CADWorx三維制圖軟件在煤化工空分單元設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

韓雅妮，李亞玲

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060)

煤化工行業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位，隨著煤化工工藝設(shè)備大型化，自動(dòng)控制水平的提高，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行人員的操作能力與水平提出了更高的要求。煤化工生產(chǎn)裝置規(guī)模的擴(kuò)大使得煤氣化工藝過(guò)程中對(duì)氧氣的需求量增大，在生產(chǎn)獲取氧氣的同時(shí)，以深冷分離原理為主的空氣分離技術(shù)也得到大規(guī)模應(yīng)用。

CADWorx三維制圖軟件是基于AutoCAD平臺(tái)的全面、智能化的三維工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)[1]，軟件中包括了鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、儀表等模塊，并且軟件有自動(dòng)生成單線圖和材料表等功能。與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)相比，具有更加直觀的三維模型，可以方便的進(jìn)行布局設(shè)置及配管。同時(shí)，CADWorx的多個(gè)不同模塊，還能完成土建、鋼結(jié)構(gòu)、工藝管道、電器、暖通等各專業(yè)協(xié)同合作，在工藝管道的設(shè)計(jì)中，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查碰撞，減少圖形錯(cuò)誤。系統(tǒng)還能自動(dòng)生成二維工程圖，縮短繪圖時(shí)間，在材料統(tǒng)計(jì)上，CADWorx軟件還可以快速準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出材料，節(jié)約材料統(tǒng)計(jì)時(shí)間，同時(shí)CADWorx還可導(dǎo)入到CAESARⅡ中，實(shí)現(xiàn)管道的應(yīng)力分析，基于以上優(yōu)點(diǎn)，CADWorx在化工設(shè)計(jì)中得到了廣泛的認(rèn)可和使用。

本文以我校煤制甲醇實(shí)訓(xùn)裝置中的空氣分離單元為例，應(yīng)用CADWorx軟件進(jìn)行三維建模。

1 主要工藝流程

來(lái)自大氣中常溫、常壓的空氣，進(jìn)入空氣過(guò)濾器中除去空氣中的灰塵和其它顆粒雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)初步過(guò)濾后，進(jìn)入空壓機(jī)，經(jīng)過(guò)空壓機(jī)多級(jí)壓縮(在壓縮過(guò)程中，壓縮機(jī)級(jí)間的熱量被冷卻器中的冷卻水帶走)，被壓縮后的壓縮空氣進(jìn)入空氣冷卻塔冷卻并除去氣體中的硫化物及有害成份。

空氣冷卻塔下部由大水泵進(jìn)循環(huán)冷卻水，上部通過(guò)小水泵進(jìn)低溫冷卻水，該水是由出冷箱的污氮在換熱器中冷卻的，空氣冷卻塔的頂部裝有除沫器，用來(lái)清除、分離水滴。

出空氣冷卻塔的空氣，進(jìn)入吸附系統(tǒng)，吸附氣體中的水、CO2。該吸附系統(tǒng)由兩臺(tái)立式分子篩容器組成，兩臺(tái)分子篩吸附器交替工作，一臺(tái)運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)用來(lái)自冷箱的污氮再生。從空氣純化系統(tǒng)出來(lái)的空氣，一部分直接進(jìn)入冷箱內(nèi)的低壓換熱器，被返流出來(lái)的氣體冷卻后，進(jìn)入分餾塔下塔底部，進(jìn)行第一次分餾。其余空氣進(jìn)入空氣增壓機(jī)進(jìn)一步壓縮，經(jīng)過(guò)膨脹增壓機(jī)和水冷器壓縮冷卻后，進(jìn)入高壓換熱器，再次被冷卻后，經(jīng)膨脹增壓機(jī)膨脹后進(jìn)入冷箱進(jìn)行精餾。

在冷箱中，上升氣體與下降液體充分接觸，傳熱傳質(zhì)后，在頂部得到純氮?dú)狻＜兊獨(dú)膺M(jìn)入下塔頂部的冷凝蒸發(fā)器，氮?dú)獗焕淠?，液氧被氣化。產(chǎn)生的液氮一部分作為下塔的回流液，一部分液氮經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷、節(jié)流后送入上塔頂部作為精餾段的回流液，同時(shí)在下塔頂部抽取的中壓氮?dú)饨?jīng)復(fù)熱后作為產(chǎn)品送出。

從下塔底部、中部抽出來(lái)的富氧液空和污氮分別送入換熱器，與冷箱頂部抽出的污氮?dú)鈸Q熱，節(jié)流后進(jìn)入冷箱精餾，得到產(chǎn)品液氧和污氮?dú)狻?/p>

液氧從冷箱底部抽出，經(jīng)液氧泵加壓、復(fù)熱至常溫送出冷箱。污氮?dú)饨?jīng)復(fù)熱至常溫后分兩路分別去分子篩吸附器和空氣冷卻塔。

2 CADWorx三維制圖過(guò)程[2]

在進(jìn)行設(shè)計(jì)繪圖之前，首先，需要根據(jù)項(xiàng)目名稱，建立一個(gè)本項(xiàng)目專屬的文件夾，便于日后的管理和調(diào)用，本項(xiàng)目文件夾內(nèi)包含三個(gè)子文件夾，分別是結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工藝管線。注意：建議所有文件夾都采用英文命名，方便管理和查找。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)建模

啟動(dòng)CADWorx Plant模塊,在菜單欄找到CADWorx steel/HVAC菜單，點(diǎn)擊進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)建模。首先，在鋼結(jié)構(gòu)形狀菜單欄中選擇本項(xiàng)目所用的鋼結(jié)構(gòu)材料、鋼結(jié)構(gòu)類型等參數(shù)，參數(shù)定義好后選擇鋼結(jié)構(gòu)框架繪制，用線的模式繪制三維結(jié)構(gòu)線框。然后，在繪制好的線框上插入鋼結(jié)構(gòu)。注意：在繪制完成后，為了管廊的美觀，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的重合部分進(jìn)行裁剪。按照這種方式即可完成管廊的搭建，同時(shí)如果鋼結(jié)構(gòu)中需要扶梯和操作平臺(tái)，都可以在本模塊中進(jìn)行搭建。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，對(duì)本項(xiàng)目保存并存放于steel項(xiàng)目文件夾下。

2.2 設(shè)備建模

首先，打開(kāi)CADWorx Equipment模塊，利用CADWorx Equipment自帶的實(shí)體對(duì)項(xiàng)目中所需要的設(shè)備進(jìn)行建模。在CADWorx Equipment模塊中，所有的設(shè)備都是通過(guò)設(shè)備特征尺寸定義界面來(lái)進(jìn)行設(shè)定的，在此界面中包括設(shè)備中各零部件尺寸、管嘴形式、連接形式等，設(shè)備建模方法簡(jiǎn)單易于掌握。本項(xiàng)目中涉及的設(shè)備和容器有：換熱器、離心泵、精餾塔、冷箱、氣體壓縮機(jī)等。在模型的建立過(guò)程中需要注意要準(zhǔn)確定位各關(guān)鍵設(shè)備的外型尺寸和管口方位，這些數(shù)據(jù)是我們后期進(jìn)行配管的基礎(chǔ)。注意：用CADWorx Equipment 設(shè)計(jì)完成后的設(shè)備，為了管理方便，需要按照設(shè)備位號(hào)單個(gè)進(jìn)行命名，并單獨(dú)存儲(chǔ)為一個(gè)擴(kuò)展名為.dwg 的文件，所有設(shè)備文件都存儲(chǔ)在新建項(xiàng)目中的Equipment文件夾內(nèi)，方便我們后期進(jìn)行管理和參照。

2.3 建立管道等級(jí)庫(kù)和元件庫(kù)

管道等級(jí)庫(kù)和元件庫(kù)的建立是三維配管的基礎(chǔ)。首先，需要根據(jù)管道等級(jí)表自定義元件庫(kù)，元件庫(kù)的建立是一個(gè)龐大的工作，為了簡(jiǎn)化操作，可以參考已有項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)，在已有的基礎(chǔ)上對(duì)本項(xiàng)目中用到的元件進(jìn)行修改并建庫(kù)，然后用元件庫(kù)生成本項(xiàng)目等級(jí)庫(kù)。所有的管道等級(jí)文件都以擴(kuò)展名.SPC的形式存放在Spc目錄下，注意：元件庫(kù)的建立要符合相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)和各尺寸參數(shù)要力求準(zhǔn)確。

2.4 管道建模

在配管之前，先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化設(shè)置，建模前需將項(xiàng)目前期已經(jīng)建立好的設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到plant中，在plant模塊中進(jìn)行管道建模。在連接設(shè)備并生成管道模型時(shí)，首先需要對(duì)該管道的等級(jí)、管徑等基本參數(shù)進(jìn)行定義，在管道繪制過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)智能的為用戶推薦幾條路線，提供多種配管方案進(jìn)行選擇，管道繪制完成后，還需要在管道上智能插入相應(yīng)的管件、閥門(mén)等元件，如果等級(jí)庫(kù)內(nèi)參數(shù)完整，插入過(guò)程就會(huì)非常方便快捷。注意：配管工作要求做到細(xì)致精準(zhǔn)，在配管的過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照工藝管道配管的原則和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，還要盡量避免不必要的碰撞。因?yàn)镃ADWorx軟件中自帶碰撞檢查模塊，為了防止管道設(shè)計(jì)中不必要的碰撞，可以在工藝管線模型繪制過(guò)程中，實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行管道對(duì)設(shè)備，管道對(duì)結(jié)構(gòu)，設(shè)備對(duì)結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)的碰撞檢查，如果在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)碰撞，系統(tǒng)就會(huì)在檢查結(jié)束后自動(dòng)彈出碰撞警告，以便能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤，及時(shí)調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

在眾多三維設(shè)計(jì)軟件當(dāng)中，CADWorx使用界面簡(jiǎn)單，與通用的CAD軟件界面很相似，軟件相比于其他大型三維軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，在設(shè)計(jì)院的應(yīng)用越來(lái)越普及。同時(shí)，CADWorx 三維設(shè)計(jì)軟件，在設(shè)備建模、鋼結(jié)構(gòu)建模、三維配管方面更加直觀，設(shè)計(jì)過(guò)程中大大提高了設(shè)計(jì)效率，將以前的二維模型轉(zhuǎn)化到了三維的可視空間內(nèi)，幫助工程設(shè)計(jì)者更好地完成工作?？傊珻ADWORX可以實(shí)現(xiàn)中、小型項(xiàng)目中的三維設(shè)計(jì)，是一種較為成熟和功能完備的管道設(shè)計(jì)軟件。并且，此軟件易于上手，操作步驟相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在中、小型設(shè)備的配管設(shè)計(jì)中非常有優(yōu)勢(shì)，鑒于此，為了提高在校學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖和化工設(shè)計(jì)的能力，可以考慮在高職類學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行嘗試應(yīng)用。