PDMS在大型空分設備工程協同設計中的應用

張 益，蘇苗印，李晶晶

（杭州杭氧化醫工程有限公司，浙江 杭州 310014）

空分設備的設計與制造，空分設備的工程設計，空分設備的使用、管理及維護是空分行業系統的組成部分。三者之間關系密切，互為依存[1]。近年來氣體應用技術及市場發展很快，促進了空分設備技術的發展。隨著公司在空分EPC總承包工程項目的增多，建設工程的逐步推進，無論是對項目的設計質量控制還是施工管理都提出了較高的要求，同時大力提倡、引導各專業技術人員在工程設計中采用統一平臺的協同設計。現通過伊朗BUPC公司84000 Nm3/h（氧）空分項目介紹PDMS在大型空分設備工程協同設計中的應用情況，以及對PDMS在空分設備的施工管理和運維的應用方面提出一些看法。

1 項目簡介

項目總占地面積近15000 m2，總投資約6億元，包括壓縮機廠房、配電室、中控樓等，其中空分主裝置位于室外裝置區。

本項目契合當前空分設備大型化、關鍵配套部機高效化、總體集成技術成熟化的發展趨勢，采用主流先進的分子篩凈化空氣、空氣增壓、帶增壓透平膨脹機制冷、膨脹空氣進下塔、產品氧氣氮氣內壓縮，規整填料上、下塔工藝。由于本項目屬于涉外項目，業主對設計質量要求極高，且產品規模大，裝置區各專業管線交錯復雜，極易發生專業間的軟硬碰撞，需要借助PDMS協同設計平臺，充分發揮協同設計的優勢。

圖1 伊朗84000空分項目PDMS三維模型

2 協同設計的前期準備工作

本項目以美國標準為基礎，結合伊朗當地的法律法規、標準規范及業主方對項目的特定要求建立了各專業相關的元件庫和等級庫。

圖2 伊朗84000空分項目PDMS數據庫

通過將各專業成員分配到對應的工作組，只有在本組內的成員才對本組內的數據有讀寫權限，并將不同的工作組整合在一起建立統一的工作區，使各專業設計人員在同一個工作區內有序、高效地進行協同設計并實時進行碰撞檢查。

3 空分工程的協同設計內容

本項目的協同設計內容包括：壓縮機組及廠房、空氣預冷系統、分子篩純化系統、冷箱外部工藝管道系統、后備儲存系統、氧氮氬氣調壓系統、放散防護系統、各建筑單體、產品氣管廊、綜合管線布置、支吊架設計、出圖及材料報表輸出。

3.1 壓縮機組及廠房

本項目采用汽輪機驅動壓縮機組的“一拖二”方式，其熱力管道、轉動機械管道的管系應力相當復雜[2]。通過PDMS對壓縮機廠房、壓縮機機組及附屬系統建模及管道設計，并結合應力計算軟件CAESARⅡ，準確定位了壓縮機出口管道和高壓蒸汽管道的支架位置，有效地保證了向建筑結構專業提出準確的設計條件，同時滿足壓縮機組管口的受力要求。

3.2 分子篩純化系統

分子篩純化系統的管系是空分裝置中最為復雜的管道配置單元之一，涉及管徑范圍從DN25到DN1400，其吸附、再生過程中溫差大，設備及管道受到熱脹冷縮時的循環應力交變，因此，其合理布置對空分設備的穩定運行相當重要[2]。通過PDMS二次開發工具UE-PSI將管系導入CAESARⅡ軟件，并在CAESARⅡ中建立分子篩吸附器設備模型。使設備和管系共同進行熱脹分析，從而確定設備固定端方位、設備支撐點推力值、管系柔性足夠、支吊架的形式、位置和數量。

3.3 產品氣管廊

由于本項目產品規模大，且設有氧氮氬氣調壓系統，故產品氣管道數量較多，造成產品氣管廊較擁擠。通過PDMS三維配管和管廊建模，可優化管廊上管道布置方案從而減小管廊寬度，節約成本。以往工藝給結構專業提管廊荷載條件多是將三維模型導到二維CAD平臺上進行二次加工。現可利用PDMS二次開發荷載工具，將管廊荷載直接輸入到管廊模型中，并通過PDMS與結構計算軟件PKPM的接口工具，將有荷載條件的管廊模型導入PKPM中，方便結構設計人員進行計算。

3.4 綜合管線布置及支吊架設計

本項目綜合管線以工藝配管為主導專業，在此基礎上建立室外水溝和電纜溝模型。架空電纜沿工藝管廊鋪設或設置獨立管架。以上幾個專業通過PDMS進行協同設計，可實時查看各專業建模進度，如發生碰撞會高亮顯示，提示進行修改。

在根據工藝流程圖校核完三維配管后，可通過支吊架二次開發工具SSP建立物理支吊架模型。該支吊架工具的數據庫采用《管架標準圖》HG/T 21629-1999，可自定義各種類型支吊架的尺寸及生根點。建立支吊架模型后，能自動統計管架材料和生成管架一覽表，并在管道軸測圖中準確定位支吊架位置。

3.5 出圖和材料報表輸出

PDMS出圖主要包括管道軸測圖和管道平面布置圖。

管道軸測圖可利用定制好的公司模板文件通過PDMS的ISODRAFT模塊批量自動導出。

管道平面布置圖可利用二次開發出圖工具eZOrtho導出。該出圖工具具有以下功能：

（1）可自定義三維模型的出圖范圍和出圖視角。

（2）將三維模型按照工程設計院的出圖風格轉換成二維CAD圖紙。

（3）在二維CAD圖紙上自動添加各種標注，如尺寸標注、管線號管線表標注、設備位號、閥門位號、儀表位號等。eZOrtho解決了PDMS的DRAFT模塊導圖存在標注錯亂、重疊的問題。

PDMS的Reports具有快速生成報表的功能，可依據工程設計院的設計要求進行二次開發，自動生成符合工程設計院要求的材料表，而且統計準確。需要說明的是，應用PDMS二次開發對提高設計效率有著重要影響，二次開發水平的高低直接影響著設計效率的高低[3]。

4 PDMS在施工管理和運維的應用

PDMS可導出rvm格式漫游模型，并通過漫游軟件Review向施工單位交底。同時，結合項目管理軟件Primavera P6，在橫道圖和網絡圖中輸入作業和關系，可以清楚地展示施工進度，指導施工，使施工管理邁上新臺階[3]。

為了更好地進行工廠的運行和維護，越來越多的業主希望在得到設計單位圖紙的同時，也能得到數字化工廠三維模型，即實現數字化交付[3]。數字化交付可使用AVEVA NET作為平臺，整合包括智能PID、PDMS三維模型、采購文檔、施工文檔、試運行文檔和其他非結構化的數據等，實現軟件數據向數字化平臺的自動發布，基本打通了數字化交付的流程，不同用戶可通過網頁終端瀏覽以設備位號為核心的結構化網絡數據，顯著提升了對EPC管理的效果[4]。并且《石油化工工程數字化交付標準》GB/T 51296-2018已于2019年3月1日實施，對工程設計院采取數字化交付的交付內容和深度也起著指導作用。

5 結語

空分工程中應用PDMS三維協同設計，使設計精準度和設計深度大大優于以往的二維設計。從三維模型提取漫游圖、管道軸測圖、材料表等，這僅僅是對于三維設計軟件的初步開發應用。對于復雜管網的設計乃至后期施工管理及運行維護方面，PDMS都有著強大的系統支撐平臺。應用PDMS三維協同軟件，結合二次開發工具和CAESARⅡ應力計算軟件，大大地優化了復雜管系的設計，極大地提高了設計效率，有效地降低設計計算工作量。同時，在設計階段就有效地解決了施工中常出現的碰撞問題，使工程設計水平上了一個新臺階。