Que sont les schémas tuyauterie et instrumentation ?


Les P&ID peuvent paraître mystérieux, mais ne sont pas condamnés à le rester. Vous apprendrez ici tout ce qu'il y a à savoir sur les schémas tuyauterie et instrumentation.

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Qu'est-ce qu'un P&ID ?

Un schéma tuyauterie et instrumentation (Piping & Instrumentation diagram, ou P&ID) définit le réseau de tuyauterie et les éléments d'un procédé physique. Ces schémas sont généralement utilisés dans le domaine de l'ingénierie.

schéma tuyauterie et instrumentation

Fonction et usage des P&ID

Les schémas tuyauterie et instrumentation (P&ID) sont essentiels à la gestion et à la modification des procédés qu'ils représentent graphiquement. Au stade du design, le schéma constitue également la base pour le développement de systèmes de contrôle tels que l'HAZOP.

Pour les installations de traitement, il s'agit d'une représentation graphique des éléments suivants :

  • Détails de tuyauterie et d'instrumentation
  • Systèmes de contrôle et d'interruption
  • Obligations réglementaires et de sécurité
  • Informations de démarrage et d'exploitation de base

Quand utiliser des P&ID et qui les utilise

Les P&ID constituent une illustration schématique des relations fonctionnelles entre un système de tuyauterie, les instruments et les équipements. Ils sont utilisés dans le domaine de l'instrumentation, du contrôle et de l'automatisation. Ils sont généralement établis par des ingénieurs qui conçoivent un procédé de fabrication pour une usine.

Ces installations impliquent souvent des étapes chimiques ou mécaniques complexes qui sont schématisées dans un P&ID pour la construction de l'usine, mais également comme base pour les informations sur la sécurité des procédés, nécessaires dans le cadre de la gestion de la sécurité des procédés. Si un problème survient, la première chose à faire est de consulter le P&ID. Les P&ID sont des documents précieux à garder à disposition, qu'ils soient utilisés pour optimiser un procédé existant, remplacer un élément d'équipement ou piloter la conception et la mise en place d'une nouvelle installation. Grâce au suivi que permet un P&ID, les modifications peuvent être planifiées en toute sécurité et efficacement en utilisant la gestion des changements.

Les P&ID sont utilisés par les techniciens, les ingénieurs et les opérateurs pour mieux comprendre les procédés et la façon dont les instruments sont interconnectés. Ils peuvent aussi être utiles pour la formation des ouvriers et des intervenants.

À quoi servent les P&ID ?

Les P&ID jouent un rôle essentiel dans le domaine de l'ingénierie des procédés pour illustrer l'interconnectivité, mais ils ne comportent pas nécessairement de spécifications. Les spécifications sont généralement fournies dans des documents distincts. Pour autant, les P&ID sont extrêmement utiles dans de nombreux cas, et notamment pour réaliser les actions suivantes :

  • Évaluer des procédés de construction
  • Servir de base dans la programmation de contrôles
  • Mettre en place des recommandations et normes d'exploitation
  • Produire des documents expliquant le fonctionnement d'un procédé
  • Fournir une base commune pour passer en revue les opérations d'un site
  • Créer et mettre en œuvre des politiques de contrôle et de sécurité
  • Schématiser le fonctionnement d'une usine chimique ou de fabrication
  • Établir des recommandations pour estimer les coûts, et concevoir les équipements et la tuyauterie

Quelle est la différence entre un schéma de procédé (Process Flow Diagram, PFD) et un schéma tuyauterie et instrumentation ?

Le détail de l'instrumentation varie en fonction du degré de complexité du plan. Les plans simplifiés ou conceptuels sont appelés des schémas de procédé (PFD). Un PFD est moins détaillé qu'un P&ID et constitue généralement la première étape dans le processus de conception, une vue globale. Des schémas de tuyauterie et d'instrumentation plus aboutis sont visibles dans un P&ID.

Quelles sont les limites d'un P&ID ?

Les P&ID étant des représentations graphiques de procédés, ils possèdent certaines limites intrinsèques. On ne peut pas s'appuyer dessus comme sur un véritable plan, puisqu'ils ne sont pas nécessairement à l'échelle ni géométriquement exacts. Il n'y a pas non plus de norme universellement acceptée pour les P&ID, par conséquent leur aspect peut varier d'une entreprise à l'autre, ou même à l'intérieur d'une même entreprise, en fonction de normes internes, du logiciel employé ou des préférences de leur créateur. C'est pourquoi il est important de se pencher attentivement sur les documents complémentaires.

Documents complémentaires au P&ID

Les P&ID sont des schémas d'ordre général, des documents complémentaires sont donc nécessaires pour clarifier les détails et spécifications. En voici quelques-uns :

  1. Schémas de procédé (PFD). Les P&ID sont créés à partir d'un PFD. Un PFD est une image de la séquence des différentes étapes d'un procédé. Les éléments qui peuvent y figurer sont : une séquence d'actions, les matériels ou services entrant ou sortant du procédé, les décisions à prendre, les personnes impliquées, le temps nécessaire pour chaque étape et/ou les mesures liées au procédé.
  2. Spécifications du matériel de tuyauterie. Ces documents présentent tous les détails relatifs aux matériaux, joints, boulons et raccords.
  3. Spécifications sur l'équipement et l'instrumentation. Les normes et les détails trop approfondis pour figurer dans le P&ID sont inclus dans ces documents, notamment le périmètre, les normes, les codes et spécifications, les définitions et la terminologie, les matériaux utilisés, la base de la conception, les aspects mécaniques et de fabrication, les garanties, les tests et inspections, la documentation et le transport.
  4. Spécifications des exigences fonctionnelles. Ces documents détaillent la façon dont l'usine ou le système opère. Ces spécifications comprennent la description fonctionnelle, la communication et la définition du périmètre du procédé.

 

Que doit inclure un P&ID ?

Il n'existe pas de norme spécifique concernant la façon dont un P&ID doit être dessiné, mais certaines ont toutefois été proposées par le Process Industry Practice (PIP), un consortium de propriétaires de procédés industriels et d'ingénieurs en construction. La norme PIC001: Piping and Instrumentation Diagram Documentation Criteria dresse la liste des éléments qu'un P&ID doit comprendre :

  • Équipement mécanique avec noms et numéros
  • Toutes les vannes et leur identification
  • Tuyauterie des procédés, avec tailles et identifications
  • Divers : aérations, canalisations, raccords spéciaux, lignes de prélèvement, raccords de réduction ou d'agrandissement et systèmes d'emboutissage
  • Lignes de démarrage et de purge permanentes
  • Directions du flux
  • Référence des interconnexions
  • Entrées et sorties des commandes, et leur enclenchement
  • Catégorie sismique
  • Interfaces de changement de classe
  • Niveau de qualité
  • Entrées de signalisation
  • Entrée du système de contrôle informatique
  • Interfaces fournisseurs et intervenants
  • Identification des éléments et sous-systèmes fournis par des tiers
  • Séquence physique prévue des équipements
  • Classification ou capacité des équipements

Quels éléments un P&ID ne doit-il pas comporter ?

Il est préférable de cantonner les détails les plus précis à la documentation complémentaire. Cela vous permettra de créer des P&ID clairs et peu encombrés. Nous vous conseillons ainsi de ne pas y faire figurer les éléments suivants :

  • Vannes principales des instruments
  • Relais de commande
  • Interrupteurs manuels
  • Tuyauterie et vannes principales des instruments
  • Informations liées à la pression, à la température et aux flux
  • Coudes, pièces en T et autres raccords standards
  • Notes explicatives approfondies

Comment créer un P&ID ?

Si vous utilisez un logiciel pour créer vos P&ID, la marche à suivre est la suivante :

  1. Créez et vérifiez votre liste d'équipements. Utilisez les symboles présents dans la bilbiothèque lorsque vous êtes sûr de votre liste.
  2. Connectez les tuyaux et équipements, puis revoyez tous les détails avec un collègue de confiance. Passez en revue le procédé plusieurs fois pour éliminer toute source d'inefficacité.
  3. Partagez-le avec vos collaborateurs.

Pour plus de détails sur la marche à suivre, consultez notre tutoriel sur les P&ID

Organisation de base d'un P&ID

Un P&ID est un document fondamental et doit donc être organisé selon une progression logique. La plupart des entreprises établissent leurs propres normes en matière d'organisation des P&ID, mais on peut les concevoir comme les chapitres d'un livre ou les scènes d'un film qui s'entremêlent pour raconter l'histoire de votre procédé d'ingénierie. Un P&ID doit offrir une illustration concise et facile à comprendre de tous les équipements intervenant dans un procédé, informer sur sa dangerosité, mais également détailler les dispositifs de protection et les anomalies potentielles pour que les erreurs puissent être restreintes, voire éliminées. Il facilitera ainsi l'élaboration des procédures opérationnelles et de maintenance. En tant que storyboard d'un procédé, il sert par ailleurs à démontrer que des changements peuvent être effectués de façon sûre et efficace en utilisant la méthode de la Gestion des changements

Différent types de schémas P&ID

Il existe autant de styles et types de schémas différents que d'entreprises et de produits. Voici deux exemples :

schéma tuyauterie et instrumentation pour fluides

Cet exemple montre un système pour fluides et définit les configurations mécaniques et de conception en place.

schéma tuyauterie et instrumentation d'un séparateur triphasé

P&ID de séparateurs triphasés (éléments utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière pour séparer différents liquides sortant des puits)

Comment interpréter un P&ID ?

Un aspect des P&ID est normalisé : les symboles d'instrumentation, véritables clés de l'interprétation d'un P&ID. Les symboles d'instrumentation utilisés dans les schémas sont conformes à la norme ANSI/ISA S5.1-1984 (R 1992). Le respect de la norme S5.1 sur les symboles et l'identification de l'instrumentation de l'Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA) permet de communiquer de manière cohérente et indépendante des systèmes les desseins d'instrumentation, de contrôle et d'automatisation, qui deviennent alors compréhensibles par tous.

La norme ISA S5.1 définit quatre éléments graphiques (les instruments indépendants, les systèmes partagés de commande/d'affichage, les fonctions informatiques et les systèmes de commande logiques programmables) et les regroupe dans trois catégories d'emplacements (primaire, auxiliaire et montés sur site).

  • Les instruments autonomes sont signalés par des éléments circulaires. Les éléments du système partagé de commande/d'affichage sont des cercles entourés d'un carré. Les fonctions informatiques sont indiquées par un hexagone et les systèmes de commande logiques programmables par un triangle à l'intérieur d'un carré.
  • Une ligne horizontale simple barrant l'un de ces quatre éléments signifie que sa fonction réside dans la catégorie des emplacements primaires. Une ligne double indique un emplacement auxiliaire, et l'absence de ligne place l'instrument ou la fonction sur site. Les appareils situés derrière un panneau de contrôle ou dans tout autre emplacement inaccessible sont représentés par une ligne horizontale en pointillés.
  • Des combinaisons de lettres et de chiffres apparaissent à l'intérieur de chaque élément graphique. Les combinaisons de lettres sont définies par la norme ISA. Les chiffres sont assignés par les utilisateurs. Leur séquence varie d'une entreprise à l'autre. Certaines relient l'instrument à un numéro d'ordre dans le procédé. D'autres adoptent des numérotations propres et parfois inhabituelles.
  • La première lettre définit les variables mesurées ou de départ. Par exemple l'analyse (A), le flux (F), la température (T), etc. Les lettres suivantes définissent les fonctions de mesure, passives ou de sortie : enregistrement (Record, R), transmission (T), indication (I), et ainsi de suite.

Voici quelques exemples de symboles utilisés dans les P&ID.

Équipement

L'équipement regroupe divers éléments présents dans un P&ID qui n'entrent pas dans les autres catégories. Ceci comprend du matériel tel que des compresseurs, convoyeurs, moteurs, turbines, pompes à vide et d'autres appareils.

symboles d'un schéma tuyauterie et instrumentation

Canalisations

Un tuyau est un tube transportant des fluides. Il peut être fabriqué en différents matériaux, notamment en métal et en plastique. Le groupe tuyauterie regroupe des tuyaux de distribution, des lignes parallèles, des séparateurs et d'autres types d'installations.

symboles de tuyauterie d'un schéma tuyauterie et instrumentation

Cuves

Un réservoir sert à contenir des fluides. Il peut aussi modifier les caractéristiques de ce fluide pendant son stockage. La catégorie des réservoirs comprend des cuves, cylindres, colonnes, sacs et d'autres types de contenants.

réservoirs dans un schéma tuyauterie et instrumentation

Échangeurs de chaleur

Un échangeur thermique est un appareil conçu pour transférer la chaleur efficacement à partir de différentes zones ou supports. Cette catégorie comprend les chaudières, condensateurs et d'autres types d'échangeurs thermiques.

échangeurs thermiques dans un schéma tuyauterie et instrumentation

Pompes

Une pompe est un appareil qui utilise l'aspiration ou la pression pour élever, compresser ou déplacer un fluide d'un objet à un autre. Cette section comprend à la fois des pompes et des hélices.

pompes dans un schéma tuyauterie et instrumentation

Instruments

Un instrument est un appareil qui mesure — et parfois contrôle — des variables telles que le flux, la température, l'angle ou la pression. Le groupe des instruments comprend des indicateurs, transmetteurs, enregistreurs, contrôleurs et d'autres éléments.

instruments dans un schéma tuyauterie et instrumentation

Vannes

Une vanne régule, dirige ou contrôle le flux d'un fluide en ouvrant, fermant ou obstruant partiellement le passage dans un système de tuyauterie. Cette catégorie comprend des rotamètres, orifices et d'autres types de vannes.

symboles des vannes dans un schéma tuyauterie et instrumentation

Vous trouverez de nombreux autres symboles et formes courants dans notre légende Lucidchart des symboles P&ID .

Qu'exiger d'un logiciel de création de P&ID ?

Il existe de nombreux outils logiciels qui permettent de créer des schémas. Mais certains critères peuvent rendre l'établissement de P&ID plus performant : la compatibilité avec les normes ISA, la simplicité d'utilisation, l'intégration avec d'autres logiciels et, aspect souvent le plus important, la possibilité de collaborer avec des membres de votre équipe ou d'autres services.

Pourquoi choisir Lucidchart pour vos P&ID ?

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