基于計算機軟件技術在化工工程設計中應用

張黎黎

摘 要：不斷加快的工業化進程對化工工程設計提出了更高的要求，化工企業生產運行前通常需使用到一些用于對設備運行、化學工藝及反應實驗等進行模擬的技術手段，這些精確模擬有利于規范、合理的生產流程的實現，并能夠有效提高生產質量和效率，而這些模擬實驗則是化工工程設計的關鍵所在，不斷發展完善的計算機軟件技術提高化工工程設計的精細化水平提供了有力的技術支撐，有效簡化了各類工藝流程模擬過程，文章主要對化工工程設計中的計算機軟件技術的有效應用進行了深入研究。

關鍵詞：化工工程設計;計算機軟件技術;CAD軟件;三維建模;實踐應用

中圖分類號：TQ050.2;TP311 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0138-03

Abstract：The continuously accelerating industrialization process has put forward higher requirements for chemical engineering design. Chemical companies usually need to use some technical means to simulate equipment operation， chemical process and reaction experiments before production and operation. These precise simulations are conducive to the realization of standardized and reasonable production processes and can effectively improve the production quality and efficiency. These simulation experiments are the key to chemical engineering design. The continuous development of comprehensive computer software technology to improve the level of refinement of chemical engineering design provides strong technical support， and effectively simplifies the simulation of various process flows. This paper mainly conducts in-depth research on the effective application of computer software technology in chemical engineering design.

Key words：chemical engineering design; computer software technology; CAD software; three-dimensional modeling; practical application

0? ? ? 引 言

在科學技術和經濟快速發展的共同作用下，化工工程設計可使化工生產體系得到不斷的完善，不斷提高化工行業的現代化特征。隨著現代化工行業發展的不斷深入，化工工程設計對企業實際發展情況的影響程度不斷提高，化工生產過程中包含了較多的化學工藝流程，通過化工工程設計能夠實現對其真實準確的模擬過程（包括相應的化學反應）。在進行化工設計時通過適合的計算機軟件技術的應用可實現對具體繪圖、物質分析、工藝流程設計過程科學高效的輔助過程，計算機軟件技術已經成為現代化工工程中輔助化工工程設計不可或缺的技術手段，這就要求化工設計人員具備掌握及合理應用計算機軟件技術方面的能力，進而實現在進一步提高工程設計質量及設計效率的同時使設計產生的費用得以有效降低[1]。

1? ? ?計算機軟件在化工工程設計中起到的基礎作用

1.1? ?計算機軟件技術的應用

化工工程設計中應用計算機軟件的主要目標在于促使化工設計的質量、效率、合理性、便捷性不斷提高，通過在化工工程設計中引入計算機軟件技術實現了化工生產效率的提高，例如在化工工程設計過程中繪制化工工藝流程圖時，通過應用制圖軟件可提高繪圖的質量和速度，并使設備與工藝方案成型對精細化的需求得到有效滿足，目前已有多種繪圖軟件（按照功能可細分出多類）應用到化工領域中，化工設計者可以實際設計和生產需求為依據選用相應的制圖軟件，例如，在化工工藝自動化設計過程對化工生產車間中管路通過相關軟件的匯總運用實現精準定位和分布設計功能，管路施工設計時可使用CAD繪圖軟件，不斷發展完善的三維立體空間技術在各工業領域的應用范圍不斷擴大，目前許多化工設計中均使用到了3D技術[1]。

1.2 化工工程設計內容及特點

化工企業轉型升級的節奏在供給側改革不斷深化的大背景下不斷加快，化工工程設計已成為推動企業轉型升級的重要手段，在設計過程中可再現包括所涉及到的化學反應和生產工藝在內的生產流程，化工工程設計主要包括。

1）化工工藝的設計，先由設計人員對具體工業生產中的化學反應進行分析（包括基于理論的實際情況分析），如在對煤制乙醇工藝進行設計的過程中需合理評定包括煤炭類型、成分、煤炭煉制爐、氣候條件等在內的各項因素，并嚴格遵循相關化學原理解決設計過程中各項因素存在的問題，以實際生產需求為依據確定設備、環境、條件，科學合理的設計整個工藝流程。

2）化工工程設計，作為化工設計的核心內容，能夠對非工程設計進行組織和協調，考核化工工藝設計后開展包括工藝管路、設備系統、土建工程等在內的相應工程設計。設計的整體情況取決于化工工程設計，而在化工工程設計前需做好化工工程計算，即依據設計要求衡量包括能量、物料等在內的化工生產的各項內容，化工工程計算的特點主要表現為：涉及較多的計算公式，且公式大多為非線性、變量的種類較多、復雜程度較大，實際計算過程的計算量較大;設計參數查詢范圍大多較寬，不利于提高計算結果的可靠性和合理性;工藝設計過程中需反復對比分析不同方案，并根據實際需要進行相應的調整。采用傳統設計方案的化工工程涉及已經難以滿足現代化工工程對低成本及高效率等方面的優化需求，進一步凸顯了計算設計軟件技術在化工工程設計中的應用需求。化工工藝設計需對生產涉及到的化學反應的時效性進行深入分析（根據化工技術理論知識），例如煤化工企業需設計煤制乙醇的工藝，設計開始時需評價企業所在地的煤炭資源分布情況、當地氣候條件及生產設備性能，基于綜合考評結果對影響企業生產過程中的問題進行有針對性的解決，同時根據實際生產情況（包括生產設備和反應條件）并嚴格遵循相關化學反應原理對生產工藝流程進行規劃。工藝設計后開始進行工程設計（主要包括廠房建設、控制系統、生產平臺等）[2]。

2? ? ?計算機軟件技術在實際化工設計中的應用

1）辦公及制圖軟件，計算機已經成為設計單位中日常工作必不可少的設備，Excel、Word、Auto CAD等軟件已成為設計人員日常繪制圖紙（包括文件設計）的常用辦公軟件。目前熱工專業、化工機械化運輸、石油化工自控、建筑工程等設計軟件是化工工程設計的常用軟件，CAD制圖軟件經多年的發展和完善通過和打印機聯網打印出的圖紙更加清晰。

2）化工生產管道分布設計軟件，企業生產車間里尤其是大型化工生產企業通常安置了大量的生產設備，輸送管道數量則是設備的數十倍，為保證工作質量和效率需借助相關化工生產管道分布輔助軟件完成對輸送管道的設計、車間布置、安裝、材料購進的繪制和管理[3]。

3）立體CAD技術，在設計安裝引進的A PO LLO工作基站的過程中使用了三維模型，實現了設備和管道的正確安裝及精準鋪架過程，通過使用CAD技術使修改和建模工作更加便捷高效，并使坐標尺寸更加精準。基于建立的基站整體模型得到了立體模型，基于該立體模型完成剖面和截取三維下的圖形。現階段能持續提供相應服務的PDM軟件和三維CAD制圖軟件（發展較為成熟、功能較為齊全）是工程領域常用的輔助軟件，具備碰撞檢測功能的CAD制圖軟件在完成三維建模后能夠對模型中的碰撞效果進行檢測（具體通過運行REVIEW模塊完成），并對通道維護工作進行檢驗，幫助設計人員據此結果對模型進行深入分析和修改，從而盡量避免在化工建造施工過程中出現問題[4]。

4）三維建模技術，在具體設計中具體建模作業采用三維設計完成，各項設備的布置及管道的鋪設可通過裝置的三維模型（由工作站創建）提供相應的便利條件，可對各項內容進行修改（包括提高坐標及尺寸的精準度），基于結構、管道、設備的建設模型實現裝置三維模型的獲取，同時可根據三維模型完成對二維平面、剖面圖的抽取。目前技術發展成熟且功能強大的PDS （INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）是化工工程設計中常用的三維軟件，三維設計軟件Smart 3D （INTERGRAPH ）已經得到廣泛應用，該三維軟件能夠對硬、軟碰撞功能進行檢查。完成三維模型設計后可通過REVIEW 模塊檢查模型軟件，并對物理模型與操作維護通道間的干擾進行檢查，設計人員可根據檢查結果對三維模型進行修改，使操作、運維及碰撞等問題得以有效避免，從而避免施工修改，以確保工程的整體設計質量[5]。

3? ? ? 計算機軟件技術同化工工程設計的有效融合

3.1? ? 處理生產過程中的各項指標

能夠影響到化工工程設計質量的因素較多，數據處理是其中的一項主要影響因素，自帶不穩定性因素的化學反應的最終結果會受到外界環境變化的不同程度的影響，如化工原料中的各項因素（包括具體成分、溫度、催化劑、壓力等）中的某一項或幾項的改變均會不同程度的影響設計中產生的各項數據，因此在實際作業過程中需設計人員采用合理方式科學處理各項數據，進而實現數據誤差范圍的不斷縮小。可根據實際需要通過應用 ASPEN 等軟件實現相應模擬過程，在此基礎上科學提取出各項相關參數內容，合理控制可能出現的各項數據誤差，進而使各項計算內容的精準性得到顯著提升，此外還可通過對經驗數據和實際數據幾項對比實現相關問題的及時發現及相應解決措施的有效采取，從而使化工工程設計的整體質量得到有效提升[6]。

3.2? ?功能輔助

在成圖的過程中使用傳統較為落后的制圖方式經常會導致較大的設計誤差的出現，尤其是在測量現場距離時的誤差控制難度較大，阻礙了化工工程設計效率的提升。可通過運用計算機軟件中的制圖軟件技術完成相關的設計，為最大限度保證設計過程的完整性，根據實際需要通過設置軟件中的相關功能和（如現場還原功能）實現對化工生產現場的真實反應，在此基礎上根據要求對微小環節進行調整，進一步提高化工工程設計的科學性和合理性。在化工工程設計領域充分利用當前廣泛應用學習門檻低且功能齊全的CAD制圖軟件，通過命令菜單下達精準操作的指令，利用CAD制圖軟件同各種操作系統間良好的和適應性可有效滿足各種設計的繪圖要求，在減少了人工工作量的同時控制誤差在合理范圍內。化工工程設計通過3D技術的應用實現了立體化效果的同時使設計比例尺更加精準，建模中的各空間在物理上的交叉可通過初步設計實現，以確保化工工程設計的合理性及流程的規范性，化工工程設計過程涉及到的各細節通過運用3D技術即可實現真實再現功能，幫助設計人員發現設計及生產流程中存在的缺陷，并采取有針對性的解決方案，再結合運用3D技術真實演練設計的工藝流程，最大程度的降低各種風險的發生概率。利用PDS（INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）三維軟件檢查模型軟件，并對物理模型與操作維護通道間的干擾進行檢查，設計人員可根據檢查結果對三維模型進行修改，從而避免施工修改，進而提高設計效率和應用質量[7]。

3.3? ?反應預判

化工工程設計的一個主要特點在于所有設計均基于生產現場化學反應完成，化工實驗的可靠性需基于化工生產工藝流程的生產效率和效率，作為化工生產的縮小版化工實驗以進行預測為主，需在進行投資的基礎上以整個反應流程為依據不斷提高操作的便捷性，采用相關計算機軟件輔助技術模擬化學反應得到相應結果，并據此對一系列反應進行預判，再以實驗結果和反應結果為依據調整各反應的條件及參數等，為化工生產提供科學有效的支撐[8]。

4? ? ?結語

隨著化工企業的快速發展，化工工程設計過程的精細度不斷提高，各類現代工程軟件的引入為設計人員提供了技術支撐，越來越成熟的計算機軟件技術應用使化工工程設計的合理性及工程質量得到顯著提升，并能夠為化工生產提供有效的指導，文章介紹了計算機軟件在化工工程設計中所起到的作用及化工工程設計的特點與主要內容，對化工工程設計起到重要作用的關鍵軟件進行了闡述，通過計算機軟件技術中各項功能的充分運用實現對相應化學反應的真實模擬及對可能出現問題的精準預測，在此基礎上通過及時解決和改善化工工藝及相應流程中存在的問題實現化工工程設計效率的提升，為化工企業的可持續發展提供支撐。

參考文獻

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