浅谈化工设备计算机辅助设计软件

来源：浅谈化工设备计算机辅助设计软件[J].江西化工, 2007(2):4.

浅谈化工设备计算机辅助设计软件

李明生

(江西电化精细化工有限责任公司 333332)

摘要: 介绍了目前国内外化工设备常用计算机辅助设计(CAD)软件开发情况和功能模块，以及化工设备计算机辅助设计软件的发展趋势。

过去化工设备的设计通常由人工进行分析计算、手动绘图完成，随着科学技术发展的日新月异，计算机应用的逐渐普及，化工设备的设计也逐渐采用计算机辅助设计。八十年代，世界进入计算机应用的时代，设备加工进入信息化（程控）阶段，至九十年代，化工设备设计全面进入计算机辅助设计阶段。发展至目前，总体来说，化工设备设计中计算机辅助设计的应用已经日趋成熟，并正向着更高的阶段，科学仿真和模拟设计阶段逐渐过渡。世界各国主要国家对化工设备的设计、制造及检验都有自己国家的标准和规范，因此各国的化工设备CAD软件的内容各不相同。下面介绍一些国内外常用的化工设备CAD软件。

1 化工设备CAD软件的介绍

1.1 国内CAD软件

1.1.1 过程设备强度计算软件包SW6-1998

SW6-1998是由全国化工设备设计技术中心站组织有关单位于1998年开发而成，目前版本为V4.0。该软件包以Windows为操作平台，计算结果以屏幕显示简要以及直接采用WORD表格形式形成按中、英文编排的设计计算书。SW6-1998包括有十个设备计算程序（分别为卧式容器、塔式容器、固定管板换热器、浮头式换热器、U形管换热器、填函式换热器、带夹套立式容器、球形储罐、高压容器及非圆形容器等），以及零部件计算程序和用户材料数据库管理程序。

1.1.2 化工设备CAD施工图软件包PVCAD

PVCAD是全国化工设备设计技术中心站以化工设备设计行业的调查为基础，根据化学工业部立项，由原化学工业部基建司下达此开发项目，于1992年经原化学工业部工程软件评审小组审定通过的软件（审定号为：HGJRI14-92），目前版本为PVCAD3.1。该软件包以Windows为操作平台，采用FORTRAN、Visual Basic和汇编语言结合AutoCAD编写。PVCAD将现行化工设备设计行业标准GB、JB、HG、HGJ、CD等标准编制在本软件包内，同时将一些常用的非标零部件也收集在内，结合行业制图标准，形成一套能满足工程实际的卧式容器、立式容器、填料塔、板式塔（浮阀塔、筛板塔）、固定管板兼作法兰换热器（立式、卧式）、固定管板不兼作法兰换热器（立式、卧式）、U型换热器（立式、卧式）、浮头换热器、带夹套搅拌反应器和球罐等十大类设备绘图软件包。PVCAD和过程设备强度计算软件包SW6-1998之间提供了数据接口，可直接打开SW6-1998的数据文件。

1.1.3 压力容器设计技术条件专家系统PVDS

PVDS是由全国化工设备设计技术中心站开发，目前版本为PVDS2.0。PVDS以Windows为操作平台，按《压力容器安全技术监察规程》、GB150《钢制压力容器》、GB151《管壳式换热器》、GB12337《钢制球形储罐》、JB4710《钢制塔式容器》、HG/T20569《机械搅拌设备》、以及《化工设备技术图样要求》等标准进行编制的。其主要功能是按用户所指定的工况条件，按照现行的法规、标准及规范提供设备所需要的设计技术等方面的要求，为压力容器的设计、制造、检验及监督人员提供服务。这个软件包括立式容器（带搅拌器）、卧式容器、塔器、球罐和换热器等五个模块。

1.1.4 化工设备标准零部件绘图软件包ComCAD

ComCAD由全国化工设备设计技术中心站组织有关单位于1993年开发而成，目前版本为ComCAD2.0。该软件包以AutoCAD为支撑平台，包括封头、支座、容器法兰、管法兰（包括法兰盖）、紧固件、人孔、手孔等化工设备零部件标准全套施工图纸，当进行非标设计时，用户可在AutoCAD中对图纸尺寸再进行调整，用户还可自由选择绘出全部还是部分图纸。

1.1.5 拱顶罐辅助设计软件包TANK

TANK由全国化工设备设计技术中心站组织有关单位于1995年开发，于1997年5月，通过了由设备设计专家组成的审定委员会审查，目前版本为TANK1.0。该软件包以Windows为操作平台，兼有设计计算及施工图绘制等两大功能，本软件包的设计计算结果，自动形成以《设计计算书》形式的文本文件，设计计算结果符合SH3046-92《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规定》。

1.1.6 离心泵计算机选型报价软件 PumpSel

PumpSel 是全国化工设备设计技术中心站在总结工程选泵步骤和经验的基础上，根据离心泵的有关理论编制而成的工程实际应用软件，目前版本为 PumpSel 0.0。以 Windows 为操作平台。该软件不但能进行型号（规格）的选择，而且能进行泵类型、系列的选择，驱动机构的选择及轴封、管路系统的选择等；输出的内容有数据表、性能曲线、轴向剖面图、安装尺寸图等。

PumpSel 提供的数据库有：泵产品系列数据库、泵型号数据库、安装尺寸数据库、机械密封产品数据库、电机产品系列及型号数据库等。其中泵产品系列、型号、安装尺寸数据库为开放式数据库，用户可自行建立。

1.1.7 压力容器分析设计软件 VAS

VAS 由全国化工设备设计技术中心站组织有关单位开发，目前版本为 VAS2.0。以 Windows 为操作平台。VAS 2.0 已通过全国压力容器标准化技术委员会计算机应用分技术委员会组织的专家评审，并获得了全国压力容器标准化技术委员会和国家质量技术监督局联合颁发的评审证书。VAS 2.0 包含的结构有：1. 轴对称部件：a 有无中心孔接管的各类封头，b 裙座和柱壳，c 夹套容器，d 膨胀节；2. 三维部件：a 有偏心开孔接管的各类封头，b 柱壳开孔接管，c 球形储罐（有托板结构、翻边结构或 U 形柱结构），d 有无中心开孔结构的管板，e 带法兰的平封头、椭圆封头，f 三维膨胀节。VAS 2.0 可进行的计算内容有：a 线弹性材料的机械静力计算、温度场计算和热应力计算，b 按应力分类进行应力评定，c 疲劳分析。

1.1.8 石油化工静设备计算机辅助设计桌面系统 PV Desktop

PV Desktop 是在中石化设备设计技术中心站组织下，由洛阳英特科技有限公司开发的静设备计算机辅助设计软件，目前版本为 PVDesktop5.9。计算分析部分以 Windows 为操作平台，绘图部分以 AutoCAD 为支撑平台。主要模块包括：受压元件分析（PVCADE）、卧式容器分析（HvsIWn）、立式容器分析（VsvWn）、塔式容器分析（TVslWn）、U 形管换热器分析（UHExWn）、浮头换热器分析（FHEXWn）、固定管板换热器分析（SHEXWn）、球形储罐分析（SphWn）、圆筒形储罐分析（TankWn）、容器元件绘图（PVDraft）、管壳式换热器绘图（HtrxCAD）、容器绘图（YesICAD）。与 PV Desktop 配套的设计软件为石油化工设备基础设计软件，它包括落地式塔型设备基础(CcCAD)、圆形管式加热炉基础(CpCAD)、冷换设备基础(ExCAD)、框架式塔型设备基础(FcCAD)、球形储罐基础(SpCAD)、卧式容器基础(HvCAD)。本软件功能齐全、实用性强，涵盖了石油化工行业中塔器、立式容器、卧式容器、换热器等常用设备及受压元件、组合件的设计计算。软件计算方法遵循GB150《钢制压力容器》、GB151《管壳式换热器》、JB4710《钢制塔式容器》等国家标准及行业标准，软件采用了3D模型可视化交互界面，是国内同类软件的首创，达到国际水平。

1.1.9 石油化工静设备计算机辅助设计系统VCAD

VCAD是在中石化设备设计技术中心站的组织下，由VCAD系统开发组经4年多时间的艰苦努力，于1993年9月推出正式版并通过了部级鉴定。目前版本为VCAD3.2，设计计算部分以Windows为操作平台，施工图绘制部分以PICAD（中国科学院北京软件研制中心开发）为支撑平台。VCAD包含以下11个单项：①受压元件计算；②卧式容器设计计算与施工图绘制；③立式容器设计计算与施工图绘制；④塔器设计计算与施工图绘制；⑤浮头换热器设计计算与施工图绘制；⑥固定管板换热器设计计算与施工图绘制；⑦U型管换热器设计计算与施工图绘制；⑧搅拌设备设计计算与施工图绘制；⑨球壳储罐设计计算与施工图绘制；⑩拱顶储罐设计计算与施工图绘制；⑪塔盘设计计算与施工图绘制。

1.1.10 压力容器强度计算软件Lansys

Lansys是由蓝森石化技术有限公司于1997年开发而成，目前版本为Lansys2.0，以Windows为操作平台。LANSYS依据GB150-1998、GB151-1999、GB16749-1997、GB12337-1998、JB4731-2000、JB4710-2000、HG/T20569-94及有关基础标准进行编制，在尊重原标准及行业习惯的原则下作了合理的分类，八十多种零件项（计算项）归纳为壳与封头、平盖与法兰、换热器等件、非圆形截面容器、筒体端部五类，设备类包括换热器、卧式容器、直立容器、搅拌器等几大类。Lansys2.0自带CAD绘图功能。

1.1.11 绘捷CAD系统QDSCAD

QDSCAD是由四川大学化工学院及制造科学与工程学院工程应用软件开发组开发的面向生产的微机工程绘图系统。第一版于1994年通过四川省科委技术鉴定，并于2002年经四川省信息产业厅软件登记（编号2002-0112），目前版本为QDSCAD7.0，以AutoCAD为操作平台。本软件主要功能有：①化工容器CAD，②换热器管板智能布管CAD，③塔器CAD，④完善丰富的表格功能及用户定制功能，⑤通用的快速绘图标注功能及机械CAD。

1.1.12 CMCAD

CMCAD是由山东大学与山东省化工设计院等单位化工和计算机方面的教授、专家合作，历经四年时间研制完成，该软件已于1999年12月通过山东省科委组织的鉴定，是全国第一个以Windows为系统平台、采用面向对象技术编写、高度智能化的网络版化工设备CAD软件。目前版本为CMCAD2000。主要功能有：化工设备零部件参数化标准件图库、通用机械标准件图库、常用模型图库包括卧式、立式容器、换热器等、换热器模块、塔器模块、搅拌容器模块、焊接节点参数化图库、管口表和技术特性表自动生成（中文、中英文对照）、材料和零部件明细表（中文、中英文对照）自动生成。

1.1.13 化工设备CAD辅助设计软件EPDRAW

EPDRAW是由南京EP工程软件工作室于1993年开发而成，目前版本为EPDRAW2000，以AutoCAD14为支撑平台。本软件主要功能有：①标准零部件CAD，②常用设备结构件CAD，③常用设备节点图CAD，④图幅图处理工具，⑤专用模块CAD包括换热器、塔器、贮槽、搅拌容器、高压容器等。

1.1.14 压力容器CAD系统PVCAD2000

PVCAD2000是由安徽合肥张德友开发，是基于AutoCAD2000的化工设备绘图软件，可进行普通卧式容器和立式容器的简体、封头、接管、支座、补强圈、人孔、视镜、液面计、吊耳、法兰、密封垫片、法兰盖、弯头、管接头、焊缝接头等参数化设计绘图以及技术特性表、管口表、零件明细表等自动生成。同时AutoCAD用户化的二次开发模块，在R14强大的二维实体绘制、编辑、构造等各种功能基础上，增加和强化了许多功能模块，把机械设计、绘图、工程数据库与AutoCAD有机地结合在一起，为新结构的设计提供了完备的工具。

1.1.15 钢制压力容器设计系统PVS98

PVS98是由安徽合肥张德友开发，以Windows为操作平台，是根据国家标准GB150-1998《钢制压力容器》而编制的适合于钢制压力容器设计、制造行业的一套集设计、查询、分析、绘图为一体的专业计算机设计计算系统。该系统最早开发于1989年，1998年推出最新版本。PVS98系统包括钢制压力容器设计程序库、标准数据库和绘图系统。

1.1.16 压力容器CAD系统PVCADV3.0

PVCADV3.0是上海朱红松在AutoCAD2000中进行二次开发的，为设计化工过程装备中压力容器和设备开发的专用绘图软件。主要功能有：固定管板换热器、U型管换热器、高压容器装配图及零部件图的绘制；普通卧式容器和立式容器的简体、椭圆封头、锥形封头、蝶形封头、球型封头、变径筒体、夹套、支座、补强圈、人孔、手孔、视镜、液面计、接管、管法兰、密封垫片、容器法兰、螺栓、紧固件、化工常用减速机、电动机、减速机架、焊接接口图等参数化设计绘图以及技术要求、技术特性表、管口表、零件明细表等自动生成。

1.1.17 化工设备强度计算软件包 SICTPV1

SICTPV1 是辽宁化工设计院化工设备设计研究所开发的可适用于工程计算及教学的双用途软件包，并通过了辽宁省科技厅组织的鉴定（辽科鉴字〔2001〕第229号）。该软件以 Windows 为操作平台，由工程计算程序自动生成系统和化工设备强度计算软件两部分组成。计算程序自动生成系统具有自动生成计算程序的功能，主要供精通工程专业知识但不懂算法语言等软件开发知识的工程技术人员将自己熟悉的计算过程开发为设计计算软件。化工设备强度计算软件可进行 GB150-1998《钢制压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、GB12337-1998《钢制球形贮罐》、GB16749-1997《压力容器波形膨胀节》、HG20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》、JB4710-1992《钢制塔式容器》、HG/T 20569-1994《机械搅拌设备》、《钢制卧式容器》（按 GB150-89《钢制压力容器》中的规定编制）标准规定的各种强度计算项目。

1.2 国外 CAD 软件

1.2.1 压力容器设计和分析软件 PVElite

PVElite 是由美国 COADE 公司开发，以 Windows 为操作平台的三维 CAD 软件，最新版本为 PVEIte2007。PVElite 依据 ASME VIII-1 & VIII-2（美国压力容器标准）、PD5500（美国压力容器标准）、EN 13445（欧洲压力容器标准）、TEMA（美国管壳式换热器标准）等标准以及加拿大、英国、印度、墨西哥风载和地震载荷规范编制而成。PVElite 包括结构分析模块和容器造型模块，且软件内置压力容器构件设计和分析模块（CodeCalc），能进行塔类、容器、换热器以及零部件的设计和结构分析。PVElite 能绘制 CAD 工程图以及自动生成材料表和管口信息表。

1.2.2 压力容器和换热器软件 COMPRESS

COMPRESS 是由美国 CODEWARE 公司开发，以 Windows 为操作平台三维 CAD 软件，最新版本为 COMPRESS Buld6252。COMPRESS 依据 ASMEVIII-1 & VIII-2、TEMA、ASCE 7（美国土木工程师学会规范）IBC2006（美国建筑规范）、UBC1997（美国建筑规范）、NBC 95（加拿大建筑规范）等标准编制而成。COMPRESS 考虑内外压、风力、地震和其它外部负载，程序内置所有 ASME（美国机械工程师学会）材料、AISC（美国钢结构学会）结构属性、有限元分析模块（FEA）等多种支撑类型，能进行塔类、容器、换热器、零部件的设计和有限元分析。COMPRESS 能绘制 CAD 工程图以及自动生成材料表和管口信息表。COMPRESS 具有许多帮助窗口和友好的压力容器设计向导，能帮助用户通过提供最少量的容器参数更快捷地创建标准容器。

2. 化工设备 CAD 软件的发展趋势

2.1 二维辅助绘图向参数化设计绘图方向发展

早期的化工设备 CAD 软件功能只是二维辅助绘图，软件直接利用图形支撑软件提供的各种功能利用人机交互方式将图形一笔一笔地画出来，或者利用图形支撑软件提供的二次开发功能编制二维辅助绘图软件。这种方式主要缺点是速度慢、绘图工作量大，软件只是取到了“甩图板”的功能。随着标准规范的编制以及化工设备零部件的标准化、系列化，化工设备设计软件由“甩图板”的作用发展到参数化设计绘图，参数化设计绘图是一种全新的绘图方法，是通过调用参数化模块实现的。将一些常用的图表参数化，并将这些图表存在图库中，绘图时根据需要从图库中按菜单调用有关图表，并将之拼装成有关的零件图形，由于图表已经参数化，可以方便地修改尺寸，这种利用参数化图表拼装成零件的绘图方法可以极大地提高效率。

2.2 单一功能的软件向综合设计软件方向发展

不少化工设备 CAD 软件，只有设计计算和强度校核功能，没有绘图功能；或者只能进行 CAD 绘图，不能进行设计计算和强度校核。单一功能的软件满足不了现代设计要求，越来越多的化工设备综合设计软件开发出来，综合设计软件把结构设计、分析计算、方案比较在计算机的前台进行，同时在计算机的后台用前台的结果自动完成报价系统、设计计算书和设计图纸。

2.3 化工设备 CAD 向 CAD/CAE 方向发展

传统的化工设备 CAD 主要是指计算机辅助二维绘图技术，其发展已经比较成熟。专家指出，今后 CAD 的技术发展主要体现在标准化、开放化、集成化、智能化和虚拟现实等几个方面，其核心内容是向 CAD/CAE(计算机辅助工程)集成方向发展。随着现代化学工业的发展，用户对化工设备的功能、结构与外形有着越来越高的要求，传统的 CAD 二维绘图技术已经不能满足这些要求。因此，设计者需要花很大的一部分精力把三维构思转化为二维工程图，许多问题只有在制造时才能发现。CAD/CAE 集成软件不仅能进行工程图的绘制，还能由 3D 模型直接生成工程图，并能对设备进行数值分析、结构优化设计、强度与寿命评估及动力学仿真等。

3 结束语

我国化工设备 CAD 软件的开发起步比国外较晚，化工设备的三维设计和有限元分析软件落后于国外，特别是 CAD/CAE 大型支撑软件的开发能力与国外仍有较大的差距，但我国化工设备设计的应用技术（包括 CAD/CAE 的应用）与国外并无多大的差距，总体来说，我国化工设备设计技术已经达到国际先进水平。目前我国对化工设备或过程装备 CAD 进行研究开发的院校有很多，如浙江大学、四川大学化学工程学院、南京化工大学、石油化工大学等等。正是由于全国各科研、院校和工程公司的开发、实践，才使我国化工设备的计算机辅助设计技术迅速发展和迎头赶上。

参考文献：

[1] 黄正林. 化工设备设计技术现状及发展趋势. 全国机泵网, 2006-9 

[2] 蔡红梅. 浅谈计算机辅助设计 (CAD)，集宁师专学报, 2005-12 

[3] 张德友. 压力容器设计系统 PVCAD2000 和 PVS98, CAD/CAM 与制造业信息化, 2001-9 

[4] 全国化工设备设计技术中心网站网页, http://www.tced.com/SOFTWARE/ 

[5] 洛阳克莱特科技有限公司网页, http://www.chartech.com.cn/ 

[6] 蓝森石化技术有限公司网页, http://www.gslanke.com/lansysndex.asp 

[7] 美国 COADE 公司网页, http://www.coade.com/ 

[8] 美国 CODEWARE 公司网页, http://www.codeware.com/