化工工程設計計算機軟件技術應用

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摘要：不斷加快的工業(yè)化進程對化工工程設計提出了更高的要求，化工企業(yè)生產(chǎn)運行前通常需使用到一些用于對設備運行、化學工藝及反應實驗等進行模擬的技術手段，這些精確模擬有利于規(guī)范、合理的生產(chǎn)流程的實現(xiàn)，并能夠有效提高生產(chǎn)質量和效率，而這些模擬實驗則是化工工程設計的關鍵所在，不斷發(fā)展完善的計算機軟件技術提高化工工程設計的精細化水平提供了有力的技術支撐，有效簡化了各類工藝流程模擬過程，文章主要對化工工程設計中的計算機軟件技術的有效應用進行了深入研究。

關鍵詞：化工工程設計；計算機軟件技術；CAD軟件；三維建模；實踐應用

引言

在科學技術和經(jīng)濟快速發(fā)展的共同作用下，化工工程設計可使化工生產(chǎn)體系得到不斷的完善，不斷提高化工行業(yè)的現(xiàn)代化特征。隨著現(xiàn)代化工行業(yè)發(fā)展的不斷深入，化工工程設計對企業(yè)實際發(fā)展情況的影響程度不斷提高，化工生產(chǎn)過程中包含了較多的化學工藝流程，通過化工工程設計能夠實現(xiàn)對其真實準確的模擬過程（包括相應的化學反應）。在進行化工設計時通過適合的計算機軟件技術的應用可實現(xiàn)對具體繪圖、物質分析、工藝流程設計過程科學高效的輔助過程，計算機軟件技術已經(jīng)成為現(xiàn)代化工工程中輔助化工工程設計不可或缺的技術手段，這就要求化工設計人員具備掌握及合理應用計算機軟件技術方面的能力，進而實現(xiàn)在進一步提高工程設計質量及設計效率的同時使設計產(chǎn)生的費用得以有效降低[1]。

1計算機軟件在化工工程設計中起到的基礎作用

1.1計算機軟件技術的應用

化工工程設計中應用計算機軟件的主要目標在于促使化工設計的質量、效率、合理性、便捷性不斷提高，通過在化工工程設計中引入計算機軟件技術實現(xiàn)了化工生產(chǎn)效率的提高，例如在化工工程設計過程中繪制化工工藝流程圖時，通過應用制圖軟件可提高繪圖的質量和速度，并使設備與工藝方案成型對精細化的需求得到有效滿足，目前已有多種繪圖軟件（按照功能可細分出多類）應用到化工領域中，化工設計者可以實際設計和生產(chǎn)需求為依據(jù)選用相應的制圖軟件，例如，在化工工藝自動化設計過程對化工生產(chǎn)車間中管路通過相關軟件的匯總運用實現(xiàn)精準定位和分布設計功能，管路施工設計時可使用CAD繪圖軟件，不斷發(fā)展完善的三維立體空間技術在各工業(yè)領域的應用范圍不斷擴大，目前許多化工設計中均使用到了3D技術[1]。

1.2化工工程設計內容及特點

化工企業(yè)轉型升級的節(jié)奏在供給側改革不斷深化的大背景下不斷加快，化工工程設計已成為推動企業(yè)轉型升級的重要手段，在設計過程中可再現(xiàn)包括所涉及到的化學反應和生產(chǎn)工藝在內的生產(chǎn)流程，化工工程設計主要包括。1）化工工藝的設計，先由設計人員對具體工業(yè)生產(chǎn)中的化學反應進行分析（包括基于理論的實際情況分析），如在對煤制乙醇工藝進行設計的過程中需合理評定包括煤炭類型、成分、煤炭煉制爐、氣候條件等在內的各項因素，并嚴格遵循相關化學原理解決設計過程中各項因素存在的問題，以實際生產(chǎn)需求為依據(jù)確定設備、環(huán)境、條件，科學合理的設計整個工藝流程。2）化工工程設計，作為化工設計的核心內容，能夠對非工程設計進行組織和協(xié)調，考核化工工藝設計后開展包括工藝管路、設備系統(tǒng)、土建工程等在內的相應工程設計。設計的整體情況取決于化工工程設計，而在化工工程設計前需做好化工工程計算，即依據(jù)設計要求衡量包括能量、物料等在內的化工生產(chǎn)的各項內容，化工工程計算的特點主要表現(xiàn)為：涉及較多的計算公式，且公式大多為非線性、變量的種類較多、復雜程度較大，實際計算過程的計算量較大；設計參數(shù)查詢范圍大多較寬，不利于提高計算結果的可靠性和合理性；工藝設計過程中需反復對比分析不同方案，并根據(jù)實際需要進行相應的調整。采用傳統(tǒng)設計方案的化工工程涉及已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化工工程對低成本及高效率等方面的優(yōu)化需求，進一步凸顯了計算設計軟件技術在化工工程設計中的應用需求?；すに囋O計需對生產(chǎn)涉及到的化學反應的時效性進行深入分析（根據(jù)化工技術理論知識），例如煤化工企業(yè)需設計煤制乙醇的工藝，設計開始時需評價企業(yè)所在地的煤炭資源分布情況、當?shù)貧夂驐l件及生產(chǎn)設備性能，基于綜合考評結果對影響企業(yè)生產(chǎn)過程中的問題進行有針對性的解決，同時根據(jù)實際生產(chǎn)情況（包括生產(chǎn)設備和反應條件）并嚴格遵循相關化學反應原理對生產(chǎn)工藝流程進行規(guī)劃。工藝設計后開始進行工程設計（主要包括廠房建設、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)平臺等）[2]。

2計算機軟件技術在實際化工設計中的應用

1）辦公及制圖軟件，計算機已經(jīng)成為設計單位中日常工作必不可少的設備，Excel、Word、AutoCAD等軟件已成為設計人員日常繪制圖紙（包括文件設計）的常用辦公軟件。目前熱工專業(yè)、化工機械化運輸、石油化工自控、建筑工程等設計軟件是化工工程設計的常用軟件，CAD制圖軟件經(jīng)多年的發(fā)展和完善通過和打印機聯(lián)網(wǎng)打印出的圖紙更加清晰。2）化工生產(chǎn)管道分布設計軟件，企業(yè)生產(chǎn)車間里尤其是大型化工生產(chǎn)企業(yè)通常安置了大量的生產(chǎn)設備，輸送管道數(shù)量則是設備的數(shù)十倍，為保證工作質量和效率需借助相關化工生產(chǎn)管道分布輔助軟件完成對輸送管道的設計、車間布置、安裝、材料購進的繪制和管理[3]。3）立體CAD技術，在設計安裝引進的APOLLO工作基站的過程中使用了三維模型，實現(xiàn)了設備和管道的正確安裝及精準鋪架過程，通過使用CAD技術使修改和建模工作更加便捷高效，并使坐標尺寸更加精準。基于建立的基站整體模型得到了立體模型，基于該立體模型完成剖面和截取三維下的圖形?，F(xiàn)階段能持續(xù)提供相應服務的PDM軟件和三維CAD制圖軟件（發(fā)展較為成熟、功能較為齊全）是工程領域常用的輔助軟件，具備碰撞檢測功能的CAD制圖軟件在完成三維建模后能夠對模型中的碰撞效果進行檢測（具體通過運行REVIEW模塊完成），并對通道維護工作進行檢驗，幫助設計人員據(jù)此結果對模型進行深入分析和修改，從而盡量避免在化工建造施工過程中出現(xiàn)問題[4]。4）三維建模技術，在具體設計中具體建模作業(yè)采用三維設計完成，各項設備的布置及管道的鋪設可通過裝置的三維模型（由工作站創(chuàng)建）提供相應的便利條件，可對各項內容進行修改（包括提高坐標及尺寸的精準度），基于結構、管道、設備的建設模型實現(xiàn)裝置三維模型的獲取，同時可根據(jù)三維模型完成對二維平面、剖面圖的抽取。目前技術發(fā)展成熟且功能強大的PDS（INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）是化工工程設計中常用的三維軟件，三維設計軟件Smart3D（INTERGRAPH）已經(jīng)得到廣泛應用，該三維軟件能夠對硬、軟碰撞功能進行檢查。完成三維模型設計后可通過REVIEW模塊檢查模型軟件，并對物理模型與操作維護通道間的干擾進行檢查，設計人員可根據(jù)檢查結果對三維模型進行修改，使操作、運維及碰撞等問題得以有效避免，從而避免施工修改，以確保工程的整體設計質量[5]。

3計算機軟件技術同化工工程設計的有效融合

3.1處理生產(chǎn)過程中的各項指標

能夠影響到化工工程設計質量的因素較多，數(shù)據(jù)處理是其中的一項主要影響因素，自帶不穩(wěn)定性因素的化學反應的最終結果會受到外界環(huán)境變化的不同程度的影響，如化工原料中的各項因素（包括具體成分、溫度、催化劑、壓力等）中的某一項或幾項的改變均會不同程度的影響設計中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)，因此在實際作業(yè)過程中需設計人員采用合理方式科學處理各項數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差范圍的不斷縮小?？筛鶕?jù)實際需要通過應用ASPEN等軟件實現(xiàn)相應模擬過程，在此基礎上科學提取出各項相關參數(shù)內容，合理控制可能出現(xiàn)的各項數(shù)據(jù)誤差，進而使各項計算內容的精準性得到顯著提升，此外還可通過對經(jīng)驗數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)幾項對比實現(xiàn)相關問題的及時發(fā)現(xiàn)及相應解決措施的有效采取，從而使化工工程設計的整體質量得到有效提升[6]。

3.2功能輔助

在成圖的過程中使用傳統(tǒng)較為落后的制圖方式經(jīng)常會導致較大的設計誤差的出現(xiàn)，尤其是在測量現(xiàn)場距離時的誤差控制難度較大，阻礙了化工工程設計效率的提升?？赏ㄟ^運用計算機軟件中的制圖軟件技術完成相關的設計，為最大限度保證設計過程的完整性，根據(jù)實際需要通過設置軟件中的相關功能和（如現(xiàn)場還原功能）實現(xiàn)對化工生產(chǎn)現(xiàn)場的真實反應，在此基礎上根據(jù)要求對微小環(huán)節(jié)進行調整，進一步提高化工工程設計的科學性和合理性。在化工工程設計領域充分利用當前廣泛應用學習門檻低且功能齊全的CAD制圖軟件，通過命令菜單下達精準操作的指令，利用CAD制圖軟件同各種操作系統(tǒng)間良好的和適應性可有效滿足各種設計的繪圖要求，在減少了人工工作量的同時控制誤差在合理范圍內?；すこ淘O計通過3D技術的應用實現(xiàn)了立體化效果的同時使設計比例尺更加精準，建模中的各空間在物理上的交叉可通過初步設計實現(xiàn)，以確?；すこ淘O計的合理性及流程的規(guī)范性，化工工程設計過程涉及到的各細節(jié)通過運用3D技術即可實現(xiàn)真實再現(xiàn)功能，幫助設計人員發(fā)現(xiàn)設計及生產(chǎn)流程中存在的缺陷，并采取有針對性的解決方案，再結合運用3D技術真實演練設計的工藝流程，最大程度的降低各種風險的發(fā)生概率。利用PDS（INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）三維軟件檢查模型軟件，并對物理模型與操作維護通道間的干擾進行檢查，設計人員可根據(jù)檢查結果對三維模型進行修改，從而避免施工修改，進而提高設計效率和應用質量[7]。

3.3反應預判

化工工程設計的一個主要特點在于所有設計均基于生產(chǎn)現(xiàn)場化學反應完成，化工實驗的可靠性需基于化工生產(chǎn)工藝流程的生產(chǎn)效率和效率，作為化工生產(chǎn)的縮小版化工實驗以進行預測為主，需在進行投資的基礎上以整個反應流程為依據(jù)不斷提高操作的便捷性，采用相關計算機軟件輔助技術模擬化學反應得到相應結果，并據(jù)此對一系列反應進行預判，再以實驗結果和反應結果為依據(jù)調整各反應的條件及參數(shù)等，為化工生產(chǎn)提供科學有效的支撐[8]。

4結語

隨著化工企業(yè)的快速發(fā)展，化工工程設計過程的精細度不斷提高，各類現(xiàn)代工程軟件的引入為設計人員提供了技術支撐，越來越成熟的計算機軟件技術應用使化工工程設計的合理性及工程質量得到顯著提升，并能夠為化工生產(chǎn)提供有效的指導，文章介紹了計算機軟件在化工工程設計中所起到的作用及化工工程設計的特點與主要內容，對化工工程設計起到重要作用的關鍵軟件進行了闡述，通過計算機軟件技術中各項功能的充分運用實現(xiàn)對相應化學反應的真實模擬及對可能出現(xiàn)問題的精準預測，在此基礎上通過及時解決和改善化工工藝及相應流程中存在的問題實現(xiàn)化工工程設計效率的提升，為化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

參考文獻

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[8]常彥龍.石油化工工程中工藝管道安裝施工風險控制措施探討[J].中國石油和化工標準與質量，2019（02）：196-197.

作者：張黎黎 單位：煙臺汽車工程職業(yè)學院