Технологическая схема и схема КИПиА, Схема трубопроводов и КИПиА, Схема трубной обвязки и КИПиА (Piping & Instrumentation Diagrams) символы и обозначения оборудования на технологических схемах.

Технологическая схема и схема КИПиА, Схема трубопроводов и КИПиА, Схема трубной обвязки и КИПиА (Piping & Instrumentation Diagrams) символы и обозначения оборудования на технологических схемах.

В РФ виды и типы технологических схем определяются Единой системой конструкторской документации (ЕСКД). «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» Там их десятки комбинаций. Англосаксы и прочие немцы широко пользуются т.н. Piping and instrumentation diagram (P&ID) - "Схема трубопроводов, трубопроводной арматуры, насосов и КИПиА" - которую определяют как графическую иллюстрацию некоторого технологического процесса, включающую в себя трубы и их соединения, сосуды и аппараты, регулирующую и запорную арматуру, устройства КИПиА и прочее оборудование технологической системы (процесса). P&ID это схематический чертеж, который показывает принципиальное устройство системы управления технологическим процессом - т.е абсолютно критически важные данные для проектирования, строительства, монтажа и ремонта технологической системы..

Этапы где используется P&ID (Схема трубопроводов, трубопроводной арматуры, насосов и КИПиА):

• Проектирование и компоновка технологического процесса (системы)
• Спецификация оборудования
• Разработка алгоритмов и схем управления
• Анализ эксплуатационных опасностей и работоспособности технологического оборудования (HAZOP – hazard and operability study)
• Монтаж и/или демонтаж системы
• Схемы и регламенты запуска и остановки системы, а также производственные регламнты и процедуры
• Обучение и переобучение операторов технологического процесса (системы)
• Обслуживание и модификации системы (процесса)

Также эти схемы (P&ID) широко используются как основа графического интерфейса в компьютерных системах управления технологическими процессами HMI (human-machine interface = HMI-интерфейс = человеко-машинный интерфейс).

Символы оборудования в диаграммах и схемах P&ID

Существуют стандартные и вполне общепринятые знаки и символы для обозначения оборудования на этих схемах. Важно понимать, что у этих символов нет "правильного" масштаба и/или каких-то требований к размерам. Они используются только лишь для того, чтобы указывать тот или иной компонент схемы. Для более точного указания на тип представляемого оборудования вместе с этими символами используются подписи, буквы и цифры. Кроме того, такая диаграмма не отражает фактического месторасположения элементов схемы и/или близость одних элементов к другим. Идея использования этих схем - только лишь подробно проиллюстрировать технологический процесс.

Символы клапанов, кранов, задвижек, вентилей и другой трубопроводной арматуры для P&ID

Образующий символ для проходного = двухходового = 2-way клапана - это два треугольника, соприкасающиеся вершинами (см. рисунок ниже). Трубопроводы изображаются в виде прямых линий, соединенных с обеими сторонами символа клапана. Различные типы линий обозначают различные типы труб, шлангов, подводок и т.п. На примере ниже - сплошные линии - обозначают твердые (негибкие) трубопроводы. Обычно, для унификации, трубы на схемах изображают только горизонтальными и вертикальными линиями. Направление потока указывается в месте где труба переходит в другой символ и на каждом повороте трубопровода (как помним, повороты - это 90°

Тип трубопроводной арматуры по конструкции.

Тип крана, клапана, задвижки, вентиля затвора и т.д. указывается значком в центре образующего символа. Ниже - символы и знаки для наиболее распространённых типов трубопроводной арматуре, а именно: шаровой кран, затвор поворотный, пробковый, седельчатый, мембранный клапаны, задвижки, затворы, вентили...

Ниже, во-первых, значок (символ) любой проходной = двухходовой = 2-way трубопроводной регулирующей, запорной или дросселирующей арматуры. Для многоходовых (таких, как трехходовые и четырехходовые) кранов, клапанов и т.п.... используется аналогичный символ, в котором используется по треугольнику на каждый порт арматуры.

Знаки для трехходовых (3-way) и четырехходовых (4-way) шаровых кранов могут содержать дополнительные детали, которые уточняют тип прохода шара - либо сверловка “T” либо сверловка “L”. Кроме того с помощью стрелок может быть указано направление потока "по умолчанию", т.е. в случае обрыва или отключения питания привода.

Существет огромное множество различных типов трубопроводной арматуры, некоторые символы с пояснениями - ниже:

Тип привода.

Тип привода указывается с помощью линии, выходящей из центра крана (клапана...) с небольшим символом, часто содержащим еще буквы. Ниже - несколько примеров символов шаровых кранов с различными типами приводов:

Позиция клапана по умолчанию = позиция клапана с приводом при обрыве питания = Fail-Safe Position

Если у привода есть некая позиция по умолчанию, то ее обозначают стрелочкой. Либо, если при обрыве питания клапан закрывается - то это позиция обозначается "FC" = fail closed или "NC" = normally closed или "НЗ"=Нормально Закрыт, противоположная "FO" = fail opened или "NO" = normally opened или "НО"=Нормально открыт.

Типы присоединений трубопроводной арматуры к трубопроводу

В общем, присоединение к трубопроводу всега обозначается линиями, выходящими из символа крана. Тип присоединения к трубопроводу может быть при необходимости дополнительно определен различными другими способами. Фланцевое присоединение обозначается (рисунок ниже) перпендикулярными трубе отрезками на конце трубопровода, которые парралельны концам крана с небольшим промежутком между краном и этими отрезами. Это говорит в первую очередь о том, что кран можно удалить не разрезая трубопровод. Полунеразборное резьбовое соединение указывается небольшими полыми внутри кружочками. Неразборное сварное присоединение указывается малыми квадратами. Если это сварка враструб (Socket Weld) то квадрат изображается полым (пустым внутри).

Стандартизация

Международное общество автоматизации (ISA: www.isa.org) определяет самые распространенные стандарты для технологических схем и схем КИПиА (P&IDs). Основной стандарт это  ANSI / ISA-5.1 "Instrumentation Symbols and Identification" и его можно приобрести тут ISA website, хотя и бесплатных вариантов в сети полно.

Невзирая на то, что казалось бы стандарт строго определяет используемые символы, на практике Вы постоянно будете встречать массу "народного творчества". Вы также обнаружите очевидные несоответствия в обозначении некоторых типов трубопроводной арматуры в различных библиотеках, компаниях, а также в зависимости отрасли промышленности. По факту это не особо критично, поскольку все элементы схемы также описываются текстом, технологическим номером (место в схеме), собственным наименованием (уникальное наименование), а также присутствуют в спецификации материалов и оборудования, которая обязательно прилагается к схеме. Если Вы подходите достаточно ответственно к своей схеме Ваша P&ID схема будет полезна и понятна всем, кто с ней работает.

Трубопроводы, трубы, рукава, шланги (технологические трубопроводы):

Технологические трубопроводы (process lines) это общее обозначение для всего, в чем течет рабочая среда. Различные типы трубопроводов указываются различными символами. На законченной технологической схеме (P&ID) каждый трубопровод будет подписан собственным технологическим номером. Например - 150-67P00-2299-115101-N. Этот номер указывается либо параллельно линии на схеме, либо на выноске, которая упирается в линию схемы. Номер обычно включает в себя информацию о размере, требованиях к качеству, изоляции трубопровода и т.д. Различные компании используют различные структуры этих данных, но в целом все они содержат одну и ту же информацию. Линии, обозначающие технологические трубопроводы, исполняются толще, чем линии, которые обозначают сигналы управления (пневматические, электрические, цифровые...)

Различные символы технологических трубопроводов:

Существует два основных способа указать на схеме тот факт, что трубопроводы пересекаются, но не соединяются. Следует либо использовать небольшую "горку", чтобы показать один трубопровод, проходящий над другим, либо прервать одну из линий, как указано ниже. Это не является схемой реального физического расположения труб, они вообще могут не пересекаться в реальной системе, это исключительно способ указывать трубопроводы раздельными, если они встретились на схеме.

Обозначение сигналов управления:

Для указания сигналов управления, которые отвечают за обмен данными между различными элементами технологической системы, также используются собственные символы.

Различные символы сигналов управления:

Сосуды, емкости и баки = Vessels

Насосы, вентиляторы, компрессоры = Pumps, Fans, & Compressors

Этот список можно продолжать и продолжать... Существуют сотни символов, которые соответствуют всем возможным компонентам технологического процесса. Теплообменники, кулеры, котлы, бойлеры, фильтры и т.д. и т.п.

КИПиА = контрольно-измерительные приборы и автоматика (датчики, расходомеры, измерители, детекторы, сигнализирующие реле, преобразователи и т.д.)

КИПиА (по буржуински - instrumentation) котнтрольно-измерительные приборы и автоматика - это совокупность устройств измерения, контроля, регистрации и управления. Для символов КИПиА принят несколько другой подход - эти устройства обозначают так называемым "пузырем" - квадратом, кругом или там гексагоном, октагоном....

	Квадратный символ соответствует многоканальному (многопользовательскому) экрану. Такой экран показывает информацию из нескольких источников или управляет несколькими устройствами. Внутри квадрата может быть либо круг, либо ромб ("diamond") Круг указывает на тот факт, что это устройство по умолчанию в основной системе управления (Basic Process Control System)
	Ромб указывает та но, что это либо запасное (дублирующее) устройство системы управления, либо устрйоство автоматизированной системы безопасности (Safety Instrumented System)
	Гексагон указывает на то, что это компьютерная система или цифровой контроллер
	Круг соответствует устройству с дискретным сигналом (реле).
	Такой тип выносного символа используется для описания функционирования полевого оборудования, такого как клапаны. Буквы и цифры из символа описываются в легенде отдельно.

Существуют дополнительные простые символы (различные горизонтальные линии), которые определяют где находится устройство и показывают насколько данные с этого устройства доступны оператору:

	Линии нет - устройство находится в поле, дисплей или шкалу можно прочитать торлько там.
	Сплошная линия - устройство находится на основной панели управления или основном дисплее и все данные доступны оператору.
	Пунктирная линии - показания и управление устройством находится вне доступа оператора.
	Двойная сплошная - дисплей или шакала находятся на запасном и или местном пульте управления, и все данные обычно (но не всегда) доступны оператору
	Двойная пунктирная - дисплей или шакала находятся на запасном и или местном пульте управления, и все данные обычно НЕ доступны оператору

Цифры и буквы внутри символов.

Внутри символов в качестве дополнительных обозначений-уточнений используются и буквы и цифры для указания измеряемого или регистрируемого параметра (расход, давление, температура, уровень), а также описания выполняемой функции. Типичные функции устройства в системе таковы - отображение параметров, запись, передача данных, управление. Ниже - несколько примеров и список наиболее используемых символов в технологических планах и схемах:

Каждый элемент схемы маркируется символам (от 2х=до 5-ти):

• 1-я буква определяет измеряемую величину: F = расход (flow rate), P = давление (pressure), T = температура, L = уровень (level)
• 2-я буква это уточнение: D = дифференциальная величина (differential), R= относительная величина (ratio). пропускаем, если не нужно это уточнение
• 3-я буква указывает назначение устройства: A = авариный сигнал (alarm), R = (запись) record,  I = индикатор, G =датчик (gauge)
• 4-я буква - функционал: C = контроллер, T = передатчик (transmit), S = выключатель, переключатель (switch), V = трубопроводная арматура (valve)
• 5-я буква - уточнение функции: H = верхнее, высокое, превышение (high), L = нижнее, низкое, снижение (low), O = открыто (open), C = закрыто (closed). пропускаем, если не нужно это уточнение

более полный список на Википедии (на англицкой мове, но в целом доступно)...

Это обозначение дополняется номером контура управления технологической схемы. Для примера - FIC045 обозначает Расхода Показывающий Контроллер (расходомер с выходным сигналом) = Flow Indicating Controller в контуре 045. Этот номер частенько называют "тэгом" ("tag” identifier) устройства - номер указывающий на местоположение и назначение устройства. Ниже - несколько примеров полных символов для некоторых устройств в том-же контуре системы:

Таблица - Обозначения, используемые в технологических схемах (P&IDs) согласно ISA standard ISA-S5-1

Вкратце, это все + существует огромное количество компьютерных программ для создания P&ID, ищите и пробуйте.