石油化工裝置管道設(shè)計(jì)模塊化

石油化工裝置管道設(shè)計(jì)模塊化摘要：通過(guò)分類(lèi)、整合、模式化把石油化工裝置管道設(shè)計(jì)可能涉及到的配管型式全部提前做好，然后在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中直接查找應(yīng)用，調(diào)用做好的模塊，就像幾千年前的活字印刷一樣，把調(diào)用的模塊進(jìn)行組合就可以完成設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：石油化工裝置；管道設(shè)計(jì)；模塊化1設(shè)計(jì)發(fā)展歷程簡(jiǎn)述我國(guó)石油化工裝置管道設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，已經(jīng)今非昔比。最開(kāi)始計(jì)算機(jī)還未普及，設(shè)計(jì)都是手工繪圖，這個(gè)工作量是無(wú)法想象的，后來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，AUTOCAD等二維電腦設(shè)計(jì)軟件開(kāi)始代替手工制圖，設(shè)計(jì)效率實(shí)明顯提升，目前隨著三維設(shè)計(jì)軟件的普及，設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率都實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。但設(shè)計(jì)者的工作量仍然很繁重，每個(gè)新的項(xiàng)目都要重頭開(kāi)始設(shè)計(jì)、畫(huà)圖，一個(gè)大型項(xiàng)目往往需要多人通力合作，導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)一致性也無(wú)法保證。2模塊化設(shè)計(jì)理念目前，大型工程公司在總結(jié)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，均不同程度開(kāi)展了以專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)為主線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、通用設(shè)計(jì)，編制了專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)圖集等，以降低設(shè)計(jì)重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率，規(guī)范專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)差錯(cuò)率，這為模塊化設(shè)計(jì)奠定了一定的基礎(chǔ)。所謂模塊是構(gòu)成系統(tǒng)、具有特定功能的可兼容和互換的獨(dú)立單元。如果我們建立一個(gè)模塊庫(kù)，一個(gè)涵蓋幾乎所有通用類(lèi)型配管的模塊庫(kù)，那么我們就可以根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際情況從模塊庫(kù)中進(jìn)行篩選組合即可完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，而無(wú)需再一筆一筆的畫(huà)了。這將大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。3模塊化的優(yōu)越性有了模塊化，設(shè)計(jì)將得以在線(xiàn)傳承和不斷升級(jí)完善，通過(guò)不斷積累和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模式化。又因?yàn)槟K化要求減少差異性，增加通用性和一致性，這就會(huì)促使標(biāo)準(zhǔn)化的推行，對(duì)于某些特定項(xiàng)目的裝置或者單元來(lái)說(shuō)，只進(jìn)行微調(diào)就可以整體復(fù)用，設(shè)計(jì)工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量也將發(fā)生質(zhì)的改變。而且對(duì)后續(xù)采購(gòu)、制造、施工、裝置維護(hù)等環(huán)節(jié)也會(huì)產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。4管道系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的瓶頸以上管道模塊化設(shè)計(jì)均基于PDMS三維設(shè)計(jì)軟件而言。目前，PDMS三維設(shè)計(jì)軟件，設(shè)備建模已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了模塊化，數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)自帶了不同類(lèi)型的設(shè)備模塊，而且不同項(xiàng)目的設(shè)備均可以互相復(fù)制。但管道建模還沒(méi)有模塊化，不同項(xiàng)目之間也無(wú)法互相復(fù)制共用。這主要是因?yàn)楣艿滥Ｐ托枰牧系燃?jí)庫(kù)的支持，項(xiàng)目不同材料等級(jí)一般都不相同，導(dǎo)致管道模型每一個(gè)管件都自帶屬性，無(wú)法通用。而且材料等級(jí)不同，管件的物理尺寸也不盡相同，比如都是DN50的閥門(mén)，歐標(biāo)和美標(biāo)的尺寸不同，壓力等級(jí)不同尺寸也不同，這就導(dǎo)致管道模型變得復(fù)雜了。這也是為什么目前PDMS管道模型無(wú)法像設(shè)備模型一樣進(jìn)行模塊化和通用的原因。但復(fù)雜不代表無(wú)法實(shí)現(xiàn)，對(duì)管道模型進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)和標(biāo)準(zhǔn)化，管道建模模塊化應(yīng)該也是可以實(shí)現(xiàn)的。5管道系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的思路基于PDMS的模塊化技術(shù)分為管道的模塊化設(shè)計(jì)和PDMS軟件開(kāi)發(fā)兩部分，二者既相互獨(dú)立又相輔相成。模塊化設(shè)計(jì)就單個(gè)部件來(lái)說(shuō)仍是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，而從總體上來(lái)說(shuō)則是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步發(fā)展和完善。管道系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)的思想就是將管道系統(tǒng)按邏輯結(jié)構(gòu)自上而下分解成若干子模塊，將這些模塊進(jìn)行有機(jī)組合，就可組成不同的裝置種類(lèi)。這樣，在設(shè)計(jì)中可以將裝置劃分為單元模塊、單體模塊等，并逐一通過(guò)建立一個(gè)以三維數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的PDMS環(huán)境，以空間組合來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)整合?？梢钥闯觯瑔误w模塊，即通用模塊的建立，是需首要解決的問(wèn)題。煉油化工裝置的設(shè)計(jì)，存在大量的簡(jiǎn)單重復(fù)。要解決此問(wèn)題，單體模塊的儲(chǔ)備和復(fù)用是最基礎(chǔ)的工作。具體的單體建模過(guò)程如下：首先根據(jù)《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第一篇：設(shè)計(jì)與計(jì)算（第五版）中第五章裝置內(nèi)管道設(shè)計(jì)，將管道進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，以泵的管道模塊化為例進(jìn)行說(shuō)明。石油化工涉及的泵的工藝流程基本類(lèi)似，泵入口一般有泵入口異徑短節(jié)、過(guò)濾器，入口閥門(mén)，倒淋、吹掃以及進(jìn)出口跨線(xiàn)。進(jìn)泵方位一般有兩種：埋地進(jìn)入或者從高出進(jìn)入。排列組合這些配管型式，然后把常用的口徑全部畫(huà)出來(lái)做成模塊，導(dǎo)入PDMS庫(kù)里。泵出口一般有出口異徑短節(jié)，壓力表，止回閥，倒淋，出口閥，暖泵線(xiàn)，出口方式根據(jù)口徑有2種配管型式，同樣的把常用的口徑全部畫(huà)出來(lái)做成模塊，導(dǎo)入PDMS庫(kù)里。這里需要說(shuō)明的是，所謂模塊化就是要盡量統(tǒng)一型式，設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定的泵配管方式很寬泛，并無(wú)非常嚴(yán)格的限制，比如管件之間的短管長(zhǎng)度，泵出口型式也有很多種，而我們?cè)谀K化的過(guò)程中都要進(jìn)行具體量化，統(tǒng)一。做好之后就可以像設(shè)備建模一樣，在畫(huà)圖的過(guò)程中進(jìn)行選用了。其他設(shè)備的配管類(lèi)似，不再贅述。6管道系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的先決條件當(dāng)然要想實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用性，僅僅是管道設(shè)計(jì)模塊化還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，管道專(zhuān)業(yè)在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中處于承上啟下的位置，上游有工藝和材料專(zhuān)業(yè)，下游有土建結(jié)構(gòu)，設(shè)備，儀表，電氣等專(zhuān)業(yè)。首先需要工藝和材料專(zhuān)業(yè)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化，工藝專(zhuān)業(yè)，在進(jìn)行設(shè)備選型的時(shí)候，就要求選用的設(shè)備要盡量一致，具備可替代性，盡管工況不同，那么我們選用的設(shè)備型號(hào)也要保證一致，比如兩臺(tái)泵，一個(gè)要求流量100m3/h，揚(yáng)程50m，一個(gè)要求流量150m3/h，揚(yáng)程100m，有沒(méi)有可能選擇同一型號(hào)的泵來(lái)同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)不同的工況？而對(duì)于材料專(zhuān)業(yè)，不同操作介質(zhì)，不同操作溫度壓力工況下，管道或者設(shè)備材料等級(jí)是否可以統(tǒng)一？目前管道材料等級(jí)分類(lèi)非?，嵓?xì)，導(dǎo)致材料等級(jí)太多。要想實(shí)現(xiàn)模塊化，必須進(jìn)行合并和統(tǒng)一，減少不必要的等級(jí)分類(lèi)。這樣做有可能在前期投入上可能會(huì)增加投資，因?yàn)闉榱藵M(mǎn)足最苛刻工況，我們選擇的等級(jí)可能會(huì)提高。但在后期管道設(shè)計(jì)，施工以及設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和緊急代用互換等方面展現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)。其次管道專(zhuān)業(yè)對(duì)下游專(zhuān)業(yè)委托資料的模塊化也非常有必要，委托資料是下游專(zhuān)業(yè)開(kāi)展工作的前提，其工作量也很繁重，模塊化以后不僅可以節(jié)省編制委托的時(shí)間，而且為下游專(zhuān)業(yè)模塊化創(chuàng)造條件。7結(jié)束語(yǔ)本文只是提供一個(gè)想法，即PDMS管道設(shè)計(jì)模型模塊化，并未給出詳細(xì)可行的實(shí)施方案，因?yàn)檫@需要PDMS軟件工程師的介入，特別是如何克服不同等級(jí)帶來(lái)的鴻溝，而且需要材料專(zhuān)業(yè)甚至是工藝專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化模塊化的配合，即不同的項(xiàng)目，盡量保證材料等級(jí)的一致性，設(shè)備選型的一致性。就好比目前各種品牌的智能手機(jī)充電均采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，不同項(xiàng)目的材料等級(jí)也可以做到相對(duì)統(tǒng)一，設(shè)備選型也可以按照工況選擇模塊中已有的型號(hào)。管道模塊化設(shè)計(jì)不僅僅是一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，更是一種設(shè)計(jì)理念，我相信在不就久的將來(lái)，隨著思想和技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)人員將從繁重的畫(huà)圖工作中解脫出來(lái)，把更多的精力投入到設(shè)計(jì)優(yōu)化中。參考文獻(xiàn)：王輝.PDMS三維設(shè)計(jì)軟件在模塊化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì).2016,26(3):18-22.張林青，王欣雨.基于PDMS