司文學(xué) 湯傳斌

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

0 前言

在化工項目的設(shè)計過程中，化工工藝包的編制是其中一個重要的環(huán)節(jié)，起承上啟下的作用。一般情況下，工藝包應(yīng)至少包括[1-2]：Pfd流程圖及其附屬的各種數(shù)據(jù)表格，Pid流程圖及其附屬的各種數(shù)據(jù)表格。因此，設(shè)計者在編制工藝包時，除了繪制流程圖外，還需要對其附屬的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和核算，最后根據(jù)需要修改流程圖?；すに囋O(shè)計過程中，繪圖、數(shù)據(jù)計算、核對數(shù)據(jù)和編制各種數(shù)據(jù)表等工作給設(shè)計者帶來的巨大壓力，尤其是大量數(shù)據(jù)的處理、流程圖修改和各種各樣數(shù)據(jù)表的編制都需要耗費大量的時間和精力，并且需進(jìn)行反復(fù)地核對，當(dāng)工藝流程發(fā)生變化時，更是需要花費更多的時間和精力進(jìn)行檢查和核對，且仍有可能出現(xiàn)錯誤。

近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的P&ID軟件逐漸發(fā)展起來，在一定程度上減少了設(shè)計工作者的勞動量，但是仍然有大量的數(shù)據(jù)需要設(shè)計者自己先計算處理后才能輸入P&ID軟件中。例如輸入管線信息時，管道的公稱直徑和管道等級都需要設(shè)計者直接輸入，若有變化時還需要逐一查找進(jìn)行修改。

盡管這些P&ID商業(yè)軟件可以減輕設(shè)計工作者的勞動量，但它們都是與各自公司配套的3D建模軟件聯(lián)合使用，不但需要專人維護(hù)，而且價格較貴。若使用這些商業(yè)軟件，每年需要為每位設(shè)計者支出的軟件費用將近10萬元。

本文提出了一種利用VBA程序?qū)spenPlus、AutoCAD和Exccel有機(jī)地結(jié)合起來編制工藝包的方法，利用計算機(jī)替代人工處理除繪圖以外的與數(shù)據(jù)相關(guān)的大部分工作，例如Pfd物流表、Pid管線表、儀表條件表等，從而可以使設(shè)計者快速的完成Pid工藝包的制作。

1 工藝包制作流程

按傳統(tǒng)的方法，一個流程的工藝包制作過程需要完成以下步驟：

1) 初步確定裝置的工藝過程。

2) 進(jìn)行流程模擬，確定主要工藝物流參數(shù)。一般使用穩(wěn)態(tài)流程模擬軟件進(jìn)行流程模擬，例如AspenPlus等。

3) 使用AutoCAD繪制Pfd圖，并編制管道表。

4) 進(jìn)行換熱器、泵、壓縮機(jī)、塔器、儲罐、安全閥等設(shè)備的設(shè)計。

5) 使用AutoCAD繪制Pid圖，繪圖的同時計算管徑、管道等級、保溫類型及保溫厚度等信息，然后輸入Pid流程圖中。

6) 使用AutoCAD繪制設(shè)備配置圖。

7) 討論修改定型后，編制Pid管線表、設(shè)備表、安全閥表、各種條件表(主要是儀表條件表)等。

通常情況下，可以在第三步和第五步使用P&ID商業(yè)軟件替代AutoCAD繪制流程圖，并輸出一部分表格，從而減少一部分工作量。

本文所介紹的方法可以將第三步、第五步和第七步中除繪圖以外的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作由計算機(jī)自動完成。

2 計算過程

2.1 方法功能

本文所述的方法是利用VBA將AspenPlus、AutoCAD和Exccel有機(jī)地結(jié)合起來，設(shè)計者在使用AutoCAD繪制Pfd、Pid流程圖時只需要命名管段號，然后運行程序即可完成剩余工作，使設(shè)計者擺脫大量數(shù)據(jù)的計算和核查工作。其主要功能如下：

1) 將流程模擬軟件的物流信息按照規(guī)定的格式輸出到Excel中。

2) 使用AutoCAD繪制Pfd流程圖后，使用本程序一鍵讀取Pfd流程圖中的物流號，然后從流程模擬結(jié)果的Excel表格中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后輸出到Excel的Pfd管線表中。

3) 使用AutoCAD繪制Pid流程圖后，使用本程序一鍵讀取Pid流程圖中的管線號，然后從Pfd管線表中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算處理后將相關(guān)信息寫入Pid流程圖中，并可以根據(jù)需要生成Excel格式的Pfd管線表、儀表數(shù)據(jù)表、設(shè)備數(shù)據(jù)表、安全閥數(shù)據(jù)表等。

使用上述方法，設(shè)計者只需要在各個階段根據(jù)需要點擊相應(yīng)的功能按鈕即可。因此，除了以上由計算機(jī)完成的工作外，設(shè)計者需要完成的工作簡化為以下幾個方面：

1) 進(jìn)行流程設(shè)計，并進(jìn)行流程模擬和優(yōu)化。

2) 使用AutoCAD和增強(qiáng)塊繪制Pfd流程圖。

3) 使用AutoCAD和增強(qiáng)塊繪制Pid流程圖，只需對管線進(jìn)行命名，選擇合適的閥門、儀表等，輸入相關(guān)的信息。

4) 進(jìn)行設(shè)備設(shè)計。

5) 繪制設(shè)備布置圖。

由此可以看出，通過利用VBA實現(xiàn)AspenPlus、AutoCAD與Excel之間數(shù)據(jù)的相互讀取、計算、寫入，實現(xiàn)計算機(jī)替代人工，節(jié)約設(shè)計時間，提高勞動效率，提高設(shè)計質(zhì)量。

盡管化工流程中存在管線、設(shè)備、閥、儀表等眾多不同對象，但在本文所述的方法中，利用不同的增強(qiáng)塊表示不同的對象，以便加以區(qū)別。這是因為使用增強(qiáng)塊可以描述更多的信息，而且增強(qiáng)塊的讀、寫方法基本相同，有利于維護(hù)。因此，本文僅對Pid管線的處理過程進(jìn)行簡單描述。

2.2 Pid管線處理示例

2.2.1 插入塊“Pid_Pipe”

使用AutoCAD繪制Pid圖時，通過插入塊功能插入增強(qiáng)塊[3]“Pid_Pipe”，彈出對話框如圖1所示。

圖1 Pid管線塊輸入信息

由于采用的是增強(qiáng)塊，當(dāng)關(guān)閉該窗口后，輸入的信息中只有“PG-1010101”是可見的，其他信息都是隱藏的。

2.2.2 讀取管線信息

完成繪制Pid流程圖后，執(zhí)行讀取管線號信息的程序(寫入信息的程序與此類似)。VBA讀取增強(qiáng)塊“Pid_Pipe”的核心代碼摘要[4-5]如下所示。

Dim cadent As AutoCAD.AcadEntity

Dim array1 As Variant

Dim sheet As Worksheet

Dim nh As Integer

Dim nv As Integer

nh=3

nv=1

For Each cadent In caddoc.ModelSpace

If StrComp(cadent.EntityName, “AcDbBlock-Reference”, 1) = 0 Then

If cadent.Name=“Pid_Pipe” Then

If cadent.HasAttributes Then

array1=cadent.GetAttributes

For i=LBound(array1) To UBound(array1)

sheet.Cells(nh, nv+i)=array1(i).TextString

Next i

nh=nh+1

End If

End If

End If

Next cadent

運行后讀取結(jié)果見表1。

表1 Pid管線塊信息

2.2.3 獲取Pid物流信息

執(zhí)行計算管徑的VBA程序。該步驟是獲取每個已經(jīng)讀取的Pid管線的物流信息，并通過計算得到完整的Pid管線表。推薦在Excel中進(jìn)行操作，以便于過程檢查、修改。具體步驟如下：

1) 根據(jù)管段號的“參考Pfd物流名”，使用LookUp等函數(shù)將流量、溫度、壓力、組分含量、焓、密度、粘度、表面張力等在后續(xù)需要使用的Pfd物流信息復(fù)制過來(表2)。

表2 Pid管線物流信息

2) 計算設(shè)計溫度和設(shè)計壓力。

3) 計算管線公稱直徑。若已經(jīng)在增強(qiáng)塊中指定了PIPE_SPEI值，則直接將此值作為管道的公稱直徑，否則按照以下過程計算管道的公稱直徑DN。

① 根據(jù)管段號的“流量系數(shù)”，計算Pid管線的工況體積流量，計算公式為：

Pid管線工況體積流量=對應(yīng)的Pfd物流工況體積流量×系數(shù)PIPE_REFⅡ

(1)

② 計算最大體積流量，其計算公式為：

最大工況體積流量=Pid管線工況體積流量×系數(shù)PIPE_FLOW

(2)

③ 計算管線公稱直徑，其計算公式為：

公稱直徑=SQRT(最大工況體積流量/時間/流速/3.14)×2

(3)

④ 向上圓整并按照規(guī)格取值。

4) 根據(jù)介質(zhì)類型、設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、公稱直徑等信息，計算管線的管道等級和壓力管道的壓力等級。

5) 根據(jù)溫度計算保溫類型、保溫材料和保溫厚度。

6) 根據(jù)需要計算其他信息，如探傷比例等。

7) 使用函數(shù)CONCATENATE將前述字符按照格式“管段號-管道等級-DN-保溫類型-保溫厚度-保溫材質(zhì)-管線號”合并成標(biāo)準(zhǔn)管線號。結(jié)果見表3。

表3 Pid管線號

8) 檢查修改后的執(zhí)行程序，將上一步中得到的標(biāo)準(zhǔn)管線號寫入對應(yīng)的管線號增強(qiáng)塊中，結(jié)果如圖2所示。

圖2 Pid管線塊寫入信息

9) 最后打印Pid管線表。

從Pid流程圖管線的處理過程可以看出，使用本文所介紹的方法，設(shè)計人員只需要在繪制Pid流程圖時填入少量且不涉及任何計算過程的基本信息，待繪制Pid流程圖結(jié)束后執(zhí)行相關(guān)的VBA程序，就可以完成管線號的自動計算和寫入Pid流程圖管線信息，并根據(jù)需要選擇是否打印Pid管線表。

3 結(jié)束語

本文以Pid管線的處理過程為例，說明如何利用VBA協(xié)同AspenPlus、AutoCAD和Excel編制工藝包。從文中可以看出，采用這種方法，設(shè)計者只需要在繪制流程圖時選用合適的增強(qiáng)塊，并填入一些基本信息，在繪圖完成后，點擊相應(yīng)的功能按鈕即可完成所有信息的獲取、計算、寫入。

利用VBA協(xié)同AspenPlus、AutoCAD和Excel編制工藝包的方法，使設(shè)計者有足夠的時間和精力專注于工藝流程設(shè)計和優(yōu)化，擺脫查找信息、計算各種數(shù)據(jù)、制作管線表、修改Pid流程圖等繁重且不斷重復(fù)的工作；極大地提高設(shè)計工作者的勞動效率，減少人工投入，大量節(jié)省工藝包設(shè)計所需要的時間；節(jié)省在購買商業(yè)軟件方面的經(jīng)濟(jì)投入。

可以預(yù)見的是，越是大型項目，信息量越多，使用VBA協(xié)同AspenPlus、AutoCAD和Excel設(shè)計工藝包的方法節(jié)省的時間和人工越多，效果越明顯，因此，該方法具有較大的推廣價值。