PDS中夾套管三維工程設計實踐探討

侯敬婷

福陸（中國）工程建設有限公司（上?！?01103）

工程設計

PDS中夾套管三維工程設計實踐探討

侯敬婷

福陸（中國）工程建設有限公司（上海201103）

夾套管伴熱是類似于套管換熱器的一種管道伴熱形式，因伴熱效果均勻而廣泛應用于石化、化工等領域。由于其結構的復雜性，夾套管在工廠設計系統(tǒng)（PDS）中的三維工程設計一直存在技術難點。采用一種新的方法，結合工程實例詳細論述PDS中如何實現夾套管的三維工程設計。

夾套管PDS三維建模工程設計

近20年來，三維工廠設計系統(tǒng)（PDS）軟件的普及和運用大大提高了工程設計的工作效率和設計質量。然而由于夾套管工程設計自身的獨特性，常規(guī)虛擬外管的PDS三維設計方法很難完全實現自動化出圖，必須對PDS的模型和系統(tǒng)文件進行人工特殊處理，既復雜又費時。本文結合夾套管工程設計的要點及國內某化纖項目的工程實例，采用新思路對夾套管三維工程設計過程中PDS的設置、建模設計方法、出圖匯料等方面進行了探討。

1　三維管道建模中PDS的設置

圖1為管道模型在PDS中的構架，根據PDS的特點，任何兩根管道的三維模型在同一區(qū)域（如Area1）或同一模型（如Model1）中均不能在物理位置上重合；一旦重合，PDS會將其視為建模錯誤或碰撞，而無法抽取空視圖（ISO）圖紙和導出材料報告。

PDS三維模型設計的主要任務是滿足工程設計和三維模型的審查要求、抽取ISO施工圖及導出材料報表供采購等。根據PDS管道模型的特點，既要實現夾套內管（core pipe）和外管（jacketed pipe）模型的重合來滿足三維模型審查工作，又要實現夾套內管和外管自動抽取ISO圖紙和導出材料報告,最可行的方法是將夾套內管和夾套外管分別建立到不同的模型區(qū)（Area1,Area2…）內。

在某化纖項目的實踐中，根據項目工作分解結構（WBS）的劃分和工藝單元的數量，參照劃分索引表（見表1）設置了管道模型（假設WBS號為1000）。因夾套內管輸送工藝介質，夾套外管輸送伴熱媒介，所以項目執(zhí)行中管道材料和工藝協(xié)調專業(yè)為相同等級的夾套管設置了2個等級代碼（內管、外管各1個等級代碼）。夾套內管模型建立在內管模型區(qū)內（表中PC1000），夾套外管模型建立在對應WBS的外管模型區(qū)內（表中PJ1000）。這樣就從PDS的角度將夾套管劃分成具有相同LINE ID、不同等級的兩個獨立的管道模型，從而實現PDS內夾套內管與外管分別抽取ISO圖和導出材料報告的目的。

表1　管道模型劃分索引表

2　夾套管三維建模實現工程設計的方法

在該化纖項目中，對溫度要求比較苛刻的部件采用全夾套伴熱（見圖2），即管道、閥門、管件均使用夾套伴熱;而對溫度要求不苛刻的管道、管件采用夾套伴熱，閥門（標準閥）采用金屬軟管纏繞伴熱的半夾套伴熱形式（見圖3）。下文就這兩種夾套伴熱形式在PDS中的實現方法進行討論。

圖2　全夾套伴熱

2.1不含管道設備的夾套管設計

在內管模型空間（表1中p1001aaa1c）中建立內管模型，然后在對應的外管模型空間（表1中p1001aaa1j）中建立外管模型，并保證兩根管道的物理坐標一致（見圖4）。根據夾套管的設計規(guī)范要求，為了滿足內管與套管熱脹差的要求，每節(jié)夾套管的長度不宜超過6m，而且必須增加一對拆卸法蘭。因此需要通過PDS數據庫將內、外管法蘭分別建立到各自的尺寸表中，并使法蘭的密封端尺寸一致、焊接端尺寸與外管管徑一致。為了避免重復報告材料，一般將外管法蘭設置為不報告材料。

圖3　半夾套伴熱

從圖4可以看出，夾套內、外管法蘭的帶頸長度是不一致的，這樣建立模型能夠反映夾套法蘭的實際尺寸，從而可以更準確地匯料并提高現場預制的準確度。

圖4　夾套管及拆卸法蘭建模

2.2含管道設備的夾套管設計

在內管模型空間（如p1001aaa1c）中建立內管、內管管件、標準閥或夾套閥及其他管道設備的模型，然后在對應的外管模型空間（如p1001aaa1j）中建立外管、外管管件、標準閥或夾套閥及其他管道設備的模型。為了防止內、外管模型錯位，建模時需將內、外管法蘭的大端連接點（CP1）嚴格對齊，并保證其他部件的物理坐標一致（見圖5、圖6）。在PDS尺寸庫中將內、外管對應的管道設備的外形尺寸設置為一致，并將外管上的法蘭、閥門和管道設備設置為不報告材料。

圖5所示的建模中，標準型管道設備的熱媒跨接管末端需用邏輯支架標示出“參見伴熱管道材料表”，以反映每根夾套管所需伴熱管的材料。

圖5　含標準閥門的夾套管建模

圖6　含夾套閥門的夾套管建模

2.3夾套管中常規(guī)管件的設計

（1）夾套管彎頭

對于夾套內管，特別是對工藝溫度要求比較高時，預制后必須進行100%無損檢測。內管彎頭為長半徑彎頭時，夾套管彎頭需采用一倍半徑彎頭（見圖7），減少使用剖切彎頭，并使內外管焊縫錯開，便于無損檢測。內管曲率半徑大于或等于3DN時，套管彎頭的曲率半徑需與內管的曲率半徑相等。在該化纖項目的實踐中，將大曲率半徑夾套彎頭設計成標準管件，內、外管彎頭分別帶有150 mm和60 mm的過渡直管段，并由供貨商嵌套好整體供貨。這樣可以減少使用剖切彎頭，避免現場煨彎，便于焊接和探傷，從而保證了設計的質量。

（2）異徑管

對夾套管中的異徑管進行建模時，內管異徑管的大端應建立在套管異徑管大端的外側，二者距離不應小于50 mm，以防止碰撞形成節(jié)流（見圖8）；若為偏心異徑管，則偏心方向應一致。

圖7　普通夾套管彎頭

圖8　異徑管

（3）分支管

在夾套管分支管的三維建模過程中，應注意小尺寸分支管可能出現的碰撞問題。當夾套內管分支采用焊接支管臺而外管分支采用異徑三通時，內、外管分支可能會發(fā)生碰撞。因此外管需要采用大一級的異徑三通或直接采用同徑三通再使用同心異徑管進行變徑（見圖9）。

2.4夾套管中特殊部件的設計

在夾套管的工程設計中經常用到一些特殊部件，如定位板、折流板、防沖刷板等。定位板是均布焊接在夾套內管上，起到支撐外管作用的部件；折流板是焊接在熱媒進出管口附近的夾套內管上，用于加強熱媒流動傳熱效果的部件；防沖刷板是焊接在熱媒入口處的夾套內管上，用于防護熱媒對夾套內管的沖刷腐蝕的部件。根據各部件的功能和施工順序，將其定位尺寸體現在夾套內管的ISO圖紙上，并在夾套內管上建立模型。如在該化纖項目實踐中，將這些特殊部件設計成標準支架的形式編寫在夾套管工程設計規(guī)定中并各自編號［如支架編號（SupportCode）：1001-“X”,“X”指夾套內管尺寸］，然后采用邏輯支架的方式將模型建立在夾套內管上。這樣不僅實現了抽取ISO圖，還可以實現這些特殊部件的PDS匯料工作。

圖9　夾套分支管建模實例

圖10　夾套外管ISO圖實例

3　夾套管三維工程設計出圖及匯料

通過上述方法進行夾套管三維工程設計，避免了常規(guī)虛擬外管設計方法中出現的模型斷點的問題，不僅實現了內管自動抽取ISO圖，也實現了外管自動抽取ISO圖的目的。在PDS后臺中將工藝管道上的夾套閥門、標準閥門、法蘭、定位板、折流板、防沖刷板等部件在內管模型中設置為報告材料，而對應的外管模型中設置為不報告材料（見圖10），從而實現準確匯料的目的。

4　結語

從PDS設置、建模方法、出圖匯料等方面論述了夾套管的三維工程設計，該設計方法不僅可以滿足夾套管工程設計的技術規(guī)范要求，還可以實現自動出圖、準確匯料和指導施工等目的，大幅提高了設計效率和設計質量，對于設計采購與施工管理(EPCM)工程項目可節(jié)省工時并提高經濟效益，對同行業(yè)中同類型的工程設計也具有一定的借鑒意義。

[1]SH/T 3040—2012石油化工管道伴管及夾套管設計規(guī)范[S].

[2]SH/T 3546—2011石油化工夾套管施工及驗收規(guī)范[S].

[3]張德姜,趙勇.石油化工工藝管道設計與安裝[M].北京:中國石化出版社,2002.

[4]宋岢岢.壓力管道設計及工程實例[M].北京:化學工業(yè)出版社,2007.

[5]余萌韡.應用PDS實現夾套管設計[J].化工設備與管道,2008,45(1):58-60.

Investigation on the Practice of Jacketed Pipe 3D Engineering Design in PDS

Hou Jingting

Jacketed pipe tracing is a form of heat tracing,similar to the double-tube heat exchanger.It is widely used in petrochemical and chemical industries due to its even heating effect.There are always technical difficulties in the three dimensional engineering design in PDS of jacketed pipe because of the structure complexity.Using a new method,the three dimensional engineering design of jacketed pipe is illustrated with engineering examples.

Jacketed pipe;Plant design system;Three dimensional modeling;Engineering design

TB 21

侯敬婷男1981年生本科工程師主要從事工藝管道設計工作

2015年6月