۰ تا ۱۰۰ آشنایی با نمودار‌ پایپینگ P&ID و PFD

۰ تا ۱۰۰ آشنایی با نمودار‌ پایپینگ P&ID و PFD

تاکنون در مجموعه مقالات پایپینگ و خطوط لوله، انواع تجهیزات مکانیکی مورد استفاده در صنعت پایپینگ را بررسی کرده‌ایم، در این مقاله قصد داریم نمودار‌ پایپینگ P&ID و PFD را بررسی کنیم.
نمودار جریان یا به انگلیسی Flow Diagrams، یک نقشه طرح کلی (Schematic) است که جریان متوالی عبور سیال اعم از مایع، بخار و گاز را در فرآیند نمایش می‌دهد. با استفاده از نماد‌های ترسیمی ساده، برای نمایش قطعات مختلف تجهیزات مکانیکی، شیرآلات و ابزار دقیق و یادداشت‌های خاص می‌توان نمودار‌های را ایجاد کرد که یک دید کلی از عملکرد یک تأسیسات پایپینگ در اختیار افراد ذینفع قرار دهد. نمودار جریان به دو زیر شاخه اصلی، نمودار جریان فرآیند یا PFD و نمودار پایپینگ و ابزاردقیق یا P&ID قابل تقسیم هستند. علاوه بر این دو، نمودار جریان کارا یا UFD یکی دیگر از نمودار هایی است که از نمودار جریان ترسیم می شود و تجهیزات جانبی سیستم پایپینگ را مشخص می کند. 
نماد‌های استفاده شده در نمودار‌های پایپینگ، که در شرکت‌ها و کمپانی‌های مختلف استفاده می‌شوند ممکن است به صورت جزئی با هم متفاوت باشند اما مفاهیم کلی آن‌ها یکسان است و یادگیری اصولی نقشه خوانی نمودار‌ پایپینگ P&ID و PFD فرد را به این توانمندی می‌رساند که قادر باشد نقشه‌هایی که باید علائم متفاوت ترسیم شده است را با صرف کمی زمان متوجه شود.

کد‌های مختلفی برای ترسیم نمودار‌ پایپینگ P&ID و PFD ممکن است وجود داشته باشند؛ اما در این بین کد ANSI/ISA ۵.۱ کاربرد بیشتری دارد.

انواع نمودار‌های جریان در پایپینگ

مهندسین فرآیند وظیفه تهیه نمودار‌های جریان برای سیستم‌های پایپینگ را دارند؛ امروزه تمام نمودار‌های فرآیند با استفاده از نرم‌افزار‌های طراحی به کمک کامپیوتر (CAD software) ترسیم می‌شوند.
ممکن است برای ترسیم نمودار‌های جریان در پایپینگ، نقشه‌های مختلفی ترسیم شود اما سه نقشه P&ID، PFD و UFD مهمترین نقشه‌هایی هستند که برای تبین یک فرآیند ترسیم می‌شوند که در ادامه هر کدام را توضیح خواهیم داد.

۱) نمودار جریان فرآیند PFD

نمودار جریان فرآیند یا به انگلیسی Process Flow Diagram، که به صورت مخفف PFD نوشته می‌شود. نمودار جریان فرآیند PFD، اولین نقشه‌ایی است که برای طراحی یک فرآیند پایپینگ ترسیم می‌شود. این نمودار شامل قسمت‌های زیر است.
۱) تجهیزات مکانیکی عمده
۲) لوله کشی اصلی
۳) جهت جریان مواد
۴) فشار و دمای عملیاتی تأسیسات

نمودار جریان فرآیند PFD یک طرح کلی از مسیر جریان اصلی در یک سیستم پایپینگ را ارائه می‌دهد و برای درک یک پروسه پایپینگ مناسب هستند.در نمودار PFD، جریان های ثانویه (Secondary Flows) ، حلقه های کنترل جریان (Control Loops) و ابزار دقیق نمایش داده نمی‌شوند.

در نمودار جریان فرآیند PFD، باید در نظر داشت که:

۱) شرایط عملیاتی برای کارکرد انواع تجهیزات مکانیکی پایپینگ لحاظ شود.
۲) طراحی سیستم پایپینگ باید بر اساس محدودیت‌های فشار و دما در قطعات و تجهیزات پایپینگ باشد. در این راستا،  فشار طراحی (Design Pressure) حداقل ۱۰ درصد یا #۲۵ بالاتر از حداکثر فشار عملیاتی (Maximum Operating Pressure) باشد. دمای طراحی (Design Temperature) باید حداقل ۲۵ درجه سانتی گراد از دمای عادی کاری (Normal Operating Temperature) پائین‌تر باشد.

۲) نمودار پایپینگ و ابزاردقیق P&ID

نمودار پایپینگ و ابزاردقیق یا به انگلیسی Piping and Instrument Diagram که به صورت مخفف P&ID نوشته می‌شود. نمودار پایپینگ و ابزاردقیق ممکن است با نام Mechanical Flow Diagram یا نمودار جریان مکانیکی نام برده شود.
نمودار پایپینگ و ابزاردقیق P&ID نسبت به نمودار جریان فرآیند PFD اطلاعات بیشتری را پوشش می‌دهد. و نمودار P&ID شامل بخش‌های زیر است.
۱) شماره خطوط لوله با جهت جریان سیال
۲) مشخصات لوله و اندازه خط
۳) کلیه تجهیزات مکانیکی
۴) تمام شیر آلات پایپینگ عملگر و پشتیبانی
۵. تمام تجهیزات ابزاردقیق و انتقال

به طور خلاصه نمودار پایپینگ و ابزاردقیق P&ID مشخص می‌کند که یک مجموعه تأسیسات پایپینگ باید چه تجهیزاتی و چه قابلیت‌هایی داشته باشد.

۳) نمودار جریان کارا UFD

نمودار جریان کارا یا به انگلیسی Utility Flow Diagram که به صورت مخفف UFD نوشته می‌شود یکی دیگر از نمودارهایی است که از نمودار جریان ترسیم می‌شود. نمودار جریان کارا شامل تمام شیر آلات، لوله‌ها، ابزار دقیق و سایر امکانات پایپینگ می‌باشند و این نمودار سیستم لوله کشی تجهیزات Utility، را مشخص می‌کند. تجهیزات Utility، تجهیزاتی هستند که فعالیت درست یک سیستم پایپینگ را سهولت می‌بخشند این تجهیزات به صورت جانبی برای یک سیستم پایپینگ باید در نظر گرفته شوند. برای مثال، تخلیه آب جمع شده از باران جزء اجرای یک سیستم پایپینگ نیست اما در نظر گرفتن آن ضروری می‌باشد، لذا به آنها تجهیزات Utility گفته می‌شود و نقشه آنها در نمودار UFD ترسیم می‌شود.
سایر تجهیزات کارا یا Utility می‌توان به زهکشی فاضلاب، سیستم خنک‌کننده، سیستم فِلر (Flare System)، جمع‌آوری میعانات (Condensate) اشاره کرد.

خلاصه انواع نمودار‌های پایپینگ P&ID، PFD و UFD

اگر بخواهیم هر کدام از نمودار‌های P&ID، PFD و UFD را به صورت خلاصه در چند کلمه بیان کنیم می‌توانیم توضیحات زیر را ارائه دهیم.

نمودار PFD مشخص می‌کند که یک مجموعه تأسیسات پایپینگ، چه کار انجام می‌دهد.
نمودار P&ID مشخص می‌کند که یک مجموعه تأسیسات پایپینگ، چگونه وظیفه مورد انتظار را انجام می‌دهد.
نمودار UFD مجموعه تجهیزاتی که برای افزایش کارایی در یک مجموعه تأسیسات پایپینگ استفاده شده‌اند را نشان می‌دهد.

ابزار‌ دقیق در نمودار جریان Flow Diagram Instruments

برای اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد یک تأسیسات، کنترل ابزار دقیق یک ضرورت اجتناب ناپذیر است. ابزار‌های کنترلی با سنجش تغییرات در جریان مواد کار می‌کنند و این تغییرات اندازه‌گیری شده شامل موارد زیر هستند.
جریان (Flow)
سطح (Level)
فشار (Pressure)
درجه حرارت (Temperature)
برای سنجش تغییرات موارد نام برده شده تجهیزات زیر می‌توانند به صورت تکی یا گروهی استفاده شوند تا بر فعالیت سیستم نظارت کنند.
کنترلر (Controller)
شاخص (Indicator)
گیج (Gauge)
زنگ هشدار (Alarm)
ضبط‌کننده (Recorder)

انواع ابزار دقیق‌ها Instrument Types

۱) کنترلر یا به انگلیسی Controller، تجهیزی است که برای نگهداری یک مقدار مشخص از سطح مایع، دما، فشار یا جریان داخل مخزن یا لوله پایپینگ استفاده می‌شوند. کنترلر‌ها می‌توانند یک شیر کنترل را فعال کنند که سطح مایع، دما، فشار آن را تنظیم کند.
۲) نشانگر‌ها یا به انگلیسی Indicators، دستگاه‌هایی که برای نشان دادن سطح مایع، دما، فشار یا سرعت جریان در یک سیستم پایپینگ استفاده می‌شوند.
۳) گیج یا به انگلیسی Gauges، ابزار‌هایی هستند که سطح مایع داخل مخزن یا دما یا فشار داخل سیستم پایپینگ را نشان می‌دهد. گیج را می‌توان را می‌توان به صورت در محل نصب کرد تا اپراتور‌ها بتوانند بازرسی چشمی را به صورت دوره‌ایی انجام دهند.
۴) زنگ هشدار یا به انگلیسی Alarm، ابزار‌هایی که سیگنال را از طریق چراغ بوق یا آژیر‌هایی ارسال می‌کنند، که نشان می‌دهند سطح مایع، دما یا فشار داخل ظرف خیلی زیاد یا خیلی کم است. همچنین آن‌ها می‌توانند نشان دهند که جریان وجود ندارد یا جریان معکوس دارد اتفاق می‌افتد.
۵) ضبط‌کننده یا به انگلیسی Recorders، دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده برای ضبط اطلاعات سطح مایع، دما، فشار و سرعت جریان داخل یک سیستم لوله کشی یا مخزن در یک بازه زمانی معین، می‌باشد. گاهی نیاز است که علاوه بر ضبط اطلاعات، کنترل سطح مایع نیز انجام شود که به این نوع تجهیز LRC که مخفف Level Recording Controller است گفته می‌شود و در مخازن از آن استفاده می‌شود.

نقشه خوانی نمودار‌ پایپینگ P&ID

یکی از قابلیت‌های مهندس پایپینگ، توانایی خواندن نمودار‌ پایپینگ P&ID است. از آنجایی که نمودار‌ P&ID پیچیده‌تر از نمودار PFD است؛ یادگیری نقشه خوانی نمودار‌ P&ID توانایی درک نمودار PFD را نیز فراهم می کند. برای یادگیری نقشه خوانی نمودار‌ P&ID باید با قسمت‌های آن آشنا شد، که در ادامه بخش به بخش آن را با هم مرور می‌کنیم.       

نام‌گذاری تجهیزات در نمودار‌ پایپینگ P&ID

هر تجهیز در نمودار‌ P&ID، یک شماره منحصر به فرد دارند که با آن شماره قابل شناسایی هستند. این شماره که ترکیبی از عدد و حرف است به صورت زیر خوانده می‌شوند.

حرف اول نام‌گذاری یک تجهیز، نشان دهنده‌ی مشخصه‌ایی است که آن تجهیز می‌تواند کنترل کند. که می‌تواند جریان، دما، سطح یا فشار باشد که هر کدام با اول حرف انگلیسی آن مشخص می‌شود. برخی از مهمترین آن‌ها در زیر نوشته شده است اما برای دریافت سایر آن‌ها کاتالوگ پائین صفحه را دانلود کنید.
F اول حرف Flow مربوط به کنترل جریان
T اول حرف Temperature مربوط به کنترل دما
L اول حرف Level مربوط به کنترل سطح جریان
P اول حرف Pressure مربوط به کنترل فشار
حرف دوم نام‌گذاری یک تجهیز، نشان دهنده‌ی نوع وسیله‌ایی است که آن وظیفه محول شده را انجام می‌دهد. برخی از مهمترین آن‌ها در زیر نوشته شده است اما برای دریافت سایر آن‌ها کاتالوگ پائین صفحه را دانلود کنید.
V اول حرف Valve یعنی شیر
T اول حرف Transmit یعنی منتقل‌کننده

حرف سوم (چهارم یا پنجم) نام‌گذاری یک تجهیز، برای شفاف‌تر شدن و دقیق‌تر توضیح دادن عملکرد تجهیز مربوطه استفاده می‌شود.
به عنوان مثال، “PC” نشان دهنده‌ی Pressure Controller به معنای کنترل‌کننده فشار است، در حالی که “PIC” نشان دهنده‌ی Pressure Indicator Controller به معنای یک کنترل‌کننده‌ی نشانگر فشار است.

شماره انتهای نام‌گذاری یک تجهیز، مربوط به شماره‌ی آن تجهیز در یک مجموعه پایپینگ می‌شود. عدد بکار رفته به شناسایی یک جزء خاص در نمودار سیستم پایپینگ کمک می‌کند. هنگامی که چندین دستگاه مشابه در یک سیستم پایپینگ بکار رفته باشد، عدد انتهای نام‌گذاری یک تجهیز، مشخص می‌کند که منظور کدام تجهیز بکار رفته است.

موقعیت تجهیز در نمودار‌ پایپینگ P&ID

همانطور که در بخش نام‌گذاری تجهیزات در نمودار‌ P&ID دیده شده است، در نمودار‌ P&ID، تجهیزات مربوطه در داخل یک دایره قرار می‌گیرد. در این قسمت می‌خواهیم بررسی کنیم که محل نصب تجهیز چگونه علائم را در نمودار‌ P&ID تحت تاثیر قرار می‌دهد.

لازم به ذکر است که نمودار‌ پایپینگ P&ID و PFD به لحاظ مقیاس بندی و موقعیت تجهیزات نمایش داده دقیق نیستند. 

۱) بدون خط (No Line) به این معنی است که تجهیز مربوطه در نزدیکی‌های سایت پایپینگ نصب شده است. همچنین بر روی تجهیز مربوطه پانل، کابینت یا کنسول نصب نشده است و در محل سایت قابل مشاهده است. در ضمن به طور معمول در دسترس اپراتور است.

۲) خط یکپارچه (A Solid Line) به این معنی است که تجهیز مربوطه در یک مکان اصلی در یک اتاق کنترل مرکزی (در دسترس اپراتور) قرار دارد.

۳) خط چین (A Dashed Line) به این معنی است که تجهیز مربوطه در یک مکان کمکی و در اتاق کنترل مرکزی قرار دارد و در دسترس اپراتور نیست.

۴) دو خط یکپارچه (A Double Solid Line) به این معنی است که تجهیز مربوطه در اتاق کنترل غیر مرکزی و محلی قرار دارد و به طور معمول اپراتور می‌تواند به آن دسترسی داشته باشد.
۵) دو خط چین (A Double Dashed Line) به این معنی است که تجهیز مربوطه در اتاق کنترل غیر مرکزی و محلی برای دسترسی آسان‌تر قرار دارد و به طور معمول اپراتور نمی‌تواند به آن دسترسی داشته باشد.

علائم اختصاری در نمودار‌ پایپینگ P&ID

در نمودار‌ پایپینگ P&ID، هر کدام از تجهیزات پیچیده با یک نماد مشخص، نمایش داده می‌شوند که این تجهیزات شامل ابزار دقیق Instrument، شیر آلات Valves، پمپ‌ها Pumps، مخازن Vessels، فیلتر‌ها Filters، کمپرسور‌ها Compressors، مبدل‌های حرارتی Heat Exchanges،  خشک‌کننده‌ها Dryers و … می‌باشد. این تصاویر از edrawsoft گرفته شده است و اندازه کامل آن‌ها را می توانید از پائین صفحه دانلود کنید.