CADWorx三維制圖軟件在煤化工空分單元設計中的應用

韓雅妮，李亞玲

(蘭州石化職業技術學院 應用化學工程學院，甘肅 蘭州 730060)

煤化工行業在我國國民經濟中占有非常重要的地位，隨著煤化工工藝設備大型化，自動控制水平的提高，對生產運行人員的操作能力與水平提出了更高的要求。煤化工生產裝置規模的擴大使得煤氣化工藝過程中對氧氣的需求量增大，在生產獲取氧氣的同時，以深冷分離原理為主的空氣分離技術也得到大規模應用。

CADWorx三維制圖軟件是基于AutoCAD平臺的全面、智能化的三維工廠設計系統[1]，軟件中包括了鋼結構、設備、管道、儀表等模塊，并且軟件有自動生成單線圖和材料表等功能。與傳統的二維設計相比，具有更加直觀的三維模型，可以方便的進行布局設置及配管。同時，CADWorx的多個不同模塊，還能完成土建、鋼結構、工藝管道、電器、暖通等各專業協同合作，在工藝管道的設計中，可以進行實時檢查碰撞，減少圖形錯誤。系統還能自動生成二維工程圖，縮短繪圖時間，在材料統計上，CADWorx軟件還可以快速準確統計出材料，節約材料統計時間，同時CADWorx還可導入到CAESARⅡ中，實現管道的應力分析，基于以上優點，CADWorx在化工設計中得到了廣泛的認可和使用。

本文以我校煤制甲醇實訓裝置中的空氣分離單元為例，應用CADWorx軟件進行三維建模。

1 主要工藝流程

來自大氣中常溫、常壓的空氣，進入空氣過濾器中除去空氣中的灰塵和其它顆粒雜質，經過初步過濾后，進入空壓機，經過空壓機多級壓縮(在壓縮過程中，壓縮機級間的熱量被冷卻器中的冷卻水帶走)，被壓縮后的壓縮空氣進入空氣冷卻塔冷卻并除去氣體中的硫化物及有害成份。

空氣冷卻塔下部由大水泵進循環冷卻水，上部通過小水泵進低溫冷卻水，該水是由出冷箱的污氮在換熱器中冷卻的，空氣冷卻塔的頂部裝有除沫器，用來清除、分離水滴。

出空氣冷卻塔的空氣，進入吸附系統，吸附氣體中的水、CO2。該吸附系統由兩臺立式分子篩容器組成，兩臺分子篩吸附器交替工作，一臺運行時，另一臺用來自冷箱的污氮再生。從空氣純化系統出來的空氣，一部分直接進入冷箱內的低壓換熱器，被返流出來的氣體冷卻后，進入分餾塔下塔底部，進行第一次分餾。其余空氣進入空氣增壓機進一步壓縮，經過膨脹增壓機和水冷器壓縮冷卻后，進入高壓換熱器，再次被冷卻后，經膨脹增壓機膨脹后進入冷箱進行精餾。

在冷箱中，上升氣體與下降液體充分接觸，傳熱傳質后，在頂部得到純氮氣。純氮氣進入下塔頂部的冷凝蒸發器，氮氣被冷凝，液氧被氣化。產生的液氮一部分作為下塔的回流液，一部分液氮經過冷器過冷、節流后送入上塔頂部作為精餾段的回流液，同時在下塔頂部抽取的中壓氮氣經復熱后作為產品送出。

從下塔底部、中部抽出來的富氧液空和污氮分別送入換熱器，與冷箱頂部抽出的污氮氣換熱，節流后進入冷箱精餾，得到產品液氧和污氮氣。

液氧從冷箱底部抽出，經液氧泵加壓、復熱至常溫送出冷箱。污氮氣經復熱至常溫后分兩路分別去分子篩吸附器和空氣冷卻塔。

2 CADWorx三維制圖過程[2]

在進行設計繪圖之前，首先，需要根據項目名稱，建立一個本項目專屬的文件夾，便于日后的管理和調用，本項目文件夾內包含三個子文件夾，分別是結構、設備、工藝管線。注意：建議所有文件夾都采用英文命名，方便管理和查找。

2.1 鋼結構建模

啟動CADWorx Plant模塊,在菜單欄找到CADWorx steel/HVAC菜單，點擊進入鋼結構建模。首先，在鋼結構形狀菜單欄中選擇本項目所用的鋼結構材料、鋼結構類型等參數，參數定義好后選擇鋼結構框架繪制，用線的模式繪制三維結構線框。然后，在繪制好的線框上插入鋼結構。注意：在繪制完成后，為了管廊的美觀，需要對鋼結構的重合部分進行裁剪。按照這種方式即可完成管廊的搭建，同時如果鋼結構中需要扶梯和操作平臺，都可以在本模塊中進行搭建。鋼結構設計完成后，對本項目保存并存放于steel項目文件夾下。

2.2 設備建模

首先，打開CADWorx Equipment模塊，利用CADWorx Equipment自帶的實體對項目中所需要的設備進行建模。在CADWorx Equipment模塊中，所有的設備都是通過設備特征尺寸定義界面來進行設定的，在此界面中包括設備中各零部件尺寸、管嘴形式、連接形式等，設備建模方法簡單易于掌握。本項目中涉及的設備和容器有：換熱器、離心泵、精餾塔、冷箱、氣體壓縮機等。在模型的建立過程中需要注意要準確定位各關鍵設備的外型尺寸和管口方位，這些數據是我們后期進行配管的基礎。注意：用CADWorx Equipment 設計完成后的設備，為了管理方便，需要按照設備位號單個進行命名，并單獨存儲為一個擴展名為.dwg 的文件，所有設備文件都存儲在新建項目中的Equipment文件夾內，方便我們后期進行管理和參照。

2.3 建立管道等級庫和元件庫

管道等級庫和元件庫的建立是三維配管的基礎。首先，需要根據管道等級表自定義元件庫，元件庫的建立是一個龐大的工作，為了簡化操作，可以參考已有項目的數據庫，在已有的基礎上對本項目中用到的元件進行修改并建庫，然后用元件庫生成本項目等級庫。所有的管道等級文件都以擴展名.SPC的形式存放在Spc目錄下，注意：元件庫的建立要符合相關的國家標準，數據和各尺寸參數要力求準確。

2.4 管道建模

在配管之前，先進行系統的初始化設置，建模前需將項目前期已經建立好的設備和鋼結構模型導入到plant中，在plant模塊中進行管道建模。在連接設備并生成管道模型時，首先需要對該管道的等級、管徑等基本參數進行定義，在管道繪制過程中，系統會自動智能的為用戶推薦幾條路線，提供多種配管方案進行選擇，管道繪制完成后，還需要在管道上智能插入相應的管件、閥門等元件，如果等級庫內參數完整，插入過程就會非常方便快捷。注意：配管工作要求做到細致精準，在配管的過程中，需要嚴格按照工藝管道配管的原則和規范進行設計，同時，還要盡量避免不必要的碰撞。因為CADWorx軟件中自帶碰撞檢查模塊，為了防止管道設計中不必要的碰撞，可以在工藝管線模型繪制過程中，實時自動進行管道對設備，管道對結構，設備對結構以及結構對結構的碰撞檢查，如果在設計中發現碰撞，系統就會在檢查結束后自動彈出碰撞警告，以便能發現設計過程中的錯誤，及時調整。

3 結語

在眾多三維設計軟件當中，CADWorx使用界面簡單，與通用的CAD軟件界面很相似，軟件相比于其他大型三維軟件簡單易學，在設計院的應用越來越普及。同時，CADWorx 三維設計軟件，在設備建模、鋼結構建模、三維配管方面更加直觀，設計過程中大大提高了設計效率，將以前的二維模型轉化到了三維的可視空間內，幫助工程設計者更好地完成工作。總之，CADWORX可以實現中、小型項目中的三維設計，是一種較為成熟和功能完備的管道設計軟件。并且，此軟件易于上手，操作步驟相對比較簡單，在中、小型設備的配管設計中非常有優勢，鑒于此，為了提高在校學生的計算機繪圖和化工設計的能力，可以考慮在高職類學生畢業設計等實踐環節進行嘗試應用。