IWG I - Skript - 02 Fließschema, Isometrie und Elektroplan PDF

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Skript, Prüfungsvorbereitung, WS/SS 20/21, Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen...

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IWG I – Kap. 02 – Fließbilder, Isometrien und Elektropläne

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2. Fließbild, Isometrie und Elektroplan In Kapitel 1 wurden die Grundlagen des Technischen Zeichnens zur Darstellung von Apparaten und Bauteilen erarbeitet, in Kapitel 2 wird nun die technisch schematische Darstellung x x x

der verfahrenstechnischen Funktion einer Anlage und der darin befindlichen Stoffe (Fließbild), von Rohrleitungsverläufen (Rohrleitungsmodell oder Isometrie) und elektrischen Plänen zur Verdrahtung und Steuerung der verfahrenstechnischen Anlagen (Elektroplan)

vorgestellt. 2.1 Fließbild Die technisch schematische Darstellung der verfahrenstechnischen Funktion einer Anlage und der darin befindlichen Stoffe bezeichnet man als Fließbild oder Fließschema. Das Fließbild enthält Angaben zu Maschinen, Apparaten, Rohrleitungen mit Armaturen und Messeinrichtungen, ohne diese jedoch konstruktiv darzustellen. Ähnlich dem Übergang von der Ansicht in die Schnittdarstellungen beim technischen Zeichnen, werden auch die Fließbilder zu immer größer werdenden Informationsgehalten hin entwickelt. Man unterteilt die Fließbilder nach EN ISO 10628 in: x x x

Grundfließbild Simplified oder Overall Flow Sheet Verfahrensfließbild Process Flow Diagram – PFD) Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild Piping- and Instrumentation Diagram – P&ID)

2.1.1 Grundfließbild Zu Beginn der Entwicklung verfahrenstechnischer Anlagen wie Chemieanlagen, Rohstoffgewinnungsanlagen oder Reststoff-Aufbereitungsanlagen etc. steht das Grundfließbild. Hier wird vereinfacht der gesamte verfahrenstechnische Prozessablauf im Idealfall auf einem Blatt dargestellt. Ein Beispiel für ein Grundfließbild und dessen Aufbau ist in Abbildung 2.1 dargestellt: x x

x

x

Die Prozessstufen werden als Rechtecke mit einer eindeutigen Benennung dargestellt. Die Stoffströme werden als Verbindungsleitungen (Volllinien mit Pfeilen in die Prozessrichtung) der Prozessstufen dargestellt: Die Stoffströme des Hauptprozessverlaufes können als breite Volllinie hervorgehoben werden, alle anderen Stoffströme werden als schmale Volllinie dargestellt. Die ein- und austretenden Stoffströme werden als Pfeilsymbole wie folgt dargestellt: oder Die Pfeile eintretender Stoffe sind links, die Pfeile austretender Stoffe sind rechts auf dem Schema anzuordnen. Die ein- und austretenden Stoffströme (Edukte und Produkte) werden bevorzugt in einem Rechteck auf der Verbindunglinie zu bzw. von dem jeweiligen Prozessschritt benannt. Die Stoffströme ergeben eine Mengenbilanz des Prozesses. Zusatzinformationen sind: - Durchflüsse bzw. Mengen der ein- und austretenden Stoffströme, optional auch einzelner wesentlicher weiterer Stoffströme - Charakteristische Betriebsbedingungen, z.B. Druck, Temperatur, Konzentration - Zeichnungsrahmen und Schriftfeld

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Abbildung 2.1: Grundfließbild Alle Fließbilder besitzen ein Schriftfeld (Title Block) mit folgenden Angaben: x x x x

Name des Projekts Teil der gezeigten Anlage Name des Erstellers der Zeichnung und Datum Änderungsindex

2.1.2 Verfahrensfließbild Das Verfahrensfließbild (engl. PFD: Process Flow Diagram) stellt die nächste Planungsstufe dar. Hier wird ein höherer Detaillierungsgrad erreicht, was bedeutet, dass nicht mehr der Gesamtprozess, sondern häufig auch aus Platzgründen prozesstechnisch zusammenhängende Einheiten aufgeführt werden. Es werden beispielsweise: x x

x

x

alle medienführenden Leitungen, auch diejenigen für Hilfsstoffe oder Abfallstoffe gezeigt. alle Komponenten werden benannt und mit Nummern gekennzeichnet, beispielsweise Behälter mit B, Pumpen mit P und Wärmeaustauscher mit W (siehe Tabelle 2.1). Die Apparate werden durch spezifische Symbole (siehe Kapitel 2.1.3) statt Rechtecke dargestellt auch alle Stoffströme benannt und gekennzeichnet, Bei kleinen übersichtlichen Anlagen wie in Abbildung 2.2 werden diese Angaben direkt neben der betreffenden Rohrleitung im Fließbild angegeben. Bei größeren Anlagen werden die Stoffströme mit Nummern gekennzeichnet. Die Stoffströme werden in der so genannten „Mass Balance“ in Bezug auf Zustand, Mengenstrom, Konzentrationen, Stoffeigenschaften etc. spezifiziert. Selten findet man Angaben in Form einer chemischen Reaktionsgleichung. Benennung der Energieart bzw. der Energieträger und Angabe des Energiebedarfs

Die Spezifizierung der einzelnen Stoffströme in der Mass Balance ist das Ergebnis der verfahrenstechnischen Auslegung der Einzelkomponenten und wird häufig in Form einer Tabelle (z.B. als Excel-Datei) in das Verfahrensfließbild integriert. Verfahrenstechnische Auslegung bedeutet hierbei: x x x

Reaktionstechnische Auslegung Thermische Auslegung Strömungstechnische Auslegung, etc.

Abbildung 2.2 zeigt ein das Verfahrensfließbild einer chemischen Anlage, das aus dem zuvor gezeigten Grundfließbild entwickelt wurde.

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Abbildung 2.2: Einfaches Verfahrensfließbild

Tabelle 2.1: Kennbuchstaben für Apparate, Maschinen und Geräte (DIN EN ISO 10628, Anhang D)

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2.1.3 Rohrleitungs- und Instrumenten-Fließbild (R&I – Fließbild) Das R&I-Fließbild stellt die finale Stufe der verfahrenstechnischen Planung dar. Zusammenfassend kann man sagen, dass hier alles gezeigt wird, was später gebaut werden soll. Der Schwerpunkt liegt, wie der Name des Fließbilds bereits ausdrückt, auf der genauen Spezifikation der Rohrleitungen mit Armaturen und der Mess- und Regeltechnik. Wie bereits in vorangegangen Abbildungen 2.1 und 2.2 zu erkennen, verwendet man spezielle Symbole zur Darstellung aller Anlagenkomponenten einschließlich der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR-Technik). Zum klaren Verständnis der Darstellung eines Prozesses im R&I - Fließbild sind die anzuwendenden graphischen Symbole nach DIN EN ISO 10628 (Sachgruppe 1-9) in den folgenden Abbildungen 2.3 bis 2.10 gezeigt (repräsentativer Auszug von Symbolen).

Abbildung 2.3: Graphische Symbole für Leitungen, Abzweigungen und Verbindungen

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Abbildung 2.4: Armaturen und Antriebe (Spezifizierung Stellantriebe für Absperrarmaturen nach DIN 2429)

Abbildung 2.5: Sicherheitsstellungen von Armaturen und Antriebe

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Abbildung 2.6: Fördereinrichtungen für Flüssigkeiten und Gase

Abbildung 2.7: Behälter, Kolonnen und Reaktoren

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Abbildung 2.8: Wärmeaustauscher

Abbildung 2.9: Zerkleinerungsmaschinen und Mischer

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Abbildung 2.10: Siebapparate und Abscheider

Abbildung 2.11: Filterapparate, Zentrifugen und Trockner In der nachfolgenden Abbildung 2.12 ist das R&I – Fließbild der bereits als Grundfließbild und Verfahrensfließbild dargestellten Chemieanlage gezeigt.

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Abbildung 2.12: Rohrleitungs- und Instrumentenfließbild Neben den oben aufgeführten beispielhaften Angaben findet man in R&I - Fließbildern weitere Angaben zu den Rohrleitungen wie zum Beispiel: x x x x x x

Nennweite und Nenndruck Werkstoff Gefälleverlegung Isolation Verbindungselemente Kennzeichnung, etc.

Die Darstellung der MSR-Symbole beruht auf eigenen, genormten Bildzeichen (nach DIN EN ISO 10628 und DIN 19227, Teil 1) mit Kurzbezeichnungen. Für eine Messeinrichtung werden Messort, Signalfluss und Mess-, Steuer- und Regelkreis (MSRKreis) angegeben, wie das folgende Beispiel einer Behälterheizung zeigt (Abbildung 2.13)

Abbildung 2.13: Messeinrichtung für Behälterbeheizung

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Der Messort wird mit einem kleinen Kreis bezeichnet, wenn man ihn genau angeben will. Ist die Lage des Messorts weniger wichtig, kann man den Kreis weglassen. In jedem Fall wird eine dünne Volllinie als Signalflussweg vom Messort zum Messstellenkreis gezeichnet. Zur Kennzeichnung des Wirkungsweges der Messeinrichtung zum Stellglied (Armatur, Pumpe etc.) wird eine dünne gestrichelte Linie verwendet. Die Messstellenkreise sind wie folgt aufgebaut (Abbildung 2.14)

Abbildung 2.14: Aufbau Messstellenkreise Die Zusammensetzung der Kurzbezeichnungen erfolgt dabei gemäß nachstehender Tabelle 2.2. Der Erstbuchstabe beschreibt die Mess- bzw. Regelgröße. Der Ergänzungsbuchstabe gibt Ergänzungen zur Art der Messung an. Die Folgebuchstaben kennzeichnen die Weiterverarbeitung der Messgrößen; es wird angegeben, ob die Messgröße angezeigt, geregelt oder registriert wird. Die Kennbuchstaben I, R, C stehen immer in dieser Reihenfolge.

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Tabelle 2.2: Kurzbezeichnungen von MSR-Stellenkreisen Das R&I-Fließbild ist in seiner fertigen Form Basis für die weiteren Planungsschritte wie: x x x

Aufstellungsplan Detailplanung Spezifikationen, etc.

(Lay-Out) (Detail-Engineering) (Specifications oder abgekürzt specs)

2.2 Rohrleitungsmodell und Isometrie Zur Darstellung einzelner Komponenten bedient man sich der Regeln des Technischen Zeichnens, die verfahrenstechnische Funktion wird durch Fließbilder wiedergegeben und zur Darstellung von Rohrleitungen benutzt man das Rohrleitungsmodell oder die isometrische Rohrleitungszeichnung. Rohrleitungsmodell Das Rohrleitungsmodell gibt eine maßstäbliche Darstellung des Verlaufs der Rohrleitungen in einer Anlage wieder. Es dient wegen seines räumlichen Aufbaus der leichteren Orientierung bei der Planung, der Montage und dem Betrieb. Dargestellt werden neben den Rohren auch die Formstücke, Verbindungen, Halterungen, Dehnungselemente, Armaturen und die Anschlüsse an Pumpen und/oder Behältern. Zur Kennzeichnung der Einzelteile werden Symbole nach DIN 28004, Teil 2 oder direkte Beschriftungen verwendet. (Abbildung 2.15)

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Abbildung 2.15: Rohrleitungsmodell Isometrische Darstellung In dieser Darstellung ist der Rohrleitungsverlauf in isometrischer Projektion gezeichnet; alle Einzelteile sind benannt und mit Abmessungen versehen. Man kann sich die so genannte Isometrie als 3-D-Darstellung der Mittellinien der Rohrleitung vorstellen. (Abbildung 2.16).

Abbildung 2.15: Isometrische Rohrleitungszeichnung...