معرفی نرم‌افزار PFD و P&ID: نقشه راه فرآیندها در واحدهای صنعتی

در تمامی پروژه‌های مهندسی، به‌ویژه در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و فرآیندی، مدارکی وجود دارند که به‌عنوان اسناد اصلی و مرجع پروژه شناخته می‌شوند و اطلاعات حیاتی در مورد طراحی، اجرا، بهره‌برداری، تعمیر و نگهداری و ایمنی واحد صنعتی را در بر می‌گیرند. مهندسان در رشته‌های مختلف، از جمله مهندسی شیمی، مکانیک، ابزار دقیق، متالورژی و عمران، برای انجام وظایف خود نیازمند آشنایی کامل با این مدارک می‌باشند. از جمله‌ی مهم‌ترین این اسناد، می‌توان به نقشه‌های PFD و P&ID اشاره کرد. این نقشه‌ها نه تنها در طول عمر پروژه، بلکه حتی پس از بهره‌برداری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند و به‌روزرسانی می‌شوند.

نقشه‌های PFD و P&ID دو رکن اساسی در مستندسازی فرآیندهای صنعتی به شمار می‌روند. نقشه‌ی دیاگرام جریان فرآیند (PFD یا Process Flow Diagram)، یک نمای کلی و سطح بالا از فرآیند را ارائه می‌دهد. PFD جریان اصلی مواد، تجهیزات اصلی مانند مخازن، برج‌ها، مبدل‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورها و مسیرهای اصلی فرآیند را به تصویر می‌کشد. این نقشه معمولاً شامل شماره و نام تجهیزات، جریان‌های اصلی فرآیند، شرایط عملیاتی از قبیل دما، فشار و دبی، کنترل‌های اصلی فرآیند و در صورت لزوم، ترکیب مواد است. PFD به عنوان یک ابزار ارتباطی اولیه بین مهندسان فرآیند، بهره‌برداران و سایر ذینفعان پروژه عمل می‌کند و به درک کلی فرآیند و شناسایی مراحل کلیدی آن کمک شایانی می‌نماید. در مقابل، نقشه‌ی دیاگرام لوله‌کشی و ابزار دقیق (P&ID یا Piping and Instrumentation Diagram)، نمای بسیار دقیق‌تری از فرآیند را نسبت به PFD ارائه می‌دهد. P&ID علاوه بر اطلاعات موجود در PFD، شامل جزئیات کامل لوله‌کشی (شامل سایز، جنس، کلاس و شماره‌ی خطوط)، تمامی شیرآلات (با ذکر نوع و سایز)، ابزارهای دقیق (شامل سنسورها، ترانسمیترها، کنترلرها و نشانگرها)، سیستم‌های کنترلی و ایمنی، اتصالات و تجهیزات جانبی می‌شود. در واقع، P&ID یک نقشه‌ی جامع و کامل از واحد فرآیندی است که تمامی جزئیات لازم برای ساخت، نصب، راه‌اندازی، بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری واحد را در بر می‌گیرد.

P&ID چیست؟

دیاگرام لوله‌کشی و ابزار دقیق (Piping and Instrumentation Diagram) یا به اختصار P&ID، یک نقشه‌ی جامع و دقیق از طرح فرآیندی است که شامل تجهیزات، لوله‌کشی‌ها، ابزارهای دقیق و سیستم‌های کنترلی می‌شود. این دیاگرام، جریان کلی فرآیند و لوله‌کشی را به همراه جزئیات مرتبط با آن‌ها نمایش می‌دهد. P&ID در واقع، یک تصویر کامل از فرآیند را ارائه می‌دهد که نحوه‌ی تعامل اجزای مختلف سیستم با یکدیگر را نشان می‌دهد.

P&ID شامل چه مواردی است؟

استاندارد جامع و کاملاً یکسانی برای ساختار P&IDها وجود ندارد، اما صاحبان صنایع فرآیندی و مهندسان پیمانکار، مجموعه‌ای از بایدها و نبایدها را در مورد این مدرک تدوین کرده‌اند که در PIC001 (معیارهای دیاگرام لوله‌کشی و ابزار دقیق) گردآوری شده است. برخی از موارد اساسی که یک P&ID باید شامل شود، عبارتند از:

• تجهیزات مکانیکی: با نام‌گذاری و شماره‌گذاری منحصربه‌فرد.
• تمامی شیرآلات (Valves): با ذکر نوع و سایز آن‌ها.
• لوله‌کشی‌های فرآیندی (Piping): با ذکر اندازه، جنس و کلاس لوله‌ها.
• اتصالات و تجهیزات جانبی: شامل دریچه‌ها (Vents)، تخلیه‌ها (Drains)، اتصالات خاص، کاهنده‌ها (Reducers) و افزاینده‌ها (Increasers).
• ارتباطات داخلی و ورودی‌های کنترلی: نشان‌دهنده‌ی نحوه‌ی ارتباط بخش‌های مختلف سیستم با یکدیگر.
• ورودی‌های سیستم کنترلی کامپیوتر: نشان‌دهنده‌ی نقاط اتصال سیستم کنترلی به فرآیند.
• روابط بین کارفرما و پیمانکار: مشخص‌کننده‌ی محدوده‌ی مسئولیت هر یک از طرفین.
• شناسایی اجزا و زیرسیستم‌های برون‌سپاری شده: مشخص‌کننده‌ی تجهیزات یا خدماتی که توسط پیمانکاران فرعی تأمین می‌شوند.
• ترتیب فیزیکی تجهیزات: نمایش‌دهنده‌ی نحوه‌ی چیدمان تجهیزات در واحد فرآیندی.

نمادهای اساسی P&ID

همانند سایر دیاگرام‌های تخصصی، P&ID نیز از نمادها و اشکال استاندارد ویژه‌ای برخوردار است. البته تنوع این نمادها بسته به صنعت و شرکت سازنده می‌تواند متفاوت باشد. در ادامه، به معرفی برخی از مهم‌ترین نمادهای P&ID می‌پردازیم:

نمادهای تجهیزات

تجهیزات در P&ID شامل واحدهای متنوعی است. این تجهیزات شامل دستگاه‌هایی مانند کمپرسورها، توربین‌ها، نوار نقاله‌ها، موتورها و سایر ابزارهای مکانیکی می‌شوند. هر یک از این تجهیزات، با یک نماد منحصربه‌فرد نمایش داده می‌شوند که نوع و عملکرد آن را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، کمپرسورها ممکن است به صورت سانتریفیوژ، رفت و برگشتی یا اسکرو باشند که هر کدام نماد خاص خود را دارند.

نمادهای پایپینگ

لوله‌ (Pipe) مجراهایی لوله‌ای شکل است که برای انتقال سیالات (مایعات و گازها) به‌کار می‌رود و معمولاً از جنس فلز یا پلاستیک ساخته می‌شوند. در نقشه‌های P&ID، نمادهای مختلفی برای نشان دادن انواع لوله‌ها، اتصالات، تبدیل‌های یک به چند، جداکننده‌ها و... وجود دارد. این نمادها اطلاعاتی در مورد جنس، اندازه، جهت جریان و نوع اتصال لوله‌ها ارائه می‌دهند.

نمادهای مخازن

مخازن، ظروفی می باشند که برای نگهداری سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرند. مخازن می‌توانند با ایجاد تغییر در ویژگی‌های سیال درون خود، عملکرد خاصی داشته باشند. تانکر، ستون‌، سیلندر و... از جمله انواع مخازن است که هر کدام نماد خاص خود را در P&ID دارند. این نمادها شکل ظاهری مخزن، نوع سیال درون آن و تجهیزات جانبی متصل به آن را نشان می‌دهند.

نمادهای مبدل‌های حرارتی

مبدل‌ حرارتی، تجهیزاتی است که وظیفه‌ی انتقال حرارت از یک سیال به سیال دیگر را بر عهده دارند. بویلرها، کندانسورها، ریبویلرها و... از جمله انواع مبدل‌های حرارتی اند که در P&ID با نمادهای ویژه‌ای نمایش داده می‌شوند. این نمادها نوع مبدل حرارتی، جهت جریان سیالات و نحوه‌ی اتصال آن‌ها به سیستم لوله‌کشی را مشخص می‌کنند.

نمادهای پمپ‌ها

پمپ‌ها در هر فرآیندی برای جابجایی سیالات به داخل یا خارج از تجهیزات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تجهیزات با استفاده از مکش یا فشار، باعث فشرده‌سازی یا حرکت سیال می‌شوند. پمپ‌ها و فن‌ها در نقشه‌های P&ID با نمادهای مشخصی نمایش داده می‌شوند که نوع پمپ (سانتریفیوژ، دیافراگمی، دنده‌ای و...) و جهت جریان سیال را نشان می‌دهند.

نمادهای ابزار دقیق

ابزار دقیق، و وسیله ای است که برای اندازه‌گیری یا کنترل کمیت‌هایی مانند دما، فشار، جریان، سطح، زاویه و... به‌کار می‌رود. در P&ID، این بخش شامل نشانگرها (Indicators)، ترانسمیترها (Transmitters)، کنترلرها (Controllers) و... می‌شود. هر یک از این ابزارها با نماد خاصی نمایش داده می‌شوند که نوع کمیت اندازه‌گیری شده و عملکرد ابزار را نشان می‌دهد.

 نمادهای شیرها

شیرها (Valves) وظیفه‌ی هدایت، کنترل و تنظیم جریان سیال را در سیستم لوله‌کشی بر عهده دارند. در نقشه‌های P&ID، انواع مختلف شیرها (مانند شیرهای توپی، شیرهای پروانه‌ای، شیرهای کنترلی و...) با نمادهای ویژه‌ای نمایش داده می‌شوند که نوع شیر، وضعیت آن (باز، بسته یا نیمه‌باز) و نحوه‌ی عملکرد آن (دستی، خودکار یا کنترلی) را مشخص می‌کنند.

اهداف و مزایای P&ID

P&ID یک نمایش گرافیکی از فرآیند ارائه می‌دهد که برای نگهداری و امکان تغییرات مؤثر در فرآیند، ضروری است. این مدرک، اساس توسعه‌ی نقشه‌های کنترل سیستم، از جمله مطالعات ایمنی و عملکرد (HAZOP) را فراهم می‌کند. علاوه بر این، P&ID در تسهیل طراحی موارد زیر نقش مهمی ایفا می‌کند:

• طرح‌های شماتیک برای کنترل و خاموشی (Shutdown)
• الزامات مربوط به ایمنی
• ترتیب و توالی راه‌اندازی (Start-up)
• جزئیات عملیاتی

بیشتر بخوانید:"پردرآمدترین شاخه و رشته مهندسی نفت"

موارد استفاده از نقشه‌های P&ID

ترسیم نقشه‌های فرآیندی

ابزارهای متنوعی برای ترسیم مدارک فرآیندی وجود دارد. از نرم‌افزارهای عمومی مانند اتوکد (AutoCAD) می‌توان برای ترسیم نقشه‌های ساده استفاده کرد. اما برای ترسیم حرفه‌ای و تخصصی نقشه‌های فرآیندی، نرم‌افزارهای هوشمندی مانند AutoCAD P&ID (محصول شرکت Autodesk) و AVEVA Diagrams (محصول شرکت AVEVA) پیشنهاد می‌شوند. این نرم‌افزارها به دلیل داشتن کتابخانه‌های جامع از نمادهای استاندارد، قابلیت‌های پیشرفته‌ی طراحی و امکان لینک شدن با سایر نرم‌افزارهای مهندسی، کار را برای مهندسان بسیار آسان‌تر می‌کنند.

آموزش نقشه خوانی PFD, P&ID برای هر مهندس فرآیند، مکانیک، شیمی و عمران از ضروریات است. گروه آموزشی پارس‌پژوهان، دوره‌های تخصصی متنوعی در زمینه‌ی طراحی و ترسیم نقشه‌های فرآیندی مانند آموزش نرم‌افزار AutoCAD P&ID برگزار می‌کند. این دوره‌ به مهندسان و علاقه‌مندان کمک می‌کند تا مهارت‌های لازم برای طراحی، ترسیم و تفسیر نقشه‌های مهندسی یعنی دوره PFD و P&ID  را کسب کنند و در بازار کار رقابتی امروز، از مزیت ویژه‌ای برای بدست آوردن مشاغل برخوردار شوند.

جمع‌بندی

نقشه‌های PFD و P&ID، به‌عنوان اسناد کلیدی در پروژه‌های فرآیندی، نقش مهمی در طراحی، اجرا، بهره‌برداری، تعمیر و نگهداری و مدیریت ایمنی واحدهای صنعتی ایفا می‌کنند. آشنایی با این مدارک و تسلط بر نرم‌افزارهای ترسیم آن‌ها، برای مهندسان در رشته‌های مختلف، به‌ویژه مهندسان شیمی، مکانیک، ابزار دقیق و فرآیند، ضروری است. با شرکت در دوره‌های آموزشی تخصصی و کسب مهارت‌های لازم، می‌توانید به‌عنوان یک متخصص در این حوزه، به موفقیت‌های چشمگیری دست یابید و در پروژه‌های بزرگ و چالش‌برانگیز مشارکت کنید.

نویسندگان: ستاره دهقان -  کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا- علی بهرام، کارشناسی ارشد مهندسی شیمی (فرایند)