在三維工廠設(shè)計中配管與工藝專業(yè)的協(xié)作設(shè)計

摘 要：簡單介紹在油氣處理站廠工程項目三維設(shè)計過程中，配管專業(yè)和工藝專業(yè)的設(shè)計分工，闡述了兩個專業(yè)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(yè)協(xié)作是提高設(shè)計質(zhì)量的基本保證。

關(guān)鍵詞：三維模型；配管；工藝；協(xié)作設(shè)計；模型審查；

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

若干年前以二維平面設(shè)計為主的年代，設(shè)計院的工藝系統(tǒng)設(shè)計和安裝設(shè)計是不分專業(yè)的，同一個設(shè)計人員可以完成各自工藝單元的PID，管道/設(shè)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(shè)計人員必須是專業(yè)通，管道安裝能最大程度滿足工藝需求，但是設(shè)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(shè)計的質(zhì)量要求越來越高，三維工廠設(shè)計的優(yōu)越性逐步體現(xiàn)出來，它采用全比例三維實體建模，將工程設(shè)計轉(zhuǎn)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(shè)計效率，設(shè)計人員按照設(shè)計流程被劃分角色，工藝專業(yè)負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計，配管專業(yè)負(fù)責(zé)安裝設(shè)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(shè)計和工藝PID沒有集成的條件下，介紹一下在項目設(shè)計過程中，配管專業(yè)與工藝專業(yè)之間相輔相成的工作狀態(tài)。

一、工藝文件是配管專業(yè)最重要的設(shè)計輸入

（一）工藝PFD （Process Flow Diagram）

PFD它表達了一個生產(chǎn)工藝過程中的主要工藝設(shè)備，以及一些關(guān)鍵節(jié)點的物料溫度、壓力、流量和組成。通過PFD，可以對整個生產(chǎn)工藝過程和與該工藝有關(guān)的基礎(chǔ)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(tǒng)一規(guī)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(shè)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(jié)構(gòu)和功能的作用，是工廠設(shè)計中從工藝流程到工程施工設(shè)計的重要工序，是工廠安裝設(shè)計的依據(jù)。

（三）工藝管線表 （Line list）

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

二、配管專業(yè)文件是實現(xiàn)工藝系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)的根本保證

（一） 三維工廠模型（設(shè)備/管道部分）

以實體的形式建立工藝裝置所需的全部設(shè)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(shè)計由二維平面轉(zhuǎn)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(biāo)注圖，可以直接從三維模型中自動輸出，一般需要標(biāo)注管路的走向、長度、直徑、材質(zhì)、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(shù)（具體需要標(biāo)識內(nèi)容依據(jù)實際要求而定），用于指導(dǎo)施工過程中的管道預(yù)制、安裝、試壓、探傷。

（三）其他

從三維模型中自動輸出的設(shè)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(dǎo)施工及采購。

三、設(shè)計過程中兩個專業(yè)需要互相傳遞的設(shè)計信息

配管專業(yè)的工作是通過對管道設(shè)備的安裝來實現(xiàn)工藝系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，通常工藝專業(yè)通過PID向配管專業(yè)傳遞的設(shè)計信息包括：

1、設(shè)備安裝高度的要求。通常泵的吸入口設(shè)備安裝高度需要滿足吸泵的上真空高度要求；還有些設(shè)備需要考慮相對高差的關(guān)系，如穩(wěn)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(wěn)定塔塔板，分離器堰板等會顯著標(biāo)識，儀表專業(yè)會據(jù)此首先確定液位儀表管口高度位置，工藝專業(yè)還需確定關(guān)鍵工藝進出管口高度位置，而后，配管專業(yè)需要在滿足安裝和檢修的要求下向設(shè)備專業(yè)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(yè)都會提出以上特殊要求。配管專業(yè)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，但是如果出了現(xiàn)安裝確實無法滿足的實際情況，則必須通知工藝專業(yè)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(shè)排液閥。

4、管道對稱安裝要求。為了考慮特殊設(shè)備流量分配均勻的需求，并聯(lián)運行的再沸器、并聯(lián)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(shè)備管口為公用工程接口，則配管專業(yè)需要在其15米范圍內(nèi)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(nèi)考慮平臺或通道等。

配管專業(yè)需要向工藝專業(yè)傳遞的設(shè)計信息包括：

1、安全閥進出口管線安裝。配管專業(yè)應(yīng)主動向工藝專業(yè)提交安全閥進出口管線安裝的安裝圖，用于工藝專業(yè)壓降核算，確認(rèn)合適的管徑。

2、公用工程系統(tǒng)容量計算。例如熱媒系統(tǒng)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(yè)計算熱媒系統(tǒng)整個管路容積來協(xié)助工藝專業(yè)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(fēng)、儀表風(fēng)、氮氣以及火炬、開閉排管網(wǎng)的PID/UID，是需要由配管專業(yè)最終根據(jù)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(zhì)量的重要手段。模型審查中，需要工藝專業(yè)積極參與，主要審查總圖布局是否順應(yīng)工藝流程走向，關(guān)鍵設(shè)備管線安裝是否滿足工藝需求，并結(jié)合操作運行要求進行可操作性檢查。通過了工藝專業(yè)的審查，就實現(xiàn)了配管專業(yè)最重要的設(shè)計目標(biāo)，其余的管道布置調(diào)整設(shè)計在不影響大的設(shè)計原則前提下，對于配管設(shè)計質(zhì)量不會產(chǎn)生較大影響。

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