论文部分内容阅读
摘 要：简单介绍在油气处理站厂工程项目三维设计过程中，配管专业和工艺专业的设计分工，阐述了两个专业之间需要提交和共享的信息，明确阶段性三维模型审查的作用，确定和谐的专业协作是提高设计质量的基本保证。
关键词：三维模型；配管；工艺；协作设计；模型审查；
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01
若干年前以二维平面设计为主的年代，设计院的工艺系统设计和安装设计是不分专业的，同一个设计人员可以完成各自工艺单元的P&ID，管道/设备布置图，材料表等一系列文件的编制，这样工作模式要求设计人员必须是专业通，管道安装能最大程度满足工艺需求，但是设计效率低下，人工绘制的图纸和材料表“错，漏，碰，缺”相对较多。
近年来，随着项目设计的质量要求越来越高，三维工厂设计的优越性逐步体现出来，它采用全比例三维实体建模，将工程设计转化成为一个真正的三维工厂实体模型。为了最大限度的提高三维设计效率，设计人员按照设计流程被划分角色，工艺专业负责系统设计，配管专业负责安装设计，各司其职，已成为必然趋势。
下面，以实际进行的某国外大型油气处理站场工程为例，在配管三维设计和工艺P&ID没有集成的条件下，介绍一下在项目设计过程中，配管专业与工艺专业之间相辅相成的工作状态。
一、工艺文件是配管专业最重要的设计输入
（一）工艺PFD （Process Flow Diagram）
PFD它表达了一个生产工艺过程中的主要工艺设备，以及一些关键节点的物料温度、压力、流量和组成。通过PFD，可以对整个生产工艺过程和与该工艺有关的基础资料有一个根本性的了解。
（二）工艺P&ID （Piping and Instrumentation Diagram）
P&ID即管道及仪表流程图。借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立工艺装置所需的全部设备、仪表、管道、阀门等，按其各自功能以及工艺要求组合起来，以起到描述工艺装置的结构和功能的作用，是工厂设计中从工艺流程到工程施工设计的重要工序，是工厂安装设计的依据。
（三）工艺管线表 （Line list）
工艺管线表是与P&ID完全对应的，定义了P&ID内所有管线的起点和终点、流体类型、操作/设计温度和压力、保温防腐形式、试验介质/压力、管线射线探伤比例、应力计算需求等，是单管图的重要组成部分。
二、配管专业文件是实现工艺系统设计目标的根本保证
（一） 三维工厂模型（设备/管道部分）
以实体的形式建立工艺装置所需的全部设备、管道、支吊架、管件、阀门、法兰、垫片、各种特殊件、各类在线仪表等，将工程设计由二维平面转化成为一个真正的三维工厂实体模型。
（二） 管道ISO图
单管图是管线的三维立体走向的平面示意标注图，可以直接从三维模型中自动输出，一般需要标注管路的走向、长度、直径、材质、壁厚、甚至焊口编号和防腐等级等以及在管线表中列出的各种参数（具体需要标识内容依据实际要求而定），用于指导施工过程中的管道预制、安装、试压、探伤。
（三）其他
从三维模型中自动输出的设备布置平面图/立面图，管道平面布置图/剖视图，管道支吊架详图，大宗材料表等，用于指导施工及采购。
三、设计过程中两个专业需要互相传递的设计信息
配管专业的工作是通过对管道设备的安装来实现工艺系统设计目标，通常工艺专业通过P&ID向配管专业传递的设计信息包括：
1、设备安装高度的要求。通常泵的吸入口设备安装高度需要满足吸泵的上真空高度要求；还有些设备需要考虑相对高差的关系，如稳定塔和塔底再沸器。
2、容器管口方位。工艺P&ID中，对容器的控制液位、界面，稳定塔塔板，分离器堰板等会显著标识，仪表专业会据此首先确定液位仪表管口高度位置，工艺专业还需确定关键工艺进出管口高度位置，而后，配管专业需要在满足安装和检修的要求下向设备专业或厂商提交管口方位和梯子平台资料。
3、管道安装“无袋型”以及坡向要求。通常，对于气相管线、气-液两相流管线、安全阀进出口管线、火炬放空管线、重力流管线，工艺专业都会提出以上特殊要求。配管专业应严格执行，但是如果出了现安裝确实无法满足的实际情况，则必须通知工艺专业采取措施，如对气相管线、气-液两相流管线，在无法满足“无袋型”要求时，考虑对其实行电伴热，并在低点设排液阀。
4、管道对称安装要求。为了考虑特殊设备流量分配均匀的需求，并联运行的再沸器、并联运行的泵的吸入口、空冷器进出口的管道安装都需要对称布置，通常工艺P&ID会做出特别说明。
5、其他要求。如果图面无法表示清楚，P&ID还会在附加说明中提出更具体的要求，例如，说明中指定某设备管口为公用工程接口，则配管专业需要在其15米范围内考虑公用软管站；要求某就地仪表可读，则需要在可操作范围内考虑平台或通道等。
配管专业需要向工艺专业传递的设计信息包括：
1、安全阀进出口管线安装。配管专业应主动向工艺专业提交安全阀进出口管线安装的安装图，用于工艺专业压降核算，确认合适的管径。
2、公用工程系统容量计算。例如热媒系统膨胀罐的容积计算和启动阶段的热媒加注量，需要由配管专业计算热媒系统整个管路容积来协助工艺专业计算。
3、P&ID/U&ID修正。尤其是全厂分配的公用工程包括给水、工厂风、仪表风、氮气以及火炬、开闭排管网的P&ID/U&ID，是需要由配管专业最终根据三维模型实际的安装情况完成的。
四、阶段性三维模型审查
分阶段的三维模型审查，是检验项目进度和质量的重要手段。模型审查中，需要工艺专业积极参与，主要审查总图布局是否顺应工艺流程走向，关键设备管线安装是否满足工艺需求，并结合操作运行要求进行可操作性检查。通过了工艺专业的审查，就实现了配管专业最重要的设计目标，其余的管道布置调整设计在不影响大的设计原则前提下，对于配管设计质量不会产生较大影响。
综上所述，虽然配管和工艺专业在工作分工、设计人员分配上有了明显的界定，但是在实际的设计过程中仍不可避免地存在着大量专业交叉内容，两个专业的设计人员需要在工作过程中更加主动地相互交流，共享设计信息和成果，以弥补在各自设计中的不足，最终达到提高设计质量的目标。
关键词：三维模型；配管；工艺；协作设计；模型审查；
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01
若干年前以二维平面设计为主的年代，设计院的工艺系统设计和安装设计是不分专业的，同一个设计人员可以完成各自工艺单元的P&ID，管道/设备布置图，材料表等一系列文件的编制，这样工作模式要求设计人员必须是专业通，管道安装能最大程度满足工艺需求，但是设计效率低下，人工绘制的图纸和材料表“错，漏，碰，缺”相对较多。
近年来，随着项目设计的质量要求越来越高，三维工厂设计的优越性逐步体现出来，它采用全比例三维实体建模，将工程设计转化成为一个真正的三维工厂实体模型。为了最大限度的提高三维设计效率，设计人员按照设计流程被划分角色，工艺专业负责系统设计，配管专业负责安装设计，各司其职，已成为必然趋势。
下面，以实际进行的某国外大型油气处理站场工程为例，在配管三维设计和工艺P&ID没有集成的条件下，介绍一下在项目设计过程中，配管专业与工艺专业之间相辅相成的工作状态。
一、工艺文件是配管专业最重要的设计输入
（一）工艺PFD （Process Flow Diagram）
PFD它表达了一个生产工艺过程中的主要工艺设备，以及一些关键节点的物料温度、压力、流量和组成。通过PFD，可以对整个生产工艺过程和与该工艺有关的基础资料有一个根本性的了解。
（二）工艺P&ID （Piping and Instrumentation Diagram）
P&ID即管道及仪表流程图。借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立工艺装置所需的全部设备、仪表、管道、阀门等，按其各自功能以及工艺要求组合起来，以起到描述工艺装置的结构和功能的作用，是工厂设计中从工艺流程到工程施工设计的重要工序，是工厂安装设计的依据。
（三）工艺管线表 （Line list）
工艺管线表是与P&ID完全对应的，定义了P&ID内所有管线的起点和终点、流体类型、操作/设计温度和压力、保温防腐形式、试验介质/压力、管线射线探伤比例、应力计算需求等，是单管图的重要组成部分。
二、配管专业文件是实现工艺系统设计目标的根本保证
（一） 三维工厂模型（设备/管道部分）
以实体的形式建立工艺装置所需的全部设备、管道、支吊架、管件、阀门、法兰、垫片、各种特殊件、各类在线仪表等，将工程设计由二维平面转化成为一个真正的三维工厂实体模型。
（二） 管道ISO图
单管图是管线的三维立体走向的平面示意标注图，可以直接从三维模型中自动输出，一般需要标注管路的走向、长度、直径、材质、壁厚、甚至焊口编号和防腐等级等以及在管线表中列出的各种参数（具体需要标识内容依据实际要求而定），用于指导施工过程中的管道预制、安装、试压、探伤。
（三）其他
从三维模型中自动输出的设备布置平面图/立面图，管道平面布置图/剖视图，管道支吊架详图，大宗材料表等，用于指导施工及采购。
三、设计过程中两个专业需要互相传递的设计信息
配管专业的工作是通过对管道设备的安装来实现工艺系统设计目标，通常工艺专业通过P&ID向配管专业传递的设计信息包括：
1、设备安装高度的要求。通常泵的吸入口设备安装高度需要满足吸泵的上真空高度要求；还有些设备需要考虑相对高差的关系，如稳定塔和塔底再沸器。
2、容器管口方位。工艺P&ID中，对容器的控制液位、界面，稳定塔塔板，分离器堰板等会显著标识，仪表专业会据此首先确定液位仪表管口高度位置，工艺专业还需确定关键工艺进出管口高度位置，而后，配管专业需要在满足安装和检修的要求下向设备专业或厂商提交管口方位和梯子平台资料。
3、管道安装“无袋型”以及坡向要求。通常，对于气相管线、气-液两相流管线、安全阀进出口管线、火炬放空管线、重力流管线，工艺专业都会提出以上特殊要求。配管专业应严格执行，但是如果出了现安裝确实无法满足的实际情况，则必须通知工艺专业采取措施，如对气相管线、气-液两相流管线，在无法满足“无袋型”要求时，考虑对其实行电伴热，并在低点设排液阀。
4、管道对称安装要求。为了考虑特殊设备流量分配均匀的需求，并联运行的再沸器、并联运行的泵的吸入口、空冷器进出口的管道安装都需要对称布置，通常工艺P&ID会做出特别说明。
5、其他要求。如果图面无法表示清楚，P&ID还会在附加说明中提出更具体的要求，例如，说明中指定某设备管口为公用工程接口，则配管专业需要在其15米范围内考虑公用软管站；要求某就地仪表可读，则需要在可操作范围内考虑平台或通道等。
配管专业需要向工艺专业传递的设计信息包括：
1、安全阀进出口管线安装。配管专业应主动向工艺专业提交安全阀进出口管线安装的安装图，用于工艺专业压降核算，确认合适的管径。
2、公用工程系统容量计算。例如热媒系统膨胀罐的容积计算和启动阶段的热媒加注量，需要由配管专业计算热媒系统整个管路容积来协助工艺专业计算。
3、P&ID/U&ID修正。尤其是全厂分配的公用工程包括给水、工厂风、仪表风、氮气以及火炬、开闭排管网的P&ID/U&ID，是需要由配管专业最终根据三维模型实际的安装情况完成的。
四、阶段性三维模型审查
分阶段的三维模型审查，是检验项目进度和质量的重要手段。模型审查中，需要工艺专业积极参与，主要审查总图布局是否顺应工艺流程走向，关键设备管线安装是否满足工艺需求，并结合操作运行要求进行可操作性检查。通过了工艺专业的审查，就实现了配管专业最重要的设计目标，其余的管道布置调整设计在不影响大的设计原则前提下，对于配管设计质量不会产生较大影响。
综上所述，虽然配管和工艺专业在工作分工、设计人员分配上有了明显的界定，但是在实际的设计过程中仍不可避免地存在着大量专业交叉内容，两个专业的设计人员需要在工作过程中更加主动地相互交流，共享设计信息和成果，以弥补在各自设计中的不足，最终达到提高设计质量的目标。