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)在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位，為了更加真實有效地提高在校學(xué)生的實訓(xùn)操作水平，我校引進(jìn)了更加接近企業(yè)生產(chǎn)過程的煤制甲醇實訓(xùn)裝置，該裝置在實訓(xùn)教學(xué)過程中架起理論與實踐的橋梁，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)實訓(xùn)工廠是仿照真實的煤制甲醇化工企業(yè)設(shè)計的，該實訓(xùn)裝置由空分裝置、煤氣化、凈化、甲醇合成等單元組成，非常貼近工廠實際，此外，該實訓(xùn)系統(tǒng)不僅能夠反映真實工業(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)生在實訓(xùn)過程中可以全工況動態(tài)實時模擬煤化工裝置的開車、停車及常見事故處理。實訓(xùn)操作過程可以使學(xué)生熟練掌握煤制甲醇企業(yè)的工藝流程，并在操作過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的操作技能。

學(xué)生在實訓(xùn)基地上崗后，教師會參照化工生產(chǎn)和管理一線的要求對學(xué)生實施教學(xué)，在操作過程中重點培養(yǎng)學(xué)生的操作水平，使學(xué)生在實訓(xùn)過程中做到人人有崗位，個個有責(zé)任，與企業(yè)生產(chǎn)無縫對接，大大提高了實訓(xùn)的真實性和實踐教學(xué)的效果。

但是，在日常的實訓(xùn)教學(xué)中也會發(fā)現(xiàn)一些問題，比如說，在整班實訓(xùn)教學(xué)中，有些同學(xué)僅掌握了自己分配到的操作實訓(xùn)工段的操作規(guī)程，對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程；甚至有個別學(xué)生主觀能動性不強(qiáng)，個人很少動手，在實訓(xùn)操作結(jié)束都不能建立很好的全局觀。

1 裝置簡介

本裝置實訓(xùn)教學(xué)的重難點是在實訓(xùn)操作中，讓學(xué)生結(jié)合設(shè)備和管路來學(xué)習(xí)工藝生產(chǎn)流程，然后團(tuán)隊配合進(jìn)行裝置的開、停車及事故的訓(xùn)練，目的是通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步強(qiáng)化對操作的調(diào)節(jié)和工藝流程的練習(xí)。例如，在操作實訓(xùn)的教學(xué)過程中經(jīng)常會有學(xué)生提出問題，比如說“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)計方面的問題，其中，多數(shù)問題集中在管道設(shè)計和管路布置方面，而這些問題的解答就更加需要同學(xué)們學(xué)習(xí)一些工程設(shè)計的知識。

化工畢業(yè)設(shè)計課程在本校常年開設(shè)，但是，大多數(shù)設(shè)計都是進(jìn)行手工計算、手工畫圖，沿用的是以前傳統(tǒng)的設(shè)計方法，這和當(dāng)今設(shè)計院的主流工程設(shè)計脫軌。其實，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)生在充實的實訓(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)計軟件從一個設(shè)計人員的角度來設(shè)計一部分典型的工藝流程。

那么，采用哪一個三維工程設(shè)計軟件呢[1]？綜合國內(nèi)工程設(shè)計行業(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，以及國內(nèi)公司自主開發(fā)的SPDA，PDSOFT等。每款軟件各有特點，其中，AutoPLANT和PDS目前均已停止更新。PDMS 在國內(nèi)市場占有率很高，多用于大中型項目的設(shè)計。CADWorx是基于AutoCAD平臺的產(chǎn)品，軟件容易上手，性價比高，產(chǎn)品穩(wěn)定，目前在國內(nèi)中小項目上應(yīng)用廣泛。

CADWorx 三維工廠設(shè)計軟件技術(shù)成熟，產(chǎn)品穩(wěn)定，并且在國內(nèi)設(shè)計行業(yè)廣泛應(yīng)用的過程中，還積累了很好的口碑，同時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生成單線圖和材料表的附加功能，所以，結(jié)合本項目的特點，選擇采用CADWorx 軟件對煤制甲醇中的空分單元進(jìn)行三維設(shè)計。

2 設(shè)計步驟[2]

2.1 建立鋼結(jié)構(gòu)

首先，通過Stee l 模塊，調(diào)用軟件自帶型鋼數(shù)據(jù)庫，設(shè)置項目所用鋼結(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、操作平臺及護(hù)欄，然后，將結(jié)構(gòu)模型保存到合適的項目文件夾下，方便后期配管。

2.2 建立設(shè)備模型

利用CADWorx Equipment的實體，通過對幾何模型的拼接，繪制出項目所用的各種設(shè)備和容器，用Equipment 模塊進(jìn)行設(shè)計時，主要繪制的是設(shè)備外形尺寸和管接口、管嘴型式，對設(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，本次建模對空分裝置的流程進(jìn)行了一些簡化，主要設(shè)備包括塔、冷箱、換熱器、儲罐、泵、壓縮機(jī)等。由于設(shè)備采用的是搭積木的方式建模，可以在較短的時間內(nèi)搭建出設(shè)備的模型，建模效率高。每一個設(shè)備建模完成后，要對每一個設(shè)備單獨命名，并儲存到建好的Equipment 文件夾中，方便在配管過程中引用。

2.3 管道建模

2.3.1 建立管道等級數(shù)據(jù)庫

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

2.3.2 管道建模

管道建模開始，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中對管道建模。工藝配管時需要注意以下原則：

（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）布置管道時要充分考慮管道支承，防止項目后期設(shè)計管架時管道無法支承。操作時可以考慮采用建筑物、平臺梁柱支承管道。

（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。如果無法避免，應(yīng)征得工藝專業(yè)的許可后，增加高點排氣、低點排凈裝置。

（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)計時要考慮高、低溫管道的熱位移，以防管托脫落，必要時可選加長管托。

同時，CADWorxPlant 內(nèi)置的碰撞檢查模塊，可實時對管道進(jìn)行碰撞檢查，及時告知在配管過程中設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)、管道模型間的碰撞，并自動彈出碰撞檢測警告，大大減少了設(shè)計過程中錯誤發(fā)生，提高了配管的效率。

3 結(jié)論與展望

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