DISEÑO DE UN DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO Diagramas de tuberías e instrumentación pertenecen a una familia de diagramas de flujo que incluye diagramas de flujo de bloques y diagramas de flujo de procesos. Los avances tecnológicos han transformado estos recursos en los documentos inteligentes, capaces de almacenar capas de información digital. La apariencia y la forma de diagramas de tuberías e instrumentación (P & ID) han cambiado poco a lo largo del tiempo, a pesar de décadas de mejoras tecnológicas. A P & ID creado hace 60 años en el tablero de dibujo, usando plumas de tinta en hojas de lino, se describe un procedimiento de la misma manera como uno creado hoy mediante diseño asistido por ordenador moderno (CAD). P & IDs siendo referencias fundamentales para cualquier instalación de proceso. Este artículo aborda lo que hace una buena P & ID, y cómo la tecnología puede mejorar su calidad, facilidad de uso y eficacia.
DIAGRAMAS DE FLUJO Los términos de diagramas de flujo y diagrama de flujo se utilizan a menudo en el contexto de aplicaciones de ingeniería y de diseño. Aunque esta terminología no es la forma más precisa para describir P & ID, que es suficiente para describir la familia general de los diagramas basados en procesos a los que pertenecen P & ID. El diagrama de flujo de bloques (BFD) (Figura 1) es un diagrama muy simple que se puede condensar todo un proceso en tan poco como una sola hoja. Una información más detallada se puede encontrar en el diagrama de flujo del proceso (PFD), que se considera el precursor de la P & ID. Normalmente, el PFD es utilizado por diseñadores de la planta para realizar estudios de diseño iniciales de los sistemas de proceso de una planta y gran tubería. Desde PFD utilizan muchos de los mismos símbolos que P & IDs, que permiten a los espectadores a identificar más fácilmente los elementos y procesos por vista. Esto está en contraste con diagrama de bloques y la línea estándar de la BFD, que hace hincapié en las descripciones contenidas en esos bloques. P & ID proporcionar el más detalle de los tres tipos de diagramas, usando la nomenclatura y los símbolos estándar para describir completamente el proceso. Algunas agencias reguladoras exigen su uso durante el diseño y la construcción, así como en todas las operaciones en curso y la clausura. El objetivo principal de cada documento es transmitir la cantidad correcta de la información del proceso, según sea necesario, durante las diversas etapas de las fases de licitación, ingeniería, diseño, provisión, construcción, operación y desmantelamiento de ciclo de vida de una instalación.
DIAGRAMAS DE FLUJO DE BLOQUES La belleza (y la ventaja) de un BFD es su capacidad para describir el proceso completo en poco más que una sola hoja. Estos diagramas se asemejan generalmente a un organigrama, que contiene principalmente texto encerrado por cajas, líneas de conexión inter y las materias primas de procesos que transportan, y fluyen las flechas para indicar las direcciones de flujo del proceso.
Figura 1. Un diagrama de flujo de bloques puede ilustrar todo un proceso en una sola hoja. Un buen BFD normalmente contiene lo siguiente: • Grandes piezas individuales del equipo, o el equipo como parte de un proceso combinado, que se representa por un solo símbolo, típicamente un rectángulo. • Etiquetas claras que ilustran la función (ya que ningún equipo o números de paquetes aparecen en este documento) • El orden de flujo de proceso dispuestas de izquierda a derecha y, si es posible, con un sesgo de la gravedad, es decir, si se demuestra que los hidrocarburos de entr ar en un proceso de separación, a continuación, gas que abandona el proceso debe ser mostrado que sale de la parte superior del bloque y el condensado desde la parte inferior • Las líneas que unen los equipos o procesos que muestran la dirección del flujo • Siempre que sea más de una línea de hojas de un proceso, entonces el producto procesado en cada línea debe estar claramente marcado.
DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESO Diagramas de flujo de procesos (Figura 2) tienen más información que los diagramas de flujo de bloques de los que se derivan. Ellos muestran más detalles acerca de los principales equipos y subsistemas y e l flujo de productos entre ellos.
Figura 2. Diagramas de flujo de procesos ilustran los principales equipos y subsistemas y el flujo de productos entre e llos. PFD incluyen información sobre las presiones y temperaturas de alimentación y líneas de productos hacia y desde las principales piezas de equipo, tales como recipientes, tanques, intercambiadores de calor, bombas, etc También se indican los principales encabezados y puntos de presión, temperatura y control de flujo, además de los principales puntos de parada en el sistema. Para los equipos rotativos, PFD tienen información importante, como capacidad de las bombas y cabezas de presión, y la bomba y el compresor de potencia. Para los tanques, recipientes, columnas, intercambiadores, etc, las presiones y temperaturas de diseño a menudo se m uestran para mayor claridad. Un PFD típica muestra los siguientes e lementos: • Tuberías de proceso • Dirección del flujo del proceso • Equipo principal representado por símbolos simplificados • Las principales líneas de derivación y de recirc ulación • Control y válvulas de proceso crítico • Los procesos identificados por el nombre del sistema • Calificación de los sistemas operativos y los valores • Composiciones de fluidos • Las conexiones entre los sistemas.
DIAGRAMAS DE TUBERÍAS E INSTRUMENTACIÓN
A P & ID (Figura 3) lleva una gran cantidad de información que abarca las disciplinas de ingeniería para definir un proc eso. Es la mejor manera de documentar con precisión la operación de un proceso, y es realmente un documento de coordinación. También se requiere P & IDs documentos de salud y seguridad. El Departamento de Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) EE.UU. exige que P & IDs sea exacta y se mantiene al día a lo largo de la vida de la planta. Como resultado de ello, P & IDs el centro de atención en las discusiones de las operaciones de planta y proceso y la gestión del ciclo de vida del producto. P & IDs tomar los aspectos conceptuales de la PFD y ampliar mediante la adición: • Los símbolos que se detallan • Información detallada del equipo • Orden de equipos y desarrollo del proceso • El proceso y utilidad de tuberías (no del proceso) • Dirección del flujo del proceso • Mayores y menores líneas de derivación • Los números de línea, especificaciones de tuberías y t amaños de tubería • Las válvulas de aislamiento y de cierre • Los orificios de mantenimiento y drenajes • Las válvulas de alivio y seguridad • Instrumentación • Controles • Tipos de conexiones de los componentes del proceso • Interfaces de proveedores y co ntratistas • Interfaces de deslizamiento y de paquetes • Respiraderos hidrostáticas y drenajes • Los requisitos de diseño para las operaciones peligrosas.
Figura 3. Un diagrama de tuberías e instrumentación sirve como una referencia importante que es útil en cualquier etapa del ciclo de vida del proceso.
NORMAS Y REGLAS P & IDs se preparan de acuerdo con un conjunto de reglas establecidas para maximizar la utilidad de los documentos. Símbolos estándar que se reconocen fácilmente deben ser usados para representar los elementos de un P & ID. Cada línea, instrumento, equipo, etc (figuras 4-6), deben ser etiquetados usando las convenciones específicas de nomenclatura. Estas reglas pueden parecer extrañas y complicadas, pero, como cualquier nuevo lenguaje, una vez aprendido, se convierte en una segunda naturaleza. Para demostrar el uso y la importancia de estas normas, echemos un vistazo a tres de los elementos cuyos nombres más importantes en un típico P & ID: e quipos, líneas de proceso e instrumentación.
IDENTIFICADOR DEL EQUIPO Equipo de numeración permite la identificación inmediata de los equipos por su número único. Por ejemplo, un identificador de equipo puede consistir de una letra y cinco números - por ejemplo, X-00000. La letra designa el tipo de equipo, tales como: V = buque, E = intercambiador de calor, HE = calentador (eléctrico), P = bomba, y T = tanque. Los RST fi dos números podrían ser el código de sistema, por ejemplo: de gas 30 = proceso, 60 = gas combustible, y 33 = la deshidratación del gas. Los últimos tres números son un número de identificación secuencial, del 001 al 999. Por lo tanto, una parte del equipo identificado como V-30456 es un recipiente (V) en el servicio de procesamiento de gas (30), y se identifica de forma única con un número secuencial de 456.
Figura 4. Para que los diagramas de flujo puedan ser entendidos universalmente, configuraciones de equipos típicos tienen ambos símbolos de equipos estandarizados y medios numéricos de identificación.
DESIGNACIÓN DE LINEA Reglas de nomenclatura similares se aplican para procesar y líneas de servicios públic os (igura ), que se acompaña de un número de identificación, tales como - --- . Estos campos transmiten una gran cantidad de información de un vistazo. En este ejemplo, el primer campo es el tamaño de la línea (por ejemplo, ). Esto es seguido por dos letras que indican el proceso de los productos básicos en la línea - por ejemplo, VA = ventilación, CU = condensado, PG = gas de proceso de hidrocarburos, etc El tercer campo es un número de cinco dígitos, los dos primeros de un sistema de gas código (gas 30 = proceso, 60 = gas combustible, y 33 = la deshidratación de gas), y las tres últimas de un identificador secuencial del 001 al 999. El siguiente segmento es una secuencia alfanumérica que indica el tipo de especificación de la tubería (X0X), (por ejemplo, , A1, B1B, D1A, etc). El último segmento designa la información de aislamiento, con una letra que indica la clase (por ejemplo, P = la protección del personal, H = conservación del calor, y T = rastreo), seguido por un número que indica el espesor (por ejemplo, ) .
or lo tanto, una línea etiquetada - G--D- es un pulgadas de diámetro. tubería que transporta hidrocarburos gaseosos del proceso (PG) en el sistema de gas de proceso (30) con un número de identificación único de 123; la línea debe ser diseñado para tuberías especificación D1A con aislamiento de 1 pulgadas de espesor de protección personal.
Figura 5. Cuando las líneas de proceso y los instrumentos se cruzan, se rompen sobre la base de la jerarquía.
LÍNEAS DE INSTRUMENTOS Instrumento líneas muestran tanto el flujo de información entre los instrumentos y cómo esa señal se transmite de un instrumento a otro. Ejemplos de diferentes líneas de señales incluyen líneas de conexión-equipo-a-instrumento, eléctrico, hidráulico, neumático, capilar, etc. Estos utilizan varias líneas continuas y discontinuas o tienen modificadores particulares añaden a ellos para denotar su servicio.
Figura 6. Las líneas se rompen e n línea donde los símbolos se insertan en una línea de flujo.
Figura 7. Circuitos de instrumentos muestran instrumentos que trabajan j untos.
DESIGNACIONES DE INSTRUMENTOS Nomenclatura instrumento es muy complicado, pero una vez dominado, puede llegar a ser intuitivo. Globos de instrumentos contienen dos identificadores principales: la parte superior indica el papel del instrumento (Tabla 1), y la par te inferior es un número de identificación único, que también podría mostrar el servicio de proceso del instrumento. Al observar una combinación de estas cadenas superior e inferior, se puede determinar fácilmente el bucle de instrumento al que pertenece el instrumento. La nomenclatura instrumento que aparece en la parte superior de un globo instrumento tiene entre dos y cuatro letras que definen su función. La primera letra indica qué factor del proceso que está midiendo o indicar (por ejemplo, presión, temperatura, nivel, caudal, etc.) Estos factores de medición que indican o se denotan por una sola letra (en este caso, P, T, L y F, respectivamente). Si la siguiente letra es la última letra, por lo general indica ya sea que es función pasiva (por ejemplo, indicador), o su función de salida (por ejemplo, interruptor). Así, PI representa un indicador de presión, LC un controlador de nivel, y TS un interruptor de temperatura. Sin embargo, la segunda letra no siempre es la última letra, y aquí es donde las cosas se ponen difíciles. La segunda letra puede ser un modificador de la primera letra. Por ejemplo, Ti es un indicador de temperatura. Para demostrar que el indicador estaba midiendo las diferencias de temperatura en lugar de la temperatura real, D se añade como un modificador para producir TDI. Modificadores siempre se colocan antes de la función pasiva o de salida, por lo TID serían incorrectos. Es posible tener ambas funciones pasivas y de salida en el mismo instrumento. Por ejemplo, PDIC representa un diferencial de presión que indica controlador. Las letras después de la última función pasiva o salida pueden etiquetar el rango de un instrumento. LSH denota un interruptor de nivel alto, mientras que LSHH (interruptor de nivel alto alto) puntos a un interruptor de nivel de trabajo con un nivel de líquido superior a LSH. A veces, el texto puede ser colocado fuera del globo instrumento para indicar el rango de funcionamiento de un instrumento.
En el ejemplo de circuito de un instrumento en la figura 7, PICA (indicador de presión de alarma del
controlador) opera tanto en el rango de alta y baja, indicado por el H y L colocado justo fuera del globo instrumento.
CIRCUITOS DE INSTRUMENTOS Dado que los instrumentos trabajan en su mayoría en combinación con otros instrumentos, y sirven como una parte vital de control y seguimiento de una instalación, es importante identificar a qué grupo pertenece cada control de procesos. Estos grupos son conocidos como circuitos de instrumentos. Al observar la combinación de las cuerdas superior e inferior en la designación del instrumento, se puede determinar el circuito de instrumento al que el instrumento perte nece. Circuitos de instrumentos (Figura 7) también se transportan en el P & ID. El número de circuito instrumento identifica los elementos que trabajan juntos o se van a utilizar en combinación. En cuanto a los ejemplos anteriores, es tentador suponer que 30.302 es el número de lazo para ambos PIC-30302 y LSHH-30302; esto sería un error. Ambos comparten el código del sistema mismo proceso (30) y tienen el mismo número de secuencia (302), sino porque su medición y los servicios que indican son diferentes, no puede ser considerado para estar en el mismo lazo - PIC-30302 es parte de un lazo de presión 30302, mientras que LSHH-30302 es parte de un lazo de nivel 30302. Por lo tanto, sería más exacto para identificarlos como lazo P-30302 y lazo L-30302, respectivamente.
SÍMBOLOS ESTÁNDAR Es importante la utilización de los símbolos que identifican claramente las líneas de equipos y elementos de línea que aparecen en P & ID. Aunque no hay dos empresas utilizan exactamente los mismos símbolos, generalmente se reconocen fácilmente. Símbolos P & ID, incluso los que se utilizan en sistemas CAD, se derivan de las plantillas de símbolos desarrollados para un 0.125-. red y se utiliza en la mesa de dibujo. Estos símbolos, símbolos de línea especialmente dibujadas con frecuencia como válvulas (Figura 8), suelen ser aditivo. Por ejemplo, una válvula de compuerta está representada por dos triángulos con vértices que se están tocando, una válvula de bola por un símbolo de la válvula de compuerta con un círculo abierto en el centro de la válvula, una válvula de globo por una válvula de compuerta con un círculo bloqueado-en en su centro, y así sucesivamente.
Los modificadores se utilizan ampliamente en P & IDs para crear varios símbolos sin "volver a inventar la rueda". Esto hace que la adición de unas pocas líneas o un círculo a un símbolo estándar de una de las maneras más fáciles de diferenciar entre dos objetos en un P & ID. Ejemplos de modificadores de equipo son la adición de filtros, álabes fijos o eliminadores de niebla a los vasos, y la adición de tubos de intercambiadores. Símbolos del instrumento (Figura 9) hacer el mejor (y más extenso) el uso de los modificadores. Cuando se utiliza en conjunto con los modificadores de nomenclatura, globos de instrumentos indican no sólo la función de un instrumento, sino también de su tipo y ubicación, (por ejemplo, panel local, local, detrás de un panel local, el panel de control, etc) y el tipo de indicación (por ejemplo, , la lámpara del panel de la lámpara o el control local, etc.)
DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR Puesto que P & ID consisten principalmente de líneas, arcos y símbolos estándar, sistemas CAD son ideales para la producción de ellos. Producido-CAD P & IDs son mucho más legible que sus contrapartes a mano, con la ventaja añadida de ser más fácil de actualizar y mantener. Otra ventaja de utilizar herramientas CAD para producir P & ID es la capacidad de automatizar gran parte de la funcionalidad de redacción. Esta funcionalidad incluye la capacidad de forma automática: las líneas de proceso descanso cuando se cruzan; eliminar una sección de una línea de proceso cuando se inserta una válvula, o cerrar una línea cuando se retira una válvula; comprobar que una válvula es del mismo tamaño que la línea en la que se está insertando; realizar cambios globales, como el cambio del tamaño de una línea (con un mensaje que pregunta si esos cambios se deben aplicar a todos los componentes en línea); y el c ambio de los tipos de línea sin volver a dibujar.
Inteligente P & ID. Hay muchas definiciones de P & IDs inteligentes (Figura 10), que van desde la entrega de algunas de las mejoras de redacción antes mencionados, a P & IDs vinculados a los modelos en 3-D. Aquí vamos a definir un P & ID inteligente como uno cuyos componentes transportar información adicional que no se puede ver mirando el dibujo impreso. Por ejemplo, mirando a una válvula en un P & ID puede revelar su tamaño, etiqueta, y las especificaciones (y su tipo, debido al símbolo que se utiliza), pero en una P inteligente & ID, la válvula también puede tener información adicional de antecedentes que se le atribuye, como como nombre del proveedor, número de pieza, el material de construcción, el tamaño del puerto, los mejores trabajos, etc del mismo modo, las presiones y temperaturas y presiones de diseño y temperaturas podría añadirse a las líneas que representan las tuberías de proceso. Esta adición de información adicional para cada componente hace que el P & ID aún más valioso. Inteligente P & ID permite a los usuarios almacenar y extraer una gran cantidad de información que podría ser útil a lo largo de la vida del proyecto, tales como listas de línea, listas de mate riales, los recuentos de válvulas y equipos y las listas de instrumentos.
Especificación impulsada P & ID. Uno de los beneficios de la utilización de CAD para diseño de la planta 3-D es la capacidad de realizar diseños de especificación de motor. Una vez que el diseñador establece el tamaño y la especificación de tuberías para una línea, para asegurar la precisión, el sistema CAD comprueba la especificación de tuberías cada vez que un componente está seleccionado para la colocación en una línea. Esto garantiza que alguien no coloca una camiseta soldada de acero al carbono en una línea de acero inoxidable o utilice un talón no reforzado en relación sucursal donde se especifica una camiseta reducir soldada.
Aunque hay muchas cosas que no necesitan ser indicado en un P & ID, todavía hay ventajas a tener P & IDs que, como un modelo en 3D, están basados en especificaciones. Con especificación impulsada P & IDs, los usuarios pueden establecer tamaños de tuberías y especificaciones, y coloque los artículos en las líneas de proceso con el conocimiento de que estos elementos insertados son correctas. Con esta capacidad, ellos saben que están recibiendo los mismos beneficios que sus colegas aguas abajo y la entrega de listas e informes más precisos mucho antes e n el proceso de ingeniería y diseño. Una de las ventajas más significativas de una especificación impulsada por P & ID que utiliza los mismos datos como un modelo en 3D es que los diseñadores 3D pueden verificar sus diseños en contra del P & ID. Esto permite que las verificaciones en línea para llevar a cabo mucho más rápidamente. Otro de los beneficios de la especificación impulsada P & ID es que, en algunos sistemas, el diseñador 3-D puede tener tanto el P & ID y el modelo que aparece en la pantalla del ordenador a la vez, y puede arrastrar y soltar una válvula u otro elemento en línea del P & ID directamente en el modelo. Hacer esto asegura que el diseñador tiene la información más reciente, y que el sistema comprueba si el elemento está en el modelo. La capacidad para hacer estas comprobaciones de integridad en cualquier momento durante el proceso de diseño, realizado por aquellos crear el diseño, es un gran paso hacia aprovechando el poder de P & ID y toda la información asociada con ellos.
En el cierre P & IDs siempre han sido herramientas muy valiosas y útiles, sin embargo, ha adoptado la tecnología moderna para liberar su verdadero potencial. P & IDs ya no se limitan a la celebración de la información que los operadores de CAD sólo expertos pueden acceder. Tome una mirada fresca a sus sistemas de P & ID, y es posible que fi nd que, por tan sólo un poco más de esfuerzo, pueden ser utilizados para su pleno potencial en e l proceso de diseño.
