PDMS在大型空分設(shè)備工程協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張 益，蘇苗印，李晶晶

（杭州杭氧化醫(yī)工程有限公司，浙江 杭州 310014）

空分設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造，空分設(shè)備的工程設(shè)計(jì)，空分設(shè)備的使用、管理及維護(hù)是空分行業(yè)系統(tǒng)的組成部分。三者之間關(guān)系密切，互為依存[1]。近年來(lái)氣體應(yīng)用技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展很快，促進(jìn)了空分設(shè)備技術(shù)的發(fā)展。隨著公司在空分EPC總承包工程項(xiàng)目的增多，建設(shè)工程的逐步推進(jìn)，無(wú)論是對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制還是施工管理都提出了較高的要求，同時(shí)大力提倡、引導(dǎo)各專業(yè)技術(shù)人員在工程設(shè)計(jì)中采用統(tǒng)一平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)?，F(xiàn)通過(guò)伊朗BUPC公司84000 Nm3/h（氧）空分項(xiàng)目介紹PDMS在大型空分設(shè)備工程協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況，以及對(duì)PDMS在空分設(shè)備的施工管理和運(yùn)維的應(yīng)用方面提出一些看法。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目總占地面積近15000 m2，總投資約6億元，包括壓縮機(jī)廠房、配電室、中控樓等，其中空分主裝置位于室外裝置區(qū)。

本項(xiàng)目契合當(dāng)前空分設(shè)備大型化、關(guān)鍵配套部機(jī)高效化、總體集成技術(shù)成熟化的發(fā)展趨勢(shì)，采用主流先進(jìn)的分子篩凈化空氣、空氣增壓、帶增壓透平膨脹機(jī)制冷、膨脹空氣進(jìn)下塔、產(chǎn)品氧氣氮?dú)鈨?nèi)壓縮，規(guī)整填料上、下塔工藝。由于本項(xiàng)目屬于涉外項(xiàng)目，業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量要求極高，且產(chǎn)品規(guī)模大，裝置區(qū)各專業(yè)管線交錯(cuò)復(fù)雜，極易發(fā)生專業(yè)間的軟硬碰撞，需要借助PDMS協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，充分發(fā)揮協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

圖1 伊朗84000空分項(xiàng)目PDMS三維模型

2 協(xié)同設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作

本項(xiàng)目以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合伊朗當(dāng)?shù)氐姆煞ㄒ?guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及業(yè)主方對(duì)項(xiàng)目的特定要求建立了各專業(yè)相關(guān)的元件庫(kù)和等級(jí)庫(kù)。

圖2 伊朗84000空分項(xiàng)目PDMS數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)將各專業(yè)成員分配到對(duì)應(yīng)的工作組，只有在本組內(nèi)的成員才對(duì)本組內(nèi)的數(shù)據(jù)有讀寫(xiě)權(quán)限，并將不同的工作組整合在一起建立統(tǒng)一的工作區(qū)，使各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)工作區(qū)內(nèi)有序、高效地進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)并實(shí)時(shí)進(jìn)行碰撞檢查。

3 空分工程的協(xié)同設(shè)計(jì)內(nèi)容

本項(xiàng)目的協(xié)同設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：壓縮機(jī)組及廠房、空氣預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、冷箱外部工藝管道系統(tǒng)、后備儲(chǔ)存系統(tǒng)、氧氮?dú)鍤庹{(diào)壓系統(tǒng)、放散防護(hù)系統(tǒng)、各建筑單體、產(chǎn)品氣管廊、綜合管線布置、支吊架設(shè)計(jì)、出圖及材料報(bào)表輸出。

3.1 壓縮機(jī)組及廠房

本項(xiàng)目采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組的“一拖二”方式，其熱力管道、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械管道的管系應(yīng)力相當(dāng)復(fù)雜[2]。通過(guò)PDMS對(duì)壓縮機(jī)廠房、壓縮機(jī)機(jī)組及附屬系統(tǒng)建模及管道設(shè)計(jì)，并結(jié)合應(yīng)力計(jì)算軟件CAESARⅡ，準(zhǔn)確定位了壓縮機(jī)出口管道和高壓蒸汽管道的支架位置，有效地保證了向建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)提出準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)條件，同時(shí)滿足壓縮機(jī)組管口的受力要求。

3.2 分子篩純化系統(tǒng)

分子篩純化系統(tǒng)的管系是空分裝置中最為復(fù)雜的管道配置單元之一，涉及管徑范圍從DN25到DN1400，其吸附、再生過(guò)程中溫差大，設(shè)備及管道受到熱脹冷縮時(shí)的循環(huán)應(yīng)力交變，因此，其合理布置對(duì)空分設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行相當(dāng)重要[2]。通過(guò)PDMS二次開(kāi)發(fā)工具UE-PSI將管系導(dǎo)入CAESARⅡ軟件，并在CAESARⅡ中建立分子篩吸附器設(shè)備模型。使設(shè)備和管系共同進(jìn)行熱脹分析，從而確定設(shè)備固定端方位、設(shè)備支撐點(diǎn)推力值、管系柔性足夠、支吊架的形式、位置和數(shù)量。

3.3 產(chǎn)品氣管廊

由于本項(xiàng)目產(chǎn)品規(guī)模大，且設(shè)有氧氮?dú)鍤庹{(diào)壓系統(tǒng)，故產(chǎn)品氣管道數(shù)量較多，造成產(chǎn)品氣管廊較擁擠。通過(guò)PDMS三維配管和管廊建模，可優(yōu)化管廊上管道布置方案從而減小管廊寬度，節(jié)約成本。以往工藝給結(jié)構(gòu)專業(yè)提管廊荷載條件多是將三維模型導(dǎo)到二維CAD平臺(tái)上進(jìn)行二次加工。現(xiàn)可利用PDMS二次開(kāi)發(fā)荷載工具，將管廊荷載直接輸入到管廊模型中，并通過(guò)PDMS與結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM的接口工具，將有荷載條件的管廊模型導(dǎo)入PKPM中，方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行計(jì)算。

3.4 綜合管線布置及支吊架設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目綜合管線以工藝配管為主導(dǎo)專業(yè)，在此基礎(chǔ)上建立室外水溝和電纜溝模型。架空電纜沿工藝管廊鋪設(shè)或設(shè)置獨(dú)立管架。以上幾個(gè)專業(yè)通過(guò)PDMS進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，可實(shí)時(shí)查看各專業(yè)建模進(jìn)度，如發(fā)生碰撞會(huì)高亮顯示，提示進(jìn)行修改。

在根據(jù)工藝流程圖校核完三維配管后，可通過(guò)支吊架二次開(kāi)發(fā)工具SSP建立物理支吊架模型。該支吊架工具的數(shù)據(jù)庫(kù)采用《管架標(biāo)準(zhǔn)圖》HG/T 21629-1999，可自定義各種類型支吊架的尺寸及生根點(diǎn)。建立支吊架模型后，能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)管架材料和生成管架一覽表，并在管道軸測(cè)圖中準(zhǔn)確定位支吊架位置。

3.5 出圖和材料報(bào)表輸出

PDMS出圖主要包括管道軸測(cè)圖和管道平面布置圖。

管道軸測(cè)圖可利用定制好的公司模板文件通過(guò)PDMS的ISODRAFT模塊批量自動(dòng)導(dǎo)出。

管道平面布置圖可利用二次開(kāi)發(fā)出圖工具eZOrtho導(dǎo)出。該出圖工具具有以下功能：

（1）可自定義三維模型的出圖范圍和出圖視角。

（2）將三維模型按照工程設(shè)計(jì)院的出圖風(fēng)格轉(zhuǎn)換成二維CAD圖紙。

（3）在二維CAD圖紙上自動(dòng)添加各種標(biāo)注，如尺寸標(biāo)注、管線號(hào)管線表標(biāo)注、設(shè)備位號(hào)、閥門(mén)位號(hào)、儀表位號(hào)等。eZOrtho解決了PDMS的DRAFT模塊導(dǎo)圖存在標(biāo)注錯(cuò)亂、重疊的問(wèn)題。

PDMS的Reports具有快速生成報(bào)表的功能，可依據(jù)工程設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，自動(dòng)生成符合工程設(shè)計(jì)院要求的材料表，而且統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確。需要說(shuō)明的是，應(yīng)用PDMS二次開(kāi)發(fā)對(duì)提高設(shè)計(jì)效率有著重要影響，二次開(kāi)發(fā)水平的高低直接影響著設(shè)計(jì)效率的高低[3]。

4 PDMS在施工管理和運(yùn)維的應(yīng)用

PDMS可導(dǎo)出rvm格式漫游模型，并通過(guò)漫游軟件Review向施工單位交底。同時(shí)，結(jié)合項(xiàng)目管理軟件Primavera P6，在橫道圖和網(wǎng)絡(luò)圖中輸入作業(yè)和關(guān)系，可以清楚地展示施工進(jìn)度，指導(dǎo)施工，使施工管理邁上新臺(tái)階[3]。

為了更好地進(jìn)行工廠的運(yùn)行和維護(hù)，越來(lái)越多的業(yè)主希望在得到設(shè)計(jì)單位圖紙的同時(shí)，也能得到數(shù)字化工廠三維模型，即實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付[3]。數(shù)字化交付可使用AVEVA NET作為平臺(tái)，整合包括智能PID、PDMS三維模型、采購(gòu)文檔、施工文檔、試運(yùn)行文檔和其他非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)向數(shù)字化平臺(tái)的自動(dòng)發(fā)布，基本打通了數(shù)字化交付的流程，不同用戶可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)終端瀏覽以設(shè)備位號(hào)為核心的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，顯著提升了對(duì)EPC管理的效果[4]。并且《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51296-2018已于2019年3月1日實(shí)施，對(duì)工程設(shè)計(jì)院采取數(shù)字化交付的交付內(nèi)容和深度也起著指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

空分工程中應(yīng)用PDMS三維協(xié)同設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度和設(shè)計(jì)深度大大優(yōu)于以往的二維設(shè)計(jì)。從三維模型提取漫游圖、管道軸測(cè)圖、材料表等，這僅僅是對(duì)于三維設(shè)計(jì)軟件的初步開(kāi)發(fā)應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜管網(wǎng)的設(shè)計(jì)乃至后期施工管理及運(yùn)行維護(hù)方面，PDMS都有著強(qiáng)大的系統(tǒng)支撐平臺(tái)。應(yīng)用PDMS三維協(xié)同軟件，結(jié)合二次開(kāi)發(fā)工具和CAESARⅡ應(yīng)力計(jì)算軟件，大大地優(yōu)化了復(fù)雜管系的設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，有效地降低設(shè)計(jì)計(jì)算工作量。同時(shí)，在設(shè)計(jì)階段就有效地解決了施工中常出現(xiàn)的碰撞問(wèn)題，使工程設(shè)計(jì)水平上了一個(gè)新臺(tái)階。