阀门在流体输送系统中的的设计

　　摘要：核电厂中各类工艺繁多， 其中使用了大量阀门对系统进行精准的隔离和控制， 是保证安全的重要部件。在核电项目中， 对阀门从设计到采购全周期进行精细化的管理是保证项目顺利开展的重要基础。通过梳理核电厂阀门相关的设计、采购流程， 以及资料信息流转流程和逻辑关系， 研究设计和采购对阀门数据管理的需求， 提出通过阀门数据库实现对阀门的技术状态管理。

　　关键词：核电厂； 阀门； 状态管理； 数据库；

　　在流体输送系统中， 阀门作为控制部件在核电厂中大量使用， 以1座2台机组的CPR1000核电厂为例， 仅核岛部分的阀门总数就达到1.3万余台， 涉及的阀门种类也十分繁杂， 包括闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、止回阀、安全阀等。

　　核电厂阀门数量庞大， 类型繁多， 其设计与采购也有着较高的质保要求， 每一个阀门的数据来源都要求有可追溯性。但是在目前的核电项目的建设中， 仍存在着一些阀门管理方面的问题， 例如：采购与设计不匹配， 出现阀门采购遗漏、多采购或重复采购的情况；设计与采购不匹配， 出现管道施工图中阀门信息与采购的阀门不一致的情况。阀门在从系统设计到采购的过程中， 随着设计的深入， 阀门的设计参数、采购文件、制造图纸等可能会产生多次的变化， 而这些变化又相互影响， 加之阀门数量巨大阀门信息的流转流程较长， 因此， 及时有效地控制阀门数据是非常必要的。所以需要对阀门的设计和采购全周期内的状态进行管理和控制， 以提高核电厂的建造效率与质量。

　　对核电厂阀门相关的设计、采购流程进行了梳理， 提出了阀门设计和采购状态管理的方案， 即通过把阀门信息数据化、规范化， 利用阀门数据库平台， 简化信息的流转流程， 使设计与采购过程能够在此统一的数据库平台中能及时准确地获得阀门信息， 以减少采购、设计不匹配造成的影响， 实现对阀门设计和采购状态的管理。

　　1 阀门设计与采购流程

　　在设计中， 参与阀门相关的工艺专业主要有：系统专业 （负责工艺系统设计） 、设备专业 （负责工艺设备设计或采购技术要求） 、布置专业 （负责工艺系统布置设计） 、力学专业 （负责管道力学计算） 等。另外还有三维模型维护部门 （负责三维模型元件库的建设及维护） 和采购部门 （负责阀门的招标采购） .

　　阀门的设计和采购流程首先从工艺系统设计开始， 由系统专业根据系统设计确定所需阀门的各种参数， 然后由设备专业按阀门类别撰写相应的阀门采购技术规格书， 交付采购部门进行阀门的招标采购。确定供应商后， 供应商进行具体的阀门设计， 将阀门的设计文件， 包括阀门的外形图、装配图、运行维修手册等， 提交给文档/采购部门， 然后采购部门发给设备专业进行审查 （必要时设备专业还可要求阀门相关的系统、布置等专业进行协助审查） .当采购与系统要求存在偏差时， 设备专业需向系统专业反馈偏差。设备专业还需将审查确认可用的图纸清单提给下游的布置专业， 布置专业依据阀门的外形图进行管道和阀门的布置设计 （其中还包括进行三维设计时的， 阀门模型元件的建立） , 力学专业使用阀门的重量、重心等参数进行管道的力学计算。

　　整个设计、采购流程时间跨度长， 涉及专业、部门众多， 流程图见图1.

　　图1 阀门设计、采购流程 

　　不同的工程承包单位， 其部门及专业设置也不相同， 但上述阀门相关设计与采购流程基本一致。

　　2 阀门的数据管理

　　在图1的设计与采购流程中， 系统专业的阀门参数是按照系统提供给设备专业的， 而设备专业撰写采购技术规格书则需先将阀门分类， 然后按类编写技术规格书， 由于阀门数量众多， 如果没有一个有效的管理手段， 在由按系统分类转换到按阀门类型的过程中， 很容易出现遗漏的情况， 从而造成阀门的采购遗漏。另外由于某些阀门的特殊要求， 并不是所有阀门都由设备专业负责采购技术规格书的编写， 例如废气处理系统中的风阀是由暖通专业负责采购， 核取样系统的温控阀是由仪控专业负责采购， 容易出现同一个阀门两个专业都出版了技术规格书， 而采购部门又是不同的人负责不同采购包的采购， 导致阀门重复采购的情况。

　　在整个阀门相关的设计与采购流程中， 资料、信息流转涉及部门较多， 当上游资料发生变化时， 下游需要紧随进行相应的变化， 例如当阀门的系统参数发生变化， 阀门的采购技术要求就需要进行变更， 采购部门再将变化情况通知供应商， 供应商可能需要对阀门设计进行变更， 使阀门外形发生变化， 外形的变化也可能影响阀门的布置设计。在这个流程中如果一个环节出现问题， 那么就可能对下游造成严重的影响。

　　所以需要对每一阶段阀门信息的状态进行控制， 使不同的专业、部门间能够及时相互了解其阀门相关数据的版本及状态， 确保上下游资料的一致性和准确性。

　　可以对阀门信息和设计数据进行数字化， 通过一个数据化共享的网络平台---阀门数据库， 实现信息共享、数据匹配以及对各节点阀门数据状态的跟踪和控制。这样的阀门数据库应具备以下功能：

　　（1） 各专业、部门的阀门数据都在统一的数据库平台中进行发布， 用户可随时根据不同的需要查阅全部的阀门信息， 包括阀门的系统参数以及采购情况， 使阀门信息的流转具备全面、准确和实时性。

　　（2） 数据库能够记录下所有的数据， 包括旧版本的数据， 使用户能够方便的查询每个阀门的所有的历史数据， 使数据的变化具备可追溯性。

　　（3） 数据库能够实现对所有阀门数据变化的实时跟踪， 实现对阀门数据的有效性管理， 使用户能够第一时间知悉数据的变化情况， 以确保数据使用的准确性。

　　（4） 数据库预编入判断程序和订制报表， 实现对数据状态、格式、一致性的自动判断以及根据管理需要生成报表。

　　3 阀门数据库

　　阀门数据库由阀门相关的各专业、部门共同参与， 以网页的形式展示， 各专业、部门可凭授权登陆数据库查阅阀门信息。阀门数据库根据参与的专业和部门可分为6个板块， 由各负责专业、部门导入相应阀门信息， 具体如下：

　　（1） 系统板块。系统专业基于系统设计， 录入阀门ID码和相关的系统参数， 包括阀门RIN码、口径、流体介质、工作压力、温度、安全等级、上下游管道壁厚等信息。由于分工的原因， 阀门的采购技术规格书并不是都由一个专业负责， 也有可能是由设计分包商负责， 为了防止可能发生的阀门漏采购或者重复采购， 系统板块可以加上技术规格书出版专业的信息。系统板块中还加入"阀门是否有效"的字段， 当一个阀门由于系统设计变化被删除时， 不直接删除该条阀门， 而是在此字段填入"删除", 同时该阀门的所有信息都红色显示， 以提醒其他相关用户注意。

　　（2） 设备板块。设备专业 （采购技术规格书出版专业） 录入阀门所在采购技术规格书的文件编码及其出版时间等信息， 另外也可设置字段录入对供应商资料的审查意见。设备板块也可录入电动阀门的电功率、电流， 气动阀门的用气量等参数， 以方便电气、气体等专业为阀门提供动力。由于电功率、用气量等参数来自于阀门图纸， 所以需要设置字段录入所使用的图纸编码、图纸版本等信息。

　　（3） 采购板块。采购部门录入阀门采购包号、合同号及合同签订日期、供应商、要求到货时间、实际到货时间等信息， 当供应商提供阀门图纸资料后， 还需要录入阀门所在图纸编码及其版本状态。

　　（4） 三维板块。对于三维设计， 阀门三维模型的维护者可录入建立阀门模型的时间、依据的阀门图纸版本等信息， 还可预留接口实现在三维板块中直接显示所建立的阀门模型。

　　（5） 布置板块。布置专业录入阀门所在的房间、安装分区、阀门连接方式、阀门长度、阀门安装方向要求、阀门所在施工图编码， 以及依据哪一版阀门图纸进行的布置设计等信息。依据进度管理需要， 布置板块还可录入施工图设计进度要求及实际出版时间。

　　（6） 力学板块。力学专业录入其关心的阀门重量、重心， 及其计算用的阀门图纸版本等信息。

　　阀门数据库的框架结构如图2所示。数据库中， 各专业、部门负责本板块数据的录入、更新与维护， 所有阀门信息以阀门ID码为枢纽相互关联。

　　图2 阀门数据库框架结构  

　　4 数据库实现的功能

　　通过上述的阀门数据库可实现以下功能：

　　（1） 在网络平台， 用户可以随时登陆数据库， 查阅最新的阀门数据， 实现了各专业、部门数据的实时共享， 使阀门数据在产生的同时可以进行发布， 达到共享。

　　（2） 可以根据阀门的任一数据信息或多个数据信息进行查询， 数据查询条件有：等于、不等于、包含、大于、小于、空、非空等等， 根据这些查询条件可以实现所需要的查询。

　　（3） 数据库为各板块的每个阀门的数据均设置一个数据版本号， 只要该板块中任一数据发生变化， 版本号自动变化， 同时数据库后台自动记录每一版本的变化情况， 包括变化时间、变化内容， 可根据更新时间查询该时间更新了哪些数据信息， 也可查询某个阀门的所有历史更新信息， 以使所有数据都有可追溯性。

　　（4） 数据库中录入了阀门的系统参数和阀门图纸上的一些参数， 数据库可实现这两类参数的自动对比， 以核实采购的阀门与工艺系统要求是否匹配。数据库也可实现不同项目间， 或同一项目不同机组间同一阀门的比对。例如红沿河项目， 由于采用CPR1000技术， 为双堆布置， 数据库可实现1、2号机某阀门与3、4号机同一阀门的比对。

　　（5） 通过阀门数据库可对阀门图纸的可用情况进行统计， 以此确定某一区域的施工图是否具备出版的条件， 例如利用已有的"安装分区"、"外形图编码"、"外形图状态"字段可统计某一区域总共有阀门多少个， 已经有图纸的有多少， 其中可用图纸的有多少。

　　（6） 数据导入导出功能。可实现EXCEL表格的导入和导出， 导入能自动辨认对应条目的数据， 导出时可根据查询情况勾选需要导出的条目。

　　（7） 阀门数据状态管理。 （1） 变化提醒， 由于数据库参与专业、部门较多， 包含的数据也十分繁杂， 对于一般的用户可能并不需要查阅和关注所有的数据， 所以阀门数据库提供个性化设置功能， 允许用户根据自己的需求设置只显示哪些数据。在个性化设置中， 用户也可以设置对一些阀门的一些数据进行关注， 当这些数据发生变化时可邮件提醒或者登陆数据库时弹出对话框提醒， 以使用户第一时间知悉阀门的变化情况。 （2） 阀门有效性管理， 所有数据都以系统专业提供的阀门ID码为依据录入数据库， 当由于系统设计需要， 阀门ID码发生变化时， 我们可以认为是删除原阀门， 然后新增了一个阀门。数据库的系统板块中设置了"阀门是否有效"字段， 当需要删除某个阀门时， 由系统专业在该字段中填入"删除", 此时， 该阀门的所有字段都高亮显示， 同时关注该阀门的用户以及其他板块的数据库管理员都会收到提醒。当有新增阀门时， 数据库也将会直接提醒其他板块的数据库管理员。这样可以实现对阀门采购数量的控制， 防止多采购或漏采购阀门。 （3） 图纸有效性管理， 数据库中设备、布置、三维、力学板块都需要直接用到阀门图纸中的信息， 这几个板块中都设置了所使用阀门图纸编码、图纸版本、图纸状态的字段， 由各板块自行录入其所使用的信息。由于采购部门直接与供应商联系， 一般来说采购部门获得的阀门图纸信息应该是最新最全的， 所以设置以采购板块阀门图纸信息为基准， 其他板块录入的阀门图纸信息与采购板块的图纸信息自动进行比对。当出现不一致的情况时， 将该板块与阀门图纸相关的所有信息都显示为红色， 并且在该板块管理员登陆数据库时能够弹出对话框提醒哪些阀门图纸信息不一致， 例如"1RIS001VP布置板块外形图信息出现不一致".数据库可以筛出这些图纸信息不一致的阀门， 以方便用户进行处理。

　　（8） 文件查阅。数据库可与文档系统连接， 根据数据库中录入的文件编码可直接打开文件， 例如查阅阀门的外形图。

　　（9） 为了提高数据库中数据的准确性， 数据库中可引入编、校、审、批流程， 即当用户需要录入新数据或对数据进行修改时， 数据流需要经过校核人、审核人以及批准人的同意后方可导入数据库。为方便追溯数据的编、校、审、批情况， 数据库自动为每一批录入的数据编一个资料码。引入编、校、审、批流程后， 经过质保鉴定， 可代替专业间的互提资料流程， 使相关专业、部门可直接从数据库中提取数据进行设计或采购， 从而提高设计、采购工作效率。

　　（10） 对于传统专业接口交换方式的优化。原有专业接口交换以专业到专业的方式进行交换， 专业间交换的阀门数据的一致性和及时性难以保证。阀门数据库采用将专业接口交换方式优化为将专业的接口数据改为对阀门数据库进行发布， 发布后的阀门数据， 各专业库均可直接使用， 大大提高接口交换的销量， 提高数据的一致性和及时性。

　　5 小结

　　通过对阀门数据库的研发， 建立了一个开放的、统一的阀门数据库， 使所有阀门相关的专业、部门都参与到阀门数据库的建立与维护中， 可以实现对阀门设计和采购、设计专业和其他专业之间数据的交换， 从而提高核电厂的设计质量与效率。

　　阀门数据库可适用于各种的核电技术路线， 目前已经在红沿河等在建CPR1000核电项目中成功应用， 有效提高了设计与采购的协同以及专业数据交换效率， 保证了设计质量。从长远看， 对于供应商的数据， 可以通过开放接口、提供数据模板等方式， 实现阀门供应商数据由供应商直接发布， 减少了采购部门的中间环节， 进一步提高数据的流转效率。