摘要
简述了水泥湿法脱硫的主要系统组成，详细介绍了三维工厂设计软件CADWORX在工厂设计中所具有的特点及优势，并以水泥窑尾烟气湿法脱硫项目设计为实例，详细介绍了使用CADWORX软件三维建模中等级库项目库建立、设备结构建模、管路建模、模型碰撞检查、平面图压制、出材料表、漫游视频制作、出ISO图等全过程。
水泥窑尾烟气脱硫项目，工艺系统主要由烟气系统、二氧化硫吸收系统、脱硫浆液制备系统、事故排空系统、石膏处理系统、工艺水系统、废水排放系统等组成。整个脱硫系统工艺复杂、管道众多，且环保项目普遍工期紧迫，随着环保行业的迅猛发展，竞争日益激烈，各项目对设计周期、图纸质量、材料精准化等方面的要求越来越高，传统的二维设计已无法充分满足工程具体执行以及市场的需求，因此新工具、新方法的应用也应势而起。
1 CADWORX软件的特点及行业应用
CADWORX软件是美国INTERGRAPH公司研发的基于AutoCAD平台的一款完全兼容AutoCAD命令的3D工厂设计软件，其广泛应用于环保、化工、医药等行业。
2 湿法烟气脱硫工程项目设计特点
烟气脱硫项目以改造项目居多，普遍空间狭窄，管路系统复杂，管道布置困难，易发生碰撞；工程设计参数不同，设备选型可能千差万别，设备种类多，型 多；管道标准件种类多，数量大，材料统计工作量大，且易出错；空间有限，管路复杂，管道布置相对较难。
特别是管道设计，其工作量较大，易出错，湿法脱硫管道介质主要有各类浆液、工艺水、压缩空气等。工艺水与压缩空气属于常规管道，设计要求相对较少；浆液管道介质具有易磨损、易腐蚀、易堵塞等特点，且管道介质种类多，对管道坡度及流速要求严格。在管道选材及布置设计时既要满足一般流体管道设计的多个规范，同时又要考虑到浆液管道在流程设计、布置设计、选材、流速计算、坡度设计、阀门及管件选型、支吊架选型等方面的特殊性。
按材质分，国内浆液管道一般采用衬胶碳钢管（RL）、衬塑钢管（PL）、玻璃钢管（FRP）、聚丙烯管（PPR）和不锈钢管道（2205、2507、1.4529）等，最常用的是衬胶碳钢管、玻璃钢管和不锈钢管。
3 CADWORX实际工程案例的应用
3.1 数据库及项目等级库的建立
图1 项目基础元件库
基础数据库建立完成后，要根据工程项目的特性，再从基础数据库挑出适合当前项目的数据，建立项目等级库，结合环保项目（烟气脱硫）所涉及的物料特点、运行温度、压力等，将脱硫项目库划分为M1B（碳钢）、FRP（玻璃钢）、CJ（衬胶管）、SS（不锈钢）等5个基本管路等级；每个管路等级涉及到的数据种类有管道、弯头、大小头、法兰、阀门、三通、四通、法兰管等；阀门有手动蝶阀、电动蝶阀、球阀、截止阀等；紧固件有螺栓、螺母、垫片等；特殊件有流量计、过滤器、金属软连接、橡胶软连接等[3]，如图2所示，等级库建立好后，后期做所有的湿法脱硫项目，基本上可以直接调用，使用便捷。
图2 项目等级库
3.2 设备的建模
CADWORX中的Equipment模块，如图3所示，由多个基本单元模块组成，利用Equipment模块中的圆柱、圆锥、平板封头、箱体、管嘴、法兰、平台、加强环、吊耳等参数化实体模块，调整参数，合理组建出各设备模型，如脱硫塔、事故浆液罐、工艺水罐、皮带机、真空泵、各浆液泵、清水泵等，其中脱硫塔组建模型见图4。
图3 设备模块
图4 脱硫塔组建模型
3.3 结构建模
结构建模的前提是工艺总平面布置图需先确定，以确定好构筑物、设备等模型在平面图中的准确位置。利用CADWORX中的Steel/HVAC模块以及CAD本身的三维绘图功能，绘制综合管架钢结构、综合楼及其他基础等，见图5、图6。
图5 综合管廊示意
图6 脱硫综合楼示意
结构模型建立完，即可将各设备一一参照到结构模型中定位，与设备总平面布置相对应，结构、设备模型都建立完，为配管设计做好基础。
3.4 管道模型的建立
管道模型建立前，先要将各设备单体模型、建筑结构模型等，根据总平图依次参照引用，设备模型建立完后，检查各设备间相对定位无误，即可开展管道模型建立。
管道绘制有3D实体、2D双线、2D单线及增强3D四种模式可选择，其中增强3D模式显示最为逼真，可细致到垫片、螺栓，但同时对电脑显卡、内存要求增加。配管前，需要在配管设置中对配管规则提前设置好，如管线 规则、等级选择、焊点设置、最小管长、螺栓设置、图层设置、数据库同步设置等，设置完成后，即可进行管道、法兰、三通、弯头、阀门、仪表等绘制，软件具有自动布管功能，自动连接两点，选择适合管线，可自动完成管道走向，再做局部调整即可，较为方便；亦具有变线为管的功能，还可自动进行弯管设置；同时能够智能提示等级材质等不匹配的情况；还具有按管线 查看管路、部分显示管道，以及管道不连续时的 错功能等。该软件管道绘制较为智能，使用方便。
通过设备及管道建模，完成的项目3D模型图见图7。
图7 设备及管道3D模型图
3.5 模型检查
设备管道模型全部完成后，在出材料表、平面图及ISO图前，必须要进行模型的检验，主要包括碰撞检查、数据检查等。
CADWORX Plant内置碰撞检查模块，可检查各设备、钢结构、管道模型、三维实体间的相互碰撞，只要有碰撞，便会弹出警告提示，通过碰撞检查，及时发现和纠正设计中产生的碰撞问题（见图8），避免此类问题在施工中出现，提高了设计质量，降低项目成本，提高项目执行管理效率。
图8 管道碰撞检查结果示意
3.6 管道材料清单与管理
CADWORX的一个优点是管道材料的统计方便，当模型完成且碰撞检查等工作完成后，可生成总的材料清单。
材料统计前，先对材料表根据需求进行设置，如材料编 、数量、尺寸大小、材料属性描述、材料总量等，设置好后，即可对模型进行材料表汇总出图。
出图有多种选择，范围上可整体模型出图，也可按管线（系统）出图，或选择部分模型出图；形式上，出的材料表可以是单个点（每个管件、管道、螺栓、垫片等单独罗列），也可以智能汇总归纳，合并同类项后出总的材料清单，根据需求，定制选择。材料表设置见图9。
图9 材料表设置
3.7 3D漫游功能及相关培训
设备及管道模型建立完成后，可以使用软件配套的CADWorx Design Review查看软件，或专业的三维漫游（NavisWork）软件进行模型漫游检查，美化渲染等，可生成直观明了的三维实体图形，可制作漫游动画，更好地展示项目成果，提供宣传素材，深一步的应用还可通过NavisWork软件实现模型的施工模拟。
通过生成的漫游动画，可在项目实际建成前，就对操作、管理人员进行互动式模拟培训，提前掌握管道、仪表等的布局、构成、功能及操作，不必等到项目建成后进行，这样可大大缩短人员培训周期。同时直观的模型，还可快速提高认知度，减少培训时间。
3.8 压制平面图
建立完的三维模型，经过碰撞检查、3D漫游等检查无误后，便可出平面图及生成ISO图。模型检验无误后，利用CADWORX中的ViewBox功能，可选择任意空间范围内的部分或全部模型，生成需要模型的平面、立面图。ViewBox根据需求在模型中定义立方体的范围，根据立方体的六个面，决定查看方向，用户可直接查看立方体的内容，屏蔽其他内容的干扰。
定义好需要出图的ViewBox后，在CAD布局空间中，可建立不同视窗，根据需求，调整好视窗显示比例，同样可对立方体不同面，分别建立不同视窗及调整好显示比例，可将不同视窗显示在一张图纸上。最后，利用CADWORX的2DREP（H）命令，可对选定的视窗，进行压图，生成需要的平面图，最后调整线条，根据需求标注，即可生成平面、立面布置图（部分模型压图见图10、图11），软件生成的平面、立面图，在布局空间可方便的进行高度、长度、相对位置的标注，完成后即可出正式平面图；亦可通过配套的出图软件，自动生成标注好的二维图，后期只需少量调整，即可出施工图，但自动出图软件另需购买配置。
图10 部分模型压图
图11 部分设备管道压图
3.9 管道ISO图
ISO单线图有专门的ISOGEN模块，其中主要含有I-Configure（ISO图出图格式设置）与Symbol Editor（ISO图例符 设置）两部分，一般Symbol Editor采用软件自带默认的图例符 即可，通过对I-Configure中出图格式的设置，自定义好不同图幅ISO图的版式、材料表格式、图形样式等，形成项目统一的不同图幅大小的ISO图模版备用。
在Plant中选择ISO图导出，选择之前设定好的ISO模板（如图12），选择好要出图的管线，或局部要出图的模型，即可生成ISO图及对应的材料表。软件可智能判断，根据管路情况，自动将管线切段分割，生成多张ISO图，只要模版设置适合，所生成的ISO图相对规范，调整量很少，大大提高效率，本项目一小部分ISO图见图13。
4 总结与展望
CADWORX软件，是一款较为成熟的三维工厂设计软件，本次应用于水泥窑尾烟气湿法脱硫，是一次新的尝试，取得了良好效果，明确的材料清单，使公司材料采购利用率大大提高，同时提高了出图效率及设计质量。
图12 ISO图出图模块
CADWORX软件本身功能强大，还可导入NavisWorks软件，做模型漫游，创建图像与动画，将三维模型与项目进度表动态链接。相关人员通过交互式、逼真的渲染图和漫游动画来查看其未来的工作成果，还可进行施工模拟，初步实现当前先进的机电工程类项目BIM应用。
目前仅做了软件简单基础的应用介绍，其本身还有很多智能功能，要使其熟练应用于三维项目设计，熟练应用于环保各项目中，还需要进一步的深入学习，及大量的基础项目库建设、设备模型积累，才能更高效地进行项目设计。
图13 管道ISO图示意
声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！