精細化工項目上Sketch Up三維配管的應用研究

焦立霞,王國超

(1.浙江六合工程技術有限公司,浙江 杭州 311100;2.浙江永太手心醫藥科技有限公司,浙江 臺州 317016)

石油化工領域的發展速度越來越快,隨著石油化工廠規模不斷拓展,各類精細化工項目顯著增加,精細化工項目對于各類石油化工罐體和管道的處理要求較高,特別是石化裝置中反應器、加熱爐、儲罐等設備一旦出現安裝失誤或設計誤差,則很容易導致化工項目整體進度受到影響,因此本文針對精細化工項目Sketch Up三維配管應用進行深入探究,有利于進一步優化化工工藝流程,提升精細化工項目建設水平。

1 三維配管軟件概述

當前我國石油化工領域廣泛應用的三維配管軟件主要為PDMS軟件、Sketch Up、Smart Plant3D軟件、CAD軟件等等,不同類型的三維配管軟件平臺都有其獨特優勢和應用特點,此類三維配管軟件的最大作用在于實現三維建模和三維動畫制作,提前按照設計要素完成石油化工項目相關施工工序或工藝流程,進一步展示設備或相關結構的狀態、細節構造和重點難點問題,能夠有效降低項目開展成本,提高工作效率。

Sketch Up軟件是三維設計工具軟件,操作整體相對簡單,靈活有序,設計人員能夠很快上手,通過Sketch Up構建的三維模型效果更為直觀,因此很多設計工程中,會應用Sketch Up進行三維設計和模擬。相比傳統類型的CAD二維設計軟件而言,Sketch Up三維設計工具優勢明顯,直觀性更強,表現力更為豐富,準確性更高[1]。

2 Sketch Up三維配管在精細化工項目中應用的重要性

2.1 精細化工產業發展特點及背景

精細化工項目主要指的是生產精細類化工產品的工業類型,近年來精細化工領域發展速度越來越快,逐漸呈現出技術密集型工業發展形勢。精細化工主要生產特定應用功能的產品,具有高產品附加值,因此精細化工項目領域中廣泛應用的設備類型相對較多,設備整體規模較小,但科技含量更高。從精細化工產業不同裝置規模角度來看,精細化工產業的生產規模更為精致,產品多樣化水平更高,技術含量和質量要求高,因此精細化工項目設計和工藝流程研發人員需要消耗大量的時間和精力進行技術研發和產品研討。

從精細化工產業發展角度來看,當前我國精細化工產業整體發展速度逐漸提升。 以遼寧省為例,遼寧省在《石化和精細化工產業發展實施方案》中明確,直至2025年省,成品油產量占原油加工量的比重會下降到40%,而精細化工產業營業收入會達到2 000億元,遼寧省化工精細率達到50%以上。精細化工產業相關企業在研發方面投入占營業收入比重達5%等等。當前我國精細化工門類已近30個,年產值超過1 000億元,此類針對精細化工領域的產業規劃和發展方案,為精細化工未來發展指明了重要路徑和發展方向[2]。

2.2 Sketch Up三維配管應用價值

為了進一步提高工藝產品加工效率,同時適應不同的工業生產狀況,精細化工領域所應用的靜置設備以及各類金屬結構構造越發復雜,如果直接通過 CAD等二維設計圖紙形式進行構建、布局和不同設計要素配合度研究則相對困難,與此同時精細化工產業中所應用的零配件和內構件等往往為非標準構件,無法直接進行預制作,大多開展現場加工和制作安裝,三維建模設計方面工作量相對龐大,項目工程現場任務較多,無法通過二維設計軟件進行操作。另外精細化工項目在三維配管方面緊湊化水平更高,不同設備和鋼結構距離相對較近,工序流程安排緊湊,因此為了進一步提高精細化工項目現場施工操作綜合水平,往往需要應用三維建模進行模擬施工和三維配管[3]。例如某聚乙烯裝置項目共出管道平面布置圖69張,單線圖出圖1 900張,綜合材料表出圖90張,人工材料統計作業往往會出現或多或少的誤差性問題,因此施工方需要購置足夠的材料,安裝作業結束后也會引發一系列材料過剩等情況。然而運用Sketch Up三維軟件可以在三維模型當中提取材料表,進而提高材料數據的精準性和可靠性,在根本上減少因材料預估不精準所帶來的浪費問題,提升企業整體經濟效益。

另一方面,常規類型的三維配管軟件如PDMS、CADWORXC等設計軟件雖然也可以應用于石油化工領域中,但是此類軟件更加傾向于工廠布置等方面。而Sketch Up軟件能夠切實針對精細化工產業中大型設備和金屬結構、建造施工過程等進行三維設計和展示,軟件兼容性更高,操作界面簡單有序,命令單元相對較少,工作人員能夠更快上手。此外,Sketch Up軟件具備群組和組件功能,能夠針對不同類型的設備和構件進行三維模擬和配管組成,同時Sketch Up軟件在進行三維配管時,可以應用剖面功能實現對當前實體化模型的有效剖析,深入觀察和探究其內部構造情況,為三維配管奠定良好基礎,表1為Sketch Up軟件優勢。由此可見,在精細化工領域積極應用Sketch Up進行三維配管,有利于滿足多方面需求,進一步提高三維建模整體工作效率和精細化工項目開展水平。

表1 Sketch Up軟件優勢

3 精細化工項目上Sketch Up三維配管的具體應用

3.1 明確精細化工廠區設計要點

在精細化工項目中應用Sketch Up三維配管軟件技術,首先需要明確精細化工廠區和罐區的具體工藝要求和相關設計要素。

第一,要結合精細化工業實際情況進行罐區的科學選址,確保各類化工原材料能夠更為便利的開展存儲和運輸,縮減存儲運輸成本,在位置選擇中需要對工廠所處地區的地形條件、地質要素和氣象特點進行調研,在配管設計中需要綜合考慮罐區建設周邊環境和環保安全條件等,同時要滿足消防安全需求和工藝處理需求等。

第二,要確定精細化工項目廠區的具體存儲規模和儲罐類型,不同類型的精細化工生產鏈所需要的原材料存在一定差異,與之相對應的儲罐容量、存儲規模等差異明顯,在進行三維配管設計時是需要盡可能地節約土地,為精細化工企業有效縮減成本,同時也能減少原料和產品運輸存儲的過多投入。在考慮原材料存儲特點穩定性等相關要求之外,可以優先應用大容量類型儲罐,減少儲罐的個數,提升日常管理效率,同時要根據不同類型的原材料和工業產品特點,有效開展儲運管道設計,減少介質損耗和儲運過程中對外界環境造成的污染問題[4]。

第三,需要合理布置儲罐,要保障精細化工項目儲罐的所處位置,能夠滿足正常生產需求,避免發生地基不均勻沉降等問題。可以適當提高儲罐的基礎高度,減少沉降后對儲罐的威脅和影響,同時也有利于排空油罐底部的污油,平衡油罐地基承載力。

第四,科學提高灌區管線布置工藝水平。在精細化工項目中需要應用多種形式的管線布置方法,除了單管系統以外,雙管或多管,甚至是獨立管道系統都被廣泛應用于精細化工項目之中,以滿足不同類型的原材料和產品輸送需求。因此在進行管線布置和安裝時,需要切實提升設計水平和設置基礎,針對不同管線需求采取地面敷設或地下埋設等多種設計方法,提高管道設計的應用水平。在此期間,可以進一步應用Sketch Up軟件開展三維配管,全面發揮Sketch Up軟件的綜合應用優勢。

3.2 提升Sketch Up三維配管應用水平

為了進一步強化精細化工項目Sketch Up三維配管應用,本文以具體案例進行論述,某制藥企業開展的丙炔醇項目,在進行生產時涉及設備相應較多,管道層次尤為復雜,如果直接應用二維CAD進行配管操作,則很容易導致管道出錯和誤差問題,因此在該企業丙炔醇項目中應用了Sketch Up進行三維配管,由于丙炔醇為微黃近乎透明的液體,能夠與水、苯、乙醇等互溶,因此進行三維配管設計時,需要充分考慮丙炔醇原料和產品的應用特點。

3.2.1 參數化模擬

首先對丙炔醇項目中所應用的管件進行參數化模擬,搭建三維信息模型庫。在項目開展過程中主要采取B/S構件并配合云端數據服務器,將丙炔醇項目中所應用的各類管道設備等進行全面參數化三維模擬,構建專項信息模型庫,以管理系統形式進行數據的參數日常管理。其中進一步發揮Sketch Up軟件的動態模型和三維模擬功能,對相關管件和設備進行動態化模擬,配合以往的參數化三維信息,直接提高了三維模型應用水平。與傳統類型的三維設計方案相比,Sketch Up軟件應用于三維配管特色與優勢更為明顯。值得注意的是,此次管件參數化設計中主要采取了云端服務器形式,也就是將已經獲得的管件參數內容直接上傳與專業云端服務器中,以設計軟件系統進行聯網化調用三維信息模型庫,由專業人員進行負責維護和升級過程,更加簡單便捷,與此同時將關鍵模型三維數據庫與Sketch Up軟件進行聯動整合,確保能夠在設計和規劃過程中直接應用Sketch Up軟件進行模型庫元件調用。

其次,對丙炔醇項目中所應用的管件進行參數化動態模擬時,某一類型的管件往往只需要建立一個三維動態模型即可,其具體外觀、形態、關鍵要素、尺寸等等可以通過后期參數調整進行模型細節微調,既保障了三維動態模型的準確性,也能進一步提高關鍵參數化的效率水平,有效解決和彌補了丙炔醇項目管道復雜、設計關鍵數量龐大等多方面問題。當前在其他三維化工管件設計軟件中,都采用參數化方式建立模型庫,并沒有直接應用動態模型技術參與建模,相關管道元件和設計元件都是幾何體形式,在后期三維建模時難度增加,甚至會出現模型準確率不高的問題,無法直接實現復雜類型元件的科學準確建模。所以應用Sketch Up軟件進行丙炔醇項目三維配管能夠有效拓展模型庫信息,進一步保障管道原件的動態模型精準度。

3.2.2 完善不同配管插件功能介紹

Sketch Up軟件在應用過程中,其智能定位功能優勢顯著,在應用配管軟件時,往往可以應用快速配管工具進行快速建模,再結合智能定位系統功能,完全可以實現某一管道的快速創建和高效設計,進一步提高精細化項目配管設計的工作效率和水平。除了智能定位和快速配管工具之外,Sketch Up軟件平臺在應用過程中同樣也具備其他多種類型的功能,如以智能定位形式對某一類坐標軸進行重新鎖定或標注原點、端點等等,對其進行復制和排列,有效提高了設計人員和規劃人員的操作速度。與此同時,應用快速配管工具和配管插件能夠實現自動化設計,例如在某一設計細節中插入管件,對管道開展智能移動或在原有基礎上延長管道、自動成管等等。應用配管軟件可以實現出圖和自動統計,將三維立體模型轉化為單線圖,也可以導出為平面圖等多種類型圖紙要素,或直接抽取某一管線形成ISO圖,根據材料和設備需求及時導出數據,形成所需表格[5]。

3.2.3 提高三維配管建模精準度

在實際開展丙炔醇項目三維配管時,需要嚴格按照配管建模流程和操作方法進行操作,同時也可以根據Sketch Up軟件的實際應用需求,合理開展二次開發。結合化工管道特點和丙炔醇項目配管需求,合理繪制插件管道確定模型或應用5D插件軟件工具進行模型制作,確保可以及時參加各類產品參數、技術參數和動態參數等等。由于Sketch Up在三維設計中可以直接建立動態化三維立體模型,同時可以根據精細化工項目所處地區的日照條件、氣候條件等進行及時日照分析,確實提高了精細化工丙炔醇項目工藝平面布置水平和配管效率。

在建立設備模型時可以直接輸入標準設備相關參數,并應用設備模型庫直接引用三維模型,如果設備為非標設備,也可以應用Sketch Up進行靈活有效建模。在原有三維建模基礎之上,結合不同生產工藝流程及時引入各類管道和管件,并將其定位到相應位置,如果在進行設計時所應用的管道級別相同,則可以直接應用以線成管工具進行快速操作,實現高效配管。以線成管工具在連接位置可以自動添加彎頭,而閥門則可以直接在三維數據庫中進行選擇和引用,配合插件智能定位,實現管件和管線的精準定位和有效選擇,確保整體設備模型和配管的綜合效率。完成三維配管之后,可以進一步形成Sketch Up平面圖和立體圖,或直接抽取某一管線的ISO圖,對管件管線的長度、個數、材質、建設標準等進行及時梳理并形成材料清單,方便后續工程項目中進行應用。值得注意的是,應用Sketch Up平臺時要盡可能地減少精模的應用,這主要是由于很多大型項目進行配管三維運算時,常規類型的計算機難以承受計算量,甚至會出現碰撞錯誤問題,因此可以結合不同化工項目需求進行合理調整,或對出圖結果進行二次加工。

4 結論

綜上所述,當前我國精細化工領域的發展速度越來越快,如果過于依賴傳統CAD軟件三維建模型,則無法適應精細化工項目開展需求,同時CPDA等配管軟件在應用過程中存在穩定性不強,操作繁瑣,模型質量相對較差等問題,對此Sketch Up軟件的應用范圍不斷拓展,因其操作更加簡單,表現力更強,迅速成為多個行業領域中的主選三維設計平臺之一。本文主要針對精細化工項目三維配管進行Sketch Up平臺的應用分析與探討,希望能夠進一步提高Sketch Up軟件在化工三維配管領域中的應用水平。