邹春昱
安徽华东化工医药工程有限责任公司上海分公司，201315)
综述 本文详细阐述了在PDMS三维软件系统下设计全夹套管的解决方案，从方案的架构、数据库建立、三维建模到轴测图抽取和材料统计进行了探讨，为同类硫磺回收装置的夹套管三维设计提供一种设计方法。
关键字 PDMS 夹套管 工程设计
液态硫磺的凝固点高，熔点为120 ℃，当小于此温度时液态硫磺会变成固态。在硫磺回收装置中，为了使管道内硫磺保持液态，防止其凝固从而堵塞管道，同时为了减少热损失，液硫管道需要进行蒸汽夹套管伴热。
夹套管有两种类型：全夹套 (内管焊缝隐蔽型) 和半夹套 (内管焊缝外露型)。依据 SH/T3040 -2012规范要求，凝固点高于100℃的工艺管道宜采用“内管焊缝隐蔽型”夹套管［1］。例如某项目的沥青硫磺回收装置中，液硫管道的操作温度为170℃，含硫酸性气管道的操作温度为220℃，根据规范宜用全夹套蒸汽伴热。
我公司管道设计使用AVEVA公司的 PDMS（Plant Design Management System）软件，夹套管的结构特殊、管件复杂，软件中没有专有的模块。在设计中如何准确快速的建模出图成为三维夹套管设计的难点。本文就使用PDMS软件完成全夹套式夹套管三维设计、材料统计和管道轴测图抽取进行了探讨总结。
1夹套伴热管道建模要求和解决方案架构
夹套伴热管道由内管和外管两个部分组成，内管是工艺介质，外管是伴热介质，外管上将布置蒸汽供汽点、凝结水排液点和跨接线。怎样清晰表述内外管的空间占位以及材料一直是三维软件设计夹套管的难点。PDMS软件中夹套管有两种建模方法：内外管作为一个整体建模（I）和分别对内管与外管建模（II），项目前期从各方面比较了两种方法，结果见表1。
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由上表可知，两种方式均能满足设计要求。但方法I轴测图的尺寸标注只有内管或外管，材料需要人工将内外管分开，准确性不佳，给现场施工造成不便，施工队需要现场测量计算管道的切割长度，给管道预制增加了工作量。方法II只需在出图时把同一组轴测图的内管和外管起始点坐标设置统一即可。另外，内外管组合的形式，轴测图中既要表达内管的管件内容，还要表达外管和跨接管的内容，图中信息庞杂给看图增加了一定的困难。工程设计最终目的是为了施工，施工方便也可减少后期处理各种问题的时间，所以我司建议选择方法II来设计中海沥青硫磺回收的夹套管线。
2夹套管元件数据库的建立
在建立夹套管等级库时，需要建立两个不同材料等级，即一个内管等级，一个外管等级。数据库需中增加夹套专用元件。下面将建立夹套管管道元件库要注意的地方进行分类讨论：
1.1常规管件
1）弯头
本装置夹套管直径为DN40/80、DN80/150、DN200/250，内管和套管弯头曲率半径按《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》中表7.2.3－1选用。夹套内管弯头采用R=1.5倍的长半径弯头，外管采用R=1D的短半径弯头，建立外管等级时需增加短半径弯头。
2）三通
夹套管外管三通应采用剖切型，元件库中仍沿用原整体元件不拆分，增加专用材料描述，标明此类三通是剖切型，成对统计三通数量。
3 四通
由于液体硫磺易凝易堵，输送液硫的的夹套管在拐弯和分支处均设置四通［3］，需要接弯头的地方用四通的两个分支代替，需要三通的地方用三个分支来代替，不接管道的分支用法兰和法兰盖封堵，这种方式便于管道堵塞时疏通。内外管等级中需增加四通，外管使用剖切四通。
1.2夹套用特殊管件
1）夹套法兰夹套阀门
夹套法兰及阀门等均存在内外管两个连接关系的问题，夹套法兰阀门等在三维模型中同时是内管元件还是外管的结束点［2］，见图2。由于夹套法兰和阀门主体在夹套管内管上，因此在建等级库时，法兰垫片阀门等应加入到内管等级中。同时由于夹套管有内外管两个管径，法兰和阀门的heading需增加一个question属性添加上外管的公称直径。夹套阀在满足长度和手轮高度直径的要求外，外形细节尽可能简化。同时，为了保证外管的连续性，增加一个虚拟的直管段元件，其长度设置为参数形式，建模时设计人员输入其长度为所替代的元件（如夹套闸阀、视镜等）的长度，并将其设置成不统计材料，从而保证管道连接信息的完整性而又无需增加额外材料。
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2）定位板
定位板位于夹套管的内外管之间，起支承和定位的作用，定位板焊接在内管的外壁上，材质与内管相同。根据其施工位置和施工顺序，定位板应在内管上建模，可采取逻辑管架方式进行建模，把支架的stext属性修改为定位板的尺寸大小，后续使用支吊架汇料工具统计材料。
3夹套管三维模型的构建
管道专业进行夹套管道三维模型设计的步骤和注意事项如下：
3.1 因夹套管的内外管为两部分相对独立的轴测图文件，但施工过程中两套图纸需一起配合使用，所以需要使施工人员轻松的查找区分出内管和外管图纸，并可以和PID图对应。为此，外管管线号的编号规则为内管管线号加后缀字母J，即表示了同一管线又加以区分，例如若内管管线号为 S-20101，则外管管线号为S-20101J。
3.2内管建模：建内管模型时，点选内管等级，按照PID依次建模，内管上管件完整，包含PID里的全部信息。
3.3外管建模：内管建模完成后，还剩外管和蒸汽跨接线。选择外管等级，按照内管的走向建外管模型，再夹套法兰处建立蒸汽跨线。阀门部分用虚拟直管段代替，规避模型断点。
3.4由于内外管在同一空间位置，同时拖进模型看不到内管，给模型检查造成困难。利用PDMS颜色规则可以解决这个问题：新建一个color rules，设置element rules为PURP EQ ’JACKET’ （即purpose属性为JACKET的管道属于这个颜色规则），然后再设置auto color rules的透明度为25%，最后在建模时把夹套外管的purpose属性改为JACKET，这样夹套外管在模型中就显示为半透明了。
3.5夹套管内管结构简单，连续性好，生成的轴测图图面清晰; 但外管由于有很多的跨接管，结构复杂，轴测图信息量庞大。同一管线，内管轴测图只需要一张图，外管可能就需要好几张轴测图才能表述清楚。为了施工方便，在建模过程中，可利用逻辑支吊架设置强制分图，让同一根管线的内外管单线图断开点坐标一致。
夹套管三维模型工程实例参见下图2：
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4 夹套管三维工程设计出图及汇料
用上面讨论的方式设计的夹套管，定制好单线图框后，即可自动抽取内外管的ISO图了，基本上不需要人为修改，节省了设计时间。管道材料也可以自动统计，不需要手工分开内外管材料，极大的提高了效率。
5 结语
根据本文的方法设计全夹套式夹套管，不但提高了图纸的设计质量、材料统计的准确度，缩短设计周期、降低设计人员的工作强度，而且图纸可以清晰表达设计者的意图，施工过程也避免了很多不必要的问题，指导施工人员按图施工。但是还存在以下可以改进的地方今后优化的方向：
1）目前对于夹套管的建模，需要画两遍图，重复劳动。希望能时间内外管同时铺设，一次性把管线铺设，后续只需要分别在内外管上添加特殊管件。
2）虽然目前内外管分别出图可以满足施工要求，但是如果内外管能出在同一张图上，施工就更加方便了，希望软件商能开发此功能。
参考文献:
［1］SH/T 3040-2012，石油化工管道伴管和夹套管设计规范［S］．
［2］SH/T 3426-2014，石油化工钢制夹套管法兰［S］．
［3］李黎，陈洁，王跃新．浅谈夹套管的配管设计［J］．科技传播，2011( 13) : 148．
作者介绍：
? 邹春昱（1988.3.6），性别：女；籍贯：陕西安康；民族：汉；学历：硕士研究生；职称：中级工程师；职务：配管工程师；研究方向：配管。