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空分工程设计中PDMS的开发应用

摘要:随着国家经济建设的飞速发展,空分市场的完善,用户对工程投资成本核算越来越严格。这要求从工程设计源头开始,就需要提供更加精确细致的设计成品。传统的设计方式在满足工程技术性、经济性等要求下,有效提高设计成品精度的问题,引进新的设计方式已是势在必行。PDMS为一款一体化多专业集成布置设计数据库平台,在以解决工厂管道设计为核心的同时,解决设备、结构、建筑、暖通、电气、仪表等各专业详细设计及协作联动方面效果显著。

关键词:空分工程;工程设计;开发;应用

近年来随着国家经济建设的飞速发展,空分设备的主要用户由常规的钢铁冶金行业拓展到了石化、煤化工、电子等行业。在全球寻求替代能源和国家能源结构政策调整的大背景下,以及中国煤化工行业自身领先的产业化进度和技术,也给空分行业带来了新的机遇和发展。在伴随这种快速发展的前提下,工程投资成本核算也越来越严格,传统的设计方式在新的工程技术性和经济性等多重要求下愈显乏力,引进新的设计方式势在必行。PDMS为一款一体化多专业集成布置设计数据库平台,在以解决工厂管道设计为核心的同时,解决设备、结构、建筑、暖通、电气、仪表等各专业详细设计及协作联动方面效果显著。下面结合内蒙古辉腾2×48000Nm3/h空分装置的工程设计,探索PDMS在大型空分中的开发与应用。

1PDMS三维设计软件的前期开发

开封空分集团有限公司是国内空分行业最早引进和运用PDMS进行冷箱内管道设计的企业,公司自1997年引进PDMS以来,成功应用于多套空分装置的工程设计,效果显著。但随着近年来空分装置愈来愈趋向大型、特大型化,之前针对空分规模等级的定制越来越不满足目前空分装置的设计要求,因此,在2012年起对其进行了升级和二次开发,针对大型、特大型空分装置的特点丰富了软件,包括数据库的开发、各专业协同设计的功能优势。

1.1针对管道材料等级和元件库的建立和完善开发

依据目前大型空分装置的工艺流程特点,针对性的完善了空分管道材料等级库和元件库,涵盖了从低压到高压、从欧标到美标、从小DN8到DN3000;材料也完成了铝合金、碳钢、低温钢、不锈钢、合金钢、镀锌钢的全覆盖,更精确的满足大型、特大型空分装置工程设计的要求。

1.2针对特殊元件的开发

在空分装置的工程设计中会出现一些数量相对较少但却不可缺少的特殊元件如8字盲板、锥形过滤器等,为它们组建专门的特殊元件库,设计中极大的简便了建模工作。

1.3阀门库的开发

在空分装置中涉及的阀门种类、规格较多,如蝶阀、闸阀、截止阀、球阀等,为了与实际贴和,采取了参数化的设计,最大程度的还原阀门的实际形态。

1.4定制标准化的出图

进一步开发PDMS的出图功能,定制标准的设备布置图、管道布置图、单线图的出图图框,实现设备名称、支撑标高、管口信息、材料信息及汇总的自动输出。

2PDMS三维设计软件在内蒙古辉腾空分装置工程设计中的应用

在内蒙古辉腾空分装置的工程设计中,依据国内相关的技术规范要求,采用全新升级的PDMS软件系统,并同步设备、结构、建筑、暖通、电气、仪表专业。内蒙古辉腾空分装置的PDMS工程设计中包括空分装置各工艺系统、液体贮存系统和设备、结构、建筑布置,PDMS建模效果图见图1。在压缩系统、预冷系统、纯化系统、膨胀增压系统、精馏系统、液体贮存系统的管道设计中,PDMS三维软件的应用极大的提高了施工图设计的深度和精度;对于装置内部综合管网的工程设计,管道专业设计师同建筑、结构、仪表、电气、暖通专业设计师沟通协调,通过反复协商修改,调整管道布置,有效的解决了各专业之间碰撞和冲突问题。

2.1压缩系统管路的工程设计

气体压缩系统管道的工程设计,利用PDMS完成压缩系统内设备、结构、土建等模型后建立管道模型,并利用管道应力分析软件调整完善管道支架位置、管道走向或通过必要的补偿设备,满足空气压缩机、空气增压机、汽轮机、空冷器等设备管口的受力要求;同时通过和仪表、电气等专业协同配合解决碰撞和冲突问题。压缩系统管路的PDMS建模效果图见图2。

2.2纯化系统管路的工程设计

纯化系统管路是空分装置最复杂的管道配置单元之一,管径范围跨度大,管道介质和流动方向循环切换,切换过程中介质温差变化较大,管路复杂。在内蒙古辉腾空分装置项目中,仅通过PDMS完成设计建模,即可完成提取各种轴侧视图、剖面图、设备平面布置图、管道平面布置图、管道单线图,在满足施工要求的同时,也给生产、管理和维护改造提供了极大便利。纯化系统管路的PDMS建模效果图见图3。

2.3精馏系统管路的工程设计

精馏系统管路是指空分冷箱内低温介质和外部常温介质的管道交接系统管路,包含自膨胀增压系统至空分冷箱以及冷箱与其它设备相关衔接的管路系统。在这些相关衔接管路中,操作温度从-196℃到环境温度,温差变化较大,应力的消除极为重要,既对冷箱整体结构有影响,也对外部管路的设计水平提出了更高要求。借助PDMS三维立体模型,通过应力分析软件的反复校核调整,很短的时间内就完成了整个系统的优化。精馏系统管路的PDMS建模效果图见图4。在内蒙古辉腾2×48000Nm3/h空分装置的工程设计中,采用PDMS三维设计软件,对空分设备的工艺设备、管道、建筑、结构、电气、仪表等的总平面布置进行综合、全面、协同的三维设计,有效避免了在施工过程中发生的各种碰撞和冲突问题,大大节省了人力物力。

3结束语

PDMS三维设计软件为布置设计提供了易于操作、高效直观的设计环境,同时也带来了专业化、流程化的设计理念。在空分工程设计中应用PDMS三维设计技术,设计精度和设计深度比较常规的二维设计有了极大提升。通过PDMS提取三维设计效果图、ISO单线图、剖面图、侧视图、设备表、管口表和材料表等,也大大提高了工程设计效率。在面对规模日趋大型化、特大型化的空分装置设计中,应用PDMS一体化多专业集成布置设计数据库平台,极大地降低了设计工作量,通过与应力计算配套完成的施工图设计,也有效提高了设计精度,多专业同步协同合作,也大大降低了施工过程中常出现的碰撞和冲突问题。PDMS在面对越来越规模化、越来越复杂的空分工程设计,表现出越来越强的综合竞争力,也必将带动整个空分行业的整体设计水平。

参考文献

[1]PDMS用户指导手册AVEVAUserDocumentation.

[2]万金发PDMS三维软件在工程设计中的应用钢铁技术2002.06.

[3]李向东谈PDMS三维配管在化工工程设计中的应用《化工管理》第20期.

作者:黄新民 单位:开封空分集团设计研究院有限公司

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