在三維工廠設計中配管與工藝專業的協作設計

摘 要：簡單介紹在油氣處理站廠工程項目三維設計過程中，配管專業和工藝專業的設計分工，闡述了兩個專業之間需要提交和共享的信息，明確階段性三維模型審查的作用，確定和諧的專業協作是提高設計質量的基本保證。

關鍵詞：三維模型；配管；工藝；協作設計；模型審查；

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-01

若干年前以二維平面設計為主的年代，設計院的工藝系統設計和安裝設計是不分專業的，同一個設計人員可以完成各自工藝單元的PID，管道/設備布置圖，材料表等一系列文件的編制，這樣工作模式要求設計人員必須是專業通，管道安裝能最大程度滿足工藝需求，但是設計效率低下，人工繪制的圖紙和材料表“錯，漏，碰，缺”相對較多。

近年來，隨著項目設計的質量要求越來越高，三維工廠設計的優越性逐步體現出來，它采用全比例三維實體建模，將工程設計轉化成為一個真正的三維工廠實體模型。為了最大限度的提高三維設計效率，設計人員按照設計流程被劃分角色，工藝專業負責系統設計，配管專業負責安裝設計，各司其職，已成為必然趨勢。

下面，以實際進行的某國外大型油氣處理站場工程為例，在配管三維設計和工藝PID沒有集成的條件下，介紹一下在項目設計過程中，配管專業與工藝專業之間相輔相成的工作狀態。

一、工藝文件是配管專業最重要的設計輸入

（一）工藝PFD （Process Flow Diagram）

PFD它表達了一個生產工藝過程中的主要工藝設備，以及一些關鍵節點的物料溫度、壓力、流量和組成。通過PFD，可以對整個生產工藝過程和與該工藝有關的基礎資料有一個根本性的了解。

（二）工藝PID （Piping and Instrumentation Diagram）

PID即管道及儀表流程圖。借助統一規定的圖形符號和文字代號，用圖示的方法把建立工藝裝置所需的全部設備、儀表、管道、閥門等，按其各自功能以及工藝要求組合起來，以起到描述工藝裝置的結構和功能的作用，是工廠設計中從工藝流程到工程施工設計的重要工序，是工廠安裝設計的依據。

（三）工藝管線表 （Line list）

工藝管線表是與PID完全對應的，定義了PID內所有管線的起點和終點、流體類型、操作/設計溫度和壓力、保溫防腐形式、試驗介質/壓力、管線射線探傷比例、應力計算需求等，是單管圖的重要組成部分。

二、配管專業文件是實現工藝系統設計目標的根本保證

（一） 三維工廠模型（設備/管道部分）

以實體的形式建立工藝裝置所需的全部設備、管道、支吊架、管件、閥門、法蘭、墊片、各種特殊件、各類在線儀表等，將工程設計由二維平面轉化成為一個真正的三維工廠實體模型。

（二） 管道ISO圖

單管圖是管線的三維立體走向的平面示意標注圖，可以直接從三維模型中自動輸出，一般需要標注管路的走向、長度、直徑、材質、壁厚、甚至焊口編號和防腐等級等以及在管線表中列出的各種參數（具體需要標識內容依據實際要求而定），用于指導施工過程中的管道預制、安裝、試壓、探傷。

（三）其他

從三維模型中自動輸出的設備布置平面圖/立面圖，管道平面布置圖/剖視圖，管道支吊架詳圖，大宗材料表等，用于指導施工及采購。

三、設計過程中兩個專業需要互相傳遞的設計信息

配管專業的工作是通過對管道設備的安裝來實現工藝系統設計目標，通常工藝專業通過PID向配管專業傳遞的設計信息包括：

1、設備安裝高度的要求。通常泵的吸入口設備安裝高度需要滿足吸泵的上真空高度要求；還有些設備需要考慮相對高差的關系，如穩定塔和塔底再沸器。

2、容器管口方位。工藝PID中，對容器的控制液位、界面，穩定塔塔板，分離器堰板等會顯著標識，儀表專業會據此首先確定液位儀表管口高度位置，工藝專業還需確定關鍵工藝進出管口高度位置，而后，配管專業需要在滿足安裝和檢修的要求下向設備專業或廠商提交管口方位和梯子平臺資料。

3、管道安裝“無袋型”以及坡向要求。通常，對于氣相管線、氣-液兩相流管線、安全閥進出口管線、火炬放空管線、重力流管線，工藝專業都會提出以上特殊要求。配管專業應嚴格執行，但是如果出了現安裝確實無法滿足的實際情況，則必須通知工藝專業采取措施，如對氣相管線、氣-液兩相流管線，在無法滿足“無袋型”要求時，考慮對其實行電伴熱，并在低點設排液閥。

4、管道對稱安裝要求。為了考慮特殊設備流量分配均勻的需求，并聯運行的再沸器、并聯運行的泵的吸入口、空冷器進出口的管道安裝都需要對稱布置，通常工藝PID會做出特別說明。

5、其他要求。如果圖面無法表示清楚，PID還會在附加說明中提出更具體的要求，例如，說明中指定某設備管口為公用工程接口，則配管專業需要在其15米范圍內考慮公用軟管站；要求某就地儀表可讀，則需要在可操作范圍內考慮平臺或通道等。

配管專業需要向工藝專業傳遞的設計信息包括：

1、安全閥進出口管線安裝。配管專業應主動向工藝專業提交安全閥進出口管線安裝的安裝圖，用于工藝專業壓降核算，確認合適的管徑。

2、公用工程系統容量計算。例如熱媒系統膨脹罐的容積計算和啟動階段的熱媒加注量，需要由配管專業計算熱媒系統整個管路容積來協助工藝專業計算。

3、PID/UID修正。尤其是全廠分配的公用工程包括給水、工廠風、儀表風、氮氣以及火炬、開閉排管網的PID/UID，是需要由配管專業最終根據三維模型實際的安裝情況完成的。

四、階段性三維模型審查

分階段的三維模型審查，是檢驗項目進度和質量的重要手段。模型審查中，需要工藝專業積極參與，主要審查總圖布局是否順應工藝流程走向，關鍵設備管線安裝是否滿足工藝需求，并結合操作運行要求進行可操作性檢查。通過了工藝專業的審查，就實現了配管專業最重要的設計目標，其余的管道布置調整設計在不影響大的設計原則前提下，對于配管設計質量不會產生較大影響。

綜上所述，雖然配管和工藝專業在工作分工、設計人員分配上有了明顯的界定，但是在實際的設計過程中仍不可避免地存在著大量專業交叉內容，兩個專業的設計人員需要在工作過程中更加主動地相互交流，共享設計信息和成果，以彌補在各自設計中的不足，最終達到提高設計質量的目標。