化工工程設(shè)計計算機(jī)軟件技術(shù)應(yīng)用

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摘要：不斷加快的工業(yè)化進(jìn)程對化工工程設(shè)計提出了更高的要求，化工企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行前通常需使用到一些用于對設(shè)備運(yùn)行、化學(xué)工藝及反應(yīng)實(shí)驗等進(jìn)行模擬的技術(shù)手段，這些精確模擬有利于規(guī)范、合理的生產(chǎn)流程的實(shí)現(xiàn)，并能夠有效提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，而這些模擬實(shí)驗則是化工工程設(shè)計的關(guān)鍵所在，不斷發(fā)展完善的計算機(jī)軟件技術(shù)提高化工工程設(shè)計的精細(xì)化水平提供了有力的技術(shù)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(shè)計中的計算機(jī)軟件技術(shù)的有效應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：化工工程設(shè)計；計算機(jī)軟件技術(shù)；CAD軟件；三維建模；實(shí)踐應(yīng)用

引言

在科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的共同作用下，化工工程設(shè)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(shè)計對企業(yè)實(shí)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(xué)工藝流程，通過化工工程設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對其真實(shí)準(zhǔn)確的模擬過程（包括相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)）。在進(jìn)行化工設(shè)計時通過適合的計算機(jī)軟件技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對具體繪圖、物質(zhì)分析、工藝流程設(shè)計過程科學(xué)高效的輔助過程，計算機(jī)軟件技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代化工工程中輔助化工工程設(shè)計不可或缺的技術(shù)手段，這就要求化工設(shè)計人員具備掌握及合理應(yīng)用計算機(jī)軟件技術(shù)方面的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在進(jìn)一步提高工程設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計效率的同時使設(shè)計產(chǎn)生的費(fèi)用得以有效降低[1]。

1計算機(jī)軟件在化工工程設(shè)計中起到的基礎(chǔ)作用

1.1計算機(jī)軟件技術(shù)的應(yīng)用

化工工程設(shè)計中應(yīng)用計算機(jī)軟件的主要目標(biāo)在于促使化工設(shè)計的質(zhì)量、效率、合理性、便捷性不斷提高，通過在化工工程設(shè)計中引入計算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)效率的提高，例如在化工工程設(shè)計過程中繪制化工工藝流程圖時，通過應(yīng)用制圖軟件可提高繪圖的質(zhì)量和速度，并使設(shè)備與工藝方案成型對精細(xì)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(xì)分出多類）應(yīng)用到化工領(lǐng)域中，化工設(shè)計者可以實(shí)際設(shè)計和生產(chǎn)需求為依據(jù)選用相應(yīng)的制圖軟件，例如，在化工工藝自動化設(shè)計過程對化工生產(chǎn)車間中管路通過相關(guān)軟件的匯總運(yùn)用實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和分布設(shè)計功能，管路施工設(shè)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(shù)在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前許多化工設(shè)計中均使用到了3D技術(shù)[1]。

1.2化工工程設(shè)計內(nèi)容及特點(diǎn)

化工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的節(jié)奏在供給側(cè)改革不斷深化的大背景下不斷加快，化工工程設(shè)計已成為推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段，在設(shè)計過程中可再現(xiàn)包括所涉及到的化學(xué)反應(yīng)和生產(chǎn)工藝在內(nèi)的生產(chǎn)流程，化工工程設(shè)計主要包括。1）化工工藝的設(shè)計，先由設(shè)計人員對具體工業(yè)生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析（包括基于理論的實(shí)際情況分析），如在對煤制乙醇工藝進(jìn)行設(shè)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(nèi)的各項因素，并嚴(yán)格遵循相關(guān)化學(xué)原理解決設(shè)計過程中各項因素存在的問題，以實(shí)際生產(chǎn)需求為依據(jù)確定設(shè)備、環(huán)境、條件，科學(xué)合理的設(shè)計整個工藝流程。2）化工工程設(shè)計，作為化工設(shè)計的核心內(nèi)容，能夠?qū)Ψ枪こ淘O(shè)計進(jìn)行組織和協(xié)調(diào)，考核化工工藝設(shè)計后開展包括工藝管路、設(shè)備系統(tǒng)、土建工程等在內(nèi)的相應(yīng)工程設(shè)計。設(shè)計的整體情況取決于化工工程設(shè)計，而在化工工程設(shè)計前需做好化工工程計算，即依據(jù)設(shè)計要求衡量包括能量、物料等在內(nèi)的化工生產(chǎn)的各項內(nèi)容，化工工程計算的特點(diǎn)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(fù)雜程度較大，實(shí)際計算過程的計算量較大；設(shè)計參數(shù)查詢范圍大多較寬，不利于提高計算結(jié)果的可靠性和合理性；工藝設(shè)計過程中需反復(fù)對比分析不同方案，并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。采用傳統(tǒng)設(shè)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(jìn)一步凸顯了計算設(shè)計軟件技術(shù)在化工工程設(shè)計中的應(yīng)用需求?；すに囋O(shè)計需對生產(chǎn)涉及到的化學(xué)反應(yīng)的時效性進(jìn)行深入分析（根據(jù)化工技術(shù)理論知識），例如煤化工企業(yè)需設(shè)計煤制乙醇的工藝，設(shè)計開始時需評價企業(yè)所在地的煤炭資源分布情況、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及生產(chǎn)設(shè)備性能，基于綜合考評結(jié)果對影響企業(yè)生產(chǎn)過程中的問題進(jìn)行有針對性的解決，同時根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況（包括生產(chǎn)設(shè)備和反應(yīng)條件）并嚴(yán)格遵循相關(guān)化學(xué)反應(yīng)原理對生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行規(guī)劃。工藝設(shè)計后開始進(jìn)行工程設(shè)計（主要包括廠房建設(shè)、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)平臺等）[2]。

2計算機(jī)軟件技術(shù)在實(shí)際化工設(shè)計中的應(yīng)用

1）辦公及制圖軟件，計算機(jī)已經(jīng)成為設(shè)計單位中日常工作必不可少的設(shè)備，Excel、Word、AutoCAD等軟件已成為設(shè)計人員日常繪制圖紙（包括文件設(shè)計）的常用辦公軟件。目前熱工專業(yè)、化工機(jī)械化運(yùn)輸、石油化工自控、建筑工程等設(shè)計軟件是化工工程設(shè)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(jī)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(shè)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(shè)備，輸送管道數(shù)量則是設(shè)備的數(shù)十倍，為保證工作質(zhì)量和效率需借助相關(guān)化工生產(chǎn)管道分布輔助軟件完成對輸送管道的設(shè)計、車間布置、安裝、材料購進(jìn)的繪制和管理[3]。3）立體CAD技術(shù)，在設(shè)計安裝引進(jìn)的APOLLO工作基站的過程中使用了三維模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備和管道的正確安裝及精準(zhǔn)鋪架過程，通過使用CAD技術(shù)使修改和建模工作更加便捷高效，并使坐標(biāo)尺寸更加精準(zhǔn)?；诮⒌幕菊w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(yīng)服務(wù)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(lǐng)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?qū)δＰ椭械呐鲎残ЧM(jìn)行檢測（具體通過運(yùn)行REVIEW模塊完成），并對通道維護(hù)工作進(jìn)行檢驗，幫助設(shè)計人員據(jù)此結(jié)果對模型進(jìn)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(shù)，在具體設(shè)計中具體建模作業(yè)采用三維設(shè)計完成，各項設(shè)備的布置及管道的鋪設(shè)可通過裝置的三維模型（由工作站創(chuàng)建）提供相應(yīng)的便利條件，可對各項內(nèi)容進(jìn)行修改（包括提高坐標(biāo)及尺寸的精準(zhǔn)度），基于結(jié)構(gòu)、管道、設(shè)備的建設(shè)模型實(shí)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(shù)發(fā)展成熟且功能強(qiáng)大的PDS（INTERGRAPH）和PDMS（AVEVA）是化工工程設(shè)計中常用的三維軟件，三維設(shè)計軟件Smart3D（INTERGRAPH）已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，該三維軟件能夠?qū)τ?、軟碰撞功能進(jìn)行檢查。完成三維模型設(shè)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(hù)通道間的干擾進(jìn)行檢查，設(shè)計人員可根據(jù)檢查結(jié)果對三維模型進(jìn)行修改，使操作、運(yùn)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(shè)計質(zhì)量[5]。

3計算機(jī)軟件技術(shù)同化工工程設(shè)計的有效融合

3.1處理生產(chǎn)過程中的各項指標(biāo)

能夠影響到化工工程設(shè)計質(zhì)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(xué)反應(yīng)的最終結(jié)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(shè)計中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)，因此在實(shí)際作業(yè)過程中需設(shè)計人員采用合理方式科學(xué)處理各項數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差范圍的不斷縮小?？筛鶕?jù)實(shí)際需要通過應(yīng)用ASPEN等軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模擬過程，在此基礎(chǔ)上科學(xué)提取出各項相關(guān)參數(shù)內(nèi)容，合理控制可能出現(xiàn)的各項數(shù)據(jù)誤差，進(jìn)而使各項計算內(nèi)容的精準(zhǔn)性得到顯著提升，此外還可通過對經(jīng)驗數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)幾項對比實(shí)現(xiàn)相關(guān)問題的及時發(fā)現(xiàn)及相應(yīng)解決措施的有效采取，從而使化工工程設(shè)計的整體質(zhì)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(dǎo)致較大的設(shè)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(shè)計效率的提升?？赏ㄟ^運(yùn)用計算機(jī)軟件中的制圖軟件技術(shù)完成相關(guān)的設(shè)計，為最大限度保證設(shè)計過程的完整性，根據(jù)實(shí)際需要通過設(shè)置軟件中的相關(guān)功能和（如現(xiàn)場還原功能）實(shí)現(xiàn)對化工生產(chǎn)現(xiàn)場的真實(shí)反應(yīng)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)要求對微小環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步提高化工工程設(shè)計的科學(xué)性和合理性。在化工工程設(shè)計領(lǐng)域充分利用當(dāng)前廣泛應(yīng)用學(xué)習(xí)門檻低且功能齊全的CAD制圖軟件，通過命令菜單下達(dá)精準(zhǔn)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(yīng)性可有效滿足各種設(shè)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(nèi)?；すこ淘O(shè)計通過3D技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了立體化效果的同時使設(shè)計比例尺更加精準(zhǔn)，建模中的各空間在物理上的交叉可通過初步設(shè)計實(shí)現(xiàn)，以確?；すこ淘O(shè)計的合理性及流程的規(guī)范性，化工工程設(shè)計過程涉及到的各細(xì)節(jié)通過運(yùn)用3D技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)真實(shí)再現(xiàn)功能，幫助設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)設(shè)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(jié)合運(yùn)用3D技術(shù)真實(shí)演練設(shè)計的工藝流程，最大程度的降低各種風(fēng)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(hù)通道間的干擾進(jìn)行檢查，設(shè)計人員可根據(jù)檢查結(jié)果對三維模型進(jìn)行修改，從而避免施工修改，進(jìn)而提高設(shè)計效率和應(yīng)用質(zhì)量[7]。

3.3反應(yīng)預(yù)判

化工工程設(shè)計的一個主要特點(diǎn)在于所有設(shè)計均基于生產(chǎn)現(xiàn)場化學(xué)反應(yīng)完成，化工實(shí)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(shí)驗以進(jìn)行預(yù)測為主，需在進(jìn)行投資的基礎(chǔ)上以整個反應(yīng)流程為依據(jù)不斷提高操作的便捷性，采用相關(guān)計算機(jī)軟件輔助技術(shù)模擬化學(xué)反應(yīng)得到相應(yīng)結(jié)果，并據(jù)此對一系列反應(yīng)進(jìn)行預(yù)判，再以實(shí)驗結(jié)果和反應(yīng)結(jié)果為依據(jù)調(diào)整各反應(yīng)的條件及參數(shù)等，為化工生產(chǎn)提供科學(xué)有效的支撐[8]。

4結(jié)語

隨著化工企業(yè)的快速發(fā)展，化工工程設(shè)計過程的精細(xì)度不斷提高，各類現(xiàn)代工程軟件的引入為設(shè)計人員提供了技術(shù)支撐，越來越成熟的計算機(jī)軟件技術(shù)應(yīng)用使化工工程設(shè)計的合理性及工程質(zhì)量得到顯著提升，并能夠為化工生產(chǎn)提供有效的指導(dǎo)，文章介紹了計算機(jī)軟件在化工工程設(shè)計中所起到的作用及化工工程設(shè)計的特點(diǎn)與主要內(nèi)容，對化工工程設(shè)計起到重要作用的關(guān)鍵軟件進(jìn)行了闡述，通過計算機(jī)軟件技術(shù)中各項功能的充分運(yùn)用實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的真實(shí)模擬及對可能出現(xiàn)問題的精準(zhǔn)預(yù)測，在此基礎(chǔ)上通過及時解決和改善化工工藝及相應(yīng)流程中存在的問題實(shí)現(xiàn)化工工程設(shè)計效率的提升，為化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

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作者：張黎黎 單位：煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院