Was ist ein Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema (P&ID Fließschema)?
Ein Rohrleitungs- und Instrumentenschema, auch als P&ID (Piping & Instrumentation Diagram) bekannt, stellt Rohrleitungen sowie weitere essentielle Komponenten eines Prozessleitsystems dar. Solche Schemata finden überwiegend im Ingenieurwesen Anwendung.
Funktion und Zweck von R&I-Fließschemata
P&ID Fließschema erfüllen eine wichtige Funktion bei der Wartung und Modifizierung der Prozesse, die sie visuell darstellen. Während der Designphase stellen solche Diagramme die Grundlage für die Entwicklung sicherheitstechnischer Kontrollsysteme für technische Anlagen dar – wie etwa für das HAZOP Verfahren (Hazard and Operability Study).
In Aufbereitungsanlagen dienen solche Schemata zur grafischen Darstellung von:
- Rohrleitungs- und Instrumentendetails
- Kontroll- und Abschaltverfahren
- Sicherheits- und regulatorischen Anforderungen
- Grundlegenden Informationen zur Inbetriebnahme und Bedienung.
Wann und von wem werden R&I-Fließschemata eingesetzt?
P&ID Fließschemata stellen die funktionalen Zusammenhänge zwischen Rohrleitungen, Instrumenten und weiteren Systemkomponenten dar, die in den Bereichen der Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik oder Automatisierung eingesetzt werden. Solche Schemata werden in der Regel von Ingenieurinnen und Ingenieuren erstellt, die einen Herstellungsprozess für Betriebsanlagen entwickeln.
In solchen Anlagen finden in der Regel komplexe chemische oder mechanische Prozesse statt, die mithilfe von R&I-Fließschemata visuell dargestellt werden, um auf dieser Basis Anlagen zu entwickeln und auf Dauer die Sicherheit dieser Anlagen zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang dienen R&I-Fließschemata auch als Referenzpunkt für Prozesssicherheits-Informationen (Process Safety Information, PSI) im Rahmen des von der US Occupational Safety and Health Administration verordneten Prozesssicherheitsmanagements (Process Safety Management, PSM). Wenn ein Fehler auftritt, kann das R&I-Fließschema als erster Anhaltspunkt dienen. Das Schema spielt darüber hinaus eine entscheidende Rolle bei der Optimierung bestehender Prozesse, dem Auswechseln von Komponenten oder als Grundlage des Designs und der Umsetzung neuer Anlagen. Durch die Darstellung des Ablaufprozesses können anhand des R&I-Fließschemas darüber hinaus Änderungen sicher und effektiv auf Basis des Prinzips des Veränderungsmanagements vorgenommen werden.
Techniker, Ingenieure und Anlagenbetreiber nutzen R&I-Fließschemata, um Anlagenprozesse und die Zusammenhänge zwischen einzelnen Instrumenten besser zu verstehen. Insofern können sie auch bei der Schulung von Mitarbeitern oder Auftragnehmern nützlich sein.
Welche Funktion erfüllen R&I-Fließschemata (nicht)?
R&I-Fließschemata spielen im Bereich der Verfahrenstechnik insofern eine entscheidende Rolle, als sie die Zusammenhänge von Anlagenkomponenten zeigen. Allerdings enthalten sie nicht unbedingt technische Spezifikationen. Technische Spezifikationen werden in der Regel in separaten Dokumenten beschrieben. Dennoch sind R&I-Fließschemata in vielerlei Hinsicht äußerst nützlich, etwa in Bezug auf folgende Punkte:
- Evaluierung von Bauprozessen
- Entwicklung von Steuerungsprogrammen
- Entwicklung von Richtlinien und Standards für den Anlagenbetrieb
- Verfassen von Dokumenten zur Erklärung von Prozessen
- Schaffen einer einheitlichen Sprache für die Diskussion des Anlagenbetriebs
- Entwicklung und Implementierung von Sicherheits- und Steuerungs- bzw. Kontrollphilosophien
- Gestalten eines Layoutkonzepts einer Chemie- oder Produktionsanlage
- Ausarbeiten von Empfehlungen bezüglich Kostenschätzungen, Anlagenprojektierung und Rohrleitungsplanung
Was ist der Unterschied zwischen einem Prozessfließbild (PFD) und einem Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema?
Wie detailliert Instrumente sind, hängt von der jeweiligen Designkomplexität ab. Vereinfachte bzw. konzeptuelle Designs werden als Prozessablaufdiagramme (PFDs) bezeichnet. Ein PFD enthält weniger Details als ein P&ID Fließschema und stellt in der Regel den ersten Schritt des Designprozesses dar. Im Prinzip erfüllt diese Art von Diagramm eine Übersichtsfunktion. P&ID Fließschemata sind eine detaillierte Darstellung der Rohrleitungen und Instrumente einer Anlage.
Welche Einschränkungen haben R&I-Fließschemata?
Da R&I-Fließschemata grafische Darstellungen von Prozessen sind, weisen sie eine Reihe inhärenter Einschränkungen auf. Zum Beispiel können sie nicht als tatsächliche Modelle verwendet werden, da sie nicht unbedingt maßstabsgetreu oder geometrisch korrekt gezeichnet sind. Darüber hinaus gibt es für R&I-Fließschemata keinen universell gültigen Standard, sodass sie von Unternehmen zu Unternehmen (oder sogar innerhalb ein und desselben Unternehmens) unterschiedlich aussehen können. In diesem Zusammenhang spielen zum Beispiel interne Standards, die verwendete Software und die Präferenzen des Erstellers eine Rolle. Aus diesem Grund ist es überaus wichtig, beim Entwerfen und Überprüfen detaillierter Begleitdokumente zu R&I-Fließschemata sorgfältig vorzugehen.
Begleitdokumente für R&I-Fließschemata: Übersicht
Da R&I-Fließschemata eine Übersichtsfunktion erfüllen, sind Begleitunterlagen erforderlich, um wichtige Details und technische Spezifikationen näher zu erklären. Zu diesen Begleitunterlagen gehören unter anderem:
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Prozessfließbilder (PFDs)
R&I-Fließschemata basieren auf PFDs. Ein PFD stellt die einzelnen Schritte eines Prozesses der Reihe nach dar. Zu den dargestellten Aspekten zählen unter anderem Funktionsabfolgen, ein- bzw. ausgehende Materialien oder Services (Inputs und Outputs), Entscheidungen, die getroffen werden müssen, beteiligte Personen, der Zeitaufwand für die einzelnen Prozesse sowie Prozessmessungen.
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Rohrleitungsspezifikation (Piping material specifications, PMS)
Enthält Details zu Baumaterialien, Dichtungen, Schrauben und Armaturen.
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Spezifikationen zu Komponenten und Instrumentierung (Equipment and instrumentation specifications, EIS)
Hier werden Standards und Details angegeben, die zu ausführlich sind, um im R&I-Fließschema selbst aufgeführt zu werden. Dazu gehören etwa Angaben zu Umfang, Standards, Codes und Spezifikationen, Definitionen und Terminologie, Baumaterialien, Designgrundlage, Mechanik/Herstellung, Garantien, Tests und Inspektion, Dokumentation und Versand.
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Spezifikationen zu funktionellen Anforderungen (Functional Requirement Specification, FRS).
Dieses Dokument beschreibt die Funktionsweise der Anlage bzw. des Systems. Es enthält Details zu funktionalen Angaben sowie zur Kommunikation und Reichweite des Prozesses.
Was gehört zu einem R&I-Fließschema?
Obwohl es keine offiziellen Standards bezüglich der Gestaltung von R&I-Fließschemata gibt, wurde seitens der Process Industry Practice (PIP), einem Konsortium von Unternehmen im Bereich der Verfahrens-, Energie- und Maschinenbau Industrie, diesbezüglich eine Reihe von Standards vorgeschlagen. Das Dokument PIC001: Piping and Instrumentation Diagram Documentation Criteria (Kriterien für die Erstellung von Rohrleitungs- und Instrumentierungsschemata) beschreibt, was solche Schemata enthalten sollten:
- Maschinenanlagen mit Namen und Zahlen
- Benennung sämtlicher Ventile
- Prozessverrohrung, Größen und Kennzeichnungen
- Verschiedenes – Belüftungssysteme, Abflusssysteme, Spezialarmaturen, Entnahmeleitungen, Erweiterungs- und Reduzierungsstücke sowie Sicken
- Permanente Anfahr- und Spülleitungen
- Durchflussrichtung
- Zusammenhänge zwischen Komponenten
- Steuerein- und ausgänge, Verriegelung
- Seismische Kategorie
- Schnittstellen für Klassenwechsel
- Qualitätsstufe
- Melde-Inputs
- Computerkontrollsystem-Input
- Schnittstellen für Lieferanten und Auftragnehmer
- Benennung von Bestandteilen und Teilsystemen, die von Dritten bereitgestellt wurden
- Vorgesehene physische Anordnung der Komponenten
- Bewertung oder Leistung der Komponenten
Was gehört nicht zu einem R&I-Fließschema?
Sehr spezifische Details sollten vermieden und stattdessen in Begleit-/Supportdokumenten thematisiert werden. R&I-Fließschemata sollen den betreffenden Sachverhalt verständlich darstellen und nicht unnötig komplizieren. Insofern sollten folgende Aspekte nicht erwähnt werden:
- Instrumentierungs-Anschlussventile
- Steuerrelais
- Handschalter
- Hauptleitungen und -ventile der Instrumentierung
- Drucktemperatur und Durchflussdaten
- Winkelstücke, T-Stücke und sonstige Standardarmaturen
- Umfassende Erklärungen
