韓雅妮，蘇創(chuàng)，李亞玲

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院，甘肅蘭州730060）

煤化工行業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位，為了更加真實(shí)有效地提高在校學(xué)生的實(shí)訓(xùn)操作水平，我校引進(jìn)了更加接近企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的煤制甲醇實(shí)訓(xùn)裝置，該裝置在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中架起理論與實(shí)踐的橋梁，讓學(xué)生能夠更快更好地適應(yīng)煤制甲醇的崗位工作。本套煤制甲醇冷態(tài)實(shí)訓(xùn)工廠是仿照真實(shí)的煤制甲醇化工企業(yè)設(shè)計(jì)的，該實(shí)訓(xùn)裝置由空分裝置、煤氣化、凈化、甲醇合成等單元組成，非常貼近工廠實(shí)際，此外，該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)不僅能夠反映真實(shí)工業(yè)生產(chǎn)，還裝有仿真模擬軟件、DCS集散控制系統(tǒng)和教師管理系統(tǒng)。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中可以全工況動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬煤化工裝置的開(kāi)車、停車及常見(jiàn)事故處理。實(shí)訓(xùn)操作過(guò)程可以使學(xué)生熟練掌握煤制甲醇企業(yè)的工藝流程，并在操作過(guò)程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的操作技能。

學(xué)生在實(shí)訓(xùn)基地上崗后，教師會(huì)參照化工生產(chǎn)和管理一線的要求對(duì)學(xué)生實(shí)施教學(xué)，在操作過(guò)程中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的操作水平，使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中做到人人有崗位，個(gè)個(gè)有責(zé)任，與企業(yè)生產(chǎn)無(wú)縫對(duì)接，大大提高了實(shí)訓(xùn)的真實(shí)性和實(shí)踐教學(xué)的效果。

但是，在日常的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，比如說(shuō)，在整班實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，有些同學(xué)僅掌握了自己分配到的操作實(shí)訓(xùn)工段的操作規(guī)程，對(duì)其他工段的操作步驟和原理不甚清楚，這樣就不利于學(xué)生掌握完整的操作過(guò)程；甚至有個(gè)別學(xué)生主觀能動(dòng)性不強(qiáng)，個(gè)人很少動(dòng)手，在實(shí)訓(xùn)操作結(jié)束都不能建立很好的全局觀。

1 裝置簡(jiǎn)介

本裝置實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重難點(diǎn)是在實(shí)訓(xùn)操作中，讓學(xué)生結(jié)合設(shè)備和管路來(lái)學(xué)習(xí)工藝生產(chǎn)流程，然后團(tuán)隊(duì)配合進(jìn)行裝置的開(kāi)、停車及事故的訓(xùn)練，目的是通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)操作的調(diào)節(jié)和工藝流程的練習(xí)。例如，在操作實(shí)訓(xùn)的教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有學(xué)生提出問(wèn)題，比如說(shuō)“為什么要采用這樣的方式布置管道？”“管道能不能選擇其他布置方案？”“管線上要選擇什么樣的閥門？”等類似涉及到工程設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，其中，多數(shù)問(wèn)題集中在管道設(shè)計(jì)和管路布置方面，而這些問(wèn)題的解答就更加需要同學(xué)們學(xué)習(xí)一些工程設(shè)計(jì)的知識(shí)。

化工畢業(yè)設(shè)計(jì)課程在本校常年開(kāi)設(shè)，但是，大多數(shù)設(shè)計(jì)都是進(jìn)行手工計(jì)算、手工畫圖，沿用的是以前傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，這和當(dāng)今設(shè)計(jì)院的主流工程設(shè)計(jì)脫軌。其實(shí)，學(xué)習(xí)的目的不僅是知其然，更要知其所以然。那么，怎樣讓喜歡鉆研的學(xué)生在充實(shí)的實(shí)訓(xùn)操作中，除了獲得熟練的操作技能，還能培養(yǎng)他們的工程理念呢？筆者覺(jué)得可以考慮讓學(xué)生在熟悉工藝流程后，嘗試使用三維設(shè)計(jì)軟件從一個(gè)設(shè)計(jì)人員的角度來(lái)設(shè)計(jì)一部分典型的工藝流程。

那么，采用哪一個(gè)三維工程設(shè)計(jì)軟件呢[1]？綜合國(guó)內(nèi)工程設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，目前被廣泛應(yīng)用的有Intergraph 公司PDS、CADWorx、Smartplant3D;Autodesk 公司的AutoCADPlant3D;AVEVA 公司的PDMS;Bentley 公司的AutoPLANT，以及國(guó)內(nèi)公司自主開(kāi)發(fā)的SPDA，PDSOFT等。每款軟件各有特點(diǎn)，其中，AutoPLANT和PDS目前均已停止更新。PDMS 在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率很高，多用于大中型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。CADWorx是基于AutoCAD平臺(tái)的產(chǎn)品，軟件容易上手，性價(jià)比高，產(chǎn)品穩(wěn)定，目前在國(guó)內(nèi)中小項(xiàng)目上應(yīng)用廣泛。

CADWorx 三維工廠設(shè)計(jì)軟件技術(shù)成熟，產(chǎn)品穩(wěn)定，并且在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)廣泛應(yīng)用的過(guò)程中，還積累了很好的口碑，同時(shí)軟件自帶的模塊還有自檢并發(fā)現(xiàn)模型中的碰撞，在工程末期還能自動(dòng)生成單線圖和材料表的附加功能，所以，結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)，選擇采用CADWorx 軟件對(duì)煤制甲醇中的空分單元進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)步驟[2]

2.1 建立鋼結(jié)構(gòu)

首先，通過(guò)Stee l 模塊，調(diào)用軟件自帶型鋼數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)置項(xiàng)目所用鋼結(jié)構(gòu)的線條和結(jié)構(gòu)尺寸，快速地建立好所需管廊支架、操作平臺(tái)及護(hù)欄，然后，將結(jié)構(gòu)模型保存到合適的項(xiàng)目文件夾下，方便后期配管。

2.2 建立設(shè)備模型

利用CADWorx Equipment的實(shí)體，通過(guò)對(duì)幾何模型的拼接，繪制出項(xiàng)目所用的各種設(shè)備和容器，用Equipment 模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要繪制的是設(shè)備外形尺寸和管接口、管嘴型式，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不進(jìn)行繪制。受制于筆者的精力和軟件操作水平，本次建模對(duì)空分裝置的流程進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化，主要設(shè)備包括塔、冷箱、換熱器、儲(chǔ)罐、泵、壓縮機(jī)等。由于設(shè)備采用的是搭積木的方式建模，可以在較短的時(shí)間內(nèi)搭建出設(shè)備的模型，建模效率高。每一個(gè)設(shè)備建模完成后，要對(duì)每一個(gè)設(shè)備單獨(dú)命名，并儲(chǔ)存到建好的Equipment 文件夾中，方便在配管過(guò)程中引用。

2.3 管道建模

2.3.1 建立管道等級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)

管道材料等級(jí)表是管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在三維配管設(shè)計(jì)中占有基礎(chǔ)的地位。管道材料等級(jí)表中包括了管道及管件、所用閥門的材料、尺寸、壓力等級(jí)、型號(hào)、適用溫度、使用壓力等。在正式配管之前，管道元件數(shù)據(jù)庫(kù)需要存貯有管道等級(jí)庫(kù)中所涉及的所有元件，以及各元件的詳細(xì)信息。首先，要通過(guò)管道等級(jí)表建立管道等級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于我國(guó)化工標(biāo)準(zhǔn)非常多，同一個(gè)行業(yè)可能還分許多種標(biāo)準(zhǔn)，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的標(biāo)準(zhǔn)不同，對(duì)管道繪制的要求也不一樣，那么想要在設(shè)計(jì)初始就有現(xiàn)成的，可以直接拿來(lái)就用的等級(jí)庫(kù)是不可能的。所以，在進(jìn)行配管之前，首先根據(jù)自己項(xiàng)目中需要的元件標(biāo)準(zhǔn)制作元件庫(kù)，再以元件庫(kù)為基礎(chǔ)，生成等級(jí)庫(kù)。制作元件庫(kù)是一個(gè)非常龐大的工作，由于本實(shí)訓(xùn)裝置本身就對(duì)空分工藝進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化，所以，可以根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)參考修改，或者移植別人的數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建自己需要的庫(kù)。元件庫(kù)和等級(jí)庫(kù)都建立完成后，進(jìn)行保存并退出，最后生成2個(gè)文件，一個(gè)是后綴為.cat的元件庫(kù)文件，另一個(gè)是后綴為.prj的等級(jí)庫(kù)文件。把生成的文件存放到C:/CADWORX2015 Plant/Spec 文件夾下，在正式的配管過(guò)程中就可以加載這個(gè)新的等級(jí)庫(kù)。

2.3.2 管道建模

管道建模開(kāi)始，需要在plant 模塊中參照引用已經(jīng)繪制的steel和Equipment模型，然后在plant中對(duì)管道建模。工藝配管時(shí)需要注意以下原則：

（1）首先進(jìn)行管道的整體規(guī)劃:大管徑、高溫、運(yùn)輸特殊物質(zhì)的管道最先布置。

（2）布置管道時(shí)要充分考慮管道支承，防止項(xiàng)目后期設(shè)計(jì)管架時(shí)管道無(wú)法支承。操作時(shí)可以考慮采用建筑物、平臺(tái)梁柱支承管道。

（3）總管上引出的管道，氣體從總管上部引出，液體從總管下部引出。同平面、方向相同的管道標(biāo)高應(yīng)盡量一致。

（4）配管時(shí)應(yīng)該避免出現(xiàn)氣袋或液袋，管道布置應(yīng)步步高或步步低。如果無(wú)法避免，應(yīng)征得工藝專業(yè)的許可后，增加高點(diǎn)排氣、低點(diǎn)排凈裝置。

（5）管道與管道的間距，管道和設(shè)備及建筑物的間距，要滿足規(guī)范、安裝、檢修要求。

（6）避免管道的碰撞，并盡量做到管道布置的安全、合理、美觀。

（7）管架設(shè)計(jì)時(shí)要考慮高、低溫管道的熱位移，以防管托脫落，必要時(shí)可選加長(zhǎng)管托。

同時(shí)，CADWorxPlant 內(nèi)置的碰撞檢查模塊，可實(shí)時(shí)對(duì)管道進(jìn)行碰撞檢查，及時(shí)告知在配管過(guò)程中設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)、管道模型間的碰撞，并自動(dòng)彈出碰撞檢測(cè)警告，大大減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中錯(cuò)誤發(fā)生，提高了配管的效率。

3 結(jié)論與展望

三維工廠設(shè)計(jì)軟件可以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率，并將設(shè)計(jì)人員從繁瑣的重復(fù)工作中解脫出來(lái)，把更多的時(shí)間應(yīng)用到解決項(xiàng)目本身的技術(shù)性問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)效率，日益成為當(dāng)今項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主流，三維工廠設(shè)計(jì)的發(fā)展前景十分廣闊。學(xué)校的教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容也應(yīng)該緊跟設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的主流，盡早地讓學(xué)生接觸并應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，在轉(zhuǎn)變學(xué)生設(shè)計(jì)思路的同時(shí)，還可以大大加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用能力，同時(shí)深化所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。