В статье описывается программный комплекс проектирования обогрева технологических трубопроводов (ОТТ) тепловыми спутниками для систем автоматизированного проектирования (САПР), реализованный в среде 3D-проектирования AVEVA PDMS.
В промышленных установках используются следующие виды ОТТ:
– обогревающими спутниками (теплоспутниками);
– в паровой рубашке;
– электрообогрев (см. ВСН 2-82. Указания …).
В зависимости от технических требований или от климатических условий в проекте может преобладать один из этих видов обогрева.
Порядка 10–15 % работы проектировщика (в сфере монтажного проектирования) приходится на проектирование ОТТ.
В настоящее время авторам известны следующие системы для проектирования ОТТ.
· Система проектирования VisiTrace 3D. Thermon и Jacobs-Nederlands презентовали данную систему на Европейской конференции IEEE/PCIC в 2007 году [1]. Система поддерживает интеграцию с современными системами трехмерного проекти- рования трубопроводов, однако предназначена для проектирования электрообогрева.
· CompuTrace® ST (Thermon) – программа проектирования ОТТ с использованием тепло- спутников [2]. Информация об ее интеграции с современными системами трехмерного проектирования трубопроводов в публичном доступе отсутствует.
· TraceCalc Pro – ПО для проектирования обогрева. TraceCalc Pro обеспечивает проектные расчеты (потери, нагрузки, температура), рекомендации для управления и контроля систем обогрева, получение отчетов [1]. О возможности интеграции с современными САПР авторам неизвестно.
· ChromaTrace 3.0 – ПО для проектирования обогрева. Позволяет настраивать различные сценарии процесса для поиска наиболее экономичного решения. Имеет визуальную структуру для труб, резервуаров и контрольных панелей, осуществляет обработку данных с помощью импорта и экспорта Microsoft Excel, все расчеты производит в соответствии с последней версией стандарта IEEE515, полученные отчеты мгновенно экспортирует в Microsoft Excel и Word или в формате PDF Adobe Acrobat, отображает назначения линии обогрева [3].
· TRACER LYNX – инструмент автоматизированного проектирования электрообогрева, использующий стандартное ПО в качестве платформы для взаимодействия непосредственно с большинством САПР [4].
Таким образом, все известные авторам существующие программные системы проектирования обогрева с помощью тепловых спутников не поддерживают (по имеющейся у авторов информации) интеграцию с современными системами трехмерного проектирования.
В некоторых случаях практически 40 % трубопроводов в проекте должны обогреваться тепло- спутниками, а иногда этот показатель может достигать порядка 50 %. При этом примерно 80 % трудозатрат на проектирование обогрева заключается именно в проработке трасс обогревающих спутников в 3D-модели.
Такие большие объемы работ требуют качественного и удобного инструмента для автоматизации выполнения проекта обогрева. Его отсутствие в процессе разработки проекта обогрева выявило следующие проблемы, которые сильно затрудняли процесс выполнения работ при проектировании трасс тепловых спутников в 3D-модели:
– сложности при выполнении проекта обогрева несколькими исполнителями из-за отсутствия возможности графического отображения трасс обогревающих спутников в модели;
– трудности контроля изменений в трассе теплоспутника из-за отсутствия связи между местами запиток и отпиток по всей длине трассы (несвязность контура обогрева) и связи между гребенками, перекидками и обогреваемыми трубами;
– большие трудозатраты на получение отчетов, содержащих всю необходимую информацию (тип обогрева, длина, число и диаметр спутников, данные об изоляции) о трассе теплоспутника.
С целью ускорения проектирования ОТТ тепловыми спутниками и устранения вышеуказанных проблем был разработан программный комплекс проектирования ОТТ для САПР AVEVA PDMS, общую структуру которого можно представить в виде двух модулей:
– модуля проектирования обогревающих спутников технологических трубопроводов непосредственно в рабочей модели (с применением модуля Design AVEVA PDMS);
– модуля автоматического выпуска необходимых конечных документов марки ОТТ: аксонометрических чертежей марки ОТТ (с применением модуля Draft AVEVA PDMS).
Процесс проектирования обогрева трубопроводов обогревающими спутниками требует решения целого ряда задач, связанных с взаимным расположением обогревающих и обогреваемых труб: оптимизация трассы обогрева путем уменьшения числа перекидок и увеличения количества обогреваемых труб в одном контуре обогрева, распределение си- стемы подвода и отвода теплоносителя, комплексный учет систем обогрева разных трубопрово- дов [5–9].
Функциональные возможности программного комплекса проверены при разработке водяного ОТТ тепловыми спутниками установки производства серы (см. http://www.swsys.ru//uploaded/image/ 2015-4-dop/8.jpg).
Структура алгоритма системы проектирования ОТТ теплоспутниками представлена на рисунке 1.
Исходными данными для проектирования обогревающих спутников технологических трубопроводов в рабочей модели в соответствии с СТО ИПН/НТП 17-02-2010, ВСН 168-76/ММС СССР и другими нормативными документами являются диаметр обогреваемого трубопровода, число обогревающих спутников, диаметр обогревающего спутника, температура окружающего воздуха (для выбора типа обогрева), местонахождение трубопровода.
Реализация алгоритма системы проектирования ОТТ теплоспутниками осуществлялась на внутреннем языке САПР AVEVA PDMS – макроязыке программирования PML (Programmable Macro Language) [10].
Способ расстановки запиток/отпиток/перекидок основан на использовании режима Event-Driven Graphics (EDG): указателем мыши выбирается часть графического элемента в модели.
Отличительная особенность созданного программного комплекса проектирования ОТТ в сравнении с имеющимися системами в том, что он интегрирован в САПР AVEVA PDMS. Это позволяет выполнять моделирование обогревающих спутников технологических трубопроводов в 3D-модели (модуль Design) и выпускать необходимые конечные документы: изометрические чертежи трубопроводов (модуль IsoDraft) и чертежи марки ОТТ (модуль Draft).
– сокращение трудозатрат на разработку проекта ОТТ в 1,2–1,5 раза;
– возможность выполнения проекта обогрева на завершающей стадии выполнения проектной документации, что позволяет учесть все изменения в проекте;
– отслеживание изменений при проектировании ОТТ и автоматическая генерация подробных отчетов по созданным трассам теплоспутников с учетом вносимых изменений;
– возможность выполнения ОТТ в рамках одного проекта несколькими исполнителями: каждый пользователь может работать со своей трассой теплоспутника, не пересекаясь с другими исполнителями, любой проектировщик может при необходимости продолжить проектирование трассы теплоспутника другого исполнителя, легко разобравшись в ней;
– возможность загрузки для работы всей системы труб (гребенки, перекидки, обогреваемые трубы), обогреваемых одной запиткой (одним штуцером на гребенке), что значительно облегчает работу проектировщика при продолжении выполнения проекта обогрева;
– возможность автоматического выпуска конечных документов отдельным комплектом ОТТ (аналогично комплекту ТХМ – чертежи трасс обогрева выполняются в аксонометрическом виде с применением модуля Draft САПР AVEVA PDMS) (http://www.swsys.ru//uploaded/image/2015-4-dop/10.jpg); на одном листе отображается один контур обогрева, кроме случаев обогрева непосредственно от коллектора; на чертежах имеются следующие обозначения и информация: позиции обогревающих трубопроводов, позиции обогреваемых трубопроводов, обозначение гребенок, наименования оборудования, номера запиток/распиток, информация о прокладке теплоспутника в общей изоляции с обогреваемой трубой, диаметр и число спутников, таблица порядка обогрева трубопроводов, направление севера завода.
Функционально алгоритм системы проектирования ОТТ можно разделить на четыре основных блока.
Блок 1. Работа с обогреваемыми трубами. Блок позволяет получить необходимую информацию перед началом проектирования (интерфейс блока 1 представлен на рисунке 2):
– выбор обогреваемых труб в зависимости от типа обогрева;
– подсветка трубопроводов в зависимости от количества спутников;
– выполнение оценочных расчетов длин спутников и числа переходов.
Блок 2. Создание контура обогрева. Блок используется для создания контура обогрева (интерфейс блока 2 представлен на рисунке 2):
– назначаются тип и номер гребенки;
– строятся трасса первой перекидки от запиточной гребенки и трассы последней перекидки к распиточной гребенке;
– строятся все остальные перекидки;
– устанавливается место разворота теплоспутника при обогреве двумя или более спутниками;
– добавляются при необходимости новые участки обогрева к уже созданному контуру.
Блок 3. Редактирование/результаты (интерфейс блока 3 представлен на рисунке 2). Назначение блока:
– выбор способа графического отображения трассы теплоспутника;
– добавление поворотов в трассу теплоспутника;
– удаление всего контура или отдельно системы запитки/распитки;
– присоединение перекидок к местам запитки/ распитки;
– получение необходимых отчетов.
Блок 4. Подготовка трассы к выпуску. Блок для создания структуры проекта обогрева и подготовки трассы к выпуску (интерфейс блока 4 представлен на рисунке 2) используется
– для отображения привязок к строительным осям на изометрических чертежах гребенок;
– для структурирования и компоновки трубопроводов обогрева перед выпуском.
Разработанный програм- мный комплекс проектирования ОТТ теплоспутниками для САПР AVEVA PDMS внедрен и успешно используется при разработке обогрева в проектах, выполняемых АО «Гипрогазоочистка».
Созданный программный комплекс проектирования ОТТ интегрирован в САПР AVEVA PDMS. Это позволяет выполнять моделирование обогревающих спутников технологических трубопроводов и выпускать необходимые конечные документы.
Трудозатраты на разработку проекта ОТТ сократились в 1,2–1,5 раза.
Разработанный програм- мный комплекс позволяет выполнять ОТТ в рамках одного проекта несколькими исполнителями, а также выполнять проект обогрева на завершающей стадии разработки проектной документации, учитывая все изменения в проекте.
Авторы выражают искреннюю признательность и глубокую благодарность компании АО «Гипрогазоочистка» за возможность использования материально-технической базы предприятия для разработки программного комплекса, директору департамента САПР А.А. Фролову за постановку задачи и руководство разработкой комплекса, инженеру 1-й категории монтажного отдела Р.Р. Салихову за активное участие в тестировании и внедрении программного комплекса проектирования ОТТ тепловыми спутниками для САПР AVEVA PDMS.
Литература
1. TraceCalc Pro. Industrial Pipe and Vessel Heat Trace System Design. URL: http://www.pentairthermal.com/ design-tools/downloadable-tools/trace-calc-pro/index.aspx (дата обращения: 20.06.2015).
2. Thermon Manufacturing Company | The Heat Tracing Specialist. URL: http://www.thermon.ru/ (дата обращения: 20.06.2015).
3. ChromaTrace 3.0 – Just Released. URL: http://www.chromalox.com/resources-and-support/software.aspx#chromatrace (дата обращения: 20.06.2015).
4. Engineering & Design. URL: http://www.pentairthermal. es/services/engineering-and-design/index.aspx (дата обращения: 20.06.2015).
5. Магалиф В.Я., Иткина Д.М., Корельштейн Л.Б. Монтажное проектирование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. М.: Навигатор, 2010. 344 с.
6. Ellenberger J.P. Piping and Pipeline Calculations Manual Construction, Design Fabrication and Examination. 2nd ed., 2014, 398 p.
7. Nayyar M.L., (ed). Piping handbook. 7th ed., 2482 p.
8. Миркин А.З., Усиньш В.В. Трубопроводные системы: справ. изд. М.: Химия, 1991. 256 с.
9. Хижняков С.В. Практические расчеты тепловой изоляции; [изд. 3-е]. М.: Энергия, 1976. 145 с.
10. TM-1401 AVEVA Plant (12 Series) Programmable Macro Language, AVEVA Solutions Ltd, High Cross, Madingley Road, Cambridge, CB3 0HB, UK, 2009, 115 p.