基于PDMS软件平台的夹套伴热管道建模方法

2020-07-25徐环斐

化工设计通讯 2020年8期

高扬，徐环斐

（1.山东三维石化工程股份有限公司青岛分公司，山东青岛 266071；2.青岛科技大学化工学院，山东青岛 266042)

PDMS（Plant Design Management System）是由AVEVA公司发布的工厂三维协同设计与管理系统，作为一款功能最强大的三维设计软件平台，适用于石化、电力、海工等行业。夹套伴热管道是石油化工装置中常见伴热方式，具有传热效率高、传热均匀、可迅速调节温度、适用范围广等优点，在生产中应用广泛。

随着工程设计数字化需求的提高，越来越多的石油化工项目设计过程开始采用PDMS软件平台。PDMS软件中夹套管道的建模方法多样且各有利弊，在设计过程中对夹套伴热管道进行快速、准确的三维建模成为使用者关注的焦点。

1 夹套伴热管道建模要求

夹套伴热管道由内管、套管两个主要部分组成，根据伴热距离，套管将设置供汽、排液点和跨接线。内管为工艺介质，外管为伴热介质。

夹套伴热管道的建模应符合标准规范和工艺设计要求[1-2]，主要包括：①工艺介质及其操作条件适用夹套伴热；②内管及套管的材质符合要求，内管采用无缝关键，套管采用剖切管件；③按规范要求选用内管及套管尺寸组合及弯头曲率半径；④供汽、排液点和跨接线间距、位置合理；⑤考虑管道应力，设置补偿。

在遵循以上要求的基础上，采用AVEVA PDMS 12.1SP2 软件建立内管焊缝隐蔽型（全夹套）三维模型。

2 夹套伴热管道建模方法

PDMS软件中常用的夹套管道的建模方法有三种，均涉及PDMS软件数据库的特殊定制。本文建立了夹套伴热管道在弯头和跨接法兰处的三维模型，对三种方法进行论述比较，实现途径与建模结果见表1。

三种建模方法均能得到逻辑关系和空间占位正确的三维模型。采用方法A时，元件数据库修改工作量较大，需要以内管的公称直径和套管的外形尺寸建立专用虚拟元件数据库和等级数据库，元件数据库包括管道、弯头、三通等常用元件，所有虚拟元件均对应现实中的两个元件，统计材料和采购时，需要人为干预将虚拟元件拆分为两个实际元件。采用此方法建立模型时，只需画出套管和跨接管即可，可节省建模时间；采用方法B时，仅需对元件数据库中的夹套法兰数据进行少量修改，使夹套法兰具备同时连接内管和套管的模型属性。

表1 夹套管道建模方法

法兰在PDMS软件平台中属于二通元件，即其只拥两个连接点，在模型的连接逻辑中一端用于连接垫片，另一端用于连接管道（内管）。通过对元件数据库进行修改，使夹套法兰除了两个常规的连接点外，额外获得一个用于连接套管的连接点，成为一个三通元件，可同时连接垫片、内管与套管。采用方法B建立模型时，需在同一条管道内的不同分支下分别画出内管、套管及跨接管，此方法的建模工作量比方法A大，但元件数据库修改工作量小，且系统能够正确无误地自动统计管道材料；采用方法C时数据库的修改方法与方法B完全相同，仅建模方法略有不同。建模时按照实际施工顺序和介质的流通路径把模型分为流通物料的内管、流通伴热介质的套管与跨接管两个独立部分，分别在两条管道下进行建模。方法C与方法B相比，两者的工作量与准确性相同，仅在管道轴测图表达上有所差异。三种方法所建模型的管道轴测图和材料清单比较见表2。

表2 夹套管道模型轴测图与材料清单比较

表2列出了三种不同建模方法所得到的管道轴测图和材料清单。采用方法A时，管道轴测图中的尺寸标注为套管尺寸，无法显示内管尺寸标注，施工时需现场测量计算管道切割长度。其材料清单共9项，其中第一项、第四项为虚拟管道元件，因受PDMS软件规则限制，管径仅能显示DN150，需要人工干预拆分为DN150的内管和DN200的套管两部分，导致后期材料统计工作量增多；采用方法B时，管道轴测图中同时显示内管和套管，当存在弯头元件时，管道轴测图则会产生如图1所示的显示错误，内管与套管起点坐标相同，但在管道轴测图中位置却产生了位移，易造成内管是插入套管的误解。方法B的内管和套管的材料清单共11项，完整罗列了管道施工所需的材料，但施工时需要对内管和套管材料进行区分；采用方法C时，由于分两条管道建模，将分别生成内管与套管的两张管道轴测图，详细标注内管和套管的各尺寸，施工时核对内管和套管起始点坐标确认即可。方法C的材料清单内管共4项，套管7项，分别罗列，合计11项，完整性与方法B相同。三种方法优劣比较见表3。