PDMS论文 篇1
随着石油装备制造业全球化进程的加速, 加快海洋装备制造业的信息化, 积极探索业务协同化模式已经成为一种趋势, 而改造三维工厂设计系统PDMS在海洋平台设计[1]上将起到强有力的推动作用。该软件集工程规划、设计、施工、管理于一体, 主要涵盖了配管、设备、结构、电气、仪表等专业, 可实现协同设计, 实时进行碰撞检查。该设计工具的使用可以缩短海洋平台设计的周期, 并可保证设计质量和降低项目成本, 从而提高竞争力[2]。同时可以把设计人员从繁重的绘图工作中解放出来, 为现代工程项目管理从被动型到主动型的发展奠定了基础。
宝鸡石油机械有限责任公司 (简称BOMCO) 继韩国大宇项目中的坐底式海洋钻井平台钻井系统的设计之后, 在BT3500-2 半潜式钻井支持平台设计中又一次使用该软件进行海洋平台钻井系统设计, 并严格按照实际尺寸及技术参数建立三维模型, 使得后期的采购、生产和组装都以该模型为指导。PDMS软件的深入应用, 为BOMCO今后在海洋平台钻井系统设计方面的发展奠定了坚实的基础。
1 PDMS软件特点剖析
机械工业三维软件应用广泛, 常用的软件有:Pro/E、UG、Solid Works、CATIA、Solid Edge、I-DEAS等。与其它三维设计软件相比, PDMS在海洋工程等复杂工程上的优势显而易见。PDMS软件具有的主要特点为[2]:1) 三维实体建模环境, 完全实际比例, 可通过网络实现不同专业之间的实时协同设计;2) 实时对三维模型进行碰撞检查, 在整体上保证设计结果的准确性;3) 快速生成各专业所需的工程图, 平面出图自动标注自动更新, 快速准确的材料统计;4) 元件库等级表, 避免在使用中出现错误;5) 单一数据源、独立数据库结构, 数据准确可靠;6) 开放的可开发环境, 可利用PML可编程宏语言与通用数据库进行连接;7) 可以导出模型或节点用于其他软件分析。
2 海洋平台钻井系统设计流程
结合半潜式海洋钻井支持平台, 应用PDMS进行支持平台钻井系统设计的流程如图1 所示。
2.1 项目配置
项目伊始, 应对设计工程项进行配置、对各专业设计人员权限配置, 并指派专人对工程项目的设计周期过程进行管理。
2.2 建库
软件可以在可视化条件下, 把任意复杂元件定为标准元件, 建立标准库[4]。软件库分为两类:一类为重用库, 该库为软件自带ANSI标准元件库, 用户可以自由选择使用;另一类为数据源头库, 是根据工程设计需要, 建立工程设计所需的特殊元件。
结构库包括对项目所需的各类型材进行建库、对三维结构建模时各类型材之间的连接形式进行建库。
管道元件库十分庞大。管道数据库分为元件库和等级库。等级库的作用就是减少管件的范围, 减少管件的选用错误, 控制材料并避免浪费。
2.3 结构建模
结构建模以数据库为核心, 建库时, 数据和图形是统一的, 不会出错;设计过程碰撞检查也可随时进行, 在三维实体环境下进行设计, 用户可根据需要任意控制模型的显示和隐藏, 可测量或直观判断物体间距, 随时发现碰撞同时检查装配的合理性, 达到了设计保质、高效、快速的目的;在同一个项目平台中, 不同专业模型之间都可做碰撞分析, 同时生成图形和碰撞干涉报告。如图2所示为钻井系统主要模块三维模型。
2.4 设备建模和定位
对业主已提供图样的设备进行建模, 方便、迅速, 同其他三维软件一样可定义任意复杂图形, 并可以准确定义各设备的接口信息。
2.5 管道及管支架建模
管道布置一般在项目设计中是最费时、最复杂, 也是产生问题最多的环节, 而在PDMS中, 管道建模是其最强大的功能之一, 它可以提高设计质量, 严格控制材料选用, 最大可能地避免管道与其它专业的碰撞干涉等错误。管道建模通常采用“管件导引管道”的方法, 建模时只须定义出始末位置, 软件就会自动完成管件的管道布置路径[5]。管道模型中还可以表现出工程设计中需要的管道压力、温度、绝缘、伴热等工程设计参数及附加参数。
支架能够支撑管道, 调节管道的柔性, PDMS有专门的绘制和抽取支吊架的MDS模块, 利用MDS可以生成不同形式的管道支吊架, 十分便捷。
2.6 出图
可以根据各专业的需要, 自动生成各种所需的图样。该软件的出图风格与传统的CAD出图风格稍有不同, 该出图方式可以减轻加工人员的劳动强度, 使得加工过程流水线作业方式成为可能。项目过程中生成的部分图样如图3~图7 所示。
1) 结构部分, 可以自动生成安装详图、板材加工图。
2) 管道部分可以自动生成管线安装图、单管图、支架详图。
3) 电气部分, 可自动生成安装图。
2.7 材料报告输出
对已经设计出的三维模型, PDMS具有快速生成报告的功能, 能以Excel文件的形式输出用户所需要的信息, 特别是所设计结构的材料清单可以按照选定的模块、装配空间范围和设定好的模版输出, 直接形成生产用料单, 统计快速、省时高效。如图8 所示
3 基于PDMS软件的海洋平台设计的优越性
3.1 优缺点
应用PDMS软件设计钻井平台的优势[4,5]主要体现为如下几个方面:1) 用户可对任意类型元件方便地应用自定义属性;2) 建立完整的管件、结构及电气数据等级库, 使建模及出图方便快捷。降低了错误发生率;3) 批量产生生产施工图样, 节约了大量的人力物力;4) 可协同办公, 统一做碰撞检查, 减少返工, 保质保量;5) 模块化设计, 方便高效。
应用PDMS软件设计钻井平台存在问题剖析如下:1) 需要设计的标准件较多, 建立标准库和元件库的工作量相当大, 但是一劳永逸。2) 作为优秀的设计管理软件, 软件售价较高, 且要收取高额服务费, 推广较困难。3) 国内设计部门特别是传统机械设计单位对PDMS的认知度低。软件包含专业方向多, 比较庞大, 软件学习周期较长;4) 设计周期较短, 以及出于知识产权保护等问题, 经常会出现业主方提供的设备不及时和不完整等问题, 导致三维设备模型设计不完整。
3.2 项目管理功能
在项目的配置优化方面, PDMS可以打破常规的设计习惯, 在项目设计过程中不需要每个设计人员对各个专业都精通, 都要去做自己的三维模型, 修改模型, 直到出图。以PDMS实现的是流水线式的工作流程模式, 按照设计流程来划分设计人员的角色, 各司其职。使各专业设计人员的精力放在自己的专业领域, 提高项目的工作效率。使用PDMS后, 三维设计人员的数量会降下来, 再总体优化设计整个项目过程中的人员分配, 与常规设计相比, 设计人员减少的同时可高效运行。
3.3 虚拟动态漫游
REVIEW接口可提供逼真的具有照片特质、反虚化和投影的画面, 可生成并能记录复杂的动态漫游图, 可以按照人的视角进行各处的观察, 可以使广大项目人员随时进行工程信息检查。该功能可以提高设计效率, 减少设计失误。
3.4 PDMS的二次开发能力
PDMS具有很好的可拓展性和二次开发能力。可以根据用户需要, 定制符合船厂或用户要求的出图风格以及各种报表形式。PDMS发展的一个重要方面就是用户在其使用过程中不断地进行自我完善, 用户可定义大量的通用元件和设备, 使得项目具有较强的复用性。企业也可根据自身项目结构需要定制PDMS企业标准和PDMS操作指南, 用来敦促设计人员将做过的通用性资料整理纳入相应的数据库中, 使PDMS在使用的过程中不断得到充实。
根据设计需要, 宝石机械开发了PDMS零件自动命名小程序, 多张CAD图样自动有序合并小程序, 二维图形各视图坐标自动标注小程序, 从CAD创建任意自定义图形导入PDMS小程序, 以及结构、铁舾、管系、电气、报表根据需求的出图模版自动出图程序等, 随着PDMS软件的延续使用和设计的深入, 将会有一些适合设计需要、方便应用的小程序相继开发使用[3]。这些应用有效地提高了生产效率, 降低了设计人员的劳动强度。如图9、图10 所示为二次开发程序的一部分展示。
4 结语
综上所述, PDMS在半潜式海洋支持平台钻井系统设计中的应用, 可使各专业设计人员协同办公、默契配合, 从而降低设计失误率, 有效预防干涉, 减少了修改和返工时间, 提高了出图效率, 进而保证了工作质量, 使得海洋平台钻井系统设计稳步高效进行。应用PDMS软件设计海洋钻井平台, 能够使得设计及管理一体化, 从而在海洋工程设计当中建立海洋石油平台钻井系统数据库, 利用PDMS强大的参数化及可开发性能, 可为海洋石油装备制造业的发展推波助澜。
参考文献
[1]刘璇, 韩延峰.PDMS三维软件在海洋工程中的应用[J].中国造船, 2011, 52 (增刊1) :224-228.
[2]AVEVA.PDMS培训教材[Z].2009.
[3]崔美丽.PDMS在总图三维设计与管理中的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2011.
[4]吴祥勇, 李轶, 鲁勤武, 等.基于PDMS平台的模块三维设计系统研究开发[J].核动力工程, 2011, 32 (增刊2) :127-132.
PDMS论文 篇2
关键词：海洋石油工程,导管架,管道设计,PDMS,三维设计
目前, 海洋石油工程 (青岛) 有限公司 (以下简称青岛公司) 承建的海洋石油平台中, 以固定桩基平台形式最为常见, 每个固定桩基海洋石油平台一般由一个上部组块、一个支撑上部组块的导管架组成。因此, 导管架的建造工作也是青岛公司的重要业务之一。传统上, 导管架由于综合的专业较少 (仅涉及结构、管道、防腐专业) , 负责导管架详细设计的公司 (详设) 只提供结构图纸, 不提供管道图纸。建造过程中, 管道专业由于缺乏图纸, 材料采办、建造定位等工作无据可依, 造成现场施工出现修改多、返工多, 材料、人工时浪费多等问题, 严重影响项目建造质量和进度。
近年来, 三维设计技术以其巨大的优势在海洋石油行业逐步应用开来。青岛公司结构专业使用Tekla Structures软件进行结构三维建模出图等设计工作, 取得了较好的效果, 但是Tekla Structures软件在管道设计方面无能为力。青岛公司又引进了以管道设计为主要功能的三维设计软件PDMS (Plant Design Management System) 并进行了数年的应用、研究[1,2,3]。针对导管架管道专业缺少图纸的困难, 通过将Tekla Structures模型导入PDMS中, 充分利用PDMS强大的管道布置功能进行管道三维设计并抽取相应的图纸等设计文件供施工, 对提升导管架管道设计及建造质量、提高项目经济效益有着十分现实的意义。
1 应用流程
Tekla Structures与PDMS分属天宝 (Trimble) 与剑维 (AVEVA) 公司, 两款软件使用的数据格式不同, 不能直接读取对方的三维模型。为了实现将Tekla Structures导入到PDMS中用于管道布置的目的, 剑维公司为PDMS开发了Open Steel接口软件, 专门用于转换Tekla Structures结构模型。
PDMS软件在导管架项目管道设计中的应用流程如下: (1) 建立钢结构元件/等级; (2) 建立管道元件/等级; (3) 编制Open Steel接口映射表; (4) 导入Tekla Structures导管架结构模型; (5) 建立管道三维模型; (6) 抽取管道ISO图、材料表、浏览模型供施工。
1.1 建立钢结构元件/等级
在导入Tekla Structures结构模型之前, 必须先在PDMS中建立相应的钢结构元件/等级, 导入的Tekla Structures模型才能正常显示几何形状。导管架项目中, 使用的主要钢结构元件是钢管 (TUBE) 以及大小头 (CONE) 。登录Paragon模块, 进入Steel Work…子模块, 即可进行相应的元件创建工作。元件创建完毕后, 切换到Spec Generator.子模块, 建立项目所需的结构等级, 具体操作请参考软件手册, 不再赘述。
1.2 建立管道元件/等级
同样的, 还需要建立管道的元件以及等级, 以供后续管道建模使用。导管架项目中, 使用的管道元件种类较少, 主要有管子 (TUBE) , 弯头 (ELBO) , 以及弯管 (BEND) 等。登录Paragon模块, 切换到Pipework子模块, 即可打开管道元件创建窗口。元件建立完毕, 切换到Spec Generator.子模块, 建立项目所需的管道等级。
1.3 编制Open Steel接口映射表
导入Tekla Structures模型前, 必须建立Tekla Structures钢截面与PDMS钢截面的映射表, PDMS才能正确识别Tekla Structures模型中的截面形状、位置信息。映射表的结构如图1所示, 其中第一列是PDMS中的钢截面名称, 第二列是Tekla Structures中对应钢截面的名称, 第三列是截面的标准代码, 第四列是截面的类型代码。
1.4 导入Tekla Structures导管架结构模型
登录DESIGN模块下, 切换到Structures>>Beams&Columns, 单击Utilties下的Beams&Columns, 即可打开Open Steel接口软件工作截面 (图2) , 软件操作包含3部分:指定映射表, 指定导入模型文件, 设置日志信息。
(1) 指定映射表文件, 点击Source information…, 通过浏览找到相应的映射表文件存放位置, 点击OK即可。
(2) 选择Tekla Structures模型导出文件, 点击Import information…, 定位到Tekla Structures模型导出文件, 设置相应的导入参数, 点击OK完成设置。
(3) 设置日志信息, 为了方便用户判断导入工作是否正确, Open Steel还提供了工作日志。点击Run Information…, 可以设置工作日志的格式等参数, 便于诊断导入工作是否正确。
(4) 选择模型存储层次, 导入模型。上述设置完毕后, 在Members窗口中, 选择导入后模型的存放位置, 以及导入后模型的处理方式 (是否与旧版模型进行合并、比较) , 点击Import, 软件自动开始导入工作。某导管架模型导入到PDMS中的效果如图3所示。
导入操作完成之后, 必须对模型进行检查, 确保各个杆件位置、尺寸、方向正确, 然后才能交给管道专业用于建模工作。
2 管道模型建模
管道专业接到结构模型导入完毕以及管道元件/等级建立完毕的通知后, 即开始进行三维建模工作。某导管架项目中, 管道专业建立的三维模型如图4所示。
3 设计成果提取
导管架项目中, 管道专业建模的主要目的是抽取相应的设计成果文件, 主要包括管道ISO图, 管道材料统计料单, 综合结构和管道专业的三维浏览模型等。
3.1 管道ISO图
ISO图是施工的基础图纸。某导管架项目中, 管道专业抽取了约300张ISO图纸, 为施工定位、材料发放提供了切实的依据。管道专业抽取的ISO图如图5所示。
3.2 管道材料统计料单
通过PDMS的Report功能, 可以将模型包含的材料准确的提取出来, 作为编制采办、施工料单的基础数据。管道专业抽取的料单见图6。
3.3 三维浏览模型
此外, 为了进一步利用三维模型, 方便现场施工人员、项目管理人员理解设计成果, 还可以从PDMS中导出综合结构、管道专业的三维浏览模型供项目参与人员查看。通过三维浏览模型的直观展示, 项目施工人员、管理人员可以快速了解到管道、支架位置, 以及容易发生碰撞的杆件等信息, 提前优化施工措施, 提高施工效率, 有效地减少了施工过程中的修改、返工。
4 结束语
通过将Tekla Structures模型导入到PDMS中进行管道设计, 充分利用了PDMS强大的管道三维建模、出图以及材料统计功能, 有效地解决了传统导管架项目中管道专业施工无图纸、采办无料单的难题, 避免了管道施工中频繁出现的修改、返工, 提高了管道设计和建造质量, 避免了材料以及人工时的浪费, 取得了良好的经济效益。
参考文献
[1]蒋小华, 黄太安, 徐庚, 等.利用PDMS软件提升海洋平台配管加工设计质量[J].中国造船, 2012, (S2) :54-59.
[2]黄太安, 蒋小华, 徐庚等.三维碰撞检查技术在海洋石油工程建造中的应用[J].中国造船, 2014, (S2) :259-265.
PDMS论文 篇3
关键词：数字化；三维设备建模；PDMS；规范化
引言
信息化时代的到来，另中国全面地融入“信息文明”这一崭新的社会文明方式中来。信息技术的迅猛发展要求作为国家基础设施产业的电力工业，正由传统工业向高度集约化、高度知识化、高度技术化转变。本着“信息化带动工业化，工业化促进信息化”的方针，实现电力企业生产运营的现代化、电力管理的数字化，信息化已迫在眉睫。为了不断满足对这种需求的发展，更好的呈现电厂的三维化运行，处于三维电厂基础部分也是全厂布局关键性部分的设备模型更得首先创新。三维电厂的全面性是展现整个三维电厂，其要求就是更真实的反应电厂的全景化，更确切的说就是将整个电厂缩小化的版本。因此，对发电厂里面的设备模型建模就提出了新的要求。随着投标工程和生物发电工程的增多和数字化项目的开展，这都对设备建模技术提出了更高的要求，这要求我们在已有的程序文件的基础上不断的寻求设备的精确化、数字化，设备建模的规范化、全面化。
1.三维设备模型规范化设计
对三维设备模型规范化设计，首先模型的准确性至关重要。其次设备本身涵盖的属性如：设备编码、管嘴名称、设备厂家、型号、温度、扬程等相关信息也起着至关重要的作用，为下一步的设备组态拆分奠定了基础。所以固化设备模型层次，实现设备模型设计规范化就要打破传统设备模型设计要求，革新设备模型设计理念，使设备模型与现场设备组成基本一致，不断满足现代化电厂对设备三维模型的需求。
1.1设备地脚螺栓及基础建立
设备地脚螺栓及基础是设备的组成部分，设备模型除了反映设备本身的外形尺寸同时也对设备安装起着一定的指导作用。现有库中已开发集成了地脚螺栓库，属于基础部分的一、二次灌浆层也增加进了设备基础设计中。根据每个地脚螺栓参数，建立出地脚螺栓。如图1所示：
1.2建立设备模型检修空间
传统电厂三维设备模型中未添加检修空間，但是在实际设备安装及检修时都需要一定的检修空间，目的是为了确保三维全厂碰撞检查的真实性和防止出现占用检修通道情况的发生 。以便提高设计精度，减少现场返工对工程造成的影响。如图2所示
1.3设备模型保温空间的建立
电厂中像加热器类等设备外表都会包覆一层保温材料，根据运行温度不同，设备保温材料的厚度也不同。在现实电厂设计过程中，设备的设计布置是需要加入保温层。而传统工程中对设备模型未做保温层添加，这样就降低了三维模型设计在碰撞检查中的准确性。所以在模型设计过程中，我们以虚体的形式表现保温层，从外观上看保温部分具有一定的透明度，保温层可以隐藏，不影响查看设备本体外形。
1.4 细化设备建模层次及设备信息化设计
（1）传统项目中，对设备建模层次没有明确的规定。为规范设备模型设计方法，固化设备模型层次，明确设备模型拆分规则，满足精细化、规范化、专业化的要求。现在按照设备的结构、组成、现场设备到货组态、设备检修状态等条件，把模型的设计深度精细到部件级甚至元件级。根据设备到货情况，设备拆分大致分为：整体到货设备拆分、非整体到货设备拆分。下面以锅炉为例，按照锅炉安装组态可拆分为：
（2）设备信息化的设计要求对设备本身所涉及的属性有个完整程度上的填充，使设备本体和设备本身所涉及的相关信息关联起来，便于采购和现场指导及问题反馈，也便于工程的质量检查。
2.标准化设备库的组建
标准化设备库搜集了以往工程所做设备模型，对其进行分类统计，按不同机组、不同型号、不同厂家等信息对设备库内层次进行划分。如在投标工程中可根据机组大小、厂家等信息对所需的相似设备进行调取，即缩短了重新建模设计的时间，又提高了工作效率，为投标工程的顺利进行争取了时间。在工程中标后的设计过程中同样适用。
3.在数字化电厂项目中的应用
通过对三维模型规范化的设计与研究，使三维设备模型更符合现场设备安装运行要求，并已实现在莱州数字化项目中的应用，无论是在前期的设计、采购还是后期的维护、运营阶段都具有显著的效果。
三维设备模型可视化的优点可运用在对需求者的培训中，通过直观的方式展示给大家，生动逼真的模拟现实电厂设备。让学员直观认识和理解电厂各专业设计范围和设备结构、工作原理，提高学习效率。还可以提前模拟现场安装、检修，在检修施工前对设备拆装、起吊、大部件摆放方案进行模拟，提高方案的准确度，缩短检修时间，节约检修成本，保证安装质量。
4.结语
PDMS12 项目创建及删除 篇4
1.开始>所有程序>AVEVA>Project creation wizard,或者直接运行PDMS安装目录下的ProjectCreation.bat文件.2.进入AVEVA PDMS Project Creation Wizard
3.输入项目名称,代码,选择项目存放文件夹,设置项目参数变量和细节
a)Project 项目名称,最多八位字母.这个名称会成为你存储所有其他二级文件夹的主文件夹.如下图项目文件夹中的sample,master等.b)Code 三字母项目代码,不能与其他项目冲突.c)Address 存放地址,如果非本机,使用主机名无法真确找到,可以试试使用IP地址.d)Project Variables… 所有带勾的文件夹都会在创建项目时被创建.可以通过勾选,让向导在创建项目是创建其他三个项目文件夹.如果项目比较大,可以通过Extra Project Areas来创建其他的DB文件.e)Existing Projects… 已存在项目.点击此处可以查看已经创建的项目,此处不包括默认的三个项目.可以通过修改文件将其包含进去,见删除项目部分.f)Details… 项目详情.如果不填写,则只有Number有信息,他等于Project的内容.如果其他信息不填写,则只能在进入Admin之后再添加,并且Existing Projects对应的内容也会为空,不过可以通过修改Existing Projects的xml配置文件来添加和修改.需要注意的是该XML文件与PDMS DB内容各自独立,并不同步.4.点击Create…创建,稍加等待,看到如下提示即完成创建.可以看到已存在项目中已经有了相应内容：
在Project目标文件夹下也生成了所需的所有的子级文件夹，但是内容全部为空，所需配置需要进一步自行添加/创建。
另外，evarsDemo.bat文件时项目各文件夹的路径配置变量，以前这些内容全部写在evars.bat文件中，现在使用添加这个bat文件的方式简化evars.bat文件。
同时,PDMS跟目录下的PDMS环境变量配置文件evars.bat文件中也添加了新项目路径映射。
另外在PDMS主程序根目录下的PDMS文件夹中新生成了一个文件（若目前新建项目是第一个创建的项目，若非，则问修改。）ProjectInfo.xml，每个通过Project creation wizard创建的项目都会在此占有一块区域，如下：
5.点击Dismiss关闭Project Creation Wizard.删除项目（慎用）：
如果在创建项目不满意时，可以将项目删除。但是如果项目已经运行一段时间后，发现部分信息有误，建议修改或者保留继续使用，或者创建一个新项目将数据拷贝进新项目中，旧数据可以保留，不建议直接删除。删除项目需要删除以下内容： 1.删除Project下的项目文件夹 2.删除evars.bat中的路劲配置
PDMS论文 篇5
当前, 国内火力发电厂管道设计惯例为DN80以内的中低压小管道设计院仅估列材料, 不出布置图, 由安装单位现场布置。因此存在难以保证材料数量的准确性的问题, 而且现场布置小管道属于二次设计, 可能会出现由于缺乏统筹规划, 造成布置凌乱, 给运行和检修带来诸多不便等问题。
小管道遍布主厂房各个角落, 其工艺布置的好坏直接影响人们对整体工程的评价, 是工程精品创优的重点。同时随着涉外工程的参与, 我们发现海外发电项目存在多种建设模式, 国外的非专业安装队伍与业主签订的合同通常是按图施工, 按图取料, 因此要求设计院所有的管道均要出设计图纸并统计材料。尤其是海外EPC项目, 材料量的准确性直接影响采购及运输成本, 小管道或者全管道精细化设计将大力提升EPC总承包项目的竞争力。
无论是从管道布置工艺要求的不断提高, 还是涉外工程的需要的角度来看, 火电厂小管道布置都越来越被重视。小管道精细化布设计是电力设计发展的必然趋势。
2 小管道精细化设计主要工艺原则
如何让小管道布置达到“工艺美观, 走线短捷, 布局合理, 膨胀自如”的设计要求, 总结以往的工程经验, 主要工艺原则有:
(1) 小管道的布置尽量贴近墙壁、天花板, 避免影响美观, 同时与墙壁、天花板也要预留一定的空间, 便于日后的检修。
(2) 管道密集的地方可以采用集束式安装, 即各条管道按管径大小并列有序布置, 其倾斜度也相同, 不相互交叉, 阀门布置集中在一点, 与各设备连接时进行分散式布置, 避免接错接口。整个管线应短捷, 且不影响运行通道和其它设备的操作, 同时对整个管系的热膨胀必须具有补偿能力。
(3) 同一排平行布置的管路弯头应采取同一种形式, 且弯曲半径应相同。
(4) 高温小管道排列时, 应增设Π形弯, 以吸收膨胀。
(5) 疏放水管道漏斗的布置应便于检查, 有滤网及上盖, 工艺美观。汽缸下部疏水管道很多, 不易辨识, 疏水管道的布置不要太低, 太密, 影响底部通道, 造成保温困难。
(6) 小管道的阀门布置应考虑预留操作空间, 阀门要集中布置在便于操作的地方, 高度要合适, 便于运行人员操作, 必要时设置检修平台。集中排放的疏放水阀门宜集中布置, 标高一致, 且排列整齐、美观;仪表、控制系统等小口径管道阀门可以布置在栏杆部位。
(7) 尽量避免汽管道和油管道布置在一起, 必须一起布置的, 应该油管道布置在下面, 汽管道布置在上面。前轴承箱处的油管道布置要考虑到前箱的位移量。
(8) 小管道如果布置在设备 (特别是电机, 转机包括阀门等经常检修的设备) 上方, 要注意预留设备检修的起吊位置, 防止设备的吊起高度大于管道与设备之间的的预留空间。
(9) 排污、排空管的排放, 要远离电气设备, 更不要正对电气设备, 否则容易降低电气设备的绝缘。还要尽可能的接近地面, 不要太高, 造成水花四溅。如凝汽器的排空、排污管道。
(10) 煤气管道的排放, 要注意高度足够高, 同时尽量不要面对人员密集区域 (如集控室) 排放, 否则万一煤气放散不及时, 容易造成人员中毒;氢气管道的排放点要比较高而开阔, 避免引起爆炸;排油烟管道的排放要避开空压机的入口, 避免容易污染空压机。
(11) 集中布置的小管道支吊架尽量使用同一根部。
(12) 小管道尽量利用大管道开孔一起通过楼面、墙面, 而避免单独在楼面、墙面开孔, 如果要开孔, 尽量在隐蔽的地方开孔以保证美观。
3 基于 PDMS 工作平台的小管道精细化设计优势
火电发电厂工艺系统中, 小管道数量众多。仅热机专业而言, 按类别分有疏放水、油、气系统三大类管道。据某已实施小管道出图的600MW燃煤机组数据统计, 约有560根小管道, 出图量至少是大管道的1.8倍。
运用先进的信息化技术提高出图效率和准确性已经成为当今设计潮流。PDMS是一款目前来说比较流行的一体化多专业集成布置设计数据库平台。在解决电厂设计最难点———管道详细设计为核心的同时, 解决设备、土建结构、暖通、电缆桥架、支吊架、平台扶梯等各专业详细设计, 各专业间充分关联互动。它突破了传统的二维平面进行图纸设计的概念, 将工程设计转换成一个真正的三维空间建立工厂实体模型。其最大优点是可以非常真实地反映出施工以后实际运行现场布置情况。从而更加清楚地反映了各个专业之间的配合、协调以及对施工图纸的真实体现, 更好地为我们做好设计工作提供了一个非常便利的平台。同时, PDMS工作平台二次开发软件技术成熟, 根据用户要求开发的各种软件能进一步提高出图效率。
基于PDMS工作平台的小管道精细化设计, 优势明显:
(1) 管道布置设计直观。PDMS以一个虚拟的三维空间为绘图环境, 可以从不同的方向查看所布置的模型, 而且它的位置描述非常准确, 使设计人员对所设计的物体的空间位置一目了然。
(2) 数据共享, 有利于各专业各卷册配合, 管道统筹规划。由于使用单一的数据库 , 不同专业不同设计人员输入的数据共同存储在同一数据库中 , 因此通过系统设置相应的权限可以非常方便地设置每个设计人员对不同数据的读写权限 , 达到数据共享。而且, 由于各专业各卷册都在同一个模型空间里进行三维设计, 可以很方便地在设计过程中和设计完成后调出别的卷册或者专业设计的模型, 这样就能很容易地协调好各卷册或专业的管道设备结构等之间距离, 避免碰撞发生。
(3) 在PDMS三维平台进行管道布置过程中, 可以进行实时碰撞检查、模拟检修空间, 安全距离等, 有效避免小管道现场布置随意性造成的碰撞, 挡通道, 挡检修空间等布置不合理现象。
(4) 在PDMS三维平台中布置小管道后, 可以虚拟现实场景漫游, 从而提供了更为直观的工作平台, 便于管道的设计优化, 节省工程投资。
(5) 可实现一键抽图。PDMS可直接生成设备管道布置图、单管图、配管图 ( 下料图 ) 、土建结构详图等 , 并可按照用户定义的标注规则进行自动标注, 提高出图效率和图纸准规范性。
(6) 不同于常规小管道现场布置, 图纸仅提供估算材料量的方式, 利用三维设计平台对小管道精细化设计后, 材料以及零部件清单, 直接从三维设计模型准确提取, 给材料采购订货提供了准确可靠的依据。
4 小管道精细化设计流程
4.1 建立带有数据属性的数字化三维模型
根据上述章节总结的小管道精细化布置的主要工艺原则, 在PDMS三维平台环境下布置管道走向和支吊架设计。
由于PDMS平台里利用二三维传递设计新技术, 可以直接在三维模型环境中开列三维模型各元件、管线、分支, 并可保持P&ID系统图的层次结构, 保证了工艺系统图与三维模型逻辑关系的一致。
4.2 进行智能碰撞检查
在数字模型中, 电厂内所有管道、设备、支吊架、桥架、土建结构等都位于同一数据库中, 通过各个专业、系统在设计阶段进行完整的碰撞检查, 在理论上, 可实现零碰撞和尽可能少的材料浪费。
4.3 直接抽取小管道施工安装图
在PDMS工作平台中建立模型后可以自动生成平面布置图, 管道轴测图, 材料报表和材料汇总表等施工文件, 大大减轻了设计工作量, 提高出图效率。出图可以采用常规CAD格式, 通用性好且图纸格式统一, 规范性好。
4.4 完备准确的材料、零部件采购清单
材料以及零部件清单, 直接从三维设计模型中一键提取, 快捷便利, 避免人为统计计算的差错, 节约了人力, 提高了效率, 给材料采购订货提供了准确可靠的依据。
5 总结
小管道精细化设计逐渐成为电力设计发展的必然趋势。基于PDMS三维工作平台的小管道精细化设计, 能实现管道设计工艺合理, 布置美观的要求同时, 还能有效解决小管道实际布置时空间紧张、布置凌乱以及现场碰撞等问题, 并能提供准确的小管道材料采购量。
参考文献
[1]黄燕华.PDMS (工厂设计管理系统) 在孟津电厂设计中的应用[J].企业科级与发展, 2009 (22) :72-77.
[2]牛玉宝.浅谈热力系统小口径管道施工要点[J].工业技术, 2009 (24) :93.
[3]黄惠梁, 范学强等.在3D模型中进行小管道设计的探讨[J].浙江电力, 2002 (01) :65-66.
PDMS论文 篇6
蒙脱石是一种晶体结构呈纳米片层状的硅酸盐矿物,片层间存在游离的离子,具有电性,因此容易与其他离子进行离子交换反应生成柱撑改性蒙脱石。余江等[4]用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)柱撑蒙脱石填充硅橡胶膜,对比两种极性小分子有机组分乙醇和乙酸稀水溶液的渗透汽化,结果表明杂化膜能明显地提高分离性能。Wang等[5]尝试用SDS改性的蒙脱土与聚酰胺发生插层反应,得到剥离型聚酰胺/有机粘土杂化纳米复合膜,应用于乙醇脱水。研究发现,膜材料热稳定性高于纯酰胺膜,随着有机粘土含量的增加,膜材料机械性能提高。笔者制备了氨丙基三甲氧基硅氧烷交联聚二甲基硅氧烷(PDMS-AMEO)/有机蒙脱土(OMMT)/聚醚砜(PES)复合膜。考察了复合膜的溶胀性能、填充粒子在聚合物中的形貌特征、交联剂用量以及OMMT含量对膜分离性能的影响。
1 实验部分
1.1 材料
有机蒙脱土(OMMT),牌号为DK4,浙江丰虹粘土化工有限公司;107室温硫化硅橡胶,相对分子质量4×104,济南中昊化工有限公司;γ-氨丙基三乙氧基硅烷(AMEO),南京兴辉工贸有限公司;二丁基二月硅酸锡,上海凌峰化学试剂有限公司;正己烷,上海试四赫维化工有限公司;冰乙酸,国药集团化学试剂有限公司。
1.2 膜的制备
称取一定质量的OMMT加入溶剂正己烷中,剧烈搅拌得到分散良好的悬浊液。按所需质量比加入PDMS并搅拌均匀,加入交联剂AMEO、催化剂二丁基二月桂酸锡搅拌形成均匀的制膜液,真空脱泡。用刮刀在预先用20%聚乙二醇浸泡堵孔处理的PES微滤膜上刮制成膜,室温交联24h,使之交联完全;然后把膜在蒸馏水中浸泡24h,最后干燥24h得实验用复合膜。膜的制备反应式见图1,AMEO不仅参与交联反应,其氨基和支撑层PES表面官能团在范德华力和氢键作用下,使PDMS链牢牢吸附在支撑层上。
1.3 表征
取适当大小膜片置于液氮中冷冻,取出后迅速敲断,离子溅射仪喷金,用JEOL公司产QUANTA200扫描电子显微镜拍摄其表面及断面SEM照片;以德国NETZSCH公司STA 449C热重分析仪(TGA)测定PDMS的热稳定性,升温速率10℃/min,氮气保护。
1.4 溶胀性能测试
将膜片置于45℃烘箱干燥4 h 后称得干重m1,然后浸没在溶剂中,每隔一段时间将膜取出,迅速擦干并称重,直到重量不再变化为止,得湿重m2,计算溶质(溶剂)在单位膜中的溶胀量D:
1.5 渗透汽化性能
将复合膜放入膜分离评价装置中。以乙酸水溶液为进料液,膜下游抽真空,真空度维持在100 Pa以下,透过物用液氮冷凝。用气相色谱测定进料液和透过液的组成,并计算渗透通量J/(g·m-2·h-1)和分离因子α,其定义如下:
式中,M为组分的渗透总量,g;A为膜面积,m2;t为操作时间,h;xHAc和xwater、yHAc和ywater为乙酸、水分别在料液中和渗透相中的质量分数。
2 结果与讨论
2.1 膜的形态与结构
未填充和有机蒙脱土含量为4%的PDMS-AMEO/PES膜的表面形貌见图2。未经过填充改性的PDMS/PES复合膜涂覆均匀无纰漏,选择层表面平滑、质地均匀,支撑层与选择层结合紧密,无明显孔渗现象。OMMT填充改性的PDMS/OMMT/PES膜中,蒙脱石已被均匀分散为微米量级的结构单元,具有较大的比表面积,一方面有助于吸附;另一方面,填充后膜的活性皮层变的较为疏松,利于乙酸及水分子通过。由图中标尺可以得出PDMS层厚度约为50μm。
2.2 膜的溶胀性
膜的溶胀吸附曲线如图3和图4所示。从图中可以看出,在10%乙酸水溶液中,开始时膜急速溶胀,随着时间的推移,膜的溶胀速度减缓,最后趋于平衡,并且DK4蒙脱土填充膜的溶胀度大于未填充膜的溶胀度。随着溶液浓度的提高,未填充膜的溶胀度降低,而填充膜溶胀度提高。这说明未填充膜对水的吸附性能高于其对乙酸的吸附性能,DK4蒙脱土纳米粒子填充增加了膜对乙酸的吸附性能。
2.3 膜的热稳定性
PDMS膜和白炭黑填充膜的TGA热分解曲线如图5所示。在温度超过330℃时,PDMS膜受热迅速分解。这是因为残存的二丁基二月桂酸锡作用下其主链热降解,产生的环状硅氧烷小分子挥发而导致失重[6]。白炭黑填充改性可以使膜的热稳定性显著提高。
2.4 OMMT含量对分离性能的影响
PDMS-AMEO/OMMT/PES复合膜中OMMT含量对质量分数为10%的乙酸水溶液的渗透汽化性能的影响见图6。
由图6可看出,填充量变化时分离因子出现了最大值,说明存在两种影响选择性的因素的相互竞争。一方面,OMMT被PDMS链段插层,其硅酸盐片层以纳米级厚度单元分布于基体中,片层间疏水的纳米孔道为乙酸分子的透过提供通过的快捷途径;另一方面水的渗透受到阻碍。以上两方面的作用造成低填充量时选择性与透过性同时提高。填充量较大时,膜的连续相结构被破坏,为渗透物提供非选择性的驻留空间,导致选择性降低。所以OMMT层间的纳米疏水通道利于选择性,基质与填充剂粒子的不紧密结合不利于选择性,而前者必须有PDMS分子链插入OMMT层间,即PDMS分子同时也是疏水性输运路径,使OMMT与PDMS紧密结合成近似的疏水连续相才可奏效,因此随着填充量的增大,插层变得困难,后者占据主导,选择性降低。
2.5 进料温度对分离性能的影响
图7为温度对膜分离因子的影响。由图可以看出,随着料液温度的升高,PDMS膜的分离因子单调下降。这是因为料液温度升高,渗透物小分子与聚合物膜之间的作用时间缩短,水的通量增加速度比乙酸更快,所以膜对乙酸的选择性降低。另一方面,当温度从30～70℃变化时,水和乙酸的饱和蒸汽压的变化分别为4.24～31.18kPa和2.79～18.53kPa,所以水的增加幅度高于乙酸,亦即水的传质推动力增加要大于乙酸,因此,水的通量增加速度比乙酸更快,分离因子随温度上升有所降低。但是,OMMT填充改性膜的分离因子先增加后减小,这说明OMMT疏水亲乙酸。
采用膜对10%乙酸水溶液进行渗透汽化,其通量随着温度的变化如图8所示。从图中可以看出,随着温度的增加,膜的通量都显著增加,并且填充膜的通量高于未填充膜。随着温度的升高,膜上游料液中组分的蒸汽压升高,组分通过膜的传质推动力增大。此外,随着温度的升高,高分子链段热振动加快,PDMS膜内部自由体积增加,也有利于料液成分在膜中的溶解和扩散,加快料液从膜上游至下游的传质。
2.6 料液浓度对分离性能的影响
料液浓度对分离系数的影响如图9所示,随着料液中乙酸水溶液浓度的增大,分离系数呈上升的趋势。当进料液浓度增加时,吸附在膜表面的有机溶质分子的数量增多,乙酸在膜中的溶解度增大,透过液的乙酸浓度增大,因此分离系数会增大。
渗透通量随料液浓度的变化关系如图10所示,渗透通量随着料液浓度的增大而上升。当料液中乙酸的浓度增加时,乙酸在膜中的浓度增大,膜的溶胀度亦随之增加,膜的溶胀减弱了PDMS膜中链节之间的相互作用力,增加了聚合物中的部分自由体积,提高了乙醇分子和水分子通过膜的扩散速度,因此渗透通量有所增加。
3 结论
用原位聚合法制备了PDMS-AMEO/OMMT/PES复合膜,OMMT被剥离成片状结构分散在聚合物基体中,可抑制膜过度溶胀,提高膜的耐热性能。通过OMMT DK4的填充,膜的分离性能能够得到一定改善。
参考文献
[1]Shi E,Huang W X,Xiao Z Y,et al.Influence of binding inter-face between active and support layers in composite PDMSmembranes on permeation performance[J].Journal of AppliedPolymer Science,2007,104(4):2468-2477.
[2]Panek D,Konieczny K.Pervaporation of toluene and toluene/acetone/ethyl acetate aqueous mixtures through dense compos-ite polydimethylsiloxane membranes[J].Desalination,2006,200(1-3):367-373.
[3]Kittur A A,Choudhari S K,Kariduraganavar M Y.Preparationof zeolite–incorporated PDMS membranes for pervaporationseparation of isopropanol-water mixtures[J].Composite Inter-faces,2006,13(4-6):507-521.
[4]Yu J,Li H,Liu H Z.Recovery of acetic acid over water by per-vaporation with a combination of hydrophobic ionic liquids[J].Chemical Engineering Communications,2006,193(11):1422-1430.
[5]Tang X Y,Wang R,Xiao Z Y,et al.Preparation and pervapora-tion performances of fumed-silica-filled polydimethylsiloxane-polyamide(PA)composite membranes[J].Journal of AppliedPolymer Science,2007,105(5):3132-3137.