选矿厂工艺管道三维设计软件的二次开发及应用

（中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064）

1 选矿厂生产管道设计现状

选矿厂生产管道根据管道的材质分为耐磨管、钢制管道。耐磨管是根据生产管道设计图纸在耐磨管生产厂家预制后运到安装现场进行安装，如果设计的耐磨管在现场安装的过程中出现碰撞、交叉等问题需要调整时，必须在厂家重新生产后再运到现场，这就必然增加生产运输成本，严重影响工期；钢制管道是根据生产管道设计图纸在现场对钢制管材进行切割、焊接、安装，如果设计情况与现场不相符，造成碰撞、影响行走等问题，就需要将已安装的钢制管道废除，重新进行安装，这就造成了管材的浪费，安装进度的延期，人工费用的增加。选矿厂主厂房内布置着近百条管道，彼此交错，如果没有一个强有力的软件，将很难设计出既经济又满足要求的生产管道。

传统的生产管道设计，采用较多的设计软件是AutoCAD。它是一款经典的以平面设计为主的二维设计软件，表达的是物体在同一平面上的投影关系，对三维空间表达能力较弱。对于简单的生产管道系统设计，AutoCAD软件操作方便，投影关系清晰；但是近年来随着工程项目规模变大，生产管道系统越来越复杂，AutoCAD软件在生产管道设计的能力明显不足。

2 管道三维设计软件的选取

基于AutoCAD软件在目前选矿厂生产管道设计中的不足，引用三维软件设计显得非常必要。目前常用的三维设计软件有PRO/E，UG，SolidWorks等，从使用的实用性，方便性，准确性出发，选择了性价比高，市场使用广泛的SolidWorks软件进行管道三维设计及管道标准数据库的二次开发。

SolidWorks是一款功能强大、使用广泛、兼容性好、费用较低的三维设计软件，已经在机械制造、石油化工、矿化工等行业得到了大量应用，并取得了很好的效果。SolidWorks软件针对管道设计特点，开发了管道设计专用模块Routing。如果将SolidWorks软件应用到选矿厂生产管道的设计，应该能够快速提高管道设计质量和设计效率。

3 管道三维设计软件数据库的二次开发

SolidWorks软件功能的实现需要丰富的模型数据库的支持，SolidWorks软件自身提供的模型数据库与生产管道设计的要求有很大的差距，主要表现在以下几方面：

（1）适合选矿厂三维设计应用的工艺设备及构筑物模型属于空白；

（2）数据库中模型的种类少，数量少，例如阀门数据库中的模型只有球阀，缺少蝶阀，闸阀模型，同时球阀的模型也只有几个直径等级的模型，远远不能满足设计的需要；

（3）模型数据库的模型是以美标，德标为设计标准的模型，以我国国标为设计标准的模型少之又少；

（4）选矿厂设备中非标件类型多，数量多，例如溜槽，平台，搅拌桶等非标件都需要自建数据库；

基于以上SolidWorks软件数据库的不足，需要我们对SolidWorks软件的模型数据库进行二次开发，设计出符合我国国标要求，能应用到选矿厂管道设计。

3.1 主厂房模型数据库的开发

选矿厂主厂房多采用钢结构和钢混结构，主要构件包括梁，柱，楼面，窗等。选矿厂主厂房模型数据库的开发设计，以土建专业出版的厂房建筑和结构图为基础，建立了H型钢，方钢，圆钢，工字钢，角钢，槽钢等模型数据库。

3.2 管件模型数据库的二次开发

管件模型数据库包括法兰模型数据库，异径管模型数据库、弯头模型数据库、阀门模型数据库、三通模型数据库、管卡模型数据库等，管件模型库设计选用以下标准：1）镀锌钢管、无缝钢管（GB8163），卷焊钢管（SY/T5037）；2）法兰、异径管、弯头、三通、管卡（《给水排水标准图集》）。

3.3 选矿厂设备模型数据库的开发

选矿厂设备包括矿泥水设备，洗选设备和各种溜槽；选矿厂设备模型数据库可以分为：泵类设备模型数据库、洗选设备模型数据库、溜槽设备模型数据库、非标模型数据库等四大类。

4 管道三维设计软件的应用

管道模型数据库二次开发完成后，将进行管道三维设计软件的应用。以内蒙古巴彦高勒矿井选矿厂项目为模型进行工艺管道的三维设计，该项目是一个年入洗500万吨原矿的洗矿厂，其主要工艺是150～13（25）mm级块矿采用浅槽分选。

4.1 选矿厂主厂房模型的设计

巴彦高勒矿井选矿厂主厂房模型的建立，以土建专业出版的厂房建筑图和结构图为基础；通过Solidworks软件建模后如图1所示。

图1 选矿厂生产管道模型

4.2 选矿厂生产管道模型的设计

主厂房内工艺管道数量较多，为了便于管理、设计、查找和修改，对工艺管道进行编号；以实体模型面为设计参考，先进行耐磨自流管道的设计，然后进行耐磨压力管道的设计，接着进行钢制管道的自流管道的设计，最后依次进行压力中矿泥水管道、清水管道、空气管道的设计。以脱介筛筛下合格介质耐磨管为例介绍生产管道设计。

（1）管道起始点、终止点的定位。利用配合关系将管道法兰定位在脱介筛筛下为起始点，将管道法兰定位在合格介质桶上为终止点；

（2）在主厂房模型内绘制管道的3D草图作为管道的路径；

（3）在Routing模式下进行脱介筛筛下合格介质管道的设计，管道以步骤2中的3D草图为路径，弯头、管道、法兰自动添加；

（4）修改管道时，只需修改步骤2中的3D草图，Routing模式下的管道随着3D草图自动修改。

耐磨管道经过上述步骤设计后，经过碰撞检查、行走检查，将有问题的管道进行优化，重新设计后的管道如图2所示。

图2 重新设计后的管道图

5 结语

我们经过对该软件的应用及基本数据库的二次开发后，在内蒙古巴彦高勒矿井选矿厂主厂房生产管道的设计中，取得了以下应用效果。

（1）通过碰撞检查、行走检查，减少了多条管道的碰撞及管道与设备，管道与梁的碰撞，提高了设计图纸的质量，避免了现场管道的修改；

（2）缩短了修改图纸的时间，加快了设计进度。在传统设计模式下，修改单条管道，进行相关线路的调整，至少需要2到3天的时间，而现在只需1到2天，时间节省了一半；

（3）材料统计更准确，采用SolidWorks软件设计，可以自动更新材料表，减少错误率，保障管道设计图纸与现场安装一致。

如果在后续的使用和研究中，开发出其他功能，同时将其推广到其他相关专业，实现工程设计全过程的三维化，必将更大的提高工程项目的整体设计质量和设计效率，创造更多的工程价值。