CADWorx在聚丙烯裝置精制單元配管問題解決

沈延順,李雅翔,高妍

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司,甘肅 蘭州 730060)

針對聚丙烯裝置而言,精制單元是整個裝置的重要單元,原料丙烯的純度影響聚合反應中催化劑的活性,降低產品的等規度,為了提高聚合反應活性,增加聚合反應催化劑使用壽命及減少生產成本,需要將原料中的雜質降低到一定含量,這就是精制單元在聚丙烯裝置中起到的作用。精制單元通常采用分子篩吸附塔,其工作原理利用了分子篩具有表面吸附分子的作用,以及可根據分子的大小、極性而進行選擇性吸附的特殊功能,達到脫除原料中雜質的目的,通過再生工況,可將分子篩循環利用。

CADWorx是由Intergraph公司研發,基于AutoCAD平臺的一款完全兼容AutoCAD命令的三維工廠設計軟件[1]。通過使用CADWorx進行精制單元的模型建立,由軟件自動生成管道專業各種施工圖圖紙,不僅能讓設計人員直觀了解設計模型中的細節,而且節省大量的時間[2]。但在設計過程中CADWorx軟件會出現一些局限性,本文闡述了CADWorx在聚丙烯裝置精制單元配管中遇到的問題及相應的解決方法。

1 設備管口無法建立及設備管口尺寸底層文件修改

在新建設備管口時,有時會出現無法添加設備管口的問題,如圖1。

圖1 無法添加設備管口對話框

針對無法添加設備管口的問題,筆者通過軟件在具體工程項目中的使用中發現,問題原因為CADWorx軟件默認設置新建管口的尺寸大小為DN 100,因此若是被添加的父系實體的直徑大小小于該管口尺寸,就會出現此錯誤提示。僅針對此問題的解決方法是:將被添加的父系實體的直徑大小先做增大修改,然后增加相應的管口并修改管口尺寸后,再將父系實體的直徑大小修改為真實的設備尺寸。

添加管口時,會發現因CADWorx軟件的默認設置新建管口不僅是尺寸大小為DN100,并且管口壁厚、管口法蘭型式、管口法蘭壓力等級的一系列選項有時候并不是想要的,都需要在模型建立的時候進行修改, CADWrox軟件默認新建管口相關尺寸如表1及圖2所示。

表1 CADWorx軟件新建管口默認設置

但實際工程項目中某些管口壁厚、管口法蘭型式、管口法蘭等級在一個項目中是比較常用的,而其他選項并不常用;如在聚丙烯裝置精制單元中,一般管口壁厚為STD,管口法蘭型式為WNRF,管口法蘭壓力等級為CL300。針對此情況和本節第一段所提到的管口無法添加的問題,可以直接修改CADWorx軟件的默認設計選項解決此類問題。CADWrox軟件新增管口默認設置文件通過“.dat”文件的格式存放在:安裝目錄CADWorx2015EquipmentSystem文件夾中(本文以2015版CADWorx軟件論述)。

在聚丙烯裝置精制單元管道設計時,將新增管口默認設置修改為:DN50-STD-WNRF-CL300,如圖3所示,當新項目常用設計發生變化時,可根據項目重新設置,從而提高設計速度。

圖3 聚丙烯裝置精制單元CADWorx軟件新增管口默認設置

2 儀表建模及管道特殊件建模

管道專業在工程項目設計中,需要將管道上的儀表體現在模型中及最終的管道軸測圖上也要體現儀表及其位號,針對此設計需要,顯然CADWorx軟件在此問題上沒有很好的根據工程經驗而充分考慮,CADWrox只能通過添加ISO標識來完成此工作,但此功能只能表示出管道端部儀表(如:溫度計、壓力表等),并且ISO標識為虛擬體,非實體儀表,不能體現模型的占位功能,如圖4所示。

圖4 ISO標識

使用ISO標識為虛擬體,不能檢查儀表是否能夠操作情況,聚丙烯裝置精制單元中包含很多種儀表,在聚丙烯裝置精制單元管道的設計過程中,管道專業在設計之前與儀表專業溝通后,通過儀表專業提供的儀表外形圖提前在建立管道數據庫時,通過建立自定義管道特殊件完成儀表實體的建模(自定義管道特殊件在CADWorx軟件Plant 1模塊的MISC下,具體格式如圖5所示)。這樣的方法不僅能夠使儀表以實體的方式體現在模型中,而且此方法在ISO圖中也能夠很好的表達,如圖6所示。

圖5 自定義管道特殊件窗口

圖6 聚丙烯裝置精制單元中的儀表特殊件

在建立儀表特殊件時,管道專業首先可以根據儀表類型(例如:溫度計、壓力表、流量計等等)分成不同的自定義文件目錄,如圖7所示,其次,對于不同類型的儀表,可以根據使用情況建立不同尺寸儀表,如圖8所示。

圖7 聚丙烯裝置精制單元中的儀表特殊件分類

圖8 不同尺寸的渦街流量計

用自定義管道特殊件的方法建立儀表時,軟件默認的連接方式是焊接方式,可以在建立完儀表元件后,在CADWorx Specification Editor軟件中修改儀表元件的連接放置(例如:法蘭形式、承插焊形式),連接方式的修改是在元件庫中的CONNENDTYPE單元格中修改,具體對應的連接方式代碼,如表2所示。

表2 CADWorx軟件儀表特殊件連接方式

3 CADWorx軟件的Tap connection及Offset Tap的使用

管道設計過程中,由于工藝專業或者儀表專業的要求,會遇到不同的連接方式,在聚丙烯裝置精制單元中就會遇到工藝專業要求火炬線(BDL線)需要45°斜插至火炬總管,當主管與支管管徑相近時有斜三通元件,當支管為DN15至DN40時有斜接支管座,但是除這些范圍外,支管就無法與主管真實連接,這樣管道不連續,ISO圖就無法出圖。另外在聚丙烯裝置精制單元中,儀表專業的壓力變送器經常需要管道在末端采用盲法蘭,現場使用開孔連接引壓管的型式連接壓力變送器,但CADWorx的盲法蘭是單連接元件,無法實現儀表上述操作,這樣ISO圖也會無法出圖。在軟件使用過程中,通過CADWorx軟件Plant 1模式自帶的Tap connection連接方式完成各種各樣的特殊性連接,保證軟件ISO圖的成功出圖,更好的實現設計到施工的無縫連接,如圖9及圖10所示。

圖9 盲法蘭通過Tap connection連接增加壓力變送器

圖10 火炬線(BDL線)通過Tap connection連接完成斜45°管道連接設計

CADWorx軟件在管道元件庫的局限性,所以無法在建立管道元件庫與管道等級庫中建立管道加強板,但在聚丙烯裝置精制單元中經常會有管道加強板的使用,通過CADWorx軟件Plant 1模式自帶的Offset Tap連接方式使用完成管道加強板的設計。

4 聚丙烯裝置精制單元工藝密閉取樣器及分析儀表設計

在聚丙烯裝置精制單元中,工藝專業會設計各種工藝密閉取樣器及分析儀表來保證工藝性能,但工藝密閉取樣器及分析儀表通常是取樣箱或分析柜型式存在,一方面工藝密閉取樣器及分析儀表體積較大,另一方面工藝密閉取樣器及分析儀表并不是直接連接在管道中間或者管道末端,而本文第二節“儀表建模及管道特殊件建模”所述方法——建立管道特殊件形式已經不能滿足設計要求,因此,為完成工藝專業及儀表專業一方面更好的體現工藝密閉取樣器及分析儀表的實體占位要求,另一方面滿足管道專業ISO圖出圖要求,對于工藝密閉取樣器及分析儀表,在CADWorx軟件管道建模設計中,管道專業會將它們通過設備型式(設備位號采用工藝密閉取樣器及分析儀表的位號)來建立。

不同的是,工藝密閉取樣器通過支管從主管中連接至取樣器的入口,取樣器的出口通過BDL支管連接至火炬總管;而分析儀表的操作特殊性(需要儀表采用Tube管取樣),只需要在分析主管的支管上加入本文第二節“儀表建模及管道特殊件建模”所述方法——建立管道特殊件形式作為儀表符號占位,而BDL線從分析儀表柜附件直接引出,引出端也放置管道特殊件,最后匯入BDL總管,而兩個管道特殊件至分析儀表柜之間的管路屬于儀表設計方位,如圖11所示。

圖11 工藝密閉取樣器及其管路設計

5 儀表控制閥門可修改長度,不用完全建庫

工藝專業向管道專業與儀表專業提出條件幾乎是同一時間段,這樣管道專業在設計的過程中,會出現儀表閥門(控制閥、兩位切斷閥等等)不能提前收到儀表專業的返回文件,因此沒有儀表閥門的相關尺寸,這種問題在聚丙烯裝置精制單元中更加明顯,由于聚丙烯裝置精制單元工藝的特殊性,在一段正常工況后會出現高溫再生的情況,同一管道中會出現走高溫氮氣或常溫丙烯、乙烯、丁烯甚至是氫氣的工況,這樣這些閥門不僅需要能夠承受高低溫的交變環境,更需要防止泄露等要求,這樣閥門的可選廠家更加稀少,所以閥門能夠提前拿到外形尺寸的情況更少。

在聚丙烯裝置精制單元采用CADWorx軟件建模設計期間,巧妙的通過軟件將此問題解決,先在管道等級建立的時候,建立control閥門(可以不用在乎具體閥門的長度等尺寸),然后設計建模期間,再用固定的閥門長度建立儀表閥門,等到儀表專業返回閥門尺寸后,再將儀表閥門刪除,增加control閥門,會發現control閥門增加時,會出現輸入長度等尺寸的選項,如圖12所示,再將儀表專業返回的閥門具體尺寸相應的填寫,完成二次設計,既保證了不用在建立管道材料等級庫時浪費大量的時間,又能保證所有閥門的尺寸完全正確。

圖12 Control閥門建立時提示輸入長度

6 CADWorx軟件各種支吊架的符號使用

管道專業設計中會使用到各種型式的支吊架,根據支吊架使用的不同,其大致的性質分為導向支吊架、固定支吊架、滑動支吊架、彈簧支吊架等。CADWorx軟件也將這些不同性質的支吊架對應的管道軸測圖符號采用了不同的型式加以區分,用以滿足設計的需要。修改支吊架性質的操作如下:單擊支吊架元件,在跳出的“元件屬性編輯”對話框中,單擊“ISOGEN”按鈕,然后在跳出的“ISOGEN 數據”對話框中,將“SEKY”的屬性改為需要的值,支吊架的管道軸測圖符號就更改為需要的符號。具體支吊架性質及對應的SKEY值見表3所示。

表3 支吊架性質與管道軸測圖符號SKEY值對應表

7 CADWorx軟件支吊架模型建立的兩種方式

CADWorx軟件的管道支吊架的設計有兩種方式:ISO圖邏輯支吊架和實體三維支吊架。

ISO圖邏輯支吊架的設計通過Plant II標題欄中的“約束”單元完成,如圖13所示。ISO圖邏輯支吊架的設計,需要在管道的中心找到確切的位置增加,這樣就需要繪制各種輔助線, ISO圖邏輯支吊架的符號不能像管道元件繪制一樣的移動位置,需要找到確切點新增或者采用CAD的move命令移動。并且對于管道任何的修改,ISO圖邏輯支吊架都不能相應的自行變動,因此當管道設計變動后,ISO圖邏輯支吊架完全需要重新設計。

圖13 Plant II標題欄中的“約束”單元

實體三維支吊架能夠隨著管道的變動相應的變動,并且能夠類似其他管道元件一樣的進行修改、移動等操作,很好的滿足設計需求。但由于CADWorx軟件自身的局限性,實體三維支吊架的數量較少,并且只是一些支吊架元件,沒有型鋼類支吊架,這些支吊架元件不能完成支吊架組合,這些問題與實際工程項目設計并不相符。

結合三維實體支吊架的優點,在聚丙烯裝置精制單元的管道設計中,僅建立了U型管卡三維實體支吊架,用三維實體支吊架方便設計的優點,完成支吊架的定位,在設計時將U型管卡三維實體支吊架的“詳細描述”改為想要的支吊架名稱,如圖14所示。用這種方法既能快速完成設計,又能正常出材料報表和管道軸測圖。

圖14 U型管卡三維實體支吊架與詳細描述

8 特殊管道號的命名(即VZ代號的使用)

根據化工行業標準《自控專業設計管理規定(HG/T 20636)》中的第三篇《自控專業與管道專業的設計分工(HG/T 20636.3)》的規定,儀表與管道專業之間的分界的要求,連接面的墊片、緊固件(螺栓、螺母)等屬于管道設計范圍,對于管道上的儀表,此分支連接面的所有管件都屬于此管道的管道號,但是根據此標準要求,設備上連接的儀表,例如溫度計使用的墊片及緊固件,壓力儀表使用的根部閥門、墊片及緊固件的管道元件,若沒有管段號,CADWorx軟件將無法出圖,因此,與工藝專業討論后,在工藝專業的首頁圖中特別做了設備附屬件的管段號命名規則:

管道尺寸-VZ-設備位號 設備管口號-管道等級-保溫代號

通過此命名規則的增加,使上述的問題完全得以解決,一方面給與這些與設備連接的儀表的所有連接元件一個管段號,使CADWorx軟件可以完成管道軸測圖圖出圖,這些管道軸測圖作為現場施工依據,另一方面也能保證CADWorx軟件導出的管道綜合材料表中將上述情況中的所有管道材料得以統計,不會導致現場施工缺少材料的情況。

9 CADWorx軟件三維模型的導出

CADWorx軟件作為管道專業工程模型設計軟件,所有的模型都為可編輯版本,這些模型文件包含了大量的各個專業的設計信息,例如設備的直徑、壁厚、材料等屬性,管道的管段號、管道大小、組成管道的各類元件屬性等各個專業的設計內部信息,有了這些設計內部信息后,專業設計人員可以反推或反算一些重要的工藝、管道、設備,甚至儀表等其他專業的重要數據。另外為保證CADWorx軟件設計文件的管理,CADWorx的各個模型是通過各個文件進行儲存的,所以對于一個工程模型,CADWorx軟件的可編輯版文件是有幾十個文件組成,對于業主或者施工方,這些文件太過復雜。但隨著工程項目數字化的進展,一般業主和施工方,都需要三維模型文件,一方面有利于數字化文件的交付,另一方面可以幫助業主對工廠的管理,并且三維模型能幫助施工方更好的施工,因此CADWorx軟件內置了三維模型的導出,導出的文件需要Intergraph公司的CADWorx Review軟件打開瀏覽,但此CADWorx Review軟件在設計行業中不太流通,在業主和施工方幾乎是沒人使用。

因為CADWorx軟件是基于AutoCAD平臺的一款完全兼容AutoCAD命令的三維工廠設計軟件,Autodesk公司給AutoCAD軟件提供了導出三維模型的功能,但此功能需要安裝Autodesk Navisworks Export插件(插件可在Autodesk公司的官網上免費下載,前提是購買了AutoCAD軟件)。安裝完Autodesk Navisworks Export插件后的CADWorx軟件,在命令行中輸入NWCOUT后,就可以將需要導出三維模型的文件導出“.nwc”格式的三維模型文件,此三維模型文件可以用Autodesk公司的Navisworks軟件打開,并且在軟件的“數狀結構”欄中可以清晰看見工程項目的組成;選擇模型中任意的元件,在“特性”一欄中能夠看到相應元件的各個屬性。

將設計文件導出三維模型文件,一方面由于導出的三維模型文件的不可編輯的特性,能夠充分保護設計方的設計內容泄露;另一方面導出后的三維模型文件,能夠幫助業主和施工方充分了解整個工程項目,用于指導后續的項目施工及運行。

10 特殊管口的使用

無法在父系元件上建立管口時,CADWorx軟件為設計人員設立了“特殊管口”,位置在Plant I標題欄中“其他”單元的左下角處。特殊管口的使用,如圖15所示,描述欄中填寫管口號,再填寫設備名稱,并尺寸和連接方式等屬性,就能建立特殊的管口。

圖15 特殊管口及其屬性工具

在聚丙烯裝置精制單元的管道設計,與其他設計單位的交接或各裝置之間的連接點,都需要反映在圖紙中,在實際操作中,將交接點全部使用了“特殊管口”的形式處理(此處描述欄填寫交接點號,設備名稱處填寫交接裝置名稱),這樣管道軸測圖中就能清晰反映管道后續的去處,如圖16所示。

圖16 裝置交接點處特殊管口的應用

11 結語

在使用CADWorx軟件進行管道專業三維模型設計的過程中,會遇到各種設計、軟件使用等問題,本文論述了幾種在聚丙烯裝置精制單元管道設計中的問題及解決或優化方法,這些方法可以沿用到CADWorx軟件在各個領域中的管道設計過程中。只有認真識別和分析這些問題,靈活運用各種解決方法,才能處理好各式各樣的錯誤報告,生成正確的管道軸測圖和綜合材料表[3]。