نقشه خوانی P&ID

نقشه خوانی Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)

در صنایع و کارخانجات فرآیندی تولید محصول نهایی نتیجه فرآوری مواد اولیه و گذر مواد خام از واحدهای مختلف پروسس است. مواد خام اولیه ممکن است شامل گازهای در حرکت، مایعات و در برخی از موارد جامدات باشد که در واحد های مختلف فرآیند در واکنش های مختلفی همچون ذوب،  تقطیر، گرمایش، میعان، خنک سازی و … قرار می گیرد. هر یک از واکنش های فرآیند شامل تجهیزات اصلی نظیر راکتورها، پمپ ها، برج ها، مخازن، کمپرسورها، کوره ها، مبدل های حرارتی، توربین ها و … می باشد علاوه بر بخش های اصلی فرآیند، تجهیزات در سیستم هایی همچون سوخت رسانی، تصفیه فاضلاب، تامین هوا، اعلام و اطفا حریق و … واحد های پشتیبانی فرآیند را تشکیل می دهند. مهندسین فرآیند یا مهندسین شیمی مراحل گذر مواد خام اولیه از واحدهای مختلف تا تولید محصول نهایی را در نقشه های Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) طراحی می کنند. نقشه های P&ID از نمادهای مشخصی برای نشان دادن اتصالات تجهیزات، سنسورها، شیرآلات و … در واحدهای مختلف فرآیند استفاده می کنند به طور کلی این نمادها می تواند محرک ها، حسگرها، کنترلرها را نمایش دهد.

یکی از مدارک مهم در طراحی، ساخت و اجرای پروژه های صنایع فرآیندی نقشه های P&ID هستند. در واقع به صورت کلی طراحی کارخانجات و صنایع فرآیندی و اجرای پروژه های صنعتی به 3 فاز زیر تقسیم شده و انجام میگیرد.

   1- طراحی مفهومی یا توجهیی (Feasibility Design / Conceptual Design):

در مرحله طراحی مفهومی ابعاد مختلف اجرای پروژه از لحاظ توجیه پذیری فنی و اقتصادی مورد بررسی قرار میگیرد. ادامه روند طراحی و انجام مراحل بعدی پروژه منوط به تایید هر دو شرط فنی و اقتصادی می باشد. چنانچه پروژه ای یکی از این شرایط یا هر دو را نداشته باشد توجیه پذیر نبوده و انجام نخواهد شد. با توجه به اهمیت مرحله طراحی مفهومی، مدت زمان انجام این مطالعات بسته به نوع پروژه متفاوت خواهد بود.

   2- طراحی پایه (Basic Design):

در مرحله طراحی پایه با توسعه طراحی مفهومی به بررسی و تعریف کلی فرآیندها و مراحل از ورود مواد خام اولیه تا تولید محصول نهایی پرداخته میشود و تجهیزات اصلی، امکانات پروژه، بخش های پشتیبانی و … طراحی می گردد. از جمله مدارک و نقشه های اولیه که در این مرحله تهیه می شود می توان به نقشه های اولیه ی Layout پروژه (شامل نمای کلی پروژه، مسیرها، تجهیزات اصلی و … )، نقشه Process Flow Diagram (PFD)، نقشه Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)، تهیه لیست اولیه متریال و تجهیزات اصلی پروژه و … اشاره نمود.

   3- طراحی تفصیلی (Detail Design):

در مرحله طراحی تفصیلی تمامی اجزا و بخش های مختلف پروژه به طور دقیق و با جزئیات طراحی می شوند. در واقع طراحی تفصیلی پل ارتباطی میان مراحل طراحی و فاز اجرای پروژه می باشد. و به همین دلیل در طراحی تفصیلی باید جزئیات مراحل ساخت واحد صنعتی مورد نظر قرار گیرد. تا تمام بخش ها به روشنی و با جزئیات کامل طراحی شوند تا در مرحله ساخت و اجرا ابهامی وجود نداشته باشد. در این مرحله طراحی هر یک از قسمت های مختلف پروژه از برق، مکانیک، شیمی، عمران و … انجام می شود و مدارک و نقشه های تفصیلی Process Flow Diagram (PFD)، نقشه های Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)، نقشه های ایزومتریک، لیست تجهیزات اصلی (Main & Bulk) و … تهیه می شوند.

 

اهمیت و کاربرد نقشه های P&ID

نقشه های P&ID توسط کارشناسان ابزاردقیق، کنترل، مکانیک، هیدرولیک، پنوماتیک، پروسه و … برای طراحی بخش های مختلف پروژه مورد استفاده قرار میگیرد. برای نمونه کارشناسان پایپینگ برای تهیه مدارک ایزومتریک و تفصیلی پایپینگ، کارشناسان ابزاردقیق برای انتخاب سنسورها و عملگرها و تهیه لیست تجهیزات ابزار دقیق و نقشه های Hock up، کارشناسان کنترل برای انتخاب و طراحی سیستم کنترل و تهیه فلسفه کنترل و برنامه نویسی سیستم های DCS، PLC، SCADA، HMI و… استفاده می کنند. در واقع نقشه های P&ID به عنوان زبان مشترک بین واحد های مهندسی برای بحث در مورد بخش های مختلف فرآیند صنعتی در نظر گرفته می شود. از این رو باید در نقشه های P&ID موارد زیر نمایش داده شود:

1. کلیه تجهیزات کنترل و ابزاردقیق از جمله سنسورها و عملگرها
2. کلیه تجهیزات مکانیکی همچون مخازن، پمپ ها، شیرآلات و …
3. کلیه اطلاعات مربوط به پایپینگ همچون شماره خطوط، ابعاد، اندازه ها، مشخصات و جهت سیال، جنس لوله و اتصالات و …
4. تمام ورودی و خروجی های سیستم کنترل و اینترلاک ها
5. محل های نمونه گیری و تخلیه موقت
6. حدود پارامترهای نرمال و خطر آفرین و مورد نظر برای سیستم های ایمنی و هشدار
7. سایر تجهیزات همچون فلنج ها، دریچه ها، کورکن ها، شیرها، تجهیزات ایمنی و مقادیر تنظیمی آنها، محل های تخلیه، فیتینگ ها، تبدیل ها و پنجره های باز بینی.

 با توجه به کاربرد نقشه های P&ID بین واحد های مهندسی پروژه، استفاده از علائم و کد گذاری استاندارد در این نقشه از اهمیت بالایی برخوردار است. از این رو می توان از استاندارد ISA به عنوان یکی از مهمترین استانداردها در طراحی نقشه های P&ID نام برد. همچنین استاندارد های دیگری نظیر DIN و ETC نیز برای طراحی نقشه های P&ID استفاده می شود. در ادامه نمونه موارد استفاده از نقشه های P&ID بیان می شود:

1. سند ارتباطی بین مدارک پروژه
2. پایه طراحی و خرید بخش های مختلف از جمله طراحی سیستم کنترل، طراحی لوله کشی و اتصالات و …
3. پایه طراحی و نمایش فرآیند سیستم (Operational Methodology)
4. استفاده در مدیریت پروژه، ارزیابی پیشرفت و برنامه ریزی پروژه
5. بهرمندی در طراحی و توسعه سیستم های ایمنی (Safety Philosophy)
6. مبنای فلسفه کنترل فرآیند (Control Philosophy)
7. پایه برنامه نویسی سیستم کنترل (Control Programming)
8. مبنای طراحی مانیتورینگ های صنعتی فرآیند در سیستم های SCADA و HMI
9. استفاده در آموزش به کارکنان عملیاتی و بهربردار سیستم
10. مبنای تعمیر و نگهداری، توسعه و بروزرسانی سیستم ها

 

نمادها در نقشه های Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)

در نقشه های P&ID برای نمایش اجزا از نمادهای استانداردی استفاده می شود. این نمادها از ترکیب کلمات، حروف و اعداد شکل می گیرند تا اجزای مختلف فرآیند را نشان دهند. البته باید به این نکته توجه داشت که این نمادها مقیاس بندی نمی شوند و از لحاظ ابعادی دقیق نیستند. آنها صرفا جهت نمایش تجهیزات مختلف استفاده می شوند. همچنین نقشه های P&ID نشان دهنده مکان فیزیکی و مجاورت هریک از اجزا نیستند و فقط نمایش دهنده کلی پروسس و ارتباط مختلف بین لوله ها و اتصالات (Pipe)، اداوات ابزاردقیق (Instrument) و تجهیزات دیگری همچون مخازن، پمپ ها، برج ها و … می باشد.

یکی از استانداردهای مهم و بسیار پرکاربرد در فرآیند طراحی، ساخت و اجرای سیستم های کنترل و ابزاردقیق و همچنین تهیه مدارک فنی و مهندسی، مجموعه استانداردهای انجمن سیستم های اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق آمریکا یا ISA) Instrument society of America) می باشد که در صنایع کشور ما همچون صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، مس و … به وفور استفاده می شود. انجمن ISA مجموعه اي از سیمبل هاي مورد نیاز جهت نقشه کشی هاي مهندسی و طراحی حلقه هاي کنترلی را در ISA S5.1 ارائه داده است. در ادامه به برخی از نمادهای مهم و پر استفاده در نقشه های P&ID اشاره می گردد.

 

سیمبل ها (Symbol)

در نقشه های Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) دایره بیانگر تجهیزات ابزار دقیق مجزا، نظیر ترانسمیترها، سنسورها و آشکارسازها می باشد.

• خط وسط در این سیمبل ها مبین آن است که تجهیز ابزارقیق در پنل اصلی اتاق کنترل یا همان Main Panel قرار دارد.
• خط دوبل نشان می دهد که محل استقرار تجهیز ابزاردقیق در محلی جانبی، نظیر رك ابزاردقیق یا پنل های کمکی می باشد. پنل های Auxiliary Console یا پنل های کمکی عموما در اتاق کنترل مورد استفاده قرار میگیرند و معروف به پنل های Mimic Panel نیز می باشند. بر روی این پنل ها چراغ های سیگنال و سوئیچ هایی برای اپراتورهای کنترل فرآیند قرار میگیرد.
• عدم وجود خط در سیمبل نشان می دهد که محل استقرار تجهیز ابزاردقیق در فیلد بوده و تجهیز روی خطوط، مخازن و … در مکانی از سایت نصب می باشد.
• خط چین نشان می دهد که تجهیز ابزاردقیق در محلی غیرقابل دسترسی نظیر پشت پنل ها و یا داخل تابلو اتاق کنترل قرار دارد. و در مقابل دید اپراتور در تابلو اصلی یا پنل های کمکی قرار ندارد.

مربع احاطه کننده ي سیمبل ها بیانگر تجهیز ابزاردقیقی است که هم نمایش داده میشود و هم تابع کنترلی روي آن اعمال شده است. در واقع مخصوص تجهیزات ابزاردقیق است که دارای ترانسمیتر بوده و مقادیر لحظه ای پارامتر را برای مانیتورینگ در اتاق کنترل ارسال می کنند.

شش ضلعی نشان دهنده ي توابع کامپیوتري و کنترلی است که در سیستم هاي کنترل استفاده می شود. این نمادها کاربرد بسیار محدودی در نقشه های P&ID دارند.

مربع احاطه کننده ي یک لوزي نشان دهنده ي منطقی در برنامه کنترلر PLC/DCS  می باشد. در واقع به طور کلی لوزی بیانگر توابع Interlock در برنامه کنترلر می باشد. برای مثال اگر فشار مورد اندازه گیری توسط سنسور فشارسنج از محدوده تعیین شده خارج شود برای حفاظت از سیستم باید سوئیچ هایی عمل کنند و شیرهایی جهت کاهش یا افزایش فشار سیستم باز یا بسته شوند.

سیمبل های زیر نمونه شیرهاي مختلف را بر اساس نوع اکچوریتورشان نشان می دهد.

سیمبل هاي لوله و اتصالات با خطوط مختلف نشان داده می شوند.

• خط توپر ممتد لوله های اصلی فرآیند را نشان می دهد.
• خط نازك ممتد لوله های کوچکتر و جزئی تر در فرآیند را نشان می دهد.
• خط منقطع سیگنال الکتریکی نظیر سیگنال های ولتاژی، جریانی و مقاومتی را نشان می دهد.
• خط هاشور خورده سیگنال نیوماتیک (پنوماتیک) را نشان می دهد.
• خط به همراه دایره هاي متوالی خطوط دیتا مربوط به شبکه های صنعتی همچون پروفیباس (Profibus)، پروفی نت (Profinet)، اترنت (Ethernet) و … را نشان می دهد.

سایر سیمبل هاي اتصالات در شکل زیر نشان داده شده اند.

 

 

کاراکترهای شناسائی (Identification Letters):

کاراکترهای شناسائی روی سیمبل ها در استاندارد ISA شامل موارد زیر می باشد:

• متغیرهای مورد اندازه گیری نظیر فشار، دما، جریان سیالات و …
• عملکرد تجهیز نظیر ترانسمیتر، کنترلر، سوئیچ، نمایشگر و …
• برخی آلارم ها، اعلائم و اینترلاک ها

جدول زیر معرف کاراکترهای شناسایی ISA بکار رفته روی سیمبل ها در نقشه های P&ID می باشد.

برای مثال TI روی نماد یک تجهیز بیانگر نمایشگر دما (Temperature Indication) می باشد. در شکل بعد نمونه های متعددی از نحوه معرفی و بیان مشخصات تجهیزات در نقشه های P&ID بیان شده است.

 

 

شماره ی تگ ها (Tag Numbers)

 در نقشه های P&ID برای نمایش هر یک از تجهیزات فرآیند همچون شیرآلات، خطوط لوله، سنسورها  و … از کد شناسایی (Tag) مخصوص و منحصر بفرد استفاده می گردد که با توجه به مشخصاتی نظیر ابعاد و اندازه ها، محتوای سیال و مواد عبوری، روش اتصال (فلنج، پیچ و …)، وضعیت شیرآلات (Normally Open/Closed) و … تنظیم می شوند. این شماره تگ ها بر روی سیمبل ها قرار میگیرند.

 

 

نماد شیرهای کنترلی (Control Valve Symbols)

با توجه به نوع و مشخصات شیرها، انواع مختلفی از سیمبل ها وجود دارد. در شکل زیر متداول ترین سیمبل شیرها در نقشه های P&ID بیان شده است:

 

 

 

نماد پمپ ها و تانک ها (Pumps and Tanks Symbols)

 

 

 

نماد موتورها و کمپرسورها (Compressors and Motor Symbols)

 

 

 

نماد مبدل های حرارتی (Heat Exchangers Symbols)

 

 

 

نماد برج های خنک کننده (Cooling Towers Symbols)

 

 

 

نماد کوره و دیگ های بخار (Furnaces and Boilers Symbols)

 

 

 

نماد برج های تقطیر (Distillation Towers Symbols)

 

 

 

نماد راکتورها (Reactors Symbols)

 

 

 

نمونه نقشه های P&ID