應(yīng)用PDSOFT三維軟件實(shí)現(xiàn)夾套管的設(shè)計(jì)

劉文靜,劉超,劉延娜

(山東省醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

三種主要的管道伴熱方式被廣泛應(yīng)用到化工工程項(xiàng)目中,分別為電伴熱、伴管伴熱、夾套管伴熱。其中,夾套伴熱的原理是根據(jù)其雙層管道的特性,外管輸送加熱媒介,通過對(duì)流傳熱的傳熱方式將熱量傳遞給內(nèi)管被加熱介質(zhì)。在夾套管的設(shè)計(jì)中,可以將蒸氣、冷卻劑和導(dǎo)熱油作為傳遞熱量的媒介。這種傳遞方式具有傳熱效率高的優(yōu)點(diǎn),并且能夠滿足對(duì)內(nèi)管輸送物料介質(zhì)的溫度和工藝參數(shù)的嚴(yán)格控制。夾套管的設(shè)計(jì)除了要滿足工藝流程圖上的要求,還要考慮到夾套管的安裝空間和操作使用是否滿足要求。隨著近些年化工行業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)化工設(shè)計(jì)的精度要求也越來越高,為了提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)省投資、縮短工程設(shè)計(jì)周期、為業(yè)主提供更直觀的三維模型乃至數(shù)字化交付。通過三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行管道建模已在化工項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。由于夾套管特殊的雙層管道結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)施工提前預(yù)制等因素通過三維設(shè)計(jì)軟件熟練掌握的夾套管三維建模是必不可少的。

1 夾套管管件及閥門附件選擇原則

1.1 內(nèi)管及外管

按照連接形式的不同,夾套管可以分為全夾套類型夾套管(內(nèi)管焊縫隱蔽型)、半夾套類型夾套管(內(nèi)管焊縫外露型)[1]。法蘭式夾套管用于全夾套,根據(jù)不同介質(zhì)特性、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力夾套法蘭可選用的連接形式一般有板式平焊(JPL)、帶頸平焊(JSO)、帶頸對(duì)焊(JWN),內(nèi)管流體介質(zhì)的凝固點(diǎn)≥100 ℃應(yīng)選用全夾套夾套管。管帽式夾套管、端板式夾套管用于半夾套管,輸送有毒介質(zhì)或者易凝介質(zhì)的管道應(yīng)選用端板式夾套管,端板式夾套管在化工項(xiàng)目中應(yīng)用更為普遍。

夾套管在選擇管道材料的過程中,最好選擇平均熱膨脹系數(shù)相同的材料,以確保管道的可靠性。此外,在內(nèi)外管屬于不同材質(zhì)時(shí),也必須考慮到溫度變化帶來的影響,因此,可以使用“π”形補(bǔ)償器來抵消熱應(yīng)力帶來的影響。在進(jìn)行夾套管的柔性計(jì)算時(shí),必須遵守SH/T 3041—2012的標(biāo)準(zhǔn)。為了確保其能夠承受高溫,每節(jié)管道的長度通常都需要在6 m以內(nèi),而且必須滿足相關(guān)應(yīng)力計(jì)算的要求。

在夾套管管徑的設(shè)計(jì)選型中,常規(guī)選用標(biāo)準(zhǔn)管徑,外層套管的規(guī)格一般比內(nèi)管管徑大一個(gè)或兩個(gè)尺寸。采用蒸汽作為夾套管的加熱介質(zhì)時(shí),可適當(dāng)縮小套管管徑一個(gè)尺寸規(guī)格,縮小后的夾套管除不影響正常使用外還可減少蒸汽消耗量以及材料的費(fèi)用等。套管的內(nèi)外管徑組合尺寸宜按表1進(jìn)行。

表1 夾套管管徑組合尺寸 單位:mm

1.2 彎頭、三通、異徑管

1.2.1 彎頭

夾套管內(nèi)的彎頭的曲率半徑小于等于1.5DN時(shí),通常會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)彎頭。具體的選擇可以參考表2。

表2 內(nèi)管、套管彎頭的曲率半徑 單位:mm

如果彎頭的曲率半徑超過3DN,則必須使用剖切型彎頭。此外,為了避免在裝置運(yùn)行過程中熱膨脹引起的彎頭位移碰撞,彎頭曲率半徑的選型,彎頭曲率半徑的大小可以參考表3。

表3 內(nèi)管、套管彎頭的曲率半徑 單位:mm

1.2.2 三通

三通可以分為等徑和異徑兩種,具體的選型應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的管道管徑來確定。此外,夾套管三通也可以分為橫剖型和縱剖型,一般采用剖切型。

1.2.3 異徑管

在設(shè)計(jì)中,盡量采用無縫的同心異徑管,兩個(gè)異徑管的大端要保持50 mm[2]的偏差,以確保正常安裝使用。

1.3 定位板

定位板通常被焊接在內(nèi)管外壁上,材質(zhì)與內(nèi)管材質(zhì)應(yīng)相同。定位板的使用能夠有效地避免管子的偏轉(zhuǎn),并保證管道在裝置運(yùn)行中穩(wěn)定性。夾套管在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱位移,其安裝位置不能影響管道的熱位移。定位板的安裝設(shè)計(jì)間距可參照下表4進(jìn)行。

表4 直管段定位板最大間距

1.4 跨接管

在夾套管結(jié)構(gòu)中,跨接管起到了將閥門、法蘭和端部相互聯(lián)結(jié)的作用?？缃庸艿陌惭b形式通常采用法蘭連接,這種設(shè)計(jì)方式在后續(xù)的運(yùn)維檢修過程中便于拆卸?？缃庸艿脑O(shè)計(jì)必須符合蒸汽高進(jìn)低出、冷凝水低進(jìn)高出的原則,管道的安裝順序先進(jìn)行夾套管主管的安裝,再進(jìn)行跨接管的安裝,跨接管安裝時(shí)絕不能放置于管架或者管托的位置上,否則會(huì)影響管道的正常運(yùn)行。蒸汽夾套管伴管的選型可以參考表5。

表5 套管伴熱長度

1.5 蒸汽、熱水分配站和疏水站

當(dāng)夾套管外管用于加熱蒸汽或熱水時(shí),如果在半徑3 m范圍內(nèi)有超過3個(gè)伴熱點(diǎn)和回收點(diǎn),就必須建立蒸汽或熱水分配站和疏水站,這些站點(diǎn)可以采用水平或垂直的方式安裝[3]。根據(jù)下列公式,首先計(jì)算出蒸汽分配站和疏水站的總根數(shù)“S”,然后根據(jù)表6～7,確定這兩個(gè)站點(diǎn)的管徑。

表6 蒸汽分配站、疏水站的管徑

表7 熱水分配站和回水站管徑

S=A+2B+3C

在這個(gè)公式中,S代表蒸汽分配站的伴管總數(shù);A表示DN15 mm、φ12 mm、φ10 mm的伴管數(shù);B則指的是DN20 mm的伴管數(shù);C則指的是DN25 mm的伴管數(shù)。

2 夾套管數(shù)據(jù)庫、圖形庫的建立

北京中科輔龍計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司所研發(fā)的具有完全自主版權(quán)的計(jì)算機(jī)輔助工廠三維管道設(shè)計(jì)系統(tǒng)系列軟件PDsoft。其軟件的功能模塊主要包括:工程數(shù)據(jù)庫及管路等級(jí)生成、建模、碰撞、檢查ISO圖自動(dòng)生成、材料統(tǒng)計(jì)表自動(dòng)生成、平立剖面圖自動(dòng)生成、圖形庫管理、渲染和消隱處理等模塊[4]。

建立項(xiàng)目庫、建立項(xiàng)目管道等級(jí)、建立項(xiàng)目管線號(hào)表、建立項(xiàng)目油漆庫及保溫庫是構(gòu)建一個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的基本四大組成部分。(1)建立項(xiàng)目庫是建立其他項(xiàng)目內(nèi)容的基礎(chǔ),首先在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中添加要建立的新項(xiàng)目,并設(shè)定項(xiàng)目信息,其內(nèi)容有項(xiàng)目語言種類、項(xiàng)目編號(hào)、名稱、責(zé)任人、制圖標(biāo)準(zhǔn)、單位制、最小管長、允許碰撞最小間距等。(2)根據(jù)管道等級(jí)表建立項(xiàng)目工程數(shù)據(jù)管道等級(jí),管道等級(jí)表的編制是根據(jù)該項(xiàng)目的工藝管道流程圖、管道數(shù)據(jù)表中輸送物料的溫度、壓力等物性參數(shù)編制的。PDsoft軟件實(shí)際應(yīng)用中除按照項(xiàng)目工藝文件逐個(gè)建立等級(jí)外,還可以導(dǎo)入其他類似項(xiàng)目的管道等級(jí),在此基礎(chǔ)上修改,使其與本項(xiàng)目所用管道等級(jí)相同。夾套管與普通管道等級(jí)數(shù)據(jù)庫比較,主要有兩點(diǎn)不同之處,夾套管需建立內(nèi)管管道和外管管道兩個(gè)等級(jí),在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中因介質(zhì)不同可能存在多個(gè)夾套等級(jí),數(shù)據(jù)庫中一個(gè)內(nèi)管等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)外管等級(jí),一個(gè)外管等級(jí)與多個(gè)內(nèi)管等級(jí)建立關(guān)聯(lián);內(nèi)外管等級(jí)建立完成后,在夾套管的外管等級(jí)中,根據(jù)項(xiàng)目管道等級(jí)表的要求建立夾套對(duì)照表、定位板間距表。(3)管線號(hào)表,根據(jù)項(xiàng)目管道數(shù)據(jù)表將管道物料代號(hào)、介質(zhì)名稱、管道序號(hào)、公稱直徑、溫度、壓力設(shè)計(jì)參數(shù)、工作參數(shù)、試驗(yàn)參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入或通過Excel管線號(hào)模板導(dǎo)入項(xiàng)目庫管號(hào)表中。夾套管管道數(shù)據(jù)表內(nèi)外管用同一管道號(hào)表示。(4)油漆、保溫庫,根據(jù)項(xiàng)目管道隔熱表及油漆使用說明建立油漆、保溫庫,其內(nèi)容包括隔熱材料、保溫厚度、涂漆材料、涂覆厚度、層數(shù)等。PDsoft圖形庫提供了豐富的管件和設(shè)備圖形,軟件可以根據(jù)用戶的需求,通過調(diào)整設(shè)備參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的快速建模,從而大大提高了項(xiàng)目的效率。PDsoft可以幫助我們快速構(gòu)建復(fù)雜的特殊設(shè)備的外觀輪廓,而且只需要根據(jù)設(shè)備廠家的信息精確定位接管位置即可。此外,我們還可以通過自定義圖形,將設(shè)備和元件的信息存儲(chǔ)在PDsoft的圖形庫中,以便將來的設(shè)計(jì)工作中使用。

項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的建立在整個(gè)三維建模中至關(guān)重要,數(shù)據(jù)庫的正確與否影響布管速度并對(duì)后續(xù)出圖統(tǒng)計(jì)材料的正確性起決定性作用。

3 夾套管三維模型的構(gòu)建及檢查

夾套管三維模型的構(gòu)建一般應(yīng)遵循如下原則:(1)依據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)備布置圖或者建筑結(jié)構(gòu)圖,建立構(gòu)筑物及建筑物軸網(wǎng)或者采用外部參數(shù)功能導(dǎo)入平面布置作為參照,軸網(wǎng)的建立是為了快速、精確地定位構(gòu)筑物及設(shè)備。(2)建立設(shè)備模型,插入設(shè)備、設(shè)備基礎(chǔ)、設(shè)備管嘴。設(shè)備分為定型設(shè)備和非定型設(shè)備,對(duì)于非定型設(shè)備的管嘴的設(shè)置要考慮設(shè)備間相對(duì)位置及布管走向;定型設(shè)備其管嘴相對(duì)位置要與設(shè)備廠家提供圖紙一致。(3)按照工藝流程圖進(jìn)行布管,在PDsoft軟件中夾套管的布管和其他管道布管方式一致,不同的是,在選擇管道屬性時(shí),將夾套管的保溫性質(zhì)選擇為“J”夾套。(4)蒸汽夾套管的設(shè)置應(yīng)在夾套管集中布管的區(qū)域設(shè)置蒸汽分配站和冷凝水集合管。(5)為了保證裝置的正常運(yùn)行,布管時(shí)應(yīng)該盡可能地減少U型彎曲和死角的產(chǎn)生,并且應(yīng)該安裝低處的排水管和高處的放空管。保證夾套管內(nèi)伴熱介質(zhì)的流動(dòng)暢通,減少氣液夾帶現(xiàn)象的出現(xiàn)。(6)運(yùn)用PDsoft建立大型三維管道設(shè)計(jì)模型時(shí),或由多人共同完成的,在共用同一項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫情況下,可選擇模型切割、模型合并功能同步進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。

管道模型建立完成后,在生出圖紙之前要對(duì)模型進(jìn)行模型檢查。模型檢查的內(nèi)容主要包括模型碰撞檢查、模型設(shè)計(jì)檢查、模型數(shù)據(jù)檢查三部分[5]。

4 夾套管圖紙的生成及材料統(tǒng)計(jì)

PDsoft能自動(dòng)生成管口方位圖、平臺(tái)爬梯、管道布置圖、管道剖面圖、管道軸側(cè)圖、綜合材料表等一系列管機(jī)工程圖表。(1)管口方位、平臺(tái)爬梯圖:對(duì)于非定型設(shè)備塔類、儲(chǔ)罐類,軟件內(nèi)有此類設(shè)備的圖形庫,軟件可以自動(dòng)生成不同高度及立面的設(shè)備管口方位圖、平臺(tái)爬梯,為現(xiàn)場(chǎng)制作提供準(zhǔn)確設(shè)備管口;(2)管道布置圖、剖面圖:此類圖紙是體現(xiàn)裝置內(nèi)所有管線、閥門,儀表和設(shè)備、建構(gòu)筑物的相鄰布置情況的施工圖紙。管道布置圖為美觀、清晰、便于施工人員看圖施工,常用的圖紙比例為1∶50或1∶30,用PDsoft軟件生成管道布置圖的過程中,對(duì)于管廊或者集中布置的管道可以選擇創(chuàng)建管線表,通過PDsoft的自動(dòng)標(biāo)注功能實(shí)現(xiàn)圖中管道的管道號(hào)、流向、坡度、標(biāo)高等內(nèi)容的標(biāo)注;(3)管道軸側(cè)圖:生成ISO圖,軟件可以選擇抽取所有管道模型的軸側(cè)圖,也可以選擇抽取單條或者特定管線的軸測(cè)圖。兩者都是先生成模型中間文件(*dat文件),選擇要生成的單根、部分或全部管線號(hào)生成ISO圖紙。而后定義軸測(cè)圖出圖模板,ISO圖紙模板有四部分構(gòu)成:方向標(biāo)、單線圖材料、管道圖、管道圖簽參數(shù)。圖簽參數(shù)內(nèi)容一般包括項(xiàng)目號(hào)、項(xiàng)目名稱、管道號(hào)、管道等級(jí)、管道的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、工作溫度、工作壓力、泄露性試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)等。在生成方式中可以對(duì)生成圖紙的文本、標(biāo)注進(jìn)行自定義,其自動(dòng)生成的管道軸側(cè)圖可用于現(xiàn)場(chǎng)施工;(4)綜合材料表:在整個(gè)項(xiàng)目建模完成之后,選擇PDsoft自帶的BOMTABLE.dwg材料統(tǒng)計(jì)模板,可對(duì)整個(gè)模型的管道材料統(tǒng)計(jì)。

模型檢查完成后便可以生成管道軸側(cè)圖,夾套管管道軸測(cè)圖的生成與普通管道軸側(cè)相同,只是圖形和材料不同,普通管線是單線圖,夾套管線是三線圖,顯示了外管與內(nèi)管;除此之外,ISO圖中的材料統(tǒng)計(jì)與普通單線圖比較多了外管材料,其中包括外管管道、管件、定位板、端板等。

5 結(jié)論

在PDsoft實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中仍然存在一些不足之處,模型中跨接管的內(nèi)容未能體現(xiàn),在抽取材料的時(shí)端板以異徑管的形式統(tǒng)計(jì)出來。使用三維軟件PDsoft進(jìn)行夾套管建模,不僅能夠大大提升設(shè)計(jì)效率,更能夠精確地統(tǒng)計(jì)材料,減輕設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān),還能夠有效地防止設(shè)計(jì)、安裝等過程中的失誤。為現(xiàn)場(chǎng)順利安裝提供切實(shí)保障。