Содержание статьи
- Введение в P&ID схемы
- Международные стандарты обозначений
- Условные обозначения насосов
- Условные обозначения клапанов
- Условные обозначения контрольно-измерительных приборов
- Условные обозначения резервуаров и емкостей
- Условные обозначения теплообменников
- Практический пример: схема пастеризации
- Практический пример: система CIP
- Практический пример: система холодоснабжения
- Упражнения для проверки знаний
- Часто задаваемые вопросы
Введение в P&ID схемы
Технологические схемы трубопроводов и контрольно-измерительных приборов (Piping and Instrumentation Diagrams) представляют собой детальные чертежи, которые отображают все компоненты технологического процесса на предприятиях пищевой промышленности. Эти схемы являются основополагающими документами для проектирования, эксплуатации, обслуживания и модернизации производственных линий.
В пищевой промышленности схемы применяются для визуализации процессов производства молочной продукции, напитков, соков, масел, кондитерских изделий и других пищевых товаров. Они показывают взаимосвязь между оборудованием, трубопроводами, клапанами и контрольно-измерительными приборами, обеспечивая понимание технологического процесса всеми специалистами от инженеров до операторов производства.
Международные стандарты обозначений
Схемы создаются в соответствии с международными стандартами, что обеспечивает единообразие понимания этих документов специалистами по всему миру. Основными стандартами для пищевой промышленности являются стандарт Международного общества автоматизации ISA 5.1 (ранее ANSI/ISA-5.1) и стандарты Международной организации по стандартизации ISO 14617-6 и ISO 10628.
Стандарт ISA 5.1-2024 под названием "Instrumentation and Control Symbols and Identification" устанавливает единую систему графических символов и буквенных кодов для обозначения контрольно-измерительных приборов и систем управления. Этот стандарт применяется в химической, нефтяной, пищевой, фармацевтической промышленности и других отраслях, где требуется точная визуализация процессов.
| Стандарт | Название | Область применения |
|---|---|---|
| ISA 5.1-2024 | Instrumentation and Control Symbols and Identification | Обозначение контрольно-измерительных приборов и систем управления |
| ISO 14617-6 | Graphical symbols for diagrams - Part 6 | Графические символы для технологических схем |
| ISO 10628 | Flow diagrams for process plants | Технологические схемы для промышленных предприятий |
| 3-A Sanitary Standards | Sanitary Design Standards | Стандарты гигиенического проектирования для пищевой промышленности |
Условные обозначения насосов
Насосы являются ключевым оборудованием в пищевой промышленности, обеспечивающим перемещение жидких продуктов, воды, моющих растворов и других сред по технологическим линиям. На схемах насосы обозначаются окружностью с различными внутренними элементами, указывающими на тип насоса.
Центробежные насосы
Центробежные насосы наиболее распространены в пищевой промышленности благодаря простоте конструкции, высокой производительности и способности работать с жидкостями различной вязкости. На схемах центробежный насос изображается окружностью с изогнутой лопастью внутри, символизирующей рабочее колесо. Эти насосы применяются для перекачки молока, соков, воды, пива и других напитков.
Винтовые насосы
Винтовые или героторные насосы используются для перемещения вязких продуктов, таких как йогурт, сметана, томатная паста, майонез и другие густые среды. На схемах винтовой насос обозначается окружностью с винтовым элементом внутри. Особенность этих насосов заключается в бережном обращении с продуктом без его повреждения или изменения структуры.
Поршневые и мембранные насосы
Поршневые насосы применяются для дозирования и перекачки жидкостей под высоким давлением. Мембранные насосы идеально подходят для работы с агрессивными моющими растворами в системах очистки, поскольку перекачиваемая среда не контактирует с движущимися частями насоса.
| Тип насоса | Характеристика обозначения | Применение в пищевой промышленности |
|---|---|---|
| Центробежный | Окружность с изогнутой лопастью | Молоко, соки, вода, напитки низкой вязкости |
| Винтовой | Окружность с винтовым элементом | Йогурт, сметана, томатная паста, густые продукты |
| Поршневой | Окружность с поршневым механизмом | Дозирование добавок, работа под высоким давлением |
| Мембранный | Окружность с мембраной | Перекачка моющих растворов, агрессивных сред |
Условные обозначения клапанов
Клапаны контролируют направление и интенсивность потоков в технологических линиях. В пищевой промышленности используются различные типы клапанов, каждый из которых имеет свое графическое обозначение на схемах.
Шаровые клапаны
Шаровые клапаны широко применяются для полного перекрытия или открытия потока. Они обозначаются на схемах двумя треугольниками, соединенными вершинами, с окружностью внутри, символизирующей шар. Эти клапаны обеспечивают герметичное перекрытие и быстрое переключение между положениями открыто и закрыто.
Дисковые затворы
Дисковые затворы или поворотные заслонки используются для регулирования потока в трубопроводах большого диаметра. На схемах они изображаются в виде двух треугольников с вертикальной линией посередине, представляющей диск. Эти клапаны компактны, экономичны и обеспечивают хорошую регулировку потока.
Мембранные клапаны
Мембранные клапаны особенно важны в пищевой промышленности благодаря гигиеническому исполнению и отсутствию застойных зон. Они обозначаются специфическим символом с мембраной. Эти клапаны идеально подходят для работы с продуктами, требующими высоких стандартов чистоты.
Обратные клапаны
Обратные клапаны предотвращают обратный поток в трубопроводе, что критически важно для предотвращения контаминации продукта. Они обозначаются треугольником с вертикальной чертой.
| Тип клапана | Графическое обозначение | Принцип работы | Применение |
|---|---|---|---|
| Шаровой | Два треугольника с окружностью | Поворот шара на 90 градусов | Полное перекрытие потока, изоляция участков |
| Дисковый затвор | Два треугольника с вертикальной линией | Поворот диска вокруг оси | Регулирование потока в больших трубопроводах |
| Мембранный | Специальный символ с мембраной | Прижатие мембраны к седлу | Гигиенические применения, чистые продукты |
| Обратный | Треугольник с вертикальной чертой | Автоматическое закрытие при обратном потоке | Предотвращение обратного потока, защита насосов |
| Регулирующий | Два треугольника с регулирующим элементом | Плавное изменение проходного сечения | Точная регулировка расхода, давления, температуры |
Условные обозначения контрольно-измерительных приборов
Контрольно-измерительные приборы на схемах обозначаются окружностями с буквенными кодами внутри. Система буквенных обозначений основана на стандарте ISA 5.1, где первая буква указывает на измеряемый параметр, а последующие буквы определяют функцию прибора.
Система буквенных обозначений
Первая буква кода определяет измеряемую или контролируемую величину: F обозначает расход (Flow), P - давление (Pressure), T - температуру (Temperature), L - уровень (Level), A - анализ (Analysis). Вторые и последующие буквы указывают на функцию прибора: I - индикатор (Indicator), T - датчик (Transmitter), C - регулятор (Controller), V - клапан (Valve), A - сигнализация (Alarm).
Расходомеры
Расходомеры измеряют объемный или массовый расход жидкостей и газов. Обозначение FI означает индикатор расхода, FT - датчик расхода, FIC - регулятор расхода с индикацией. В пищевой промышленности применяются электромагнитные, кориолисовые, вихревые и ультразвуковые расходомеры, каждый из которых подходит для определенных типов продуктов.
Манометры и датчики давления
Приборы для измерения давления обозначаются буквой P в начале кода. PI - манометр с местной индикацией, PT - датчик давления с передачей сигнала, PIC - регулятор давления. Контроль давления критически важен в процессах пастеризации, стерилизации, гомогенизации и других технологических операциях.
Температурные датчики и термометры
Температурные приборы обозначаются буквой T. TI - термометр с местной индикацией, TT - температурный датчик, TIC - регулятор температуры, TAHL - сигнализация высокой и низкой температуры. В пищевой промышленности используются термопары, термосопротивления и бесконтактные инфракрасные датчики.
| Код прибора | Расшифровка | Функциональное назначение | Пример применения |
|---|---|---|---|
| FT | Flow Transmitter | Датчик расхода с передачей сигнала | Измерение расхода молока на линии пастеризации |
| PT | Pressure Transmitter | Датчик давления с передачей сигнала | Контроль давления в гомогенизаторе |
| TIC | Temperature Indicator Controller | Регулятор температуры с индикацией | Поддержание температуры пастеризации |
| LT | Level Transmitter | Датчик уровня с передачей сигнала | Контроль уровня продукта в резервуаре |
| FIC | Flow Indicator Controller | Регулятор расхода с индикацией | Автоматическая регулировка подачи продукта |
| AIT | Analysis Indicator Transmitter | Анализатор с индикацией и передачей | Измерение pH, проводимости моющего раствора |
Пример расшифровки обозначения прибора
FIC-301:
F - измеряемая величина: расход (Flow)
I - функция индикации (Indicator)
C - функция управления (Controller)
301 - номер контура управления
Итого: Регулятор расхода с индикацией, контур номер 301
Условные обозначения резервуаров и емкостей
Резервуары и емкости являются неотъемлемой частью любого технологического процесса в пищевой промышленности. Они используются для хранения сырья, промежуточных продуктов, готовой продукции, воды, моющих растворов и других технологических жидкостей.
Типы резервуаров на схемах
Вертикальные цилиндрические резервуары изображаются в виде прямоугольника с плоским или коническим дном. Горизонтальные резервуары показываются в виде вытянутого прямоугольника с закругленными торцами. Резервуары с коническим дном применяются для продуктов с осадком или для полного опорожнения без остатка.
Дополнительные элементы резервуаров
На схемах отображаются важные элементы резервуаров: штуцеры входа и выхода продукта, люки для обслуживания, датчики уровня, температурные датчики, мешалки, системы подогрева или охлаждения. Каждый элемент имеет свое стандартное обозначение и расположение на чертеже.
Практический пример обозначения резервуара
Резервуар для хранения молока обозначается прямоугольником с указанием объема, например T-101 (Tank 101). На схеме показаны: датчик уровня LT-101, температурный датчик TT-101, входной штуцер в верхней части, выходной штуцер в нижней части, система охлаждения с циркуляцией хладоносителя в рубашке резервуара.
| Тип резервуара | Графическое изображение | Характерные особенности | Применение |
|---|---|---|---|
| Вертикальный цилиндрический | Прямоугольник с плоским дном | Высота больше диаметра | Хранение молока, воды, промежуточные емкости |
| Горизонтальный цилиндрический | Вытянутый прямоугольник | Длина больше диаметра | Транспортные емкости, буферные резервуары |
| С коническим дном | Прямоугольник с конусом внизу | Обеспечивает полное опорожнение | Продукты с осадком, ферментеры |
| С рубашкой охлаждения | Двойные стенки резервуара | Циркуляция хладоносителя | Охлаждение молока, ферментация йогурта |
Условные обозначения теплообменников
Теплообменники используются для нагрева, охлаждения и рекуперации тепла в технологических процессах. В пищевой промышленности наиболее распространены пластинчатые и трубчатые теплообменники.
Пластинчатые теплообменники
Пластинчатые теплообменники состоят из пакета гофрированных пластин, между которыми циркулируют теплоноситель и продукт. На схемах они обозначаются прямоугольником с несколькими параллельными линиями внутри, символизирующими пластины. Эти теплообменники широко применяются в процессах пастеризации молока, так как обеспечивают эффективную рекуперацию тепла и компактность установки.
Трубчатые теплообменники
Трубчатые теплообменники типа труба в трубе или кожухотрубные обозначаются на схемах соответствующими символами. Они применяются для работы с вязкими продуктами или в условиях высокого давления.
Пример расчета теплообменника
Задача: Рассчитать необходимую площадь поверхности пластинчатого теплообменника для охлаждения молока.
Исходные данные:
Расход молока: 5000 литров в час (5000 кг/ч)
Температура молока на входе: 35 градусов Цельсия
Температура молока на выходе: 4 градуса Цельсия
Температура охлаждающей воды на входе: 1 градус Цельсия
Удельная теплоемкость молока: 3,9 кДж на килограмм на градус
Коэффициент теплопередачи: 4500 Вт на квадратный метр на градус
Расчет:
Тепловая нагрузка: Q = 5000 × 3,9 × (35 - 4) = 604500 кДж/ч = 167,9 кВт
Средняя разность температур (логарифмическая): примерно 15 градусов
Площадь поверхности: F = 167900 / (4500 × 15) = 2,5 квадратных метра
| Тип теплообменника | Обозначение | Преимущества | Применение в пищевой промышленности |
|---|---|---|---|
| Пластинчатый | Прямоугольник с параллельными линиями | Компактность, высокая эффективность, легкая очистка | Пастеризация молока, охлаждение соков, нагрев пива |
| Трубчатый | Цилиндр с трубками внутри | Надежность, работа с загрязненными средами | Вязкие продукты, высокое давление |
| Труба в трубе | Две концентрические трубы | Простота конструкции | Малые расходы, локальный нагрев |
| Спиральный | Спиральные каналы | Самоочищающийся эффект | Продукты с твердыми частицами |
Практический пример: схема пастеризации
Процесс пастеризации молока является одним из важнейших в молочной промышленности. Схема пастеризационной установки демонстрирует взаимодействие всех компонентов системы и позволяет понять технологический процесс.
Компоненты схемы пастеризации
Типичная схема пастеризации включает следующие элементы: балансировочный резервуар для приема сырого молока с датчиком уровня LT-001, центробежный насос P-001 для подачи молока в теплообменник, пластинчатый теплообменник HE-001 с секциями рекуперации, нагрева и охлаждения, выдерживатель или удерживающая труба для обеспечения необходимого времени пастеризации, регулирующий клапан FCV-001 для поддержания требуемого расхода, датчики температуры TT-002 и TT-003 для контроля температуры до и после пастеризации.
Принцип работы системы
Сырое молоко из балансировочного резервуара подается насосом в секцию рекуперации теплообменника, где предварительно нагревается за счет тепла уже пастеризованного молока. Затем молоко поступает в секцию нагрева, где горячая вода или пар нагревают его до температуры пастеризации 72-75 градусов Цельсия. После нагрева молоко проходит через выдерживатель, где поддерживается при температуре пастеризации в течение 15-20 секунд. Пастеризованное молоко охлаждается в секции рекуперации, отдавая тепло входящему сырому молоку, а затем в секции охлаждения холодной водой до температуры 4-6 градусов.
Описание работы схемы пастеризации шаг за шагом
Шаг 1: Сырое молоко из резервуара хранения T-001 при температуре 4 градуса поступает в балансировочный резервуар T-002. Датчик уровня LT-001 контролирует наличие продукта.
Шаг 2: Насос P-001 забирает молоко из балансировочного резервуара и подает его в теплообменник HE-001 через расходомер FT-001.
Шаг 3: В первой секции теплообменника происходит рекуперация: холодное сырое молоко нагревается до 55-60 градусов за счет тепла горячего пастеризованного молока.
Шаг 4: Во второй секции молоко нагревается горячей водой до температуры 72-75 градусов. Датчик TT-002 контролирует температуру.
Шаг 5: Горячее молоко проходит через выдерживающую трубу длиной, обеспечивающей время выдержки 15-20 секунд при температуре пастеризации.
Шаг 6: Пастеризованное молоко охлаждается в секции рекуперации, отдавая тепло входящему молоку, а затем холодной водой до 4-6 градусов.
Шаг 7: Готовый продукт направляется в резервуар хранения T-003 через датчик температуры TT-003, который подтверждает правильность охлаждения.
Практический пример: система CIP
Система Clean-In-Place (CIP) или мойка на месте представляет собой автоматизированный процесс очистки технологического оборудования без его разборки. Это критически важная система в пищевой промышленности, обеспечивающая гигиеническую чистоту оборудования.
Основные компоненты системы CIP
Схема CIP включает резервуары для моющих растворов: резервуар для воды, резервуар для щелочного раствора, резервуар для кислотного раствора, резервуар для дезинфицирующего раствора. Также в систему входят циркуляционный насос P-CIP для подачи растворов, теплообменник HE-CIP для нагрева моющих растворов, система дозирования химикатов, комплекс контрольно-измерительных приборов для контроля температуры, концентрации, проводимости растворов, распределительная панель с клапанами для направления растворов к различным объектам мойки.
Цикл мойки CIP
Типичный цикл мойки состоит из нескольких этапов. Предварительное ополаскивание водой для удаления остатков продукта длится 5-10 минут при температуре 40-50 градусов. Щелочная мойка горячим раствором каустической соды для удаления жиров и белков выполняется 15-30 минут при температуре 70-80 градусов, концентрация 1-2 процента. Промежуточное ополаскивание водой для удаления щелочи занимает 5-10 минут. Кислотная мойка раствором азотной или фосфорной кислоты для удаления минеральных отложений проводится 10-20 минут при температуре 60-70 градусов, концентрация 0,5-1,5 процента. Финальное ополаскивание чистой водой длится 5-10 минут. Дезинфекция горячей водой или химическим дезинфектантом выполняется 5-10 минут при температуре выше 85 градусов или по инструкции к дезинфектанту.
| Этап мойки | Раствор | Температура | Длительность | Контролируемые параметры |
|---|---|---|---|---|
| Предварительное ополаскивание | Вода | 40-50°C | 5-10 мин | TT-CIP1, FT-CIP1 |
| Щелочная мойка | NaOH 1-2% | 70-80°C | 15-30 мин | TT-CIP2, CT-CIP1 (проводимость) |
| Промежуточное ополаскивание | Вода | 40-50°C | 5-10 мин | TT-CIP3, pH-CIP1 |
| Кислотная мойка | HNO3 0,5-1,5% | 60-70°C | 10-20 мин | TT-CIP4, CT-CIP2 |
| Финальное ополаскивание | Вода | Холодная | 5-10 мин | pH-CIP2, проводимость |
| Дезинфекция | Горячая вода или дезинфектант | 85°C или по инструкции | 5-10 мин | TT-CIP5 |
Практический пример работы системы CIP
После завершения производственного цикла линия пастеризации молока готовится к мойке. Оператор запускает программу CIP с панели управления. Система автоматически выполняет следующие операции:
Сначала открываются клапаны возврата продукта, и остатки молока сливаются в резервуар для возврата. Затем включается насос P-CIP и открывается клапан подачи воды. Вода циркулирует через все линии пастеризатора, теплообменник, трубопроводы в течение 7 минут при температуре 45 градусов.
После ополаскивания система переключается на циркуляцию щелочного раствора. Открывается клапан резервуара со щелочью, раствор нагревается до 75 градусов и циркулирует 20 минут. Датчики контролируют температуру и проводимость раствора, подтверждая правильную концентрацию.
Завершив щелочную мойку, система выполняет промежуточное ополаскивание водой до нейтрального показателя pH. Следующий этап - кислотная мойка раствором азотной кислоты при 65 градусах в течение 15 минут для удаления молочного камня.
Финальное ополаскивание чистой водой удаляет остатки кислоты, что подтверждается датчиком pH и проводимости. В завершение система подает горячую воду температурой 88 градусов для дезинфекции всего оборудования. По окончании программы на панели оператора появляется подтверждение успешной мойки с записью всех параметров.
Практический пример: система холодоснабжения
Системы холодоснабжения обеспечивают охлаждение продуктов и поддержание требуемой температуры в технологических процессах. В пищевой промышленности применяются различные типы холодильных систем в зависимости от температурных требований и масштабов производства.
Компоненты схемы холодоснабжения
Типичная схема включает компрессорную установку с несколькими винтовыми или поршневыми компрессорами, работающими параллельно, конденсатор воздушного или водяного охлаждения для отвода тепла, ресивер хладагента высокого давления, терморегулирующие вентили для каждого испарителя, испарители различных типов: пластинчатые, кожухотрубные, воздушные, систему циркуляции хладоносителя (ледяная вода, пропиленгликоль), комплекс контрольно-измерительных приборов и автоматики.
Принцип работы холодильной системы
Хладагент (аммиак, фреон или углекислый газ) сжимается компрессором, повышая свою температуру и давление. В конденсаторе горячий газообразный хладагент охлаждается и конденсируется, отдавая тепло окружающей среде или охлаждающей воде. Жидкий хладагент высокого давления проходит через терморегулирующий вентиль, где его давление и температура резко снижаются. В испарителе хладагент кипит при низкой температуре, отбирая тепло у охлаждаемой среды. Газообразный хладагент возвращается в компрессор, замыкая цикл.
Системы с хладоносителем
Для охлаждения продуктов часто используются промежуточные хладоносители. Ледяная вода с температурой от 1 до 4 градусов применяется для охлаждения молока, напитков, фруктов. Раствор пропиленгликоля с температурой от минус 5 до минус 10 градусов используется для быстрого охлаждения, производства мороженого, заморозки продуктов. Рассол (раствор хлорида кальция) с температурой до минус 40 градусов применяется в камерах глубокой заморозки.
| Компонент системы | Обозначение на схеме | Контролируемые параметры | Типичные значения |
|---|---|---|---|
| Компрессор винтовой | Окружность с винтом, C-001 | PT-C001, TT-C001 | Давление нагнетания 12-15 бар |
| Конденсатор | COND-001 | PT-001, TT-001 | Температура конденсации 35-40°C |
| Испаритель пластинчатый | EVAP-001 | PT-002, TT-002 | Температура кипения -5°C до +5°C |
| Насос хладоносителя | P-CH001 | FT-001, PT-003 | Расход 20-50 м³/ч |
| Резервуар хладоносителя | T-CH001 | LT-001, TT-003 | Температура 1-4°C для воды |
Пример расчета холодопроизводительности
Задача: Определить необходимую холодопроизводительность для охлаждения молока.
Исходные данные:
Производительность линии: 10000 литров молока в час
Температура молока на входе: 35 градусов Цельсия
Требуемая температура: 4 градуса Цельсия
Удельная теплоемкость молока: 3,9 кДж/(кг·°C)
Плотность молока: 1030 кг/м³
Решение:
Масса молока в час: 10000 литров × 1,03 = 10300 кг
Тепловая нагрузка: Q = 10300 × 3,9 × (35 - 4) = 1245570 кДж/ч
Перевод в киловатты: 1245570 / 3600 = 346 кВт
С учетом коэффициента запаса 1,2: 346 × 1,2 = 415 кВт
Вывод: Требуется холодильная установка мощностью не менее 415 кВт или 118 тонн холода.
Упражнения для проверки знаний
Для закрепления материала предлагаем выполнить практические упражнения по чтению схем.
Упражнение 1: Расшифровка обозначений приборов
Расшифруйте следующие обозначения приборов, встречающихся на схеме пастеризации:
1. FIC-101 - это регулятор расхода с индикацией номер 101
2. TT-205 - это датчик температуры номер 205
3. PT-303 - это датчик давления номер 303
4. LIC-402 - это регулятор уровня с индикацией номер 402
5. TAHL-501 - это сигнализация высокой и низкой температуры номер 501
Упражнение 2: Определение типа оборудования
По описанию определите тип насоса или клапана:
1. Используется для перекачки йогурта без нарушения его структуры - винтовой насос
2. Обеспечивает быстрое полное перекрытие потока поворотом на 90 градусов - шаровой клапан
3. Применяется в трубопроводах большого диаметра для регулирования потока - дисковый затвор
4. Используется для моющих растворов, перекачиваемая среда не контактирует с движущимися частями - мембранный насос
Упражнение 3: Анализ схемы пастеризации
Представьте схему пастеризационной установки и ответьте на вопросы:
1. Какой прибор контролирует температуру молока после секции нагрева? - TT-002 (датчик температуры)
2. Какое оборудование обеспечивает требуемое время выдержки при температуре пастеризации? - выдерживающая труба
3. Какой клапан регулирует расход молока через пастеризатор? - FCV-001 (регулирующий клапан расхода)
4. Зачем нужна секция рекуперации в теплообменнике? - для экономии энергии путем использования тепла горячего продукта для нагрева холодного
Упражнение 4: Последовательность мойки CIP
Расположите этапы мойки в правильной последовательности:
1. Предварительное ополаскивание водой
2. Щелочная мойка
3. Промежуточное ополаскивание
4. Кислотная мойка
5. Финальное ополаскивание
6. Дезинфекция
Упражнение 5: Расчетная задача
Рассчитайте массовый расход молока, если объемный расход составляет 3000 литров в час, а плотность молока 1030 килограмм на кубический метр.
Решение: Массовый расход = 3000 литров/ч × 1,03 кг/литр = 3090 кг/ч
Часто задаваемые вопросы
Технологическая схема PFD (Process Flow Diagram) показывает общую последовательность технологического процесса с указанием основного оборудования и материальных потоков. Схема P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) является более детальным документом, который включает все трубопроводы с указанием диаметров и материалов, все клапаны и арматуру, все контрольно-измерительные приборы с их буквенными обозначениями, направления потоков, соединения между оборудованием. P&ID используется для детального проектирования, закупки оборудования, монтажа и эксплуатации, в то время как PFD служит для общего понимания процесса.
Направление потока на схемах P&ID обозначается стрелками на линиях трубопроводов. По умолчанию поток движется слева направо и сверху вниз, если не указано иное. Стрелки ставятся в ключевых точках: на входах и выходах оборудования, после клапанов, в местах изменения направления. При наличии двунаправленных потоков используются двойные стрелки. Важно помнить, что направление потока может изменяться в зависимости от режима работы системы, например, в режиме CIP мойки направление может быть обратным производственному.
На схеме пастеризационной установки обязательно должны присутствовать следующие приборы: датчики температуры на входе и выходе секции нагрева для контроля достижения температуры пастеризации, расходомер для контроля производительности и времени выдержки, датчик давления для контроля работы насосов и отсутствия кавитации, регулирующий клапан или частотный преобразователь насоса для поддержания заданного расхода, система регистрации параметров пастеризации с фиксацией температуры и времени, устройство отклонения потока для автоматического возврата непастеризованного продукта на повторную обработку. Эти приборы обеспечивают безопасность продукта и соответствие санитарным нормам.
Рекуперация тепла в пластинчатом теплообменнике пастеризатора позволяет значительно снизить энергозатраты на нагрев и охлаждение продукта. Горячее пастеризованное молоко температурой 72-75 градусов передает тепло холодному сырому молоку температурой 4-6 градусов. В результате сырое молоко нагревается до 55-60 градусов без затрат энергии, а пастеризованное охлаждается до 20-25 градусов. Это снижает нагрузку на систему нагрева горячей водой и на систему охлаждения холодной водой. Эффективность рекуперации может достигать 85-90 процентов, что обеспечивает экономию энергии до 80 процентов по сравнению с системой без рекуперации.
CIP (Clean-In-Place) - это система автоматизированной мойки технологического оборудования без его разборки. В пищевой промышленности CIP критически важна по нескольким причинам. Она обеспечивает гигиеническую чистоту оборудования в соответствии с санитарными требованиями, предотвращает развитие микроорганизмов и контаминацию продукта, экономит время по сравнению с ручной мойкой, снижает расход воды и моющих средств благодаря автоматическому контролю, обеспечивает повторяемость и документирование процесса мойки, повышает безопасность персонала за счет минимизации контакта с химикатами. Правильно спроектированная система CIP окупается за счет сокращения времени простоя оборудования и гарантированного качества мойки.
В современной пищевой промышленности применяются различные хладагенты в зависимости от требований безопасности и экологии. Аммиак является традиционным хладагентом для крупных холодильных систем благодаря высокой эффективности и низкой стоимости, но требует специальных мер безопасности. Фреоны группы HFC применяются в средних и малых установках, безопасны для персонала, но имеют высокий потенциал глобального потепления. Углекислый газ CO2 набирает популярность как природный хладагент с нулевым потенциалом глобального потепления и высокой эффективностью. Пропиленгликоль используется как промежуточный хладоноситель, безопасен при контакте с продуктами питания. Выбор хладагента зависит от мощности установки, температурных требований, норм безопасности и экологических ограничений.
Размер трубопровода на схеме P&ID обозначается рядом с линией трубы и включает номинальный диаметр в миллиметрах или дюймах, обозначение материала трубы и класс давления. Например, обозначение "DN50-SS316-PN10" означает: DN50 - номинальный диаметр 50 миллиметров, SS316 - нержавеющая сталь марки 316, PN10 - номинальное давление 10 бар. В пищевой промышленности также может указываться класс чистоты поверхности для санитарных трубопроводов. Важно различать номинальный диаметр DN (Diameter Nominal), который является условным обозначением, от внутреннего диаметра трубы. Для точных расчетов используются таблицы соответствия номинальных и реальных размеров.
На схемах P&ID различные типы линий имеют определенное значение. Пунктирная линия обычно обозначает электрический или пневматический сигнал от контрольно-измерительного прибора к исполнительному механизму или системе управления. Сплошная толстая линия показывает технологический трубопровод с продуктом. Штрихпунктирная линия может обозначать границы технологических систем или оборудования. Двойная линия указывает на трубопровод с изоляцией или обогревом. Линия с точками может означать механическую связь или линию выравнивания давления. Всегда следует проверять легенду или условные обозначения конкретной схемы, так как разные компании могут использовать небольшие вариации стандартных обозначений.
Схемы P&ID должны обновляться сразу после любых изменений в технологическом процессе или оборудовании. Это критически важно для безопасности и эффективности производства. Обновление должно происходить поэтапно: временные изменения отмечаются красным карандашом непосредственно на рабочих копиях схем в момент модификации, после завершения работ изменения вносятся в электронную версию схемы, обновленная схема проходит проверку и утверждение у главного инженера, новая версия распространяется всем заинтересованным службам с изъятием старых версий. Актуальные схемы необходимы для правильной эксплуатации, безопасного обслуживания, быстрого устранения неисправностей, обучения новых сотрудников, прохождения аудитов и сертификации. Устаревшие схемы могут привести к авариям, неправильным действиям персонала и нарушению технологического процесса.
Для создания профессиональных схем P&ID используются специализированные программные продукты. AutoCAD Plant 3D от Autodesk является одним из наиболее распространенных решений с обширной библиотекой символов и возможностью трехмерного моделирования. SmartPlant Instrumentation от Intergraph (Hexagon) обеспечивает интеграцию с базами данных оборудования и автоматическую генерацию спецификаций. Visio от Microsoft подходит для создания простых схем небольших систем с базовым набором символов. CADWorx Plant Professional предлагает комплексное решение для проектирования трубопроводов и создания схем. EPLAN для электрической части и автоматизации интегрируется с P&ID системами. Выбор программы зависит от масштаба проекта, требований к интеграции с другими системами, бюджета и квалификации персонала. Все эти программы поддерживают стандарты ISA и ISO для обозначений.
