PDMS三维软件在提高信息化教学中的应用——以均四甲苯氧化车间设计为例

王 淳，戎小飞，吴莉莉

（南京科技职业学院 化工与材料学院，江苏南京 210048）

随着信息化技术的普及，三维立体已成为工程制图的主流。作为国际三大主流三维工厂设计软件之一，PDMS（Plant Design Management System）因其先进的设计理念，强大的设计功能和开放的开发环境，在核电、电力、石化、化工和海洋工程等行业得到了广泛的应用。为了培养化工类学生的化工流程观念，更好地理解工艺过程，本文以我院自主研发的均四甲苯氧化工艺为例，探讨如何应用PDMS 软件进行均四甲苯氧化车间设计。

1 工艺特点

均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐，工业反应器为列管换热式固定床反应器，典型强放热反应；均四甲苯与空气在一定温度下，在催化剂床层中催化氧化生成均酐及少量副产物，同时还有均四甲苯完全氧化为二氧化碳和水。具体工艺流程如图1所示。均四甲苯在汽化器中加热熔化，与空气预热器预热后的空气混合汽化，与经空气预热器预热后的空气混合后进入反应器催化剂床层反应，反应气进入产品捕集器冷凝结晶。未结晶的酐及副产进入水吸收器，溶解吸收，未凝气经尾气冷凝进一步冷凝后经尾气流量计计量放空。

2 PDMS软件特点

PDMS 是英国AVEVA 公司于1976年推出的三维工厂设计管理软件，以全比例三维实体建模；可进行多专业协同设计，不同地点设计模型通过互联网实现中央管理、异地动态实时更新，实时异地协同设计。交互设计过程中进行三维碰撞检查，使无差错设计和无碰撞施工成为可能。拥有独立的数据库结构，元件和设备信息可存储在参数化元件库和设备库中。具备开放的开发环境，可进行二次开发，设计工作更精确和个性化。

图1 均四甲苯氧化制备均苯四甲酸二酐工艺流程图

3 PDMS在均四甲苯氧化车间设计中的应用

均四甲苯氧化车间装置建模流程为：首先建立均四甲苯氧化工艺文件库，随后建立工艺流程的轴网，在此基础上进行结构建模、设备建模和管道建模，判断是否建立电气仪表暖通建模，最终出管线单管图、材料、设备平面布置图及管道平面布置图。

3.1 建立数据库

设计一个完备的均四甲苯氧化车间，第一步是建立完整的数据库。模型建立，图纸生成均建立在该数据库上。PDMS软件自身配置了美国国家标准、英国标准和德国标准的元件等级库，这些标准元件能满足设计需求。考虑到我院均四氧化实训装置多为一些国内标准元件，例如国标管件、化标管件，Y 型料浆阀、角式放料阀、静态混合器等，可根据规则继续补充和完善数据库，为以后进行设计奠定基础。

3.2 元件库

PDMS 数据库分为元件库和等级库，元件包括管道元件和钢结构元件等，非法兰连接的管件通过建立管理层、元件、点集、型集和管件描述等5个步骤完成创建，法兰连接的管件除上述步骤外，还需要与螺栓表关联起来。等级库的作用是将用户和元件库联系起来。本项目采用HG/T20519.6—2009管道材料等级代号方式建立L1B 和M1B 两个等级。

3.3 设备建模

设备建模可以通过标准设备模板、参数化设备模板、搭积木和读取宏文件完成。就均四甲苯氧化车间而言，可利用标准设备模板或参数化设备模板建模，缺点是模型设备参数固定，不可修改。若项目中存在大量的非标准设备和特殊设备，此时需要利用“搭积木”方式将基本体组合生成设备模型，这种方法生成的模型和实物高度吻合并且修改方便。

以建泵模型为例，通过标题栏DESIGN，打开下拉菜单，点击EQUIPMENT，进入设备模块。选择该设备模型放置的位置，一般放置在设备的SITE 区域。创建设备，打开标题栏内的CREATE 下拉菜单，选择EQUIPMENT，进入设备模块，输入设备名称和定位，在设备模块目录下可见新建设备名称。软件中常有成型的设备模块，若该设备模块不能满足需要，就必须像搭积木一样的搭设备模型，点CREATE，选择PRIMITIVE，创建设备需要的积木。

3.4 管道建模

均四氧化车间设备模型管道布置是设计中最为耗时的工作，在项目设计周期内，管道设计几乎占工程总工作日的一半。本车间共有315根管道，因为均四甲苯和均苯四甲酸二酐容易在管道中结晶，造成堵塞，管道设计时必须考虑蒸汽伴热问题。在管道建模过程中，管道信息要准确详细，管道名称、管道等级、公称直径、温度、压力、隔热厚度、伴热等级等都要逐项输入。在管道建模的同时，要进行设计检查，主要有数据一致性检查、碰撞检查和轴测图检查。数据一致性检查包括：需要连接的元件是否处在同一个方向、是否沿同一轴线对齐、是否管径一致、是否具有相匹配的连接形式、检查管段长度是否小于预定义的最小值等。

碰撞检查是管道建模过程中的一项重要工作，利用碰撞检查，可以在生成管道分支时发现错误并及时更正。可设置接触间隙值、重叠值和误差值，确定检查范围，最后运行碰撞检查。碰撞检查可以检查出管道与仪表之间、管道与管道之间、管道与建筑结构之间、阀门保温及检修空间与设备之间的各种碰撞。经过前两次检查，管道建模过程中出现的问题基本排除完毕。为保证最终轴测图出图质量，对选中的管道试出图，如果图纸左上角出现“FAIL”字样，说明该管道连接有误，此时应返回设计界面对该管道进行修改，直到出图。

建立管道为例：①通过标题栏DESIGN， 点击PIPEWORK，进入管道模块。②选择放置管道的目录，选择CREATE 中PIPE，输入管道编号，在SPECIFI CATIONS 中选择管道等级，保温选项中选择保温类型和厚度，选择伴热情况。出现分支连接的对话框，在HEAD/TAIL SETTING 中选择CONNECT（指管道的头或者尾部与已有信息的管件 或者设备管口连接），HEAD 管道起点连接到设备管口，选择APPLY，对话框出现灰色，鼠标点击需要的设备管口，同理，选择管线末端与设备管口连接。③增加管线的管件。点击CREATE，选择COMPONENT，选择弯头，然后选择法兰、垫片、仪表元件、垫片、法兰、弯头，紧固件不需要选择，自动出现和汇料。

3.5 均四甲苯氧化车间设备和管道布置图

均四甲苯氧化车间设备布置图和管道布置图如图2所示。整个设备布置在三层空间中，空气压缩机、氧化反应器、缓冲罐和相应的调节阀在第一层，第一和第二空气预热器在第二层，湿式流量计在第三层。利用PDMS 软件自带的自动出图功能，首先对出图范围、风格、视图方向、消隐模式、视图比例、自动标注、自动列表等进行定义。在出管道布置图时，由于管道较多，标注出现部分重叠现象，需要对管道进行重新标注。根据均四甲苯氧化车间设计工作的特点，本车间共分两个阶段完成了设备基础条件、平台条件、楼板开孔条件、地面及地沟条件、仪表条件等。上述条件除楼板开孔需重新出图外，其余皆可利用生成的设备布置图和管道布置图修改而成。

图2 均四甲苯氧化车间PDMS图

4 结束语

随着化工行业产业结构的调整，企业对用人提出了新的要求，为了满足行业、企业的要求，应用化工技术专业的培养目标由原来的知识型转化为技能型，为生产第一线培养出能够解决实际问题的高技能人才。

大部分化工企业设备复杂，工艺流程繁难，生产规模较大，在识读工艺流程图的基础上，掌握PMDS 三维立体绘图技术，应用该技术进行车间或工厂的设计，能够极大提升学生对于化工工艺过程的理解，该技术具有极强的工程设计、施工、管理等方面的思想，为现代工程项目管理从粗放被动型向精细主动型发展创造了十分有利的条件。