PDMS三維軟件在提高信息化教學中的應用
——以均四甲苯氧化車間設計為例

王 淳，戎小飛，吳莉莉

（南京科技職業學院 化工與材料學院，江蘇南京 210048）

隨著信息化技術的普及，三維立體已成為工程制圖的主流。作為國際三大主流三維工廠設計軟件之一，PDMS（Plant Design Management System）因其先進的設計理念，強大的設計功能和開放的開發環境，在核電、電力、石化、化工和海洋工程等行業得到了廣泛的應用。為了培養化工類學生的化工流程觀念，更好地理解工藝過程，本文以我院自主研發的均四甲苯氧化工藝為例，探討如何應用PDMS 軟件進行均四甲苯氧化車間設計。

1 工藝特點

均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐，工業反應器為列管換熱式固定床反應器，典型強放熱反應；均四甲苯與空氣在一定溫度下，在催化劑床層中催化氧化生成均酐及少量副產物，同時還有均四甲苯完全氧化為二氧化碳和水。具體工藝流程如圖1所示。均四甲苯在汽化器中加熱熔化，與空氣預熱器預熱后的空氣混合汽化，與經空氣預熱器預熱后的空氣混合后進入反應器催化劑床層反應，反應氣進入產品捕集器冷凝結晶。未結晶的酐及副產進入水吸收器，溶解吸收，未凝氣經尾氣冷凝進一步冷凝后經尾氣流量計計量放空。

2 PDMS軟件特點

PDMS 是英國AVEVA 公司于1976年推出的三維工廠設計管理軟件，以全比例三維實體建模；可進行多專業協同設計，不同地點設計模型通過互聯網實現中央管理、異地動態實時更新，實時異地協同設計。交互設計過程中進行三維碰撞檢查，使無差錯設計和無碰撞施工成為可能。擁有獨立的數據庫結構，元件和設備信息可存儲在參數化元件庫和設備庫中。具備開放的開發環境，可進行二次開發，設計工作更精確和個性化。

圖1 均四甲苯氧化制備均苯四甲酸二酐工藝流程圖

3 PDMS在均四甲苯氧化車間設計中的應用

均四甲苯氧化車間裝置建模流程為：首先建立均四甲苯氧化工藝文件庫，隨后建立工藝流程的軸網，在此基礎上進行結構建模、設備建模和管道建模，判斷是否建立電氣儀表暖通建模，最終出管線單管圖、材料、設備平面布置圖及管道平面布置圖。

3.1 建立數據庫

設計一個完備的均四甲苯氧化車間，第一步是建立完整的數據庫。模型建立，圖紙生成均建立在該數據庫上。PDMS軟件自身配置了美國國家標準、英國標準和德國標準的元件等級庫，這些標準元件能滿足設計需求。考慮到我院均四氧化實訓裝置多為一些國內標準元件，例如國標管件、化標管件，Y 型料漿閥、角式放料閥、靜態混合器等，可根據規則繼續補充和完善數據庫，為以后進行設計奠定基礎。

3.2 元件庫

PDMS 數據庫分為元件庫和等級庫，元件包括管道元件和鋼結構元件等，非法蘭連接的管件通過建立管理層、元件、點集、型集和管件描述等5個步驟完成創建，法蘭連接的管件除上述步驟外，還需要與螺栓表關聯起來。等級庫的作用是將用戶和元件庫聯系起來。本項目采用HG/T20519.6—2009管道材料等級代號方式建立L1B 和M1B 兩個等級。

3.3 設備建模

設備建模可以通過標準設備模板、參數化設備模板、搭積木和讀取宏文件完成。就均四甲苯氧化車間而言，可利用標準設備模板或參數化設備模板建模，缺點是模型設備參數固定，不可修改。若項目中存在大量的非標準設備和特殊設備，此時需要利用“搭積木”方式將基本體組合生成設備模型，這種方法生成的模型和實物高度吻合并且修改方便。

以建泵模型為例，通過標題欄DESIGN，打開下拉菜單，點擊EQUIPMENT，進入設備模塊。選擇該設備模型放置的位置，一般放置在設備的SITE 區域。創建設備，打開標題欄內的CREATE 下拉菜單，選擇EQUIPMENT，進入設備模塊，輸入設備名稱和定位，在設備模塊目錄下可見新建設備名稱。軟件中常有成型的設備模塊，若該設備模塊不能滿足需要，就必須像搭積木一樣的搭設備模型，點CREATE，選擇PRIMITIVE，創建設備需要的積木。

3.4 管道建模

均四氧化車間設備模型管道布置是設計中最為耗時的工作，在項目設計周期內，管道設計幾乎占工程總工作日的一半。本車間共有315根管道，因為均四甲苯和均苯四甲酸二酐容易在管道中結晶，造成堵塞，管道設計時必須考慮蒸汽伴熱問題。在管道建模過程中，管道信息要準確詳細，管道名稱、管道等級、公稱直徑、溫度、壓力、隔熱厚度、伴熱等級等都要逐項輸入。在管道建模的同時，要進行設計檢查，主要有數據一致性檢查、碰撞檢查和軸測圖檢查。數據一致性檢查包括：需要連接的元件是否處在同一個方向、是否沿同一軸線對齊、是否管徑一致、是否具有相匹配的連接形式、檢查管段長度是否小于預定義的最小值等。

碰撞檢查是管道建模過程中的一項重要工作，利用碰撞檢查，可以在生成管道分支時發現錯誤并及時更正。可設置接觸間隙值、重疊值和誤差值，確定檢查范圍，最后運行碰撞檢查。碰撞檢查可以檢查出管道與儀表之間、管道與管道之間、管道與建筑結構之間、閥門保溫及檢修空間與設備之間的各種碰撞。經過前兩次檢查，管道建模過程中出現的問題基本排除完畢。為保證最終軸測圖出圖質量，對選中的管道試出圖，如果圖紙左上角出現“FAIL”字樣，說明該管道連接有誤，此時應返回設計界面對該管道進行修改，直到出圖。

建立管道為例：①通過標題欄DESIGN， 點擊PIPEWORK，進入管道模塊。②選擇放置管道的目錄，選擇CREATE 中PIPE，輸入管道編號，在SPECIFI CATIONS 中選擇管道等級，保溫選項中選擇保溫類型和厚度，選擇伴熱情況。出現分支連接的對話框，在HEAD/TAIL SETTING 中選擇CONNECT（指管道的頭或者尾部與已有信息的管件 或者設備管口連接），HEAD 管道起點連接到設備管口，選擇APPLY，對話框出現灰色，鼠標點擊需要的設備管口，同理，選擇管線末端與設備管口連接。③增加管線的管件。點擊CREATE，選擇COMPONENT，選擇彎頭，然后選擇法蘭、墊片、儀表元件、墊片、法蘭、彎頭，緊固件不需要選擇，自動出現和匯料。

3.5 均四甲苯氧化車間設備和管道布置圖

均四甲苯氧化車間設備布置圖和管道布置圖如圖2所示。整個設備布置在三層空間中，空氣壓縮機、氧化反應器、緩沖罐和相應的調節閥在第一層，第一和第二空氣預熱器在第二層，濕式流量計在第三層。利用PDMS 軟件自帶的自動出圖功能，首先對出圖范圍、風格、視圖方向、消隱模式、視圖比例、自動標注、自動列表等進行定義。在出管道布置圖時，由于管道較多，標注出現部分重疊現象，需要對管道進行重新標注。根據均四甲苯氧化車間設計工作的特點，本車間共分兩個階段完成了設備基礎條件、平臺條件、樓板開孔條件、地面及地溝條件、儀表條件等。上述條件除樓板開孔需重新出圖外，其余皆可利用生成的設備布置圖和管道布置圖修改而成。

圖2 均四甲苯氧化車間PDMS圖

4 結束語

隨著化工行業產業結構的調整，企業對用人提出了新的要求，為了滿足行業、企業的要求，應用化工技術專業的培養目標由原來的知識型轉化為技能型，為生產第一線培養出能夠解決實際問題的高技能人才。

大部分化工企業設備復雜，工藝流程繁難，生產規模較大，在識讀工藝流程圖的基礎上，掌握PMDS 三維立體繪圖技術，應用該技術進行車間或工廠的設計，能夠極大提升學生對于化工工藝過程的理解，該技術具有極強的工程設計、施工、管理等方面的思想，為現代工程項目管理從粗放被動型向精細主動型發展創造了十分有利的條件。