沈延順,李雅翔,高妍

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司,甘肅 蘭州 730060)

針對(duì)聚丙烯裝置而言,精制單元是整個(gè)裝置的重要單元,原料丙烯的純度影響聚合反應(yīng)中催化劑的活性,降低產(chǎn)品的等規(guī)度,為了提高聚合反應(yīng)活性,增加聚合反應(yīng)催化劑使用壽命及減少生產(chǎn)成本,需要將原料中的雜質(zhì)降低到一定含量,這就是精制單元在聚丙烯裝置中起到的作用。精制單元通常采用分子篩吸附塔,其工作原理利用了分子篩具有表面吸附分子的作用,以及可根據(jù)分子的大小、極性而進(jìn)行選擇性吸附的特殊功能,達(dá)到脫除原料中雜質(zhì)的目的,通過再生工況,可將分子篩循環(huán)利用。

CADWorx是由Intergraph公司研發(fā),基于AutoCAD平臺(tái)的一款完全兼容AutoCAD命令的三維工廠設(shè)計(jì)軟件[1]。通過使用CADWorx進(jìn)行精制單元的模型建立,由軟件自動(dòng)生成管道專業(yè)各種施工圖圖紙,不僅能讓設(shè)計(jì)人員直觀了解設(shè)計(jì)模型中的細(xì)節(jié),而且節(jié)省大量的時(shí)間[2]。但在設(shè)計(jì)過程中CADWorx軟件會(huì)出現(xiàn)一些局限性,本文闡述了CADWorx在聚丙烯裝置精制單元配管中遇到的問題及相應(yīng)的解決方法。

1 設(shè)備管口無法建立及設(shè)備管口尺寸底層文件修改

在新建設(shè)備管口時(shí),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法添加設(shè)備管口的問題,如圖1。

圖1 無法添加設(shè)備管口對(duì)話框

針對(duì)無法添加設(shè)備管口的問題,筆者通過軟件在具體工程項(xiàng)目中的使用中發(fā)現(xiàn),問題原因?yàn)镃ADWorx軟件默認(rèn)設(shè)置新建管口的尺寸大小為DN 100,因此若是被添加的父系實(shí)體的直徑大小小于該管口尺寸,就會(huì)出現(xiàn)此錯(cuò)誤提示。僅針對(duì)此問題的解決方法是:將被添加的父系實(shí)體的直徑大小先做增大修改,然后增加相應(yīng)的管口并修改管口尺寸后,再將父系實(shí)體的直徑大小修改為真實(shí)的設(shè)備尺寸。

添加管口時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)因CADWorx軟件的默認(rèn)設(shè)置新建管口不僅是尺寸大小為DN100,并且管口壁厚、管口法蘭型式、管口法蘭壓力等級(jí)的一系列選項(xiàng)有時(shí)候并不是想要的,都需要在模型建立的時(shí)候進(jìn)行修改, CADWrox軟件默認(rèn)新建管口相關(guān)尺寸如表1及圖2所示。

表1 CADWorx軟件新建管口默認(rèn)設(shè)置

但實(shí)際工程項(xiàng)目中某些管口壁厚、管口法蘭型式、管口法蘭等級(jí)在一個(gè)項(xiàng)目中是比較常用的,而其他選項(xiàng)并不常用;如在聚丙烯裝置精制單元中,一般管口壁厚為STD,管口法蘭型式為WNRF,管口法蘭壓力等級(jí)為CL300。針對(duì)此情況和本節(jié)第一段所提到的管口無法添加的問題,可以直接修改CADWorx軟件的默認(rèn)設(shè)計(jì)選項(xiàng)解決此類問題。CADWrox軟件新增管口默認(rèn)設(shè)置文件通過“.dat”文件的格式存放在:安裝目錄CADWorx2015EquipmentSystem文件夾中(本文以2015版CADWorx軟件論述)。

在聚丙烯裝置精制單元管道設(shè)計(jì)時(shí),將新增管口默認(rèn)設(shè)置修改為:DN50-STD-WNRF-CL300,如圖3所示,當(dāng)新項(xiàng)目常用設(shè)計(jì)發(fā)生變化時(shí),可根據(jù)項(xiàng)目重新設(shè)置,從而提高設(shè)計(jì)速度。

圖3 聚丙烯裝置精制單元CADWorx軟件新增管口默認(rèn)設(shè)置

2 儀表建模及管道特殊件建模

管道專業(yè)在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,需要將管道上的儀表體現(xiàn)在模型中及最終的管道軸測(cè)圖上也要體現(xiàn)儀表及其位號(hào),針對(duì)此設(shè)計(jì)需要,顯然CADWorx軟件在此問題上沒有很好的根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)而充分考慮,CADWrox只能通過添加ISO標(biāo)識(shí)來完成此工作,但此功能只能表示出管道端部儀表(如:溫度計(jì)、壓力表等),并且ISO標(biāo)識(shí)為虛擬體,非實(shí)體儀表,不能體現(xiàn)模型的占位功能,如圖4所示。

圖4 ISO標(biāo)識(shí)

使用ISO標(biāo)識(shí)為虛擬體,不能檢查儀表是否能夠操作情況,聚丙烯裝置精制單元中包含很多種儀表,在聚丙烯裝置精制單元管道的設(shè)計(jì)過程中,管道專業(yè)在設(shè)計(jì)之前與儀表專業(yè)溝通后,通過儀表專業(yè)提供的儀表外形圖提前在建立管道數(shù)據(jù)庫時(shí),通過建立自定義管道特殊件完成儀表實(shí)體的建模(自定義管道特殊件在CADWorx軟件Plant 1模塊的MISC下,具體格式如圖5所示)。這樣的方法不僅能夠使儀表以實(shí)體的方式體現(xiàn)在模型中,而且此方法在ISO圖中也能夠很好的表達(dá),如圖6所示。

圖5 自定義管道特殊件窗口

圖6 聚丙烯裝置精制單元中的儀表特殊件

在建立儀表特殊件時(shí),管道專業(yè)首先可以根據(jù)儀表類型(例如:溫度計(jì)、壓力表、流量計(jì)等等)分成不同的自定義文件目錄,如圖7所示,其次,對(duì)于不同類型的儀表,可以根據(jù)使用情況建立不同尺寸儀表,如圖8所示。

圖7 聚丙烯裝置精制單元中的儀表特殊件分類

圖8 不同尺寸的渦街流量計(jì)

用自定義管道特殊件的方法建立儀表時(shí),軟件默認(rèn)的連接方式是焊接方式,可以在建立完儀表元件后,在CADWorx Specification Editor軟件中修改儀表元件的連接放置(例如:法蘭形式、承插焊形式),連接方式的修改是在元件庫中的CONNENDTYPE單元格中修改,具體對(duì)應(yīng)的連接方式代碼,如表2所示。

表2 CADWorx軟件儀表特殊件連接方式

3 CADWorx軟件的Tap connection及Offset Tap的使用

管道設(shè)計(jì)過程中,由于工藝專業(yè)或者儀表專業(yè)的要求,會(huì)遇到不同的連接方式,在聚丙烯裝置精制單元中就會(huì)遇到工藝專業(yè)要求火炬線(BDL線)需要45°斜插至火炬總管,當(dāng)主管與支管管徑相近時(shí)有斜三通元件,當(dāng)支管為DN15至DN40時(shí)有斜接支管座,但是除這些范圍外,支管就無法與主管真實(shí)連接,這樣管道不連續(xù),ISO圖就無法出圖。另外在聚丙烯裝置精制單元中,儀表專業(yè)的壓力變送器經(jīng)常需要管道在末端采用盲法蘭,現(xiàn)場(chǎng)使用開孔連接引壓管的型式連接壓力變送器,但CADWorx的盲法蘭是單連接元件,無法實(shí)現(xiàn)儀表上述操作,這樣ISO圖也會(huì)無法出圖。在軟件使用過程中,通過CADWorx軟件Plant 1模式自帶的Tap connection連接方式完成各種各樣的特殊性連接,保證軟件ISO圖的成功出圖,更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到施工的無縫連接,如圖9及圖10所示。

圖9 盲法蘭通過Tap connection連接增加壓力變送器

圖10 火炬線(BDL線)通過Tap connection連接完成斜45°管道連接設(shè)計(jì)

CADWorx軟件在管道元件庫的局限性,所以無法在建立管道元件庫與管道等級(jí)庫中建立管道加強(qiáng)板,但在聚丙烯裝置精制單元中經(jīng)常會(huì)有管道加強(qiáng)板的使用,通過CADWorx軟件Plant 1模式自帶的Offset Tap連接方式使用完成管道加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)。

4 聚丙烯裝置精制單元工藝密閉取樣器及分析儀表設(shè)計(jì)

在聚丙烯裝置精制單元中,工藝專業(yè)會(huì)設(shè)計(jì)各種工藝密閉取樣器及分析儀表來保證工藝性能,但工藝密閉取樣器及分析儀表通常是取樣箱或分析柜型式存在,一方面工藝密閉取樣器及分析儀表體積較大,另一方面工藝密閉取樣器及分析儀表并不是直接連接在管道中間或者管道末端,而本文第二節(jié)“儀表建模及管道特殊件建?！彼龇椒ā⒐艿捞厥饧问揭呀?jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求,因此,為完成工藝專業(yè)及儀表專業(yè)一方面更好的體現(xiàn)工藝密閉取樣器及分析儀表的實(shí)體占位要求,另一方面滿足管道專業(yè)ISO圖出圖要求,對(duì)于工藝密閉取樣器及分析儀表,在CADWorx軟件管道建模設(shè)計(jì)中,管道專業(yè)會(huì)將它們通過設(shè)備型式(設(shè)備位號(hào)采用工藝密閉取樣器及分析儀表的位號(hào))來建立。

不同的是,工藝密閉取樣器通過支管從主管中連接至取樣器的入口,取樣器的出口通過BDL支管連接至火炬總管;而分析儀表的操作特殊性(需要儀表采用Tube管取樣),只需要在分析主管的支管上加入本文第二節(jié)“儀表建模及管道特殊件建模”所述方法——建立管道特殊件形式作為儀表符號(hào)占位,而BDL線從分析儀表柜附件直接引出,引出端也放置管道特殊件,最后匯入BDL總管,而兩個(gè)管道特殊件至分析儀表柜之間的管路屬于儀表設(shè)計(jì)方位,如圖11所示。

圖11 工藝密閉取樣器及其管路設(shè)計(jì)

5 儀表控制閥門可修改長度,不用完全建庫

工藝專業(yè)向管道專業(yè)與儀表專業(yè)提出條件幾乎是同一時(shí)間段,這樣管道專業(yè)在設(shè)計(jì)的過程中,會(huì)出現(xiàn)儀表閥門(控制閥、兩位切斷閥等等)不能提前收到儀表專業(yè)的返回文件,因此沒有儀表閥門的相關(guān)尺寸,這種問題在聚丙烯裝置精制單元中更加明顯,由于聚丙烯裝置精制單元工藝的特殊性,在一段正常工況后會(huì)出現(xiàn)高溫再生的情況,同一管道中會(huì)出現(xiàn)走高溫氮?dú)饣虺乇⒁蚁?、丁烯甚至是氫氣的工況,這樣這些閥門不僅需要能夠承受高低溫的交變環(huán)境,更需要防止泄露等要求,這樣閥門的可選廠家更加稀少,所以閥門能夠提前拿到外形尺寸的情況更少。

在聚丙烯裝置精制單元采用CADWorx軟件建模設(shè)計(jì)期間,巧妙的通過軟件將此問題解決,先在管道等級(jí)建立的時(shí)候,建立control閥門(可以不用在乎具體閥門的長度等尺寸),然后設(shè)計(jì)建模期間,再用固定的閥門長度建立儀表閥門,等到儀表專業(yè)返回閥門尺寸后,再將儀表閥門刪除,增加control閥門,會(huì)發(fā)現(xiàn)control閥門增加時(shí),會(huì)出現(xiàn)輸入長度等尺寸的選項(xiàng),如圖12所示,再將儀表專業(yè)返回的閥門具體尺寸相應(yīng)的填寫,完成二次設(shè)計(jì),既保證了不用在建立管道材料等級(jí)庫時(shí)浪費(fèi)大量的時(shí)間,又能保證所有閥門的尺寸完全正確。

圖12 Control閥門建立時(shí)提示輸入長度

6 CADWorx軟件各種支吊架的符號(hào)使用

管道專業(yè)設(shè)計(jì)中會(huì)使用到各種型式的支吊架,根據(jù)支吊架使用的不同,其大致的性質(zhì)分為導(dǎo)向支吊架、固定支吊架、滑動(dòng)支吊架、彈簧支吊架等。CADWorx軟件也將這些不同性質(zhì)的支吊架對(duì)應(yīng)的管道軸測(cè)圖符號(hào)采用了不同的型式加以區(qū)分,用以滿足設(shè)計(jì)的需要。修改支吊架性質(zhì)的操作如下:單擊支吊架元件,在跳出的“元件屬性編輯”對(duì)話框中,單擊“ISOGEN”按鈕,然后在跳出的“ISOGEN 數(shù)據(jù)”對(duì)話框中,將“SEKY”的屬性改為需要的值,支吊架的管道軸測(cè)圖符號(hào)就更改為需要的符號(hào)。具體支吊架性質(zhì)及對(duì)應(yīng)的SKEY值見表3所示。

表3 支吊架性質(zhì)與管道軸測(cè)圖符號(hào)SKEY值對(duì)應(yīng)表

7 CADWorx軟件支吊架模型建立的兩種方式

CADWorx軟件的管道支吊架的設(shè)計(jì)有兩種方式:ISO圖邏輯支吊架和實(shí)體三維支吊架。

ISO圖邏輯支吊架的設(shè)計(jì)通過Plant II標(biāo)題欄中的“約束”單元完成,如圖13所示。ISO圖邏輯支吊架的設(shè)計(jì),需要在管道的中心找到確切的位置增加,這樣就需要繪制各種輔助線, ISO圖邏輯支吊架的符號(hào)不能像管道元件繪制一樣的移動(dòng)位置,需要找到確切點(diǎn)新增或者采用CAD的move命令移動(dòng)。并且對(duì)于管道任何的修改,ISO圖邏輯支吊架都不能相應(yīng)的自行變動(dòng),因此當(dāng)管道設(shè)計(jì)變動(dòng)后,ISO圖邏輯支吊架完全需要重新設(shè)計(jì)。

圖13 Plant II標(biāo)題欄中的“約束”單元

實(shí)體三維支吊架能夠隨著管道的變動(dòng)相應(yīng)的變動(dòng),并且能夠類似其他管道元件一樣的進(jìn)行修改、移動(dòng)等操作,很好的滿足設(shè)計(jì)需求。但由于CADWorx軟件自身的局限性,實(shí)體三維支吊架的數(shù)量較少,并且只是一些支吊架元件,沒有型鋼類支吊架,這些支吊架元件不能完成支吊架組合,這些問題與實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)并不相符。

結(jié)合三維實(shí)體支吊架的優(yōu)點(diǎn),在聚丙烯裝置精制單元的管道設(shè)計(jì)中,僅建立了U型管卡三維實(shí)體支吊架,用三維實(shí)體支吊架方便設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn),完成支吊架的定位,在設(shè)計(jì)時(shí)將U型管卡三維實(shí)體支吊架的“詳細(xì)描述”改為想要的支吊架名稱,如圖14所示。用這種方法既能快速完成設(shè)計(jì),又能正常出材料報(bào)表和管道軸測(cè)圖。

圖14 U型管卡三維實(shí)體支吊架與詳細(xì)描述

8 特殊管道號(hào)的命名(即VZ代號(hào)的使用)

根據(jù)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《自控專業(yè)設(shè)計(jì)管理規(guī)定(HG/T 20636)》中的第三篇《自控專業(yè)與管道專業(yè)的設(shè)計(jì)分工(HG/T 20636.3)》的規(guī)定,儀表與管道專業(yè)之間的分界的要求,連接面的墊片、緊固件(螺栓、螺母)等屬于管道設(shè)計(jì)范圍,對(duì)于管道上的儀表,此分支連接面的所有管件都屬于此管道的管道號(hào),但是根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)要求,設(shè)備上連接的儀表,例如溫度計(jì)使用的墊片及緊固件,壓力儀表使用的根部閥門、墊片及緊固件的管道元件,若沒有管段號(hào),CADWorx軟件將無法出圖,因此,與工藝專業(yè)討論后,在工藝專業(yè)的首頁圖中特別做了設(shè)備附屬件的管段號(hào)命名規(guī)則:

管道尺寸-VZ-設(shè)備位號(hào) 設(shè)備管口號(hào)-管道等級(jí)-保溫代號(hào)

通過此命名規(guī)則的增加,使上述的問題完全得以解決,一方面給與這些與設(shè)備連接的儀表的所有連接元件一個(gè)管段號(hào),使CADWorx軟件可以完成管道軸測(cè)圖圖出圖,這些管道軸測(cè)圖作為現(xiàn)場(chǎng)施工依據(jù),另一方面也能保證CADWorx軟件導(dǎo)出的管道綜合材料表中將上述情況中的所有管道材料得以統(tǒng)計(jì),不會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工缺少材料的情況。

9 CADWorx軟件三維模型的導(dǎo)出

CADWorx軟件作為管道專業(yè)工程模型設(shè)計(jì)軟件,所有的模型都為可編輯版本,這些模型文件包含了大量的各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)信息,例如設(shè)備的直徑、壁厚、材料等屬性,管道的管段號(hào)、管道大小、組成管道的各類元件屬性等各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)部信息,有了這些設(shè)計(jì)內(nèi)部信息后,專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以反推或反算一些重要的工藝、管道、設(shè)備,甚至儀表等其他專業(yè)的重要數(shù)據(jù)。另外為保證CADWorx軟件設(shè)計(jì)文件的管理,CADWorx的各個(gè)模型是通過各個(gè)文件進(jìn)行儲(chǔ)存的,所以對(duì)于一個(gè)工程模型,CADWorx軟件的可編輯版文件是有幾十個(gè)文件組成,對(duì)于業(yè)主或者施工方,這些文件太過復(fù)雜。但隨著工程項(xiàng)目數(shù)字化的進(jìn)展,一般業(yè)主和施工方,都需要三維模型文件,一方面有利于數(shù)字化文件的交付,另一方面可以幫助業(yè)主對(duì)工廠的管理,并且三維模型能幫助施工方更好的施工,因此CADWorx軟件內(nèi)置了三維模型的導(dǎo)出,導(dǎo)出的文件需要Intergraph公司的CADWorx Review軟件打開瀏覽,但此CADWorx Review軟件在設(shè)計(jì)行業(yè)中不太流通,在業(yè)主和施工方幾乎是沒人使用。

因?yàn)镃ADWorx軟件是基于AutoCAD平臺(tái)的一款完全兼容AutoCAD命令的三維工廠設(shè)計(jì)軟件,Autodesk公司給AutoCAD軟件提供了導(dǎo)出三維模型的功能,但此功能需要安裝Autodesk Navisworks Export插件(插件可在Autodesk公司的官網(wǎng)上免費(fèi)下載,前提是購買了AutoCAD軟件)。安裝完Autodesk Navisworks Export插件后的CADWorx軟件,在命令行中輸入NWCOUT后,就可以將需要導(dǎo)出三維模型的文件導(dǎo)出“.nwc”格式的三維模型文件,此三維模型文件可以用Autodesk公司的Navisworks軟件打開,并且在軟件的“數(shù)狀結(jié)構(gòu)”欄中可以清晰看見工程項(xiàng)目的組成;選擇模型中任意的元件,在“特性”一欄中能夠看到相應(yīng)元件的各個(gè)屬性。

將設(shè)計(jì)文件導(dǎo)出三維模型文件,一方面由于導(dǎo)出的三維模型文件的不可編輯的特性,能夠充分保護(hù)設(shè)計(jì)方的設(shè)計(jì)內(nèi)容泄露;另一方面導(dǎo)出后的三維模型文件,能夠幫助業(yè)主和施工方充分了解整個(gè)工程項(xiàng)目,用于指導(dǎo)后續(xù)的項(xiàng)目施工及運(yùn)行。

10 特殊管口的使用

無法在父系元件上建立管口時(shí),CADWorx軟件為設(shè)計(jì)人員設(shè)立了“特殊管口”,位置在Plant I標(biāo)題欄中“其他”單元的左下角處。特殊管口的使用,如圖15所示,描述欄中填寫管口號(hào),再填寫設(shè)備名稱,并尺寸和連接方式等屬性,就能建立特殊的管口。

圖15 特殊管口及其屬性工具

在聚丙烯裝置精制單元的管道設(shè)計(jì),與其他設(shè)計(jì)單位的交接或各裝置之間的連接點(diǎn),都需要反映在圖紙中,在實(shí)際操作中,將交接點(diǎn)全部使用了“特殊管口”的形式處理(此處描述欄填寫交接點(diǎn)號(hào),設(shè)備名稱處填寫交接裝置名稱),這樣管道軸測(cè)圖中就能清晰反映管道后續(xù)的去處,如圖16所示。

圖16 裝置交接點(diǎn)處特殊管口的應(yīng)用

11 結(jié)語

在使用CADWorx軟件進(jìn)行管道專業(yè)三維模型設(shè)計(jì)的過程中,會(huì)遇到各種設(shè)計(jì)、軟件使用等問題,本文論述了幾種在聚丙烯裝置精制單元管道設(shè)計(jì)中的問題及解決或優(yōu)化方法,這些方法可以沿用到CADWorx軟件在各個(gè)領(lǐng)域中的管道設(shè)計(jì)過程中。只有認(rèn)真識(shí)別和分析這些問題,靈活運(yùn)用各種解決方法,才能處理好各式各樣的錯(cuò)誤報(bào)告,生成正確的管道軸測(cè)圖和綜合材料表[3]。