智能PID设计软件在天然气液化设计项目上的应用

高 玮，密晓光，鹿来运，曾伟平

（中海石油气电集团有限责任公司，北京 100028）

为实现自主液化工艺的智能化数字化设计，中海石油气电集团研发中心利用智能绘图软件SPP&ID进行了山西煤层气液化工艺包项目的初步设计，内容包含：利用智能软件进行 LNG工厂工艺图纸绘制并制作工艺表格模板，开发基于现有自主液化工艺的一套典型设计模块，使用编程程序对软件进行二次开发，以达到优化和管理设计的目的。

1 运用SPP&ID软件建立工厂

1.1 工厂建立及结构设置

利用项目管理组件SEM建立工厂，并进行工厂结构分层（hierarchy）设置，即对工厂的分级方式进行选择，山西煤层气液化工艺包项目的层次结构为plant-area-unit-drawing，即工厂-区域-单元-图纸。这种经典的层次结构也有利于未来项目能够集成到SPF软件中，因为SPF当前只能集成该类型的层次结构。

1.2 工厂分区及单元建立

山西煤层气液化工艺包项目建立工厂名称为KNLNGPlant（康宁），根据项目各单元功能分为预处理区域（KNLNG Pretreatment）、液化区域（KNLNG Liquefaction）、 储 运 区 域（KNLNG Storage and Loading）三个区域。

预处理区域设置三个单元：

（1）11单元原料气入口压缩单元（Feed Gas Pressurization Unit）。

（2）12单元脱酸单元（Acid Gas Removal Unit）。

（3）13单元脱水脱硫醇单元（Dehydration and Mercaptan Removal Unit）。

液化区域设置三个单元：

（1）15单元天然气液化单元（Natural Gas Liquefaction Unit）。

（2）16单元冷剂单元（Refrigeration Unit）。

（3）17单元液力透平单元（Hydraulic Turbine）。储运区域设置三个单元：

（1）18单元LNG储运单元（LNG Storage and Loading Unit）。

（2）19单元冷剂储存单元（Refrigeration Storage Unit）。

（3）20单元BOG单元（BOG Unit）。

1.3 绘图人员管理

为提高项目设计质量和设计效率，根据图纸绘制流程，初步建立了SPP&ID的使用流程与对应责任人。有效的图纸绘制流程为项目的有序进行提供了保障。如图1。

图1 图纸绘制流程

2 个性化定制LNG工厂

根据项目对设计的需求，统一定制和修改SPP&ID的图例符号和物流的属性，添加和修改选择列表，便于设计人员充分了解P&ID信息，并确保数据完整性[2]。

2.1 绘图符号（symbols）定制

通过SPP&ID自带的Catalog Manager（图例图符管理器）可以制作类似AutoCAD属性图块的图例图符。管理员根据需要的样式，经过规划和修改快速地定制项目需要的标准图例符号。

本项目运用Catalog Manager进行了多类管道配件、设备及相关部件的定制，包括：

（1）常用管道阀门、仪表阀门、仪表阀门相关配件图例符号定制；

（2）板翅式换热器及绕管式换热器图例符号定制；

（3）多种类型的压力容器、过滤器及空冷器相关部件图例符号定制。

2.2 经典模块（assembly）定制

中国海油的天然气液化工厂多采用双混合冷剂液化工艺（DMR），预处理工艺设计也比较成熟固定，因此在液化厂设计时很多设备及阀门控制回路存在一定的共性，所以项目组对液化工厂常用设备及经典模块进行经典模块（assembly）定制，相似流程设计采取模块化储存。

2.3 图纸及报表模板定制

根据工程制图标准及要求，定制项目专属图纸及报表模板。

2.3.1 图纸模板（template）定制

根据工艺图纸设计要求进行图纸模板的定制，定制好的图框在工程复用的时候，可以直接调取避免重复绘图的工作。图框信息栏中的缺省信息，这些信息在建立图纸时，会将填写的相关信息自动同步到该图纸的图框中。同时，根据项目需求利用数据字典Data Dictionary Manager进行图框的信息栏中的属性定制。

2.3.2 报表定制

（1）选择报表模板，如果报表模板位于项目目录，则选取Reports＞Project Reports；如果报表模板位于个人目录，则选取Reports＞My Reports。从对话框中选择所需的报表模板，如Pipe Run List。

（2）报表后续处理。报表中的内容按来源可分为三类：①用户输入的信息，报表中大部分信息都属于此类，如编号、名称和工艺数据等；②项目统一信息，如项目名称、项目号、单元号、单元名称、图号和图名等，是预先定义好的；③需要运行程序获得的信息。

管线的起止信息可以运行宏从图形结构自动得到。系统生成Pipe Run 报表后，选取Tools＞Macro 命令，运行Print From/to Information for Active Sheet 或 Print From/to Information for All Sheets，产生管线起止信息。

3 SPP&ID软件的二次开发

因为SPP&ID用户通过自动化层对数据进行访问和操作，这就使得用户利用高级语言进行二次开发、拓展软件功能成为可能。基于这一思路，根据项目需求对软件进行了一些新功能的二次开发[3]。

3.1 工艺数据自动录入功能开发

目前SPP&ID设计过程中数据的录入、修改和校验使得工艺专业的工作量有所提高。同时，手工录入耗时、耗力，极易因为人为因素造成数据的不准确，造成设计人员不愿意输入一些与本专业无关但有工程软件集成的相关属性。因此，利用SPP&ID的数据导出/导入功能，对管道数据表内的相关数据，主要为操作温度和操作压力两大数据进行自动录入，录入完毕后将数据表重新导入SPP&ID，从而完成工艺数据表的更新。

将其中对应主工艺管线的物流编号与管线编号统一对应后，即可将HYSYS软件导出数据格式根据所定制的管线或设备表中。在其他项目采用相同流程但工艺数据不同的情况下，可将HYSYS模拟流程导出的定制的报表中相应的工艺数据直接导入新的项目图纸中，实现HYSYS与SPP&ID软件之间的数据共享及工艺数据的自动录入。

该功能通过独立开发的管道数据自动录入软件完成。主要包括两大部分内容，工艺数据的读取和工艺数据的写入。工艺数据的读取首先检索工艺数据表的管道编号，然后通过调用HYSYS底层获取当前工艺图纸对应的Case文件路径，通过检索出来的管道编号读取对应的Case文件里的相关物流，进而获取该物流的所有工艺数据。工艺数据的写入主要是对从Case文件读取出来的工艺数据写入工艺数据表中，即通过调用存储工艺数据表的Excel文件，将每个管道编号对应的相关工艺数据写入相应的单元格中。写入完毕后，将已经完成工艺数据录入的新工艺数据表重新导入SPP&ID软件，从而完成相关图纸对应的工艺数据的更新。

（1）软件界面介绍。如图所示，软件界面主要包括路径输入模块，参数选择模块，实时数据模块四大模块，主要功能按钮包括读取按钮和写入按钮。路径输入模块主要是获取管道数据表的路径和Case文件路径。参数选择是允许用户选择需要录入的参数。实时数据模块主要是实时跟踪当前正在读取或写入的物流、温度和压力。读取按钮用来读取管道数据表的物流编号及对应的Case文件工艺数据，写入按钮用来将读取的数据写入管道数据表对应的Excel文件中。

（2）路径输入功能。通过输入管道数据表路径及数据表对应的HYSYS文件路径，软件即自动获取当前路径下的管道编号及管道编号对应的全部工艺数据。

（3）参数选择功能。读取及录入参数选择主要是供用户选择需要读取和录入的工艺参数，主要包括操作温度和操作压力。用户如果只选择操作温度，则软件只读取和录入操作温度；用户如果只选择操作压力，则软件只读取和录入操作压力；用户如果全部选择，则软件将操作压力和操作温度全部读取并录入数据表里。

（4）实时数据显示功能。实时数据显示了当前正在读取或写入的物流编号及其工艺数据，通过该显示功能，用户可以直观的了解软件正在读取的数据及进度情况，如果发现读取错误可以及时进行纠正。

（5）数据读取或写入。工艺数据读取或写入成功后，会弹出对话框提示用户完成。写入成功后，用户即可查看管道数据表，相关的工艺数据已经自动录入数据表内。

3.2 OPC自动生成及放置功能开发

一般来说，项目的工艺流程不可能在一张图纸上完成，而是分成若干张图纸分别进行描述，这些图纸之间具有前后逻辑关系。前面的图纸称为From端图纸，后面的图纸称之为To端图纸。From端图纸和To端图纸上都需要有一个符号来表示这种前后关系。这就是OPC（Off Paper Connecter，图纸连接符号）。在P&ID中，OPC是成对出现的，当用户在某张图之中放置From端的OPC后，需要打开另外一张图纸手动放置To端的OPC。

为了方便设计，针对此功能对软件进行了二次开发，开发出了能够实现绘图过程中OPC的自动放置功能的软件。因为在绘图设计过程中，会存在同一单元图纸并非同一人绘制的情况，有时存在前后逻辑关系的两张图纸由不同的人绘制，利用二次开发后的程序，可以实现一端的OPC精准定位，能够有效地减少OPC放置错误和重复性检查。

如图3所示，软件操作界面简洁，有两个功能按钮，即OPC自动生成和自动放置功能按钮，软件通过VB6.0进行编写调试。

图3 OPC自动放置软件界面

（1）From端OPC自动生成功能。对于From端图纸，本例实现的是OPC的自动生成功能，即通过二次开发软件，在当前活动的图纸上自动放置OPC。

（2）To端OPC自动放置功能。对于To端图纸，本例实现的是To端OPC的自动放置功能。即用户打开To端的图纸，并执行开发的程序，To端OPC就能自动放置在图纸对应工艺管道的位置上。

其中，CONST_SP&ID_OPC指工厂数据库中，From端图纸中自动生成OPC的ID·地址，CONST_SP&ID_PipeRun指To图纸中，需要自动放置OPC的工艺管道ID地址。通过二次开发软件，自动将与From端OPC相配对的To端OPC放置在特定的工艺管线上。

4 结语

通过SPP&ID软件在液化天然气项目初设中的初步应用，可以实现定义规则，规定物体的行为，定义设备及标注的放置方式，对前后物性进行一致性检查，并且数据能够供后续专业复用。通过二次开发能够更好地体现软件的智能性，最终实现设计人员能够熟练掌握并利用智能设计软件进行天然气液化厂以及LNG接收站等相关领域的设计工作，并大幅提高设计效率与设计精度。