基于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在化工工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用

張黎黎

摘 要：不斷加快的工業(yè)化進(jìn)程對(duì)化工工程設(shè)計(jì)提出了更高的要求，化工企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行前通常需使用到一些用于對(duì)設(shè)備運(yùn)行、化學(xué)工藝及反應(yīng)實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行模擬的技術(shù)手段，這些精確模擬有利于規(guī)范、合理的生產(chǎn)流程的實(shí)現(xiàn)，并能夠有效提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，而這些模擬實(shí)驗(yàn)則是化工工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，不斷發(fā)展完善的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)提高化工工程設(shè)計(jì)的精細(xì)化水平提供了有力的技術(shù)支撐，有效簡(jiǎn)化了各類工藝流程模擬過程，文章主要對(duì)化工工程設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的有效應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：化工工程設(shè)計(jì);計(jì)算機(jī)軟件技術(shù);CAD軟件;三維建模;實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ050.2;TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1001-5922（2020）10-0138-03

Abstract：The continuously accelerating industrialization process has put forward higher requirements for chemical engineering design. Chemical companies usually need to use some technical means to simulate equipment operation， chemical process and reaction experiments before production and operation. These precise simulations are conducive to the realization of standardized and reasonable production processes and can effectively improve the production quality and efficiency. These simulation experiments are the key to chemical engineering design. The continuous development of comprehensive computer software technology to improve the level of refinement of chemical engineering design provides strong technical support， and effectively simplifies the simulation of various process flows. This paper mainly conducts in-depth research on the effective application of computer software technology in chemical engineering design.

Key words：chemical engineering design; computer software technology; CAD software; three-dimensional modeling; practical application

0? ? ? 引 言

在科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的共同作用下，化工工程設(shè)計(jì)可使化工生產(chǎn)體系得到不斷的完善，不斷提高化工行業(yè)的現(xiàn)代化特征。隨著現(xiàn)代化工行業(yè)發(fā)展的不斷深入，化工工程設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)實(shí)際發(fā)展情況的影響程度不斷提高，化工生產(chǎn)過程中包含了較多的化學(xué)工藝流程，通過化工工程設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其真實(shí)準(zhǔn)確的模擬過程（包括相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)）。在進(jìn)行化工設(shè)計(jì)時(shí)通過適合的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)具體繪圖、物質(zhì)分析、工藝流程設(shè)計(jì)過程科學(xué)高效的輔助過程，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代化工工程中輔助化工工程設(shè)計(jì)不可或缺的技術(shù)手段，這就要求化工設(shè)計(jì)人員具備掌握及合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)方面的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在進(jìn)一步提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)效率的同時(shí)使設(shè)計(jì)產(chǎn)生的費(fèi)用得以有效降低[1]。

1? ? ?計(jì)算機(jī)軟件在化工工程設(shè)計(jì)中起到的基礎(chǔ)作用

1.1? ?計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的應(yīng)用

化工工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件的主要目標(biāo)在于促使化工設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率、合理性、便捷性不斷提高，通過在化工工程設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)效率的提高，例如在化工工程設(shè)計(jì)過程中繪制化工工藝流程圖時(shí)，通過應(yīng)用制圖軟件可提高繪圖的質(zhì)量和速度，并使設(shè)備與工藝方案成型對(duì)精細(xì)化的需求得到有效滿足，目前已有多種繪圖軟件（按照功能可細(xì)分出多類）應(yīng)用到化工領(lǐng)域中，化工設(shè)計(jì)者可以實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)需求為依據(jù)選用相應(yīng)的制圖軟件，例如，在化工工藝自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程對(duì)化工生產(chǎn)車間中管路通過相關(guān)軟件的匯總運(yùn)用實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和分布設(shè)計(jì)功能，管路施工設(shè)計(jì)時(shí)可使用CAD繪圖軟件，不斷發(fā)展完善的三維立體空間技術(shù)在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前許多化工設(shè)計(jì)中均使用到了3D技術(shù)[1]。

1.2 化工工程設(shè)計(jì)內(nèi)容及特點(diǎn)

化工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的節(jié)奏在供給側(cè)改革不斷深化的大背景下不斷加快，化工工程設(shè)計(jì)已成為推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段，在設(shè)計(jì)過程中可再現(xiàn)包括所涉及到的化學(xué)反應(yīng)和生產(chǎn)工藝在內(nèi)的生產(chǎn)流程，化工工程設(shè)計(jì)主要包括。

1）化工工藝的設(shè)計(jì)，先由設(shè)計(jì)人員對(duì)具體工業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析（包括基于理論的實(shí)際情況分析），如在對(duì)煤制乙醇工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需合理評(píng)定包括煤炭類型、成分、煤炭煉制爐、氣候條件等在內(nèi)的各項(xiàng)因素，并嚴(yán)格遵循相關(guān)化學(xué)原理解決設(shè)計(jì)過程中各項(xiàng)因素存在的問題，以實(shí)際生產(chǎn)需求為依據(jù)確定設(shè)備、環(huán)境、條件，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)整個(gè)工藝流程。

2）化工工程設(shè)計(jì)，作為化工設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，能夠?qū)Ψ枪こ淘O(shè)計(jì)進(jìn)行組織和協(xié)調(diào)，考核化工工藝設(shè)計(jì)后開展包括工藝管路、設(shè)備系統(tǒng)、土建工程等在內(nèi)的相應(yīng)工程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的整體情況取決于化工工程設(shè)計(jì)，而在化工工程設(shè)計(jì)前需做好化工工程計(jì)算，即依據(jù)設(shè)計(jì)要求衡量包括能量、物料等在內(nèi)的化工生產(chǎn)的各項(xiàng)內(nèi)容，化工工程計(jì)算的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：涉及較多的計(jì)算公式，且公式大多為非線性、變量的種類較多、復(fù)雜程度較大，實(shí)際計(jì)算過程的計(jì)算量較大;設(shè)計(jì)參數(shù)查詢范圍大多較寬，不利于提高計(jì)算結(jié)果的可靠性和合理性;工藝設(shè)計(jì)過程中需反復(fù)對(duì)比分析不同方案，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的化工工程涉及已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化工工程對(duì)低成本及高效率等方面的優(yōu)化需求，進(jìn)一步凸顯了計(jì)算設(shè)計(jì)軟件技術(shù)在化工工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用需求?；すに囋O(shè)計(jì)需對(duì)生產(chǎn)涉及到的化學(xué)反應(yīng)的時(shí)效性進(jìn)行深入分析（根據(jù)化工技術(shù)理論知識(shí)），例如煤化工企業(yè)需設(shè)計(jì)煤制乙醇的工藝，設(shè)計(jì)開始時(shí)需評(píng)價(jià)企業(yè)所在地的煤炭資源分布情況、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及生產(chǎn)設(shè)備性能，基于綜合考評(píng)結(jié)果對(duì)影響企業(yè)生產(chǎn)過程中的問題進(jìn)行有針對(duì)性的解決，同時(shí)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況（包括生產(chǎn)設(shè)備和反應(yīng)條件）并嚴(yán)格遵循相關(guān)化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行規(guī)劃。工藝設(shè)計(jì)后開始進(jìn)行工程設(shè)計(jì)（主要包括廠房建設(shè)、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)平臺(tái)等）[2]。

2? ? ?計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在實(shí)際化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1）辦公及制圖軟件，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)單位中日常工作必不可少的設(shè)備，Excel、Word、Auto CAD等軟件已成為設(shè)計(jì)人員日常繪制圖紙（包括文件設(shè)計(jì)）的常用辦公軟件。目前熱工專業(yè)、化工機(jī)械化運(yùn)輸、石油化工自控、建筑工程等設(shè)計(jì)軟件是化工工程設(shè)計(jì)的常用軟件，CAD制圖軟件經(jīng)多年的發(fā)展和完善通過和打印機(jī)聯(lián)網(wǎng)打印出的圖紙更加清晰。

2）化工生產(chǎn)管道分布設(shè)計(jì)軟件，企業(yè)生產(chǎn)車間里尤其是大型化工生產(chǎn)企業(yè)通常安置了大量的生產(chǎn)設(shè)備，輸送管道數(shù)量則是設(shè)備的數(shù)十倍，為保證工作質(zhì)量和效率需借助相關(guān)化工生產(chǎn)管道分布輔助軟件完成對(duì)輸送管道的設(shè)計(jì)、車間布置、安裝、材料購進(jìn)的繪制和管理[3]。

3）立體CAD技術(shù)，在設(shè)計(jì)安裝引進(jìn)的A PO LLO工作基站的過程中使用了三維模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和管道的正確安裝及精準(zhǔn)鋪架過程，通過使用CAD技術(shù)使修改和建模工作更加便捷高效，并使坐標(biāo)尺寸更加精準(zhǔn)?；诮⒌幕菊w模型得到了立體模型，基于該立體模型完成剖面和截取三維下的圖形?，F(xiàn)階段能持續(xù)提供相應(yīng)服務(wù)的PDM軟件和三維CAD制圖軟件（發(fā)展較為成熟、功能較為齊全）是工程領(lǐng)域常用的輔助軟件，具備碰撞檢測(cè)功能的CAD制圖軟件在完成三維建模后能夠?qū)δＰ椭械呐鲎残ЧM(jìn)行檢測(cè)（具體通過運(yùn)行REVIEW模塊完成），并對(duì)通道維護(hù)工作進(jìn)行檢驗(yàn)，幫助設(shè)計(jì)人員據(jù)此結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行深入分析和修改，從而盡量避免在化工建造施工過程中出現(xiàn)問題[4]。

4）三維建模技術(shù)，在具體設(shè)計(jì)中具體建模作業(yè)采用三維設(shè)計(jì)完成，各項(xiàng)設(shè)備的布置及管道的鋪設(shè)可通過裝置的三維模型（由工作站創(chuàng)建）提供相應(yīng)的便利條件，可對(duì)各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行修改（包括提高坐標(biāo)及尺寸的精準(zhǔn)度），基于結(jié)構(gòu)、管道、設(shè)備的建設(shè)模型實(shí)現(xiàn)裝置三維模型的獲取，同時(shí)可根據(jù)三維模型完成對(duì)二維平面、剖面圖的抽取。目前技術(shù)發(fā)展成熟且功能強(qiáng)大的PDS （INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）是化工工程設(shè)計(jì)中常用的三維軟件，三維設(shè)計(jì)軟件Smart 3D （INTERGRAPH ）已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，該三維軟件能夠?qū)τ病④浥鲎补δ苓M(jìn)行檢查。完成三維模型設(shè)計(jì)后可通過REVIEW 模塊檢查模型軟件，并對(duì)物理模型與操作維護(hù)通道間的干擾進(jìn)行檢查，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)三維模型進(jìn)行修改，使操作、運(yùn)維及碰撞等問題得以有效避免，從而避免施工修改，以確保工程的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量[5]。

3? ? ? 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)同化工工程設(shè)計(jì)的有效融合

3.1? ? 處理生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)

能夠影響到化工工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素較多，數(shù)據(jù)處理是其中的一項(xiàng)主要影響因素，自帶不穩(wěn)定性因素的化學(xué)反應(yīng)的最終結(jié)果會(huì)受到外界環(huán)境變化的不同程度的影響，如化工原料中的各項(xiàng)因素（包括具體成分、溫度、催化劑、壓力等）中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)的改變均會(huì)不同程度的影響設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，因此在實(shí)際作業(yè)過程中需設(shè)計(jì)人員采用合理方式科學(xué)處理各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差范圍的不斷縮小?？筛鶕?jù)實(shí)際需要通過應(yīng)用 ASPEN 等軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模擬過程，在此基礎(chǔ)上科學(xué)提取出各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，合理控制可能出現(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)誤差，進(jìn)而使各項(xiàng)計(jì)算內(nèi)容的精準(zhǔn)性得到顯著提升，此外還可通過對(duì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)幾項(xiàng)對(duì)比實(shí)現(xiàn)相關(guān)問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及相應(yīng)解決措施的有效采取，從而使化工工程設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量得到有效提升[6]。

3.2? ?功能輔助

在成圖的過程中使用傳統(tǒng)較為落后的制圖方式經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致較大的設(shè)計(jì)誤差的出現(xiàn)，尤其是在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)距離時(shí)的誤差控制難度較大，阻礙了化工工程設(shè)計(jì)效率的提升?？赏ㄟ^運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件中的制圖軟件技術(shù)完成相關(guān)的設(shè)計(jì)，為最大限度保證設(shè)計(jì)過程的完整性，根據(jù)實(shí)際需要通過設(shè)置軟件中的相關(guān)功能和（如現(xiàn)場(chǎng)還原功能）實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)反應(yīng)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)要求對(duì)微小環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步提高化工工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。在化工工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域充分利用當(dāng)前廣泛應(yīng)用學(xué)習(xí)門檻低且功能齊全的CAD制圖軟件，通過命令菜單下達(dá)精準(zhǔn)操作的指令，利用CAD制圖軟件同各種操作系統(tǒng)間良好的和適應(yīng)性可有效滿足各種設(shè)計(jì)的繪圖要求，在減少了人工工作量的同時(shí)控制誤差在合理范圍內(nèi)?；すこ淘O(shè)計(jì)通過3D技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了立體化效果的同時(shí)使設(shè)計(jì)比例尺更加精準(zhǔn)，建模中的各空間在物理上的交叉可通過初步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以確?；すこ淘O(shè)計(jì)的合理性及流程的規(guī)范性，化工工程設(shè)計(jì)過程涉及到的各細(xì)節(jié)通過運(yùn)用3D技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)真實(shí)再現(xiàn)功能，幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)流程中存在的缺陷，并采取有針對(duì)性的解決方案，再結(jié)合運(yùn)用3D技術(shù)真實(shí)演練設(shè)計(jì)的工藝流程，最大程度的降低各種風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率。利用PDS（INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）三維軟件檢查模型軟件，并對(duì)物理模型與操作維護(hù)通道間的干擾進(jìn)行檢查，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)三維模型進(jìn)行修改，從而避免施工修改，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)效率和應(yīng)用質(zhì)量[7]。

3.3? ?反應(yīng)預(yù)判

化工工程設(shè)計(jì)的一個(gè)主要特點(diǎn)在于所有設(shè)計(jì)均基于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)反應(yīng)完成，化工實(shí)驗(yàn)的可靠性需基于化工生產(chǎn)工藝流程的生產(chǎn)效率和效率，作為化工生產(chǎn)的縮小版化工實(shí)驗(yàn)以進(jìn)行預(yù)測(cè)為主，需在進(jìn)行投資的基礎(chǔ)上以整個(gè)反應(yīng)流程為依據(jù)不斷提高操作的便捷性，采用相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件輔助技術(shù)模擬化學(xué)反應(yīng)得到相應(yīng)結(jié)果，并據(jù)此對(duì)一系列反應(yīng)進(jìn)行預(yù)判，再以實(shí)驗(yàn)結(jié)果和反應(yīng)結(jié)果為依據(jù)調(diào)整各反應(yīng)的條件及參數(shù)等，為化工生產(chǎn)提供科學(xué)有效的支撐[8]。

4? ? ?結(jié)語

隨著化工企業(yè)的快速發(fā)展，化工工程設(shè)計(jì)過程的精細(xì)度不斷提高，各類現(xiàn)代工程軟件的引入為設(shè)計(jì)人員提供了技術(shù)支撐，越來越成熟的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)應(yīng)用使化工工程設(shè)計(jì)的合理性及工程質(zhì)量得到顯著提升，并能夠?yàn)榛どa(chǎn)提供有效的指導(dǎo)，文章介紹了計(jì)算機(jī)軟件在化工工程設(shè)計(jì)中所起到的作用及化工工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與主要內(nèi)容，對(duì)化工工程設(shè)計(jì)起到重要作用的關(guān)鍵軟件進(jìn)行了闡述，通過計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中各項(xiàng)功能的充分運(yùn)用實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的真實(shí)模擬及對(duì)可能出現(xiàn)問題的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上通過及時(shí)解決和改善化工工藝及相應(yīng)流程中存在的問題實(shí)現(xiàn)化工工程設(shè)計(jì)效率的提升，為化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

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