石油化工装置管道设计模块化

石油化工装置管道设计模块化摘要：通过分类、整合、模式化把石油化工装置管道设计可能涉及到的配管型式全部提前做好，然后在后续设计过程中直接查找应用，调用做好的模块，就像几千年前的活字印刷一样，把调用的模块进行组合就可以完成设计。关键词：石油化工装置；管道设计；模块化1设计发展历程简述我国石油化工装置管道设计经过40多年的发展，已经今非昔比。最开始计算机还未普及，设计都是手工绘图，这个工作量是无法想象的，后来随着技术的进步，AUTOCAD等二维电脑设计软件开始代替手工制图，设计效率实明显提升，目前随着三维设计软件的普及，设计质量和效率都实现了质的飞跃。但设计者的工作量仍然很繁重，每个新的项目都要重头开始设计、画图，一个大型项目往往需要多人通力合作，导致设计质量和设计一致性也无法保证。2模块化设计理念目前，大型工程公司在总结以往设计经验的基础上，均不同程度开展了以专业设计为主线的标准化设计、通用设计，编制了专业设计导则、标准图集等，以降低设计重复劳动，提高设计效率，规范专业设计，降低设计差错率，这为模块化设计奠定了一定的基础。所谓模块是构成系统、具有特定功能的可兼容和互换的独立单元。如果我们建立一个模块库，一个涵盖几乎所有通用类型配管的模块库，那么我们就可以根据每个项目的实际情况从模块库中进行筛选组合即可完成项目设计，而无需再一笔一笔的画了。这将大大减轻劳动强度，提高设计效率和质量。3模块化的优越性有了模块化，设计将得以在线传承和不断升级完善，通过不断积累和优化，可以实现工程设计系列化、标准化和模式化。又因为模块化要求减少差异性，增加通用性和一致性，这就会促使标准化的推行，对于某些特定项目的装置或者单元来说，只进行微调就可以整体复用，设计工作效率和设计质量也将发生质的改变。而且对后续采购、制造、施工、装置维护等环节也会产生积极深远的影响。4管道系统模块化设计的瓶颈以上管道模块化设计均基于PDMS三维设计软件而言。目前，PDMS三维设计软件，设备建模已经实现了模块化，数据库已经自带了不同类型的设备模块，而且不同项目的设备均可以互相复制。但管道建模还没有模块化，不同项目之间也无法互相复制共用。这主要是因为管道模型需要材料等级库的支持，项目不同材料等级一般都不相同，导致管道模型每一个管件都自带属性，无法通用。而且材料等级不同，管件的物理尺寸也不尽相同，比如都是DN50的阀门，欧标和美标的尺寸不同，压力等级不同尺寸也不同，这就导致管道模型变得复杂了。这也是为什么目前PDMS管道模型无法像设备模型一样进行模块化和通用的原因。但复杂不代表无法实现，对管道模型进行详细的分类和标准化，管道建模模块化应该也是可以实现的。5管道系统模块化设计的思路基于PDMS的模块化技术分为管道的模块化设计和PDMS软件开发两部分，二者既相互独立又相辅相成。模块化设计就单个部件来说仍是以传统设计方法为基础，而从总体上来说则是对传统设计方法的进一步发展和完善。管道系统的模块化设计的思想就是将管道系统按逻辑结构自上而下分解成若干子模块，将这些模块进行有机组合，就可组成不同的装置种类。这样，在设计中可以将装置划分为单元模块、单体模块等，并逐一通过建立一个以三维数据库为核心的PDMS环境，以空间组合来进行设计整合。可以看出，单体模块，即通用模块的建立，是需首要解决的问题。炼油化工装置的设计，存在大量的简单重复。要解决此问题，单体模块的储备和复用是最基础的工作。具体的单体建模过程如下：首先根据《石油化工装置工艺管道安装设计手册》第一篇：设计与计算（第五版）中第五章装置内管道设计，将管道进行模块化设计，以泵的管道模块化为例进行说明。石油化工涉及的泵的工艺流程基本类似，泵入口一般有泵入口异径短节、过滤器，入口阀门，倒淋、吹扫以及进出口跨线。进泵方位一般有两种：埋地进入或者从高出进入。排列组合这些配管型式，然后把常用的口径全部画出来做成模块，导入PDMS库里。泵出口一般有出口异径短节，压力表，止回阀，倒淋，出口阀，暖泵线，出口方式根据口径有2种配管型式，同样的把常用的口径全部画出来做成模块，导入PDMS库里。这里需要说明的是，所谓模块化就是要尽量统一型式，设计手册规定的泵配管方式很宽泛，并无非常严格的限制，比如管件之间的短管长度，泵出口型式也有很多种，而我们在模块化的过程中都要进行具体量化，统一。做好之后就可以像设备建模一样，在画图的过程中进行选用了。其他设备的配管类似，不再赘述。6管道系统模块化设计的先决条件当然要想实现标准化和通用性，仅仅是管道设计模块化还远远不够，管道专业在整个设计环节中处于承上启下的位置，上游有工艺和材料专业，下游有土建结构，设备，仪表，电气等专业。首先需要工艺和材料专业实现统一化和标准化，工艺专业，在进行设备选型的时候，就要求选用的设备要尽量一致，具备可替代性，尽管工况不同，那么我们选用的设备型号也要保证一致，比如两台泵，一个要求流量100m3/h，扬程50m，一个要求流量150m3/h，扬程100m，有没有可能选择同一型号的泵来同时满足这两个不同的工况？而对于材料专业，不同操作介质，不同操作温度压力工况下，管道或者设备材料等级是否可以统一？目前管道材料等级分类非常琐细，导致材料等级太多。要想实现模块化，必须进行合并和统一，减少不必要的等级分类。这样做有可能在前期投入上可能会增加投资，因为为了满足最苛刻工况，我们选择的等级可能会提高。但在后期管道设计，施工以及设备维护保养和紧急代用互换等方面展现出很大的优势。其次管道专业对下游专业委托资料的模块化也非常有必要，委托资料是下游专业开展工作的前提，其工作量也很繁重，模块化以后不仅可以节省编制委托的时间，而且为下游专业模块化创造条件。7结束语本文只是提供一个想法，即PDMS管道设计模型模块化，并未给出详细可行的实施方案，因为这需要PDMS软件工程师的介入，特别是如何克服不同等级带来的鸿沟，而且需要材料专业甚至是工艺专业标准化模块化的配合，即不同的项目，尽量保证材料等级的一致性，设备选型的一致性。就好比目前各种品牌的智能手机充电均采用统一的数据接口，不同项目的材料等级也可以做到相对统一，设备选型也可以按照工况选择模块中已有的型号。管道模块化设计不仅仅是一个设计过程，更是一种设计理念，我相信在不就久的将来，随着思想和技术的不断发展，设计人员将从繁重的画图工作中解脱出来，把更多的精力投入到设计优化中。参考文献：王辉.PDMS三维设计软件在模块化设计中的应用[J].化工设计.2016,26(3):18-22.张林青，王欣雨.基于PDMS