利用PDMS軟件三維設計平臺進行配管加工設計新方法探討

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利用PDMS軟件三維設計平臺進行配管加工設計新方法探討

第48卷第2期2023年4月化工設備與管道PROCESSEQUIPMENT＆PIPINGVol.48No.2Apr.2023

管道與管件

利用PDMS軟件三維設計平臺進行配管

加工設計新方法探討

111121111

徐庚，黃太安，高鳳龍，蔣小華，孫甜甜，張小鋼，高起越，宋健，黃德家

（1．海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島266520；2．中石油昆侖自然氣利用有限公司，廣東深圳518055）摘

要：管線ISO圖的加工設計工作隨著海洋石油平臺和FPSO上部模塊工藝系統(tǒng)的愈加繁雜而成為配管加工設

計中工作量最大、耗時最長的工作。長期以來該項工作主要采用AutoCAD在詳設提供的管線ISO圖上進行手工設存在人力投入多、效率低、設計錯誤難以控制的缺點。文中介紹了利用二次開發(fā)后的PDMS軟件Spooler模塊在計，

三維環(huán)境下進行斷管，并直接抽取管線生產(chǎn)設計圖紙的配管加工設計新方法，該方法充分利用了先進的計算機輔助設計（CAD）的優(yōu)勢，能夠較大地提高設計的效率和確鑿性。

利用PDMS軟件三維設計平臺進行配管加工設計新方法探討

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化工設備與管道第48卷第2期

1管線預制圖加工設計的主要內容

針對管線ISO圖加工設計傳統(tǒng)方法的以上缺點，提出了利用PDMS軟件三維平臺進行配管加工設計的改進工作方式，具體內容見下節(jié)描述。

在詳細設計提供的管線ISO圖的基礎上對管線

進行預制單管的分段設計，主要內容包括：標注圖紙流水號、單管號、現(xiàn)場焊口號，調整預制焊口號和下料尺寸，修改和補充圖紙材料表。（1）流水號。按工藝系統(tǒng)對ISO圖紙進行流水

是單管號和現(xiàn)場焊號的編號基礎。編號，

（2）單管號。每個自然斷開或兩個或幾個現(xiàn)場焊點之間的預制管段的編號。

（3）現(xiàn)場焊口號。每個單管上標明需現(xiàn)場焊接的焊號。

（4）預制焊口號。每個單管上標明需在預制車

在添加現(xiàn)場焊號后需要對預間內焊接的焊口編號，

制焊號進行重新排列。

（5）下料尺寸。指除附件外的直管段長度，該長度指導車間下料，在圖紙上需與圖面上的管段標識順序對應。

（6）材料表。每張圖線上與圖面對應的材料清當在圖面添加法蘭和管箍時需要對材料表進行單，

2寸以上熱浸鋅和涂塑管線在調整（海洋工程習慣，

加工設計階段添加法蘭斷管）。

3

利用PDMS軟件三維平臺配管加工設計

的新方法

本文以二次開發(fā)后的Spooler模塊在三維環(huán)境下，通過添加現(xiàn)場焊進行配管加工設計的過程為例，對三維平臺配管加工設計的新思路進行探討。3．1PDMS軟件SPOOLER功能模塊

Spooler模塊是PDMS自帶的管道預制圖模塊。它能夠在三維設計模型的基礎上完成對管道的加工

但Spooler模塊在海洋石油工程應用中還存在設計，

如下問題：

（1）軟件模塊現(xiàn)有的預制單管編號方式過于簡單，且只針對單張圖紙，如SPL1…5…9，不能區(qū)分不同的管道系統(tǒng)以及同一管道系統(tǒng)的大批量預制單管，造成現(xiàn)場安裝時無法鑒別預制單管。（2）現(xiàn)場焊的編號方式過于簡單、現(xiàn)場焊號和

造成質量檢驗人員無法區(qū)分不同預制焊編號重疊，

管線的現(xiàn)場編號。

（3）當一根管線信息量過大需要拆分成多張圖紙時，無法解決拆分圖紙的編號問題。

針對以上問題，海洋石油工程（青島）有限公司對Spooler進行了二次開發(fā)，開發(fā)后的SPOOLER模具有如下功能：塊成功解決了以上問題，

（1）自動將SPLDRG名稱添加為ISO圖流水號。

（2）通過添加現(xiàn)場焊點將每個管線系統(tǒng)分割成多個預制單管，并可添加余量。

（3）對預制單管進行順序編號，標注單管號。

（4）對現(xiàn)場焊點和預制焊點進行順序編號，現(xiàn)場焊號和預制焊號分開編排。

（5）能自動添加圖紙斷點間的連接號。（6）能區(qū)分加余量和不加余量的現(xiàn)場焊點以及下料尺寸。

Spooler使用兩個數(shù)據(jù)庫：

（1）Fabricationdatabase，存儲分圖、焊點編號等預制信息。

（2）Designdatabase，存儲設計信息，如焊點。所謂的預制過程就是建立Fabricationdatabase的過程。

3．2Spooler出圖設置V2．0插件

圖1為海洋石油工程（青島）有限公司開發(fā)的

2傳統(tǒng)管線預制圖設計方法和不足之處

管線ISO圖傳統(tǒng)的加工設計方法是在詳細設計提供的管線ISO圖上斷管，添加修改上面提到的必要的加工設計信息。做圖的過程中首先需要確定相連接的管線所在的圖紙，了解管線走向及周邊環(huán)境狀況，確定管線如何斷管既滿足預制要求又能便利現(xiàn)場安裝組對，然后根據(jù)斷管狀況手動添加流水號、單管號、現(xiàn)場焊口號，并對預制焊口號、下料尺寸、余量標記和材料表進行調整。設計環(huán)境是AutoCAD提供的二維環(huán)境。

傳統(tǒng)做法的不足之處主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）二維斷管，添加現(xiàn)場焊點的時候不能明白地考慮焊點所在位置的真實環(huán)境，查找相連接的管道也較為麻煩。

（2）需熱浸鋅或涂塑的處理的管線，添加法蘭后，由于不了解實際狀況，可能導致碰撞。（3）制作單管預制圖時，圖紙流水號、單管編號、現(xiàn)場焊點編號的添加，法蘭的添加（熱浸鋅或涂塑），手工操作較為繁瑣，且簡單出錯。

（4）材料匯總花費大量人力，簡單出錯。

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2023年4月徐庚，等.利用PDMS軟件三維設計平臺進行配管加工設計新方法探討39

Spooler出圖設置V2．0插件。

此處對PDMS自帶焊點庫的焊點類型進行簡要

說明：

ALLO—FALS，之前添加的Allowance余量，將不統(tǒng)計到下料尺寸中；

圖1Spooler出圖設置V2．0插件

ALLO—TRUE，之前添加的Allowance余量，將統(tǒng)計到下料尺寸中；

SHOP—FALSE，代表現(xiàn)場焊。

具體項目焊點庫需要PDMS工程師重新建立，

PDMS工程師需要向專業(yè)工程師進行項目使用時，

說明。

3．3．2更新PDMS默認ISO圖框

更新PDMS默認ISO圖框的目的是為了初次分圖。PDMS軟件有一個系統(tǒng)默認圖框，與項目無關，即利用Pipeisometric工具出圖時的圖框。必需更新該圖框，使初次分圖的圖框和最終出圖的圖框保持一致。3．3．3

初次分圖

選中P227C管線，點擊Utilities→Pipeisometric，

該插件使Spooler的出圖效果滿足海洋石油工

程行業(yè)現(xiàn)場施工的要求。該插件有三個功能：生成預制段號，生成焊點編號，生成圖紙編號。3．3利用Spooler模塊進行配管加工

以PDMS軟件自帶SAMPLE項目PIPE數(shù)據(jù)庫組下P227C管線為例，介紹普通管線添加現(xiàn)場焊點的PDMS三維平臺配管加工設計過程。Spooler模塊下P227C管線如圖2所示。

進行初次分圖。初次分圖是最終分圖的一個參考，是管線信息收集的條件，此次分圖是一個初步分派，

圖2

PIPEP227C管線

確定項目圖框所能寬容的信息量。通過后臺定制，將每張圖紙都與模型關聯(lián)，圖紙對應的管線模型會被高亮顯示。

建議初次分圖和最終出圖的圖框采用A2圖框，在最終管線信息收集的過程中，將初次分圖中繁雜的管線進行二次分圖，既保證了效果又能節(jié)省工作量。3．3．4

建立Fabrication數(shù)據(jù)層次

數(shù)據(jù)層次的建立包括以下內容：

（1）在Display菜單下調出FabricationExplor-er，在其下建立Department，并按系統(tǒng)名命名便于區(qū)分。

（2）在Department下建立Registry，按PIPE號

PIPE命名，為了和避免和Design下的管線名重名，“//〞，號前回車后名字為/P227C。

（3）在Registry建立spooldrawing，按圖紙流水號命名。一個SpoolDrawing（SPLDRG）對應最終的一張管線ISO圖。

Spooldrawing的建立以初次分圖的圖紙為基礎，根據(jù)初次分圖的某張圖紙的信息量的大小，確定建立幾個Spooldrawing以收集該張圖紙所包含的管線信息。3．3．5

Spooldrawing信息收集

進行Spooldrawing的信息在初次分圖的基礎上，

3．3．1三維環(huán)境添加現(xiàn)場焊點斷管

添加現(xiàn)場焊點的過程需要以下幾個步驟：

（1）利用Measuredistances工具測量管道長度，觀測管線所在三維環(huán)境。

（2）根據(jù)測量結果，確定斷管方式。設計人員可調出周邊環(huán)境，根據(jù)管線長度判定最優(yōu)的斷管方式。

（3）利用CreatWeld工具在管道上或管件上添加現(xiàn)場焊點，輸入余量信息。此處對CreatWeld對話框中的基本設置進行簡要說明：

——將現(xiàn)場焊插在①焊點位置。DesignPoint—

——將現(xiàn)場焊插在距離管件一定距管件上；InTube—離的管道上。

——距離管道上一②距離定義。FromPrevious—

——在指定管件個管件中點的距離；Infrontofitem—

——在指定管件下上游的直管道長度；BehindItem—

游的直管道長度。上下游根據(jù)管道的頭尾信息決定。

——添加該焊點處定③余量信息。Allowance—

義的管道余量。

（4）選擇現(xiàn)場焊點類型。

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化工設備與管道第48卷第2期

收集，能夠保證一個以流水號命名的Spooldrawing在最終出圖的時候，只出一張圖紙，滿足一個流水號一張圖紙的要求。假使直接進行管線信息收集，則由于無法控制管線信息量，在出圖時會出現(xiàn)一個流水號對應多張圖紙的現(xiàn)象。P227C管線，初次分圖時出了5張圖紙，應當依照順序分別進行管線收集。依照圖紙順序進行收集，例如現(xiàn)在收集Sht2，收

收集到的管線信息如圖中紅框集效果如圖3所示，所示。

3．3．6Spooler出圖設置V2．0插件的調用

該插件主要是為了使以上處理過的信息能夠按

照海洋石油工程的習慣對預制焊號、現(xiàn)場焊和單管sheet號，號進行編號處理，自動添加圖紙連接號、自動修改下料尺寸和材料表，從而通過軟件獲得可直接用于施工的成品ISO圖紙3．3．7出圖效果

［3］

。

最終的出圖工作（見圖4）在PDMS軟件Isodraft

模塊下完成的，通過模板定制，可實現(xiàn)批量生成符合要求的管線預制圖。

利用二次開發(fā)后的Spooler模塊，并結合一定的后臺設置，出圖時可以自動提取SPLDRG名稱添加到圖紙的右上角形成圖紙流水號，并根據(jù)流水號對

能夠現(xiàn)場焊號和單管號進行順序編號和信息標注，實現(xiàn)現(xiàn)場焊點和預制焊點的分類編號，能夠在管線

連接處自動添加管線連接信息，能夠在管線和設備連接處自動添加設備連接信息，能夠自動調整預制單管的下料尺寸和材料表。

圖3圖紙信息收集

如圖3所示，最終P227管線被收集到8個Spooldrawing中，圖紙數(shù)量大于初次分圖的圖紙數(shù)，這是十分正常的。由于初次分圖的一些圖紙，它所包含的管線信息太多，因此最終收集時，將該張圖紙對應的管線分成多個Spooldrawing進行收集。這就會導致最終Spooldrawing的數(shù)量大于初次分圖的數(shù)量。

管線信息收集完畢后更新數(shù)據(jù)信息，點擊功能鍵UpdateCurrentSpoolDrawing，對收集信息后的每個Spooldrawing進行更新。

以上，為典型的以一次出圖為基礎進行管線收集的過程。

表1

項目

出圖效率（人工時）斷管合理性圖面質量圖紙規(guī)范性匯料確鑿性校審方式

傳統(tǒng)方式

過程繁瑣，手工工作量大，花費大量人工。

二維平面斷管，現(xiàn)場焊點合理性視經(jīng)驗而定，添加法蘭簡單產(chǎn)生碰撞。

單管號、預制焊號、下料尺寸都存在出錯可現(xiàn)場焊號、能，審核需檢查。不易規(guī)范，風格有差異。

ISO標準簡單串行。手工統(tǒng)計易錯，

二維平面校審，校審內容多，工作量大。

圖4管線ISO

4

PDMS三維平臺配管加工設計和傳統(tǒng)方

法的對比

新方法在斷管合理性、圖片質量、出圖效果、圖

匯料確鑿性和校審方式等六個方面都優(yōu)紙規(guī)范性、

于傳統(tǒng)方式，如表1所示。

利用SPOOLER加設與傳統(tǒng)加設方式的對比

SPOOLER方式

出圖效率大幅提高，通過測試，儉約人工時50%以上。三維背景斷管，直觀確鑿，碰撞檢查以保證法蘭放置合理。

所有加工設計信息軟件自動生成，將圖面人工錯誤降至零。

軟件規(guī)范化，標準統(tǒng)一，便于閱圖。軟件自動提取，大幅提高材料統(tǒng)計確鑿率。

出圖前三維校審，出圖后不需校審，大幅提高校審效率。

（下轉第48頁）

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距為32～40倍管徑。

2．3火炬總管的應力計算

化工設備與L6L7L8L9

管道第48卷第2期

（OCC）純風載荷（OCC）純地震載荷（EXP）二次應力核算（OCC）風載作用下組合應力

（OCC）地震載荷作用下組合應力

L3-L2L4-L2L2-L5L5+L6

經(jīng)過對火炬總管的柔性分析和布置調整，就可以運用國際公認的管道應力分析程序CAESARII對各自獨立的火炬管系進行應力計算。2．3．1火炬總管應力模型的建立

建立模型的第一步是將管系劃分為單元，這些

一般狀況下相鄰節(jié)點編號單元在節(jié)點處相互連接，

它包括基本參數(shù)、間隔為10。其次是數(shù)據(jù)的輸入，

管道單元結構參數(shù)