韩雅妮，苏创，李亚玲

（兰州石化职业技术学院应用化学工程学院，甘肃兰州730060）

煤化工行业在我国国民经济中占有非常重要的地位，为了更加真实有效地提高在校学生的实训操作水平，我校引进了更加接近企业生产过程的煤制甲醇实训装置，该装置在实训教学过程中架起理论与实践的桥梁，让学生能够更快更好地适应煤制甲醇的岗位工作。本套煤制甲醇冷态实训工厂是仿照真实的煤制甲醇化工企业设计的，该实训装置由空分装置、煤气化、净化、甲醇合成等单元组成，非常贴近工厂实际，此外，该实训系统不仅能够反映真实工业生产，还装有仿真模拟软件、DCS集散控制系统和教师管理系统。学生在实训过程中可以全工况动态实时模拟煤化工装置的开车、停车及常见事故处理。实训操作过程可以使学生熟练掌握煤制甲醇企业的工艺流程，并在操作过程中逐步培养学生的操作技能。

学生在实训基地上岗后，教师会参照化工生产和管理一线的要求对学生实施教学，在操作过程中重点培养学生的操作水平，使学生在实训过程中做到人人有岗位，个个有责任，与企业生产无缝对接，大大提高了实训的真实性和实践教学的效果。

但是，在日常的实训教学中也会发现一些问题，比如说，在整班实训教学中，有些同学仅掌握了自己分配到的操作实训工段的操作规程，对其他工段的操作步骤和原理不甚清楚，这样就不利于学生掌握完整的操作过程；甚至有个别学生主观能动性不强，个人很少动手，在实训操作结束都不能建立很好的全局观。

1 装置简介

本装置实训教学的重难点是在实训操作中，让学生结合设备和管路来学习工艺生产流程，然后团队配合进行装置的开、停车及事故的训练，目的是通过学生的自主学习，进一步强化对操作的调节和工艺流程的练习。例如，在操作实训的教学过程中经常会有学生提出问题，比如说“为什么要采用这样的方式布置管道？”“管道能不能选择其他布置方案？”“管线上要选择什么样的阀门？”等类似涉及到工程设计方面的问题，其中，多数问题集中在管道设计和管路布置方面，而这些问题的解答就更加需要同学们学习一些工程设计的知识。

化工毕业设计课程在本校常年开设，但是，大多数设计都是进行手工计算、手工画图，沿用的是以前传统的设计方法，这和当今设计院的主流工程设计脱轨。其实，学习的目的不仅是知其然，更要知其所以然。那么，怎样让喜欢钻研的学生在充实的实训操作中，除了获得熟练的操作技能，还能培养他们的工程理念呢？笔者觉得可以考虑让学生在熟悉工艺流程后，尝试使用三维设计软件从一个设计人员的角度来设计一部分典型的工艺流程。

那么，采用哪一个三维工程设计软件呢[1]？综合国内工程设计行业的发展，目前被广泛应用的有Intergraph 公司PDS、CADWorx、Smartplant3D;Autodesk 公司的AutoCADPlant3D;AVEVA 公司的PDMS;Bentley 公司的AutoPLANT，以及国内公司自主开发的SPDA，PDSOFT等。每款软件各有特点，其中，AutoPLANT和PDS目前均已停止更新。PDMS 在国内市场占有率很高，多用于大中型项目的设计。CADWorx是基于AutoCAD平台的产品，软件容易上手，性价比高，产品稳定，目前在国内中小项目上应用广泛。

CADWorx 三维工厂设计软件技术成熟，产品稳定，并且在国内设计行业广泛应用的过程中，还积累了很好的口碑，同时软件自带的模块还有自检并发现模型中的碰撞，在工程末期还能自动生成单线图和材料表的附加功能，所以，结合本项目的特点，选择采用CADWorx 软件对煤制甲醇中的空分单元进行三维设计。

2 设计步骤[2]

2.1 建立钢结构

首先，通过Stee l 模块，调用软件自带型钢数据库，设置项目所用钢结构的线条和结构尺寸，快速地建立好所需管廊支架、操作平台及护栏，然后，将结构模型保存到合适的项目文件夹下，方便后期配管。

2.2 建立设备模型

利用CADWorx Equipment的实体，通过对几何模型的拼接，绘制出项目所用的各种设备和容器，用Equipment 模块进行设计时，主要绘制的是设备外形尺寸和管接口、管嘴型式，对设备内部的详细结构不进行绘制。受制于笔者的精力和软件操作水平，本次建模对空分装置的流程进行了一些简化，主要设备包括塔、冷箱、换热器、储罐、泵、压缩机等。由于设备采用的是搭积木的方式建模，可以在较短的时间内搭建出设备的模型，建模效率高。每一个设备建模完成后，要对每一个设备单独命名，并储存到建好的Equipment 文件夹中，方便在配管过程中引用。

2.3 管道建模

2.3.1 建立管道等级数据库

管道材料等级表是管道设计的基础，在三维配管设计中占有基础的地位。管道材料等级表中包括了管道及管件、所用阀门的材料、尺寸、压力等级、型号、适用温度、使用压力等。在正式配管之前，管道元件数据库需要存贮有管道等级库中所涉及的所有元件，以及各元件的详细信息。首先，要通过管道等级表建立管道等级数据库。由于我国化工标准非常多，同一个行业可能还分许多种标准，并且在设计过程中使用的标准不同，对管道绘制的要求也不一样，那么想要在设计初始就有现成的，可以直接拿来就用的等级库是不可能的。所以，在进行配管之前，首先根据自己项目中需要的元件标准制作元件库，再以元件库为基础，生成等级库。制作元件库是一个非常庞大的工作，由于本实训装置本身就对空分工艺进行了一些简化，所以，可以根据现有的数据库参考修改，或者移植别人的数据库创建自己需要的库。元件库和等级库都建立完成后，进行保存并退出，最后生成2个文件，一个是后缀为.cat的元件库文件，另一个是后缀为.prj的等级库文件。把生成的文件存放到C:/CADWORX2015 Plant/Spec 文件夹下，在正式的配管过程中就可以加载这个新的等级库。

2.3.2 管道建模

管道建模开始，需要在plant 模块中参照引用已经绘制的steel和Equipment模型，然后在plant中对管道建模。工艺配管时需要注意以下原则：

（1）首先进行管道的整体规划:大管径、高温、运输特殊物质的管道最先布置。

（2）布置管道时要充分考虑管道支承，防止项目后期设计管架时管道无法支承。操作时可以考虑采用建筑物、平台梁柱支承管道。

（3）总管上引出的管道，气体从总管上部引出，液体从总管下部引出。同平面、方向相同的管道标高应尽量一致。

（4）配管时应该避免出现气袋或液袋，管道布置应步步高或步步低。如果无法避免，应征得工艺专业的许可后，增加高点排气、低点排净装置。

（5）管道与管道的间距，管道和设备及建筑物的间距，要满足规范、安装、检修要求。

（6）避免管道的碰撞，并尽量做到管道布置的安全、合理、美观。

（7）管架设计时要考虑高、低温管道的热位移，以防管托脱落，必要时可选加长管托。

同时，CADWorxPlant 内置的碰撞检查模块，可实时对管道进行碰撞检查，及时告知在配管过程中设备、钢结构、管道模型间的碰撞，并自动弹出碰撞检测警告，大大减少了设计过程中错误发生，提高了配管的效率。

3 结论与展望

三维工厂设计软件可以提高设计的准确性和效率，并将设计人员从繁琐的重复工作中解脱出来，把更多的时间应用到解决项目本身的技术性问题，提高设计效率，日益成为当今项目设计的主流，三维工厂设计的发展前景十分广阔。学校的教学设计内容也应该紧跟设计院设计的主流，尽早地让学生接触并应用先进的设计软件，在转变学生设计思路的同时，还可以大大加强学生对计算机软件的应用能力，同时深化所学知识，提高学生的工程实践能力。