三维配管设计在酰氯项目中的应用

袁慧(中海油石化工程有限公司，山东 济南 250101)

0 引言

在大中型化工、石化项目的设计中，运用三维制图软件进行配管设计可以彻底改变以往二维平面配管设计时设计图纸不够直观、准确率低、效率低的问题，通过建立一个包含建筑物或框架、设备、管道、仪表电气桥架的三维模型，来立体、直观的展现整个项目的设计，让项目的管道设计人员更直接地看到设计效果，方便修改和调整，从而提高配管工作的准确率和效率。同时，三维配管设计也能让施工方更好地了解工程概况，从而加强进度管理和施工管理，避免或减少材料浪费和工程返工。本文以某精细化工项目酰氯装置为例，详细介绍了运用三维设计软件(plant design system, PDS)进行配管设计的全过程。

1 PDS 简介

PDS 是美国Intergraph 公司设计开发的一款工厂三维设计软件系统，也是目前我公司应用的两款三维设计软件之一，在很多精细化工和石化项目上取得了成功的应用经验。PDS 是关系数据库和图形学结合在一起的复杂软件系统，它通过Bentley 公司开发的Microstation 图形平台来实现图形操纵，通过RIS 数据库传送设计数据到MSSQL 进行管理、储存。PDS 结构图如图1 所示[1]。使用该款三维设计软件，设计人员可以自行定义管道等级表和元件库，并且在三维环境下进行配管设计，所有的管道布置图、管道轴测图和管道材料表都可以自动生成。

图1 PDS结构图

2 PDS 在酰氯装置配管设计中的应用

2.1 建模前准备

PDS 建模前的准备工作分为两个部分：一部分与传统二维平面配管相同，即收集设计资料并根据设计资料进行设备布置和初步的配管研究；另一部分是在PDS 中建立设计项目以及与之相对应的数据库。酰氯装置内各类设备繁多、管线复杂，正式三维建模之前首先要仔细研究管道及仪表流程图、管道命名表、管道等级规定、设备装配图、项目总平面布置图等设计资料和相关的设计规范，然后进行设备布置和初步的配管研究，酰氯装置EL±0.000 平面设备布置图如图2 所示。酰氯装置为敞开式框架结构，分为6 层，包含原料混合、酰氯合成、赶光和尾气处理几个部分。整个酰氯装置被东西方向的人行通道分为南北两个部分，通道上方布置管廊。装置东侧布置混合系统和调温水系统，中间五跨南半部分布置五套酰氯合成系统，因光气属极度危害介质，酰氯合成系统设置在封闭房间内，以减少光气泄漏产生的人员伤害。装置中间五跨北半部分布置五套赶光系统和活性炭处理区。尾气处理部分布置在装置的西侧。酰氯装置框架内要布置近百台各类设备和700 多根管线，利用三维配管的模式可以更好地实现设备与管道的精确定位、碰撞检查与合理布局。

在PDS 中建立设计项目及相应的数据库。这部分工作通常是由PDS 系统管理员和数据库管理员来完成。PDS 系统管理员通常具有丰富的PDS 相关知识和管理经验，同时也非常熟悉管道、工艺系统、设备等相关专业的专业知识，可以为一个三维设计项目的正常、平稳运行保驾护航。数据库管理员一般由有管道材料专业相关背景的设计人员担任，他们的工作是建立一个正确的参考数据库。在上述准备工作都完成之后就可以着手建立三维模型了。

2.2 建立三维模型

首先根据酰氯装置设备布置图和建筑图在结构模型中构造出酰氯装置的6 层敞开式框架。构造出的酰氯结构模型包括轴网、梁、柱、地面、楼面、墙等的图形和数据信息。之后是设备建模，主要是依据酰氯装置设备布置图和设备装配图纸、参考结构模型中的轴网，将一台台设备按实际尺寸精确地画出来并放在准确的位置。除此之外，光化循环泵和过滤机等需要检修的设备附近要画出检修的空间。酰氯装置过滤工序的过滤机和过滤器需要定时更换滤袋或者是清理滤渣需要设置平台方便工人操作，光化循环泵为立式泵也需要支撑在设备平台上，这些平台和爬梯也需要表示在设备模型中。碱吸收塔和混合釜、光化反应釜、赶光釜等尺寸较大的设备和反应换热器等长度较长的设备需要预留吊装孔和检修孔，以方便设备安装就位和未来检修维护。这些吊装孔和检修孔的位置和大小在经过详细的吊装方案讨论之后才能确定并最终体现在三维模型中。

结构建模和设备建模完成之后是管道建模，这是整个三维建模过程中耗时最长也最为重要的环节。设计人员需要参考已经建好的结构模型和设备模型进行三维管道布置，最终构建出完整的装置三维设计模型。对于酰氯装置的三维配管来说，除了符合工艺原则和相关标准规范、方便操作和施工、整洁美观、布局合理这些通用的设计要求之外，还有一些设计要点需要注意。酰氯装置的主要生产原料脂肪酸有近十种，相应的酰氯产品也有近十种，而酰氯生产线只有3 条，所以原料和产品与设备之间都是通过金属软管连接以方便操作人员可以根据订单信息快速地切换不同的原料和相应的产品管线，配管设计中要特别注意此处人员操作的需求。另外，酰氯合成工序有部分哈氏合金管道，这种管道价格昂贵需要在满足工艺要求的情况下尽量减少管道长度。3 条酰氯生产线上的关键设备全都是互为备用的，所以3 条生产线中的管道也是相互连接在一起的，连接点处有很多的阀门，这部分的配管也是设计难点。运用三维管道建模可以很好地解决上述问题，因为设计人员可以边配管边浏览实时更新的三维模型，立体、直观的感受有助于优化这部分的设计。酰氯装置三维模型如图3 所示、酰氯原料管线模型如图4 所示。

图2 酰氯装置EL±0.000平面设备布置图

图3 酰氯装置三维模型

图4 酰氯原料管线模型

2.3 三维模型审查

模型审查是三维配管设计中最关键的质量把控环节。酰氯装置配管设计的不同阶段中穿插进行了3 次模型审查—30%、60%、90%模型审查，审查会上，酰氯装置校审人员、公司专家以及项目业主方技术负责人通过浏览模型配合设计人员的讲解可以更快速、更直观地了解整个装置的设计概况，针对设计中出现的各种问题也能提出更优的解决方案。

2.4 生成设计成品文件

利用三维设计软件可以自动生成管道轴测图、管道平面布置图等设计成品文件。其中，管道轴测图可以直接从三维模型中抽取，而管道平面布置图需要输入相应的坐标范围以后从模型中切出来，再运用标注软件进行标注最终生成符合要求的图纸。除此之外，很多设计中间过程的条件图也可以从三维模型中方便的抽取出来，如：提给自控专业的仪表位置布置图、提给建筑、结构专业的楼面预留洞条件图、墙面预留洞条件图等，三维设计软件的运用也极大地提高了管道专业条件提资的效率和准确率。

管道材料表、管口方位图、管道保温一览表、管道涂漆一览表等设计成品文件无法直接利用三维设计软件生成，这时就需要对PDS 三维设计软件进行“二次开发”。二次开发是在原有技术基础上利用MDL 等高级编程语言制作出能满足不同项目需求的、个性化的实用工具。我公司在三维设计软件二次开发方面也投入了大量的人力、物力，在这些实用工具的帮助下，可以针对项目业主方不同的需求，快速、准确地生成各种设计成品文件。

3 结语

目前，三维设计软件已经在各个大中型工程公司得到了大规模的运用，越来越多的使用三维软件设计的化工、石化项目成功的投产运营了。这些实例充分说明，三维配管设计可以大幅提高设计效率和准确率，同时也有利于进度管理和成本控制，尤其是对于酰氯装置这样的精细化工项目，三维配管设计的优势体现得更为明显。