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計算機軟件技術在化工工程設計中的應用


化工工程設計是構建在科學技術和社會經濟快速發展背景下的,在兩者共同作用下,可以使生產體系得到完善,從而使其現代化特征更加明顯。在實際設計期間,對各設計軟件合理應用,充分發揮其作用,完成相應的輔佐操作,提高化工設計水平,達到令人們滿意的效果。
1 化工工程設計中計算機軟件的基礎作用
將計算機軟件合理地應用到化工工程設計中的核心目的,就是提高化工設計的效率、質量、合理性,以及便捷性。化工工程相關設計人員在根據實際情況進行分析的基礎上進行合理的工作分解,進而應用設計軟件,完成相應的設計工作,并可以精準地完成對各種設備,以及工藝方案的記錄。
設計軟件的種類有很多,并且劃分十分詳細,在具體應用過程中,可以充分結合工作的具體需求,完成相應的軟件的選擇,對其進行合理應用。例如,對于裝置中的管道應用CAD等繪圖軟件,針對工程的實際情況及工藝流程完成相應的管道設計,在具體施工中,應嚴格依據相應設計文件完成相應的施工,確保施工的順利進行。此外,在當今化工工程設計中,特別是大型的石化、化工項目,三維設計技術的應用更加廣泛,先進的3D技術在化工工程設計中的應用也成為了一項亮點,通過對該項技術的合理應用,使得在化工工程設計中,三維建模作業成為了可能,并且各項設計內容的尺寸精度也得到了進一步提升,同時可以實現對各專業內容的交叉控制,使化工工程設計的科學性得到進一步提高,使設計流程變得更加合理。在實際設計過程中,利用3D技術可以詳細展示設計中涉及到的每個細節,方便發現設計過程以及化工工藝中存在的各項問題。依據裝置內部的實際情況,在設計階段即完成相應問題的解決工作,也便于完成對設計中可能出現的各項風險的精準預測。由此可見,在化工工程設計中合理地應用各類計算機設計軟件,可以大幅提升設計質量,降低施工階段的返工量,節省建設投資。
2 化工工程設計中的主要內容和設計特點
2.1主要內容
現代化工企業在不斷發展期間,企業的實際發展情況在一定程度上受化工工程設計的影響,化工工程設計可以真實、準確地模擬實際生產過程中涉及到的化學工藝流程,以及相應的化學反應。化工工程設計主要包括以下兩項內容。
2.1.1工藝設計
相關設計人員分析工業生產中的化學反應,同時,要在理論角度對實際情況進行分析。例如,在設計煤制乙醇工藝期間,應當對煤炭資源的類型、成分,當地的氣候條件,以及煤炭煉制爐等各項因素進行合理評定,同時,要解決設計過程中存在的各項因素,并且,設計中要嚴格的遵循化學原理,根據實際生產過程需要對設備、環境、條件進行確定,完成對整個工藝流程的科學設計。
2.1.2工程設計
化工工藝設計考核后,開展相應的工程設計,該項設計內容主要包括:工藝管路、自動化設備系統、土建工程等。
2.2設計特點
化工工程設計是化工設計的核心內容,其決定了整個設計的整體情況,并且可以起到組織和協調非工程設計的作用。而在化工工程設計前,應當做好工程計算。化工工程計算是依據既定的設計要求,完成對能量、物料等各項內容的衡量[3]。
化工工程計算存在如下特點:
(1)計算公式多,并且各個公式都較為復雜,多數都為非線性,各種變量大,在實際計算過程中,涉及到的計算量較大。
(2)許多設計參數查詢范圍相對較大,會對計算結果的可靠性和合理性造成一定影響。
(3)在進行工藝設計過程中,要對不同的方案進行反復對比分析,并且要完成相應的調整。從目前的情況來看,在設計過程中采用傳統的設計方案,難以實現對工程的低成本、高效率的優化,在化工工程設計中,計算設計軟件技術的應用變得更加重要。
3 化工工程設計過程中應用的關鍵軟件
3.1一般軟件
計算機軟件在設計單位中的應用已經相當普及,設計單位中的設計人員在實際作業過程中,自然的轉向了AutoCAD等繪圖軟件,以及Word、Excel等各種不同類型的辦公軟件的應用,完成對工程圖的設計,以及各種表格、文件內容的編制。
在化工工程設計過程中,對于設計軟件合理的應用,可以降低化工工程設計的難度和繁瑣程度,許多重復、機械的勞動可以交給軟件去做,同時,也使設計工作完全由人工設計轉向了計算機軟件輔助設計,提高了設計的質量。
3.2三維建模技術
我國在二十世紀八十年代引進了三維設計系統,并且配有相應的工作站。在具體設計中,工作站創建裝置的三維模型,可以為各項設備的布置,以及管道的敷設提供相應的便利條件[4]。采用三維設計完成相應的建模作業,方便對各項內容進行修改,也能夠提高坐標,以及尺寸的精準度。在建設結構、管道、設備的模型后,便可以獲取裝置的三維模型,利用三維模型,可以完成對二維平面,以及剖面圖的抽取。現階段,在化工工程設計過程中,常用的三維軟件有PDMS(AVEVA的)和PDS(INTERGRAPH的),這兩項三維設計軟件不僅功能強,而且技術十分成熟,并且也在不斷發展中。如今INTERGRAPH最新的三維設計軟件Smart3D已經廣泛應用。同時,三維軟件在應用時,還具有檢查硬、軟碰撞功能。在設計完三維模型后,可以利用REVIEW模塊或第三方瀏覽軟件對模型軟件進行檢查,還能夠檢查物理模型與操作維護通道間的相互干擾,在該過程中,設計人員要依據檢查結果,修改三維模型,這樣一方面可以確保工程的整體設計質量,避免施工修改,不利于操作、運行、維護以及碰撞等各項問題的發生。
3.3應力分析軟件
當今工程設計的安全性越來越受到重視,最新的《壓力管道規范》(GB/T20801)中明確規定,所有管道均應進行應力計算。較簡單的管系可通過經驗或簡單的手工計算進行判斷,而較為復雜的管系采用CAESAR2軟件進行應力計算成為大多數工程公司的第一選擇,該軟件功能強大,可適用于各種溫度、壓力及振動等工況下的應力計算。
4 化工工程設計過程中對計算機軟件技術的具體應用
4.1處理實踐中的各項數據
化工工程的設計質量會受到多方面因素的影響,數據處理就是其中最為重要的一項影響因素。化學反應本身具有不穩定性因素,外界環境的改變會對化學反應的最終結果產生影響,例如,化工原料的具體成分、溫度、催化劑、壓力等各項因素,都會對設計中產生的各項數據產生一定程度影響。因此,設計人員在實際作業過程中,要通過合理的方式,對各項數據進行科學處理,不斷縮小數據誤差范圍。在實際設計過程中,通過對ASPEN等軟件的應用,完成相應的模擬,可以完成對各項相關參數內容的科學提取,這也可以提高各項計算內容的精準性,完成數據中可能出現的各項誤差的合理控制,同時對比經驗數據與實際數據,及時發現問題所在,并且采取相應的措施完成對問題的處理,提升化工工程的整體設計質量。
4.2協助繪圖作業
在現階段,CAD等傳統二維設計軟件已不能滿足工程、業主及工程公司發展的需求,隨著各工程公司的紛紛轉型,趨向于EPC總承包作為公司的主業,三維設計軟件在可視化效果及準確性等各方面的優勢,使其成為了各大設計院及工程公司的主流軟件之一。
5 工程設計軟件應用展望
5.1數字化交付系統
數字化移交是對工程項目建設階段產生的靜態信息進行數字化創建直至移交的工作過程。數字化設計集成平臺不僅使設計、審查、施工更加便捷,且減少了傳統設計中信息傳遞的錯誤率,更重要的是業主便于實現從源頭掌握項目運行的管理數據,并以此為基礎實現工廠數字化,達到更加高效的管理職能。
當今三維數字化移交軟件有多種,如AVEVA公司的AVEVAPlant,Intergraph公司的SmartPlantFoundation,西門子公司的COMOS以及Bentley公司的Axsys等集成系統。在石化化工設計方面,Intergraph的Foundation平臺應用最為廣泛,其集成了旗下的SPRD、SPP&ID、SP3D、SPI、SPEL等諸多軟件,功能強大。
項目業主對于數字化移交的青睞以及系統本身在工程設計上的優勢,使得各大型工程公司都加大了這方面的投入。不僅如此,第一次編制的國家標準《石油化工工程數字化交付標準》(GB/T51296—2018)已正式批準,并將于2019年3月1日期正式實施,從側門反應出了數字化移交的重要性及發展趨勢。
5.2智能系統
隨著科技的發展及智能技術的突飛猛進,化工工程設計也將搭上智能系統的順風車。如Intergraph及Bentley公司已開發的智能配管系統,系統會根據工藝流程及合理的規則完成管路的自動智能設計,這將極大減少設計人員的工作量,提高工程公司的生產力。
當然,現階段智能配管系統還不完善,即便是建模也無法取代工程設計人員所能起到的作用。但相信隨著技術的不斷進步,智能系統定能做到更好,更多的取代機械、繁復的工作,更大的解放生產力,也是不遠將來的重要發展方向。
6 結束語
化工工程設計過程中對計算機軟件技術進行合理應用,對于化工生產作業能夠起到一定的指導作用,設計人員在作業過程中,通過對計算機軟件中各項功能的合理的應用,能夠完成對化工工程設計中的化學反應過程中的科學模擬,針對試驗期間遇到的各項問題,完成相應的預測作業。同時,依據預測結果,對化工工藝,以及相應流程中存在的各項問題進行合理改善,提升化工工程設計的整體質量,加快整個行業的發展腳步,相信在未來,設計軟件也將扮演越來越重要的角色。

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