参数，自动绘出三维空间管路。图3为某厂脱硫系统的管路设计全图，同时通过软件的干涉、检查模块在设计管路时不断地调整和优化管道间的位置和走向，最终能有效地避免管路设计的问题；另外，通过三维视图的调整，能直观地观察到漏装的管路，及时补上漏装的管道，有效地避免漏装、少装的问题，使设计变得更直观、更简单。

图1 某厂脱硫模型的三维布置图

图2 旋流器进出口法兰连接管道

图3 某厂脱硫系统的管路设计全图

图4 滤液系统管道安装图

图5 滤液系统ISO轴侧图及管道编号

3 工程出图

脱硫系统管路设计完成后，即可通过solid edge软件自动快速生成工程安装视图。工程图主要由三部分组成：主视图、俯视图和ISO轴侧图。主视和俯视图用于标记管道定位和标高，ISO轴侧图可以标记出管路的安装顺序和编号，让安装一目了然。以滤液水系统管路图为例，安装如图4所示。

在ISO轴侧图上标记出各个管道的安装编号，如图5所示。现场施工时，只需要根据图纸上的管道编号顺序进行管道的安装，大大减少了管路安装的难度，避免了因看不懂图导致的错装发生，有效地提高了管道安装的效率和准确性[4]。

4 结语

某厂脱硫系统项目的三维管道设计实践表明，以三维模型为基础进行系统设计，可以减少管道“误装、错装、漏装、少装和碰撞”的设计错误，提高设计质量，节约设计时间，提高设计竞争力。三维设计经后期处理后，可以更好地向业主展示工程项目的结果，有助于以后的投标工作。三维模型的立体效果，可以直观地帮助现场管路的安装，提高现场安装效率，缩短安装时间，保证项目的如期完成。