智能工艺流程设计在核电系统设计中的应用

张长奎 杨晓亮

摘 要：文章基于Diagrams软件在核电项目系统智能工艺流程设计方面的应用，讲述针对核电项目体系化设计和数据一致性需求，通过对Diagrams软件的定制，实现核电项目系统智能工艺流程设计和二、三维数据校验，并介绍了核电项目系统流程设计应用情况。

关键词：Diagrams；核电；系统设计；智能工艺流程；二、三维校验

中图分类号：TP39 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）10-0180-03

Abstract： Based on the application of Diagrams software in the intelligent process design of nuclear power project system， this paper describes how to customize the Diagrams software to meet the requirement of systematic design and data consistency of nuclear power project. The intelligent process flow design of nuclear power project system and the verification of two and three dimensional data are realized， and the application of nuclear power project system process design is introduced.

Keywords： Diagrams； nuclear power； system design； intelligent process； 2D/3D check

引言

核電站作为一项复杂和庞大的工程设施体，其设计必须有体系化和结构化的设计平台作为支撑。目前，我单位采用了AVEVA公司的三维设计体系作为核电站布置设计的主要载体和平台。工艺流程设计（以下简称“P&ID;”，Piping and Instrumentation Diagram）作为布置设计的前端，其设计过程的数据化和智能化可以为布置设计阶段提供坚实基础，并可形成一体化的设计体系，保证数据的一致性和实现二、三维技术的整合应用，大大提高核电站设计效率和准确性[1]。Diagrams作为AVEVA公司产品体系中的智能工艺流程设计模块，可以实现系统P&ID;图与P&ID;数据库紧密相连的一体化数据库设计，以及抽取各种报表和进行二、三维校验。但由于Diagrams平台缺乏统一的数据管理，大量数据需要手动输入，且不能即时更新，造成错误较多；以及二、三维时不能自动关联进行校验，自带的符号库无法满足设计需要。因此对Diagrams进行必要的定制对核电工艺流程设计有很大的帮助。本文主要以某一核电站的系统设计为例进行探讨。

1 数据库及符号库建立

1.1 Diagrams数据库管理层的建立

Diagrams数据库管理层定义了新建元件的存储位置及存储类型和方式，决定着以后对数据库的维护及管理难易度。对于Diagrams模块，可以分几个库来存储：符号库（SYMBOL），存放Diagrams的符号；模板（TEMPLATE）库，存放定义的模板；这两个库一般可以放到一个数据库

（DB），图纸（DWGS）库，存放新建的图纸，要单独存放一个数据库（DB），这样方便以后单独控制用户访问修改权限。

1.2 核电符号库的建立

应用Diagrams进行P&ID;图绘制的元件符号都从Diagrams符号库中调用，因此在工艺流程设计之前要先建立符号库，具体过程如下：

（1）首先进行属性规则定制。属性规则定制包含通用选项设置（General options）和元素选项设置（Element options）。通过进行通用和元素选项设置，可以使整个图面同类型的信息格式一样。通用选项设置包括系统配置、图纸设置、注释设置字体设置、各专业（Pipe、HVAC、Instrumentation）设置、对话框、目录搜索设置、自动规则选项设置；元素选项设置（Element options）：包括管道、阀门、在线仪表、离线仪表，执行器、设备、子设备、管嘴、进出图符号、通风元件管线等等选项设置[2]。

（2）其次是规范符号库名称。为与核电项目系统设计手册一致，则按照元件的类型分类来定名称。具体新建符号类型的方法是：先根据手册中规定的符号类型画出符号，组合符号，再添加进出口点，然后生成符号库，选择符号库存放类型并保存。

2 核电智能工艺流程设计

2.1 系统工艺流程图的绘制

系统工艺流程图的绘制主要包括以下过程：

（1）绘制流程图前，首先需要梳理各种绘制规则，包括三维中的管道命名规律、元件命名规律、对象需要的主要属性等[3]。

（2）根据这些规则，定义Diagrams中的对应规则，为之后的二、三维校验提供规则基础。

（3）绘制智能工艺流程图。从Stencil中选择需要的图标放到图纸上，然后把图形调整到需要的大小比例。

2.2 核电系统各类型绘制关键

2.2.1 设备绘制

非智能工艺流程图上设备与管道看上去是直接连接在一起，中间没有元件，但是在绘制智能工艺流程图的时候需要在它们之间放置管嘴，以便保持与三维数据的一致性。通过点选管嘴以及选择需要的管嘴等级类型来实现管嘴添加。

定义过的管嘴显示为蓝色，未定义的黑色。添加至设备上后就会自动定义。出现无法定义的情况，可以将管嘴符号拉到一边，然后重新放回设备上，自动捕捉定义点。

2.2.2 元件绘制

元件绘制时应注意以下3点：

（1）元件绘制尺寸选择错误。此问题可以通过右键修改的元件，选择“Rsize”，重新选择尺寸。元件的尺寸自动继承上游管道或者元件的尺寸，如果上游元件或者管道的尺寸发生变化，右击需要修改的元件，选择“Rfit”，就会自动和上游尺寸保持一致。

（2）管径与实际不一致。此问题需要检查上游与之连接的元件的管径正确性，如果与实际不一致的需要先调整上游元件的属性。

（3）报警器符号未定义。报警器连接线为未定义时，符号可以做成Lable形式调用，校验时不影响。

2.2.3 管道绘制

管道绘制时应注意以下4点：

（1）管道绘制时要注意流向，如果流向倒置就不能跟元件相连。

（2）在绘制系统流程图时，元件的选择是根据等级进行自动匹配。

（3）仪表管线是用PipeLines建立，双向进出图符号

（OPC）按单向进出图符号设置，符号形状仍按双向添加。出现不能连接的情况，需要检查OPC元件与管线的连接性，确保连接后两个管线上的OPC元件在同一个Branch下。

（4）信号线与工艺管道线相交时可单独进行管线的外形设置，实现打断效果。

2.3 Diagrams流程图的发布与取消发布

Diagrams智能工艺流程图的发布与取消发布可以针对局部或全部图纸，操作步骤相同。以局部图纸发布与取消发布为例子，通过选中对象，右键单击选择“Set Rselease Status”，出现“Set Rselease Status”对话框，然后勾选上即可发布，去掉勾选即可取消发布。

发布后管子顏色变化为系统设置的已发布管子颜色。可以根据颜色判断管子是否发布。

3 智能P&ID;二、三维校验

基于Diagrams设计的智能工艺流程图可以结合AVEVA PDMS三维工厂布置设计平台进行二、三维设计校验，从而保证二、三维设计的数据一致性。

3.1 校验及报表生成

基于Diagrams设计的智能工艺流程图发布后，可以通过AVEVA PDMS的DESIGN模块进行二、三维校验。在登陆界面勾选“Integrate Engineering and Schematics”，单击菜单栏中的二、三维校验命令即可进行。

首先进行校验规则制定。校验规则作为软件程序自动辨认的最有力判断依据。因此在校验前需要进行完善的校验规则定义，通过结合三维模型中对象命名，对各种类型的元件命名、关键属性等进行命名定义，以便在校验时实现自动比对和智能校验。

其次进行二、三维数据校验。校验步骤如下：

（1）从已定义的列表中选择校验类型“Main Object Ty

pe”，一般根据工程的需要选工艺管线、设备、仪表等进行选择。

（2）设置校验规则。

（3）检验对象的二、三维关联。在校验窗口中右键单击需要校验的对象（以Equipment为例），选择“Link”，实现选择对象的二、三维关联。

（4）二、三维校验。通过拖放显示三维模型，从而显示与其相连的元件、管道，然后进行校验；选中要校验的管道或设备，右键选择“Compare”，开始进行程序校验。

（5）校验报表生成。通过选择二、三维校验结果窗口中的“File>Export Details To Excel”菜单，导出Excel校验报表。校验报表包含校验对象的各个比对结果，以及连接情况等属性信息等。

元件和管道的二、三维校验与设备的校验步骤相同。

3.2 核电系统二、三维校验具体应用

通过核电项目具体系统的二、三维数据校验应用，其中应注意以下方面。

3.2.1 核电项目二、三维校验

（1）流程图与模型信息不符。流程图中可以用命名窗口或者形状数据窗口对其属性进行修改。例如某阀门RNSV001A为红色，表示通过二、三维校验存在问题，如图1所示。通过与二维工艺流程图比对，在模型中未找到与之匹配的名称和模型，问题为模型建模时阀门命名错误。此时需要对模型中对应阀门名称进行核实和修改。

（2）前后连接关系缺失。在系统流程图设计中，经常出现连接关系不对，缺少与前后连接的情况。例如阀门RNSV001A出现红色错误，在模型框中比较结果为蓝色的某阀门RNSV001A，显示为未连接，如图1所示；而在二维图中管线为绿色无问题。此问题需要对流程图重新进行连接修改。

（3）多样化的校验方式。对管道PipeLine层进行校验，可以发现管子的名称、DESC属性、保温等不一致，需重新进入Diagrams模块对管线相应属性进行连接和修改。同样，可以对管线Branch、连接件Copment等单个类型进行属性校验。

3.2.2 核电项目校验报表

核电项目校验报表生成，应该注意以下方面：

（1）在生成的校验报表最后一列显示所校验类型存在的问题，可以根据报表提示的问题进行模型和流程图修改。

（2）三维模型多种属性修改方式。根据检验报表需要修改三维模型中相应对象的属性时，可以用命令行对属性进行修改，或者通过相应对象的图形数据窗口中修改，或者通过建模工具进行修改。

（3）修改后及时更新数据。根据检验报表对三维模型进行修改后，应在设计模块进行模型数据更新，使三维模型和二维工艺流程数据保持一致。

（4）最终检验。在各类型对象检验完成后，需进行一次整体检验，筛选是否有遗漏项，进行查漏补缺。也可以根据工作安排，分层分级进行二、三维检验。

4 结束语

基于Diagrams模块在核电项目系统的实际应用，实现了智能工艺流程设计和二、三维设计校验，从很大程度上提高核电项目设计效率和精确度；智能化的工艺流程设计，通过二、三维数据的关联，实现了数据修改及时更新，保证二、三维设计数据的同步性和一致性；更为重要的是，通过核电项目的应用，夯实了前端工艺流程设计，建立完善的核电项目设计体系，实现了智能化工艺流程设计与布置设计的结合。

参考文献：

[1]顾玲芝，胡士刚.基于TRIBON的Diagram功能开发[J].上海船舶运输科学研究所学报，2016，39（2）：38-44.

[2]苏燕，孟庆建，张熙曼.基于AutoCAD VBA的化工工艺流程图绘图系统的研究[J].石油和化工设备，2012（12）：9-11.

[3]王凤辉，郑晓娟，王屹，等.海上石油平台主电站原油系统工艺流程图设计[J].机电设备，2014（2）：28-30.