智能PID設計軟件在天然氣液化設計項目上的應用

高 瑋，密曉光，鹿來運，曾偉平

（中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100028）

為實現自主液化工藝的智能化數字化設計，中海石油氣電集團研發中心利用智能繪圖軟件SPP&ID進行了山西煤層氣液化工藝包項目的初步設計，內容包含：利用智能軟件進行 LNG工廠工藝圖紙繪制并制作工藝表格模板，開發基于現有自主液化工藝的一套典型設計模塊，使用編程程序對軟件進行二次開發，以達到優化和管理設計的目的。

1 運用SPP&ID軟件建立工廠

1.1 工廠建立及結構設置

利用項目管理組件SEM建立工廠，并進行工廠結構分層（hierarchy）設置，即對工廠的分級方式進行選擇，山西煤層氣液化工藝包項目的層次結構為plant-area-unit-drawing，即工廠-區域-單元-圖紙。這種經典的層次結構也有利于未來項目能夠集成到SPF軟件中，因為SPF當前只能集成該類型的層次結構。

1.2 工廠分區及單元建立

山西煤層氣液化工藝包項目建立工廠名稱為KNLNGPlant（康寧），根據項目各單元功能分為預處理區域（KNLNG Pretreatment）、液化區域（KNLNG Liquefaction）、 儲 運 區 域（KNLNG Storage and Loading）三個區域。

預處理區域設置三個單元：

（1）11單元原料氣入口壓縮單元（Feed Gas Pressurization Unit）。

（2）12單元脫酸單元（Acid Gas Removal Unit）。

（3）13單元脫水脫硫醇單元（Dehydration and Mercaptan Removal Unit）。

液化區域設置三個單元：

（1）15單元天然氣液化單元（Natural Gas Liquefaction Unit）。

（2）16單元冷劑單元（Refrigeration Unit）。

（3）17單元液力透平單元（Hydraulic Turbine）。儲運區域設置三個單元：

（1）18單元LNG儲運單元（LNG Storage and Loading Unit）。

（2）19單元冷劑儲存單元（Refrigeration Storage Unit）。

（3）20單元BOG單元（BOG Unit）。

1.3 繪圖人員管理

為提高項目設計質量和設計效率，根據圖紙繪制流程，初步建立了SPP&ID的使用流程與對應責任人。有效的圖紙繪制流程為項目的有序進行提供了保障。如圖1。

圖1 圖紙繪制流程

2 個性化定制LNG工廠

根據項目對設計的需求，統一定制和修改SPP&ID的圖例符號和物流的屬性，添加和修改選擇列表，便于設計人員充分了解P&ID信息，并確保數據完整性[2]。

2.1 繪圖符號（symbols）定制

通過SPP&ID自帶的Catalog Manager（圖例圖符管理器）可以制作類似AutoCAD屬性圖塊的圖例圖符。管理員根據需要的樣式，經過規劃和修改快速地定制項目需要的標準圖例符號。

本項目運用Catalog Manager進行了多類管道配件、設備及相關部件的定制，包括：

（1）常用管道閥門、儀表閥門、儀表閥門相關配件圖例符號定制；

（2）板翅式換熱器及繞管式換熱器圖例符號定制；

（3）多種類型的壓力容器、過濾器及空冷器相關部件圖例符號定制。

2.2 經典模塊（assembly）定制

中國海油的天然氣液化工廠多采用雙混合冷劑液化工藝（DMR），預處理工藝設計也比較成熟固定，因此在液化廠設計時很多設備及閥門控制回路存在一定的共性，所以項目組對液化工廠常用設備及經典模塊進行經典模塊（assembly）定制，相似流程設計采取模塊化儲存。

2.3 圖紙及報表模板定制

根據工程制圖標準及要求，定制項目專屬圖紙及報表模板。

2.3.1 圖紙模板（template）定制

根據工藝圖紙設計要求進行圖紙模板的定制，定制好的圖框在工程復用的時候，可以直接調取避免重復繪圖的工作。圖框信息欄中的缺省信息，這些信息在建立圖紙時，會將填寫的相關信息自動同步到該圖紙的圖框中。同時，根據項目需求利用數據字典Data Dictionary Manager進行圖框的信息欄中的屬性定制。

2.3.2 報表定制

（1）選擇報表模板，如果報表模板位于項目目錄，則選取Reports＞Project Reports；如果報表模板位于個人目錄，則選取Reports＞My Reports。從對話框中選擇所需的報表模板，如Pipe Run List。

（2）報表后續處理。報表中的內容按來源可分為三類：①用戶輸入的信息，報表中大部分信息都屬于此類，如編號、名稱和工藝數據等；②項目統一信息，如項目名稱、項目號、單元號、單元名稱、圖號和圖名等，是預先定義好的；③需要運行程序獲得的信息。

管線的起止信息可以運行宏從圖形結構自動得到。系統生成Pipe Run 報表后，選取Tools＞Macro 命令，運行Print From/to Information for Active Sheet 或 Print From/to Information for All Sheets，產生管線起止信息。

3 SPP&ID軟件的二次開發

因為SPP&ID用戶通過自動化層對數據進行訪問和操作，這就使得用戶利用高級語言進行二次開發、拓展軟件功能成為可能?；谶@一思路，根據項目需求對軟件進行了一些新功能的二次開發[3]。

3.1 工藝數據自動錄入功能開發

目前SPP&ID設計過程中數據的錄入、修改和校驗使得工藝專業的工作量有所提高。同時，手工錄入耗時、耗力，極易因為人為因素造成數據的不準確，造成設計人員不愿意輸入一些與本專業無關但有工程軟件集成的相關屬性。因此，利用SPP&ID的數據導出/導入功能，對管道數據表內的相關數據，主要為操作溫度和操作壓力兩大數據進行自動錄入，錄入完畢后將數據表重新導入SPP&ID，從而完成工藝數據表的更新。

將其中對應主工藝管線的物流編號與管線編號統一對應后，即可將HYSYS軟件導出數據格式根據所定制的管線或設備表中。在其他項目采用相同流程但工藝數據不同的情況下，可將HYSYS模擬流程導出的定制的報表中相應的工藝數據直接導入新的項目圖紙中，實現HYSYS與SPP&ID軟件之間的數據共享及工藝數據的自動錄入。

該功能通過獨立開發的管道數據自動錄入軟件完成。主要包括兩大部分內容，工藝數據的讀取和工藝數據的寫入。工藝數據的讀取首先檢索工藝數據表的管道編號，然后通過調用HYSYS底層獲取當前工藝圖紙對應的Case文件路徑，通過檢索出來的管道編號讀取對應的Case文件里的相關物流，進而獲取該物流的所有工藝數據。工藝數據的寫入主要是對從Case文件讀取出來的工藝數據寫入工藝數據表中，即通過調用存儲工藝數據表的Excel文件，將每個管道編號對應的相關工藝數據寫入相應的單元格中。寫入完畢后，將已經完成工藝數據錄入的新工藝數據表重新導入SPP&ID軟件，從而完成相關圖紙對應的工藝數據的更新。

（1）軟件界面介紹。如圖所示，軟件界面主要包括路徑輸入模塊，參數選擇模塊，實時數據模塊四大模塊，主要功能按鈕包括讀取按鈕和寫入按鈕。路徑輸入模塊主要是獲取管道數據表的路徑和Case文件路徑。參數選擇是允許用戶選擇需要錄入的參數。實時數據模塊主要是實時跟蹤當前正在讀取或寫入的物流、溫度和壓力。讀取按鈕用來讀取管道數據表的物流編號及對應的Case文件工藝數據，寫入按鈕用來將讀取的數據寫入管道數據表對應的Excel文件中。

（2）路徑輸入功能。通過輸入管道數據表路徑及數據表對應的HYSYS文件路徑，軟件即自動獲取當前路徑下的管道編號及管道編號對應的全部工藝數據。

（3）參數選擇功能。讀取及錄入參數選擇主要是供用戶選擇需要讀取和錄入的工藝參數，主要包括操作溫度和操作壓力。用戶如果只選擇操作溫度，則軟件只讀取和錄入操作溫度；用戶如果只選擇操作壓力，則軟件只讀取和錄入操作壓力；用戶如果全部選擇，則軟件將操作壓力和操作溫度全部讀取并錄入數據表里。

（4）實時數據顯示功能。實時數據顯示了當前正在讀取或寫入的物流編號及其工藝數據，通過該顯示功能，用戶可以直觀的了解軟件正在讀取的數據及進度情況，如果發現讀取錯誤可以及時進行糾正。

（5）數據讀取或寫入。工藝數據讀取或寫入成功后，會彈出對話框提示用戶完成。寫入成功后，用戶即可查看管道數據表，相關的工藝數據已經自動錄入數據表內。

3.2 OPC自動生成及放置功能開發

一般來說，項目的工藝流程不可能在一張圖紙上完成，而是分成若干張圖紙分別進行描述，這些圖紙之間具有前后邏輯關系。前面的圖紙稱為From端圖紙，后面的圖紙稱之為To端圖紙。From端圖紙和To端圖紙上都需要有一個符號來表示這種前后關系。這就是OPC（Off Paper Connecter，圖紙連接符號）。在P&ID中，OPC是成對出現的，當用戶在某張圖之中放置From端的OPC后，需要打開另外一張圖紙手動放置To端的OPC。

為了方便設計，針對此功能對軟件進行了二次開發，開發出了能夠實現繪圖過程中OPC的自動放置功能的軟件。因為在繪圖設計過程中，會存在同一單元圖紙并非同一人繪制的情況，有時存在前后邏輯關系的兩張圖紙由不同的人繪制，利用二次開發后的程序，可以實現一端的OPC精準定位，能夠有效地減少OPC放置錯誤和重復性檢查。

如圖3所示，軟件操作界面簡潔，有兩個功能按鈕，即OPC自動生成和自動放置功能按鈕，軟件通過VB6.0進行編寫調試。

圖3 OPC自動放置軟件界面

（1）From端OPC自動生成功能。對于From端圖紙，本例實現的是OPC的自動生成功能，即通過二次開發軟件，在當前活動的圖紙上自動放置OPC。

（2）To端OPC自動放置功能。對于To端圖紙，本例實現的是To端OPC的自動放置功能。即用戶打開To端的圖紙，并執行開發的程序，To端OPC就能自動放置在圖紙對應工藝管道的位置上。

其中，CONST_SP&ID_OPC指工廠數據庫中，From端圖紙中自動生成OPC的ID·地址，CONST_SP&ID_PipeRun指To圖紙中，需要自動放置OPC的工藝管道ID地址。通過二次開發軟件，自動將與From端OPC相配對的To端OPC放置在特定的工藝管線上。

4 結語

通過SPP&ID軟件在液化天然氣項目初設中的初步應用，可以實現定義規則，規定物體的行為，定義設備及標注的放置方式，對前后物性進行一致性檢查，并且數據能夠供后續專業復用。通過二次開發能夠更好地體現軟件的智能性，最終實現設計人員能夠熟練掌握并利用智能設計軟件進行天然氣液化廠以及LNG接收站等相關領域的設計工作，并大幅提高設計效率與設計精度。