Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema

Unter einem Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema (R&I-Fließschema) (engl.: piping and instrumentation diagram, P&ID^[1]) wird ein ausführliches Diagram bzw. Schema in der Anlagen- und Verfahrenstechnik verstanden, welches mithilfe von graphischen Symbolen für Anlagenteile und Rohrleitungen sowie für die Mess-, Steuer- und Regelfunktionen die technische Realisierung eines Verfahrens illustriert.^[2]

Das R&I-Fließschema basiert auf dem Verfahrensfließschema und bildet alle Apparate, Maschinen, Fließlinien (Rohrleitungen, Transportwege), Armaturen, und Fittings ab.^[2] Diese müssen hierbei nach ISO 10628-2 dargestellt werden.^[3] Die Mess-, Steuer- und Regelaufgaben aus der Prozessleittechnik müssen nach IEC 62424 abgebildet werden.^[4] R&I-Fließschemata bilden einen wichtigen Teil der vollständigen technischen Unterlagen, die für Planung, Bau, Montage, Verwaltung, Inbetriebnahme, Betrieb, Wartung und Außerbetriebnahme einer Anlage benötigt werden. Zudem dienen R&I-Fließschemata dem Informationsaustausch zwischen den an der Entwicklung, dem Bau, der Montage, dem Betrieb und der Wartung derartiger verfahrenstechnischer Anlagen beteiligten Personen.^[2]

Nach der Definition in ISO 10628-1 enthalten R&I-Fließschemata sowohl Grund- als auch Zusatzinformationen. Ein R&I-Fließschema muss mindestens die Grundinformationen enthalten und darf zusätzlich die sogenannten Zusatzinformationen enthalten. Zu den Grundinformationen zählen:^[2]

• Funktion und Art der Apparate und Maschinen, einschließlich Antriebsmaschinen, Fördereinrichtungen und installierte Reserve;
• Kennzeichnung der Apparate und Maschinen, einschließlich Antriebsmaschinen;
• kennzeichnende Größen von Apparaten und Maschinen, gegebenenfalls in getrennten Listen;
• Bezeichnung von Nennweite, Druckstufe, Werkstoff und Ausführung der Rohrleitungen, z. B. durch Rohrleitungsnummer und Rohrleitungsklasse oder Kennzeichnungen;
• Angaben zu Apparaten, Maschinen, Rohrleitungen sowie Ventilen und Fittings (Armaturen), z. B. Übergangsstücke (Reduzierstücke), gegebenenfalls in getrennten Listen;
• Symbole für Prozessleittechnikaufgaben, einschließlich Buchstabenschlüssel für Prozessvariablen, Regel- und Steuerfunktionen sowie Bezeichnung der Prozessleittechnikaufgabe;
• kennzeichnende Daten von Antriebsmaschinen, gegebenenfalls in getrennten Listen.

Als Zusatzinformationen kann ein R&I-Fließschema folgende Informationen enthalten:^[2]

• Benennung und Durchflüsse bzw. Mengen von Energie oder Energieträgern;
• Fließweg und Fließrichtung von Energien oder Energieträgern;
• Art wichtiger Geräte für Messen, Steuern, Regeln;
• wesentliche Werkstoffe von Apparaten und Maschinen;
• Plattformhöhe und ungefähre relative vertikale Position der Anlageteile;
• Kennzeichnung von Armaturen;
• Benennung von Anlageteilen.

Im Vergleich zum Grundfließ- und Verfahrensfließbild weist das R&I-Fließbild den höchsten Informationsgehalt auf.^[5] Das R&I-Fließbild leitet sich direkt aus dem Verfahrensfließschema durch Ergänzung der elektrischen Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (EMSR-Stellen) ab.^[5] Meist wird eine Liste der wichtigsten Apparate (z. B. Behälter, Reaktoren, Destillationskolonnen, Wärmetauscher) mit ihren Kenndaten (z. B. Abmessungen, Betriebsdruck, Betriebstemperatur, zulässige Betriebstemperatur, zulässiger Betriebsdruck etc.) an einer Ecke eingezeichnet.^[1]

Gemäß ISO 10628-1 existieren genau festgelegte Vorgaben für die zeichnerische Ausführung von R&I-Fließschemata.^[2] Als Blattgröße sollte nach Format A1 nach ISO 5457^[6] verwendet werden. Als Schriftfeld ist das Grundschriftfeld für Pläne und Listen (mit Zusatzfeldern) nach ISO 7200^[7] anzuwenden. Zudem ist festgelegt, dass Apparate und Maschinen relativ in ihrer Höhenlage zueinander und in ihren äußeren Hauptabmessungen annähernd maßstabsgetreu dargestellt werden.^[1] Dies bedeutet, dass Vorrichtungen, die auf der obersten Ebene der Anlage zu erwarten sind, in der Zeichnung oben anzubringen sind und Vorrichtungen, die auf der untersten Ebene der Anlage zu erwarten sind, unten eingezeichnet werden müssen. Die zugehörigen graphischen Symbole für Mess-, Steuer- und Regelgeräte sowie die Symbole für Rohrleitungen und Armaturen müssen in ihrer logischen Position dargestellt werden.

Die Linienbreiten werden durch ISO 81714-1^[8] geregelt. Zur übersichtlichen Darstellung müssen unterschiedliche Linienbreiten verwendet werden. Hauptfließlinien oder Hauptrohrleitungen müssen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit durch größere Linienbreiten hervorgehoben werden.

Die Hauptfließrichtung verläuft im Allgemeinen von links nach rechts und von oben nach unten.^[2] Ein und ausgehende Flüsse eines R&I-Fließschemas, einschließlich solcher, die als Fortsetzung von anderen Fließschemata kommen oder dort hingehen, müssen mit entsprechenden Pfeilen dargestellt werden. Letztere sollten am Ende mit einem gegenseitigen Bezug (Bezeichnung) versehen werden, z. B. „Tanklager (Zeichnungsnummer)“. Zur Angabe der Fließrichtung von Stoffen innerhalb des R&I-Fließschemas werden Pfeile in die Linie gezeichnet. Alternativ besteht die Möglichkeit, zum besseren Verständnis auch Pfeile am Eintritt zu Apparaten und Maschinen (Ausnahme: Pumpen) und vor Rohrleitungsabzweigungen zu setzen. Beim Kreuzen von Rohrleitungen mit gleicher Linienbreite (z. B. zwei Hauptfließlinien oder zwei Nebenfließlinien), die nicht miteinander verbunden sind, muss die senkrechte Rohrleitung unterbrochen werden. Hingegen muss beim Kreuzen von Rohrleitungen mit unterschiedlicher Linienbreite (z. B. eine Hauptfließlinie mit einer Nebenfließlinie), die nicht miteinander verbunden sind, muss die dünnere Rohrleitung unterbrochen werden.

Zur Beschriftung werden die Vorgaben von ISO 3098-2^[9] genutzt. Die Beschriftung von R&I-Fließschemata muss grundsätzlich in Großbuchstaben erfolgen, mit Ausnahme von chemischen Formeln (z. B. NaCl) oder Abkürzungen von Regelwerken (z. B. BImSchG). Zudem existieren Anforderungen an die Schriftgröße für Apparate und Maschinen sowie für die übrige Beschriftung.^[2]

R&I-Fließschemata werden in der Regel nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Zur Verdeutlichung der Größenverhältnisse der Hauptapparate ist es jedoch sinnvoll, diese nach Möglichkeit in gleichem Verhältnis darzustellen. Bei Behältern und Apparaten ist die Größe so zu wählen, dass alle notwendigen Rohrleitungsanschlüsse dargestellt werden können.^[2]

Gemäß der Norm ISO 10628-2 werden die graphischen Symbole hinsichtlich ihrer funktionellen und/oder ihrer zeichnerischen Merkmale in mehrere (Sach-)Gruppen eingeteilt.

In den folgenden Tabellen werden die einzelnen graphischen Symbole der Sachgruppen mit ihrer jeweiligen Registrierungsnummer und Beschreibung dargestellt.

Um die Darstellung eines Stellantriebs (z. B. Membranstellantrieb) einer Absperrarmatur (z. B. Ventil) im R&I-Fließbild zu ermöglichen, wurde in Ergänzung zur Norm ISO 10628 auch die DIN-Norm DIN 2924 genutzt.^[5] Diese Norm wurde jedoch im Juli 2014 zurückgezogen und durch DIN 28000-4 ersetzt. Somit kann der jeweilige Stellantrieb mit einem entsprechenden Symbol im R&I-Fließschema dargestellt werden. In der nachfolgenden Tabelle wird zur graphischen Darstellung der Stellantriebe eine allgemeine Absperrarmatur genutzt (siehe Gruppe 21).

Zudem werden im Verfahrens- und R&I-Fließbild die Apparate, Maschinen und Geräte sowie Armaturen häufig mit Kennbuchstaben gemäß DIN 28004-4 beschriftet.^[11]

Wie bereits eingangs erwähnt, geht das R&I-Fließbild aus dem Verfahrensfließbild im Wesentlichen durch Ergänzung der elektrischen Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnikaufgaben (EMSR-Aufgaben) hervor, welche zur Automatisierung des Prozesses nötig sind. Die EMSR-Stellen werden gelegentlich auch als prozessleittechnische Stellen (PLT-Stellen) bezeichnet.^[5] Die EMSR-Aufgaben werden gemäß DIN 19227 dargestellt.^[12]

In der nebenstehenden Abbildung ist der allgemeine Aufbau eines EMSR-Stellensymbols nach DIN 19227 dargestellt. In der oberen Zeile wird die Funktionalität der EMSR-Stelle mit Kennbuchstaben dargestellt. Die untere Zeile enthält identifizierende Bezeichnungen, welche meist als laufende Nummern von der Projektierungsfirma festgesetzt werden. Weiterhin gibt die graphische Darstellung des EMSR-Stellensymbols zum einen Aufschluss über die Art und Weise, wie EMSR-Aufgaben realisiert werden, zum anderen lässt sich daran auch erkennen, wie die Bedienung und Beobachtung (B&B) umgesetzt wird.

Bei EMSR-Stellen, die konventionell realisiert oder allgemein dargestellt werden, wird das Symbol mit einem Kreis dargestellt. Bei EMSR-Stellen, die mit einem Prozessrechner (SPS-Technik) umgesetzt werden, verwendet man im Allgemeinen ein Sechseck als Symbol. Eine EMSR-Stelle, die über ein Prozessleitsystem (PLS) realisiert wird, wird über ein Quadrat mit eingeschriebenen Kreis dargestellt. Weiterhin kann auch unterschieden werden, wie die EMSR-Stelle im Bezug auf Bedienung & Beobachtung (B&B) ausgelegt ist. Läuft die Bedienung und Beobachtung nur vor Ort, also örtlich, ab, so wird zwischen der Kennzeichnung der EMSR-Stelle (Kennbuchstaben) und der fortlaufenden Nummer kein Querstrich gezeichnet. Ist die Bedienung und Beobachtung in einem örtlichen Leitstand, z. B. an einem örtlichen Computer im Maschinenhaus als Teil der Gesamtanlage, möglich, so werden Kennbuchstaben und Nummerierung der EMSR-Stelle durch einen doppelten Querstrich getrennt. Ist schließlich die Bedienung und Beobachtung über die zentrale Prozessleitwarte der Anlage realisiert, so werden die Kennbuchstaben und Nummerierung der EMSR-Stelle durch einen einfachen Querstrich getrennt. Je nach Länge des eingeschriebenen Textes können die EMSR-Stellensymbole auch zu einem Langsymbol werden.^[12]

Die Kennzeichnung einer EMSR-Stelle erfolgt durch sogenannte Kennbuchstaben, die Messgrößen, andere Eingangsgrößen und ihre Verarbeitung darstellen. Die Kennbuchstaben werden in der oberen Zeile des EMSR-Stellenkreises eingezeichnet. Dabei ist die folgende Reihenfolge zu beachten:^[12]

• Erstbuchstabe
• Ergänzungsbuchstabe
• 1. Folgebuchstabe
• 2. Folgebuchstabe

Gegebenenfalls sind auch weitere Folgebuchstaben möglich.^[12]

In der nachfolgenden Tabelle sind die Kennbuchstaben nach DIN 19227 dargestellt:

• Fließbild
• Rohrleitungskennzeichnung
• Kraftwerk-Kennzeichensystem

• Dia – Opensource-Programm zum Zeichnen von strukturierten Diagrammen.