نمودار جریان فرآیند چیست؟

نمودار جریان فرآیند (PFD) چیست؟ هدف، نمادها، مثال ها و توسعه PFD

نمودار جریان فرآیند (PFD) یک نمودار ساده شده است که جریان فرآیند یک فرآیند تولید را به ترتیب مناسب نشان می دهد. این نمودار باید شامل تمام جزئیات ضروری مانند تجهیزات اصلی، تراز حرارتی، مواد و انرژی، شماره برچسب، ترکیب شیمیایی و غیره باشد.

نمودار جریان فرآیند (PFD) که به عنوان نمودار جریان فرآیند نیز معروف است، روابط بین اجزای اصلی هر ماده شیمیایی، فرآیند یا نیروگاهی را توصیف می کند. نمودارهای جریان فرآیند یا PFD با استفاده از یک سری نمادها و نمادها برای انتقال اطلاعات برای یک فرآیند توسعه داده می شوند. مفهوم PFD یا نمودار جریان فرآیند برای اولین بار توسط فرانک گیلبرت پدر در سال 1921 به ASME معرفی شد.

هدف از PFD یا نمودار جریان فرآیند

هدف از نمودار جریان فرآیند، تعریف طراحی فرآیند است. PFD یک نمایش اساسی از یک فرآیند است که به صورت شماتیک تبدیل مواد خام به محصولات نهایی را نشان می دهد. همچنین، PFD یک سند اساسی یک پروژه است که توسط تیم طراحی پروژه در طول مراحل توسعه یک پروژه مورد نیاز است. در این مراحل مطالعات امکان سنجی، فعالیت های تعریف محدوده قبل از شروع طراحی دقیق انجام می شود. PFD ارتباط نزدیکی با H&MB دارد. برای ادامه یک پروژه، از آنها برای تصمیم گیری در مورد وجود مواد خام و تجهیزات به اندازه کافی استفاده می شود. PFD ها اسنادی هستند که توسط گروه های طراحی در سطح کارخانه و مدیریت سایت در یک سازمان تولیدی استفاده می شود. پس از تکمیل یک PFD، مهندسی جزئیات شروع می شود. برخی از پیمانکاران یا مالکان مهندسی از نمودار جریان فرآیند به عنوان پایه ای برای طراحی طرح ابزار دقیق و کنترل استفاده می کنند. مزایای دیگری که یک نمودار جریان فرآیند در خدمت آن است

• PFD* ها اساس طراحی کارخانه را نشان می دهند که نرخ جریان، محصول و جریان اصلی و شرایط عملیاتی را نشان می دهد.
• یک PFD فرآیندی را برای آموزش، کنترل کیفیت، درک ساده تر مستند می کند.
• این یک فرآیند را برای کارایی بهینه و تکرارپذیری استاندارد می کند.
• دامنه هر فرآیند را می توان به راحتی از نمودار PFD آن پیدا کرد.
• این یک ایده کلی از فرآیند کامل را بدون جزئیات زیاد در مورد جزئیات دقیق ارائه می دهد.
• برای ارتباط بهتر و طوفان فکری به مطالعه فرآیند به روشی ساده کمک می کند.
• PFD* ها به عنوان سند ورودی برای ایجاد P&ID ها عمل می کنند.
• *نمودار PFD همچنین اطلاعاتی را در مورد خدمات ابزاری ارائه می دهد که به طور مداوم در یک فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند.

توسعه نمودار جریان فرآیند

یک PFD به احتمال زیاد در چند مرحله توسعه یافته است. مالک کارخانه ممکن است یک PFD مقدماتی ایجاد کند، به عنوان اولین گام که فرآیند پیشنهادی یا تغییر فرآیندی را که در حال بررسی است، روی کاغذ نشان می‌دهد. اما امروزه یک PFD توسط نرم افزار شبیه ساز کامپیوتری با استفاده از کتابخانه ای از نمادهای نشان دهنده مانند موارد زیر تولید می شود.

• کتابخانه شبیه سازی پیشرفته
• آسپن هایسیس، آسپن پلاس
• CHEMCAD
• CHEMPRO
• DYNSIM
• DWSIM
• فلو ترن
• PIPESIM
• اولگا
• پترو سیم
• پرومکس
• PRO/II و غیره

برای یک فرآیند استاندارد، چندین مجوز مانند UOP، Axens، Lummus و غیره وجود دارد و آنها مسئول توسعه PFD هستند. نمودارهای جریان فرآیند واحدهای فرآیند هنر باز مانند CDU (واحد تقطیر خام)، VDU (واحد تقطیر خلاء) را می توان در ادبیات، دایره المعارف فناوری شیمیایی یافت. ممکن است برخی از آنها منسوخ شده باشند. پس از آن، PFD توسط مهندس فرآیند و تیم برنامه ریزی پیمانکار مهندسی قبل از انتشار طرح تفصیلی بررسی می شود. بنابراین اطلاعات کافی در PFD مانند اطلاعات تراز مواد، تجهیزات اصلی و غیره وجود دارد. PFD بر اساس بررسی، بهینه سازی هزینه، مطالعه HAZOP، نظر تیم متخصص و غیره تحت چندین تجدید نظر قرار می گیرد.

اطلاعات اساسی که یک PFD شامل چه چیزهایی است؟

عمق اطلاعات ارائه شده در نمودار جریان فرآیند ممکن است از سازمانی به سازمان دیگر متفاوت باشد. با این حال، به طور کلی، اطلاعات زیر در یک PFD اضافه می شود.

اساس طراحی: برای فرآیند دسته ای، ظرفیت دسته و زمان چرخه دسته ای را نشان دهید. برای فرآیند پیوسته نرخ تولید طراحی را نشان می دهد.

تعادل مواد: ترکیب و مقدار مواد در حال فرآیند برای هر عملیات واحد و هر خط لوله مهم. برای فرآیند دسته ای ظرفیت تجهیزات و جریان خط لوله در هر دسته را نشان می دهد. برای فرآیند پیوسته، نرخ جریان را بر حسب وزن یا واحد حجم در ساعت نشان دهید.

تعادل انرژی: تعادل حرارتی یا داده های انتقال حرارت را برای هر عملیات واحد نشان می دهد.

داده های فیزیکی: فشار و دمای عملیاتی، وزن مخصوص، وزن مولکولی، ویسکوزیته، گرمای ویژه و سایر داده های مهم را نشان می دهد.

اطلاعات تجهیزات: تمام عملیات واحد درگیر در فرآیند را نشان می دهد. تجهیزات یدکی، خطوط موازی تکراری، خطوط بای پس نیازی به نشان دادن ندارند مگر در موارد ضروری. همه عملیات واحد را به درستی مرتب کنید تا حداکثر سادگی به دست آید. موقعیت نسبی صحیح را مشخص کنید تا بتوان جریان گرانشی، حلقه مهر و موم و سایر الزامات را به درستی نشان داد. نشان دهنده نام مناسب، شماره برچسب، ظرفیت هر مورد از تجهیزات درگیر در عملیات واحد باشد. ویژگی های مهم تجهیزات مانند همزن، سینی ها، کویل های ژاکت باید در PFD نشان داده شود.

اطلاعات لوله کشی: خطوط فرآیند اصلی مرتبط با فرآیند باید با جهت های مناسب نشان داده شوند. سایر موارد مهم لوله کشی مانند نقطه نمونه برداری، مخلوط استاتیک فیلتر درون خطی و غیره و همچنین شیرهای کنترلی که در نمودار جریان فرآیند نشان داده می شوند. خدمات اصلی یا خط ابزاری را که اساساً برای فرآیند لازم است نشان دهید.

اطلاعات ابزار: تمام ابزارهای حیاتی را که در حلقه کنترل دخیل هستند مانند دبی سنج، فرستنده دما و غیره نشان دهید. همراه با طرح کنترل مناسب، ابزارها در طرح کنترل شرکت کردند تا در نمودار جریان فرآیند نشان داده شود.

اندازه و مقیاس: از نسبت مقیاس استاندارد تعیین شده توسط استانداردهای پروژه برای ترسیم PFD استفاده کنید. به طور کلی، جریان را برای اصلاح به ارتفاع 11 یا 22 اینچ ترتیب دهید. اگر از مقیاس مطلق استفاده نشود، نمودار جریان فرآیند باید اندازه و ارتفاع نسبی اجزا را نشان دهد.

دستورالعمل های ترسیمی: از نماد استاندارد تجهیزات، طرح و غیره که بر اساس استاندارد پروژه تنظیم شده است استفاده کنید. باید در برگه افسانه نشان داده شود. از داده های کاربردی در قالب جدول بندی شده استفاده کنید و آن را در پایین نمودار جریان فرآیند برای عملیات هر واحد و خط فرآیند نشان دهید. اعداد بخار هر خط فرآیند که در نمودار جریان فرآیند نشان داده شده است را تعریف کنید که شرایط عملیاتی آن باید در نمودار جریان فرآیند نشان داده شود. فلش مناسب برای نشان دادن جریان صحیح فرآیند را مشخص کنید تا نمودار جریان فرآیند به راحتی قابل درک باشد. خطوط فرآیندی که جریان دو فازی را حمل می کنند را ذکر کنید.

خلاصه جریان: داده ها و شرایط جریان فرآیند در نمودار جریان فرآیند ارائه شده است (رجوع کنید به جدول 5). از آنجایی که نمودار جریان فرآیند ارتباط نزدیکی با تعادل مواد دارد، معمولاً از واحدهای جریان جرمی استفاده می شود. علاوه بر این، شرایط فشار و دما نیز فراهم شده است. خلاصه جریان در نمودار جریان فرآیند نشان داده شده است که حاوی تمام اطلاعات لازم است. فرمت جدول زیر (جدول-1) که حاوی اطلاعات زیر در مورد فرآیند است باید در نمودار جریان فرآیند نمایش داده شود.

جدول 1: اطلاعات موجود در خلاصه جریان

همانطور که قبلا اطلاع داده شده است که PFD نقشه های دقیق از روند نیست. بنابراین به طور کلی اطلاعات زیر را ارائه نمی دهد:

• ابزارهای کنترل فرآیند
• ابزار دقیق سیستم سفر
• شماره خطوط لوله با کلاس ها
• مقادیر Shutoff، Isolation و Minor Bypass
• دریچه و تخلیه
• شیرهای اطمینان و ایمنی
• اطلاعات ابعادی تجهیزات و نیاز به تجهیزات یدکی
• اطلاعات کلاس کد و غیره

نمادها برای نمودار جریان فرآیند

نمودار جریان فرآیند باید از نمادها و تعیین حروف برای نشان دادن تجهیزات در نمودار جریان فرآیند استفاده کند. به هیچ وجه نیازی به افزودن جزئیات بیشتر به تجهیزات نشان داده شده در نمودار جریان فرآیند نیست. به عنوان مثال، یک مبدل حرارتی را می توان به عنوان یک نمایش خطی ساده از جریان فرآیند اصلی و جریان محیط انتقال حرارت، بدون اشاره به نوع خاصی از تبادل، نشان داد. برای نمودار جریان فرآیند، تنها اطلاعات مورد نیاز این است که یک قطعه از تجهیزات به جای نشان دادن مکانیسم انتقال حرارت، گرما را در آن نقطه از فرآیند انتقال دهد.

شناسایی جریان

شکل 1: شناسایی جریان

کنوانسیون های مورد استفاده برای شناسایی تجهیزات فرآیند

جداول زیر (جدول 2) شامل حروف نمادینی است که معمولاً برای شناسایی تجهیزات فرآیند در نمودار جریان فرآیند استفاده می شود.

جدول 2: حروف مورد استفاده در PFD

نمودار جریان فرآیند نمادها برای تجهیزات | نمادهای تجهیزات PFD

نمادهای نمودار جریان فرآیند برای تجهیزات در شکل 2 در زیر نشان داده شده است.

شکل 2: نمادهای معمولی مورد استفاده در PFDتوضیحات تجهیزات برای PFD و PID

شکل 2: نمادهای معمولی مورد استفاده در PFD

توضیحات تجهیزات برای PFD و PID

جدول 3: شرح تجهیزات در PFD

نمونه ای از نمودار جریان فرآیند

شکل 3: نمودار جریان فرآیند ساده شده

مطابق شکل 3، به وضوح نشان می دهد که جریانی در خط فرآیند، جریان شماره (1) 10000 پوند در ساعت گاز مرطوب با دمای بین 90 فارنهایت و 180 فارنهایت و فشار 20 Psi وجود دارد. تغییرات دما به دلیل اختلال در فرآیند در بالادست PFD ایجاد می شود. توجه داشته باشید که فقط یک شماره جریان، (1)، (2)، (3) خط لوله را مشخص می کند. اندازه خط، متریال ساخت یا درجه فشار (ANSI 150، ANSI 300 و غیره) برای هر یک از لوله‌کشی‌های نشان‌داده‌شده در PFD شامل نمی‌شود. همچنین توجه داشته باشید که هیچ علامت یا داده ای برای درایور پمپ نشان داده نشده است. فقط شماره تجهیزات G-005 پمپ را مشخص می کند. بنابراین بسیار واضح است که PFD نشان دهنده رابطه بین تجهیزات اصلی یک کارخانه فرآیندی است و در عین حال جزئیات جزئی مانند جزئیات لوله کشی و نامگذاری و غیره را نشان نمی دهد.

شکل 4: نمونه نمودار جریان فرآیند

شکل 5: نمودار جریان فرآیند (PFD) برای تولید بنزن از طریق هیدرودآلکیلاسیون تولوئن

جدول 4: نمایش خلاصه جریان تولید بنزن از تولوئن.

کدها و استانداردهای نمودارهای جریان فرآیند

کدها و استانداردهای زیر را می توان برای توسعه نمودارهای جریان فرآیند برای صنعت فرآیند استفاده کرد.

• ISO 15519
• ISO 10628
• SAA AS 1109
• ISA 5.7

آیا PFD و P&ID متفاوت هستند؟

بله، هر دو PFD و P&ID دو سند فرآیند متفاوت هستند. P&ID اطلاعات دقیق تری در مورد مراحل فرآیند ارائه می دهد. تفاوت های اصلی بین PFD و P&ID در اینجا ارائه شده است.