Diagramas P&ID

1

DIAGRAMAS

1. Diagramas en Bloques (BD)

Los diagramas en bloques son, prácticamente, ideogramas de proceso, en términos

principalmente fundamentales. Es decir, si se desea separar un compuesto "A" de una solución,

simplemente se dispondrá una caja negra que corresponde a un proceso de separación... que tal

proceso sea factible y que exista la tecnología necesaria es asunto de etapas posteriores. En

cuanto la factibilidad se resuelve, la caja es reemplazada por un equipo concreto, en un tipo de

diagrama posterior.

Para resolver balances de materia y energía, el primer paso en la mayoría de las ocasiones

consiste en convertir el texto del problema en un diagrama de bloques sencillo. Este diagrama

está formado por una serie de bloques conectados por corrientes (flujos) de entrada y salida.

Deben incluir condiciones de operación (temperatura y presión) y otra información importante,

tal como el grado de conversión o el rendimiento de recuperación en base al enunciado del

problema. No proporciona detalles sobre cómo funcionan los elementos individuales que

forman parte de cada bloque, sino que se centra en las corrientes principales que definen el

proceso.

El formato general y los criterios a seguir para preparar este tipo de diagramas son:

1. Las operaciones básicas se muestran en forma de bloques. No es necesario recurrir a la

forma física real del equipo/s involucrados.

2. Las líneas de flujo o corrientes principales deben aparecer con flechas para indicar el

sentido del flujo.

3. El sentido del flujo debe ir de izquierda a derecha siempre que sea posible.

4. Las corrientes ligeras (gases) deben salir por la parte superior de los bloques, mientras que las

corrientes pesadas (líquidos y sólidos) deben salir por la parte inferior de los bloques.

5. Debe incluirse sólo la única información que sea crítica para definir el proceso (rendimientos,

conversiones,...).

6. Si las líneas de flujo se cruzan, se mantendrá la línea horizontal continua y la vertical

aparecerá dividida.

7. Se indicarán balances de materia simplificados siempre que se pueda.

Es cierto que el diagrama de bloque carece de mucha información del proceso, queda claro que

es muy útil para tener una primera impresión de lo que sucede y explicar las características

principales del proceso. Este tipo de diagramas son el punto de partida de los diagramas de flujo

de proceso (PFD) que veremos más adelante.

2

2. Diagramas detallados de equipos

Este diagrama incluye las tuberías del proceso, las válvulas, los desagües, las desviaciones, las

ventilaciones, los reciclos y todos los equipos de proceso.

El diagrama detallado no suele ser necesario para la estimación inicial de costos; su aporte es

valioso, más bien, en el cálculo afinado de costos de la planta. Existen algunos sistemas CAD

que incorporan un buen nivel de avance hacia este tipo de diagrama.

En este nivel de detalle, los costos se estiman por coeficientes globales, nacidos de la empírica.

Por ejemplo, conocida la inversión en los equipos principales (desde el punto de vista de la

inversión, es decir, los más grandes y costosos), se estiman los costos de: instalaciones

eléctricas; instrumentación; servicios de calor y frío; canalizaciones, operación; de mantención;

etc. mediante coeficientes (15%, 20%, 5%, etc.)

Los diagramas de flujo de proceso suponen, respecto a los diagramas de bloques, un escalón

cuantitativo más en lo que se refiere a la cantidad de información que aportan. Un PFD contiene

el grueso de todos los datos químicos necesarios que permiten el diseño de un proceso.

Para este tipo de diagramas ya no existe una serie de criterios o normas estándar globalmente

aceptadas por cualquier empresa, pero vamos a tratar de exponer las directrices que permitan

elaborarlos con un mínimo de homogeneidad independientemente de los criterios particulares

que cada empresa o grupo de ingeniería puedan manejar para cada caso concreto.

Un PFD convencional debe contener la siguiente información:

1. Representación de todos los equipos (operaciones básicas) principales, junto con su

descripción. A cada equipo se le debe asignar un número o código único y un nombre que lo

describa.

2. Todas las corrientes de proceso deberán aparecer identificadas con un número. Asimismo, se

debe incluir una descripción de las condiciones de proceso (P, T, caudal,...) y la composición

química de cada corriente. Estos datos se pueden incluir directamente en el PFD o pueden

aparecer en una tabla anexa al diagrama.

3. Todas las corrientes o flujos auxiliares (vapor, agua de refrigeración, aire, ...) que

afecten a los equipos principales.

4. Lazos básicos de control, de manera que se pueda observar la estrategia de control

empleada a la hora de operar la planta en condiciones normales.

Queda claro, por tanto, que un PFD es un diagrama complejo que requiere de un esfuerzo

sustancial para prepararlo. Es vital evitar errores en la presentación e interpretación de los

mismos, de manera que sean sencillos de seguir. A menudo los PFD requieren de unos tamaños

de papel considerablemente grandes e incluso se hace necesario unir varios formatos de papel

para disponer de toda la información para un proceso completo. Este hecho hace que los

ejemplos que se muestran a partir de este punto hayan sido simplificados, de manera que, sin

perder el nivel de detalle exigido, permitan entender la filosofía y reglas generales para su

elaboración.

Convenciones para la identificación de equipos • C : compresores

• E : intercambiadores de calor

• H : calentadores a llama

• P : bombas

• R : reactores

• T : columnas

• TK: estanques de almacenamiento

• V : estanque de proceso

3

Numeración de los equipos (Ejemplo) • P-101 A/B identifica un bomba

• P-101 A/B identifica que la bomba esta ubicada en el área Nº 1 de la planta

• P-101 A/B identifica que la bomba es la número 01 de las “n” existentes en la planta

• P-101 A/B identifica que hay dos bombas idénticas, una de respaldo (backup).

3. Diagrama de distribución de equipos e instalaciones (Lay-out)

Conocidos los equipos principales y las instalaciones de servicio necesarias (por ejemplo, si

deben llegar camiones de despacho de productos, se deberá considerar el área necesaria para su

entrada, salida y maniobras de carga o descarga), se desarrolla un diagrama que especifique

donde está cada equipo y donde está cada instalación (estacionamiento de ejecutivos, garaje,

caldera, subestación eléctrica, casino, sala cuna, etc.) Este diagrama se suele conocer como el

Lay-out del proyecto o de la Planta. Su precisión incide sobre la precisión de la estimación de

costos de terrenos y sobre las pérdidas de carga asociadas a los equipos (las cotas pueden

significar que se deban instalar bombas de impulsión que, de variar la localización de equipos,

se podrían ahorrar). En este curso se supondrá que los alumnos conocen suficientemente los

diagramas de distribución de equipos e instalaciones de plantas o, en su defecto, que el concepto

es suficientemente claro.

4. Diagramas de Instrumentación y Proceso (P&ID)

Un diagrama de tubería e instrumentación es la representación grafica de la secuencia de

equipos, tuberías y accesorios que conforman una sección de una planta (batería de separación,

de compresión, rebombeo, centro operativo, centro de proceso, etc).

Este diagrama especifica tanto la conexión de un equipo con otro en forma precisa (diámetro y

longitud de cañerías o canaletas, pérdidas de carga asociadas a singularidades, etc.) como los

aparatos que permiten el manejo concreto del proceso. Estos proporcionan la información que

necesitan los ingenieros para comenzar a planificar la construcción de la planta. En muchos

casos se pueden indicar los requisitos de instrumentación en los propios diagramas

simplificados, pero, si la instrumentación es compleja, resulta necesario desarrollar un diagrama

más detallado, destacando todos los reguladores e instrumentos.

El diagrama de instrumentación, junto al diagrama simplificado de equipos, recibe el nombre de

Diagrama de Instrumentación y Proceso, referido habitualmente como el P&ID (léase Pí and Ai

Dí) representando la abreviación de Piping and Instrumentation Diagram (se verá,

posteriormente, que el nombre abreviado puede resultar inadecuado ya que existe un algoritmo

de control de procesos, muy común, llamado PID, por ser un algoritmo en que la acción de

control es Proporcional, Integral y Derivativa respecto del error en la variables controlada).

Un P&ID está definido por el Instituto de Instrumentación y Control de la siguiente manera:

“Un diagrama que muestra la interconexión de equipos de proceso e instrumentos utilizados

para controlar el proceso. En la industria de procesos, un conjunto estándar de símbolos se

utiliza para preparar los dibujos de los procesos. El instrumento de símbolos utilizados en estos

dibujos se basa generalmente en Sistemas de Instrumentación y Automatización de la sociedad

(ISA) Norma S5.1.”

Es el principal esquema utilizado para la colocación de un proceso de control de la instalación.

Los P&ID desempeñan un papel importante en el mantenimiento y modificación del proceso

que describe. Es fundamental para demostrar la secuencia física de los equipos y sistemas, así

como la forma en que estos sistemas de conexión. Durante la etapa de diseño, el esquema

también proporciona la base para el desarrollo de sistemas de control del sistema, lo que permite

aumentar la seguridad operacional y las investigaciones, como los estudios de peligros y

operabilidad (HAZOP).

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentation,_Systems_and_Automation_Society

4

Para las instalaciones de procesamiento, es una representación pictórica de

Instrumentos clave de las tuberías y los detalles

Control y sistemas de cierre

Seguridad y los requisitos reglamentarios

Puesta en marcha e información operativa

La tabla siguiente tabla resume los criterios principales para identificar la información relativa a

los elementos de control e instrumentación.

Especificaciones de equipos que debe reflejarse en los PFD y PID

Merece la pena recordar que en la mayoría de los procesos químicos el elemento final de control

es una válvula. Esto quiere decir que toda la estrategia de control está basada en el efecto que

tiene en determinadas variables de proceso el cambio en el caudal de alguna corriente. La clave

para entender la lógica del control es identificar qué caudal se está manipulando para controlar

una determinada variable. Una vez hecho esto es relativamente sencillo ver en qué sentido debe

cambiar la apertura o cierre de una válvula para producir el cambio deseado en la variable que

se quiere controlar. El tiempo de respuesta del sistema y el tipo de acción de control empleada

(proporcional, integral y/o derivativa) es una tarea que queda para los ingenieros de control.

El P&ID es la última etapa del proceso de diseño básico y sirve como guía para los

responsables del diseño final y la construcción de la planta. En base a estos diagramas:

- Los ingenieros civiles y mecánicos diseñan e instalan los equipos.

- Los ingenieros de instrumentación especifican, instalan y comprueban los sistemas de control.

5

- Los ingenieros responsables de las conducciones desarrollan la distribución en planta y en 3D.

- Los ingenieros de organización elaboran la planificación temporal de los trabajos de

construcción de la planta.

Los P&ID también se emplean para la formación de los operadores de planta. Una vez que la

planta está construida y está operativa, hay unos límites claros para lo que puede hacer un

operador. Para cambiar o mejorar el rendimiento de alguna unidad de la planta, lo más que se

permite es abrir, cerrar o cambiar la posición de una válvula. Parte del trabajo de formación del

operador consiste en la simulación de situaciones en las que el operador debe decidir qué

válvula hay que cambiar, cuánto hay que abrirla o cerrarla y qué variables se deben vigilar para

comprobar los efectos producidos por dicho cambio. Los P&ID también son especialmente

útiles en la elaboración de los procedimientos de puesta en marcha y parada, en los cuales el

sistema no está sujeto al sistema de control instalado para el funcionamiento ordinario de la

instalación.

4. Diagramas complementarios

Durante las fases de planificación y construcción de un nuevo proyecto son necesarios

varios diagramas adicionales. Si bien estos diagramas son esenciales para finalizar con éxito la

construcción de la planta, no proporcionan información adicional sobre el proceso, por lo que

mencionaremos brevemente los más habituales:

- Diagramas de servicios auxiliares: Debe mostrar todas las corrientes disponibles de servicios

auxiliares (vapor, agua de refrigeración, etc...)

- Diagramas de ubicación y elevación de los equipos: Deben indicar las cotas de altura y

situación de los equipos principales, de forma que sea posible el acceso a ellos para tareas de

reparación y/o mantenimiento.

- Diagrama isométrico de tuberías: Indican la elevación y orientación de cada tramo de tubería.

- Planos de situación y emplazamiento.

- Diagramas unifilares.

- Diagramas estructurales de soportes.

Todos los diagramas anteriores son valiosos si disminuyen progresivamente la incertidumbre

asociada a un proceso y si son útiles para generar los planos de detalle que corresponden a las

etapas finales del diseño del proyecto.

6

SIMBOLOGIA EN PROCESOS

18

Procesos de Refinación de Petróleo 1. Destilación Primaria

Este proceso inicia la refinación del petróleo y su función es separar los diferentes componentes

del crudo en una torre de destilación. Los productos del proceso son gas combustible, gasolina

de destilación directa, naftas ligera y pesada, combustóleos y crudo reducido.

La destilación del crudo, se basa en la transferencia de masa entre las fases liquido-vapor de una

mezcla de hidrocarburos.

La destilación permite la separación de los componentes de una mezcla de hidrocarburos, como

lo es el petróleo, en función de sus temperaturas de ebullición.

Para que se produzca la "separación o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el

equilibrio entre las fases líquido-vapor, ya que de esta manera los componentes más livianos o

de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor peso

molecular predominan en la fase liquida, en definitiva se aprovecha las diferencias de

volatilidad de los hidrocarburos.

El equilibrio líquido-vapor, depende principalmente de los parámetros termodinámicos, presión

y temperatura del sistema. Las unidades se diseñan para que se produzcan estos equilibrios en

forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados.

Básicamente el proceso consiste en vaporizar los hidrocarburos del crudo y luego condensarlos

en cortes definidos. Modificando fundamentalmente la temperatura, a lo largo de la columna

fraccionadora.

La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la comuna

fraccionadora. En el Horno se transfiere la energía térmica necesaria para producir el cambio de

fase y en la Zona de Carga se disminuye la presión del sistema, produciéndose el flash de la

carga, obteniéndose la vaporización definitiva.

La fase liquida se logra con reflujos de hidrocarburos retornados a la torre. Estos reflujos son

corrientes liquidas de hidrocarburos que se enfrían por intercambio con crudo o fluidos

refrigerantes. La función u objetivo principal de estos , es eliminar o disipar en forma controlada

la energía cedida a los hidrocarburos en el horno, de esta manera se enfría y condensa la carga

vaporizada, en cortes o fracciones de hidrocarburos especificas, obteniéndose los combustibles

correspondientes.

La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que

ascienden y los líquidos descendentes. En puntos o alturas exactamente calculadas existen

platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados.

19

2. Desulfuración

Son procesos donde se hace reaccionar hidrógeno con hidrocarburos insaturados (olefinas y

aromáticos) transformándolos en saturados (parafinicos y nafténicos). Además el hidrógeno

reacciona con compuestos de azufre, nitrógeno y oxigenados transformandolos en ácido

sulfhídrico (SH2), amoniaco (NH3) y agua (H2O).

En esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminándole básicamente los compuestos

de azufre; también se eliminan nitrógeno, oxígeno y metales pesados. Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refinería. Los flujos

de entrada que se manejan en este proceso son hidrocarburos seleccionados de la destilación

primaria con hidrógeno convirtiendo los compuestos de azufre en sulfuro de hidrógeno el

cual se elimina en forma gaseosa. Los productos del proceso son: gasolina desulfurizada,

naftas ligera y pesada desulfurizada, o combustóleos desulfurizados o combustóleos

catalíticos desulfurizados.

La carga esta constituida por naftas pesadas de destilación primaria ( Topping ) y naftas

pesadas de las Unidades de Coque. Luego de ser calentada, la carga pasa por un sistema de

reacción donde el hidrocarburo toma contacto con el hidrógeno en presencia de un

catalizador. La corriente de salida del sistema de reacción pasa por un separador de alta

presión donde se separa el hidrógeno que no reaccionó junto con parte del sulfhídrico y

amoníaco formado, luego la corriente pasa a una torre estabilizadora donde se elimina una

pequeña cantidad de gases por la parte superior. Por el fondo sale nafta hidrotratada

.

20

3. Reformación

La nafta desulfurizada se bombea a este proceso, el cual cumple la función de rearreglar los

hidrocarburos por medio de desintegración en catalizadores de platino-aluminio y bimetálico

para producir gasolina de alto octano. Los productos de la unidad son: gasolina reformada de

alto octano, hidrógeno, gas combustible y residuos ligeros.

La alimentación del Reforming de Naftas proviene de las naftas pesadas de Coque las que son

tratadas previamente en las Unidades de Hidrotratamiento de Naftas con el fin de eliminar sus

contaminantes. La carga a la Unidad de Reforming ingresa a la sección de Reacción que consta

de tres reactores en serie. En ellos se desarrollan los diferentes tipos de reacciones químicas . El

producto de salida de los reactores pasa por un separador de alta presión donde se libera el

hidrógeno producido por las reacciones.

21

4. Isomerización

en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilación primaria y

desulfurizada por la hidrodesulfurización. En este proceso también son rearreglados o

reacomodados los hidrocarburos de la gasolina, en presencia de un catalizador de platino o de

cloruro de aluminio. El producto es la gasolina de alto octano y gas combustible.

La sección de HTN separa en un splitter el corte isomerizable de pentanos y hexanos de la Nafta

Liviana por la parte superior, y el corte de heptanos y superiores, no isomerizables por la parte

inferior.

La corriente de pentanos y hexanos se pone en contacto con hidrógeno y es llevada a la

temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones, a través de un horno de proceso,

antes de ingresar al reactor.

En el reactor se producen las reacciones de hidrotratamiento sobre un catalizador de Cobalto-

Molibdeno para eliminar los contaminantes : metales, olefinas y compuestos de azufre y

nitrógeno.

El efluente ingresa a un stripper para despojar por la parte superior los gases de azufre

producidos en el reactor; y de allí es tratado en un lecho adsorbente, sulfur guard, para eliminar

cualquier traza de azufre que pueda aún contener para finalmente ser enviado a la sección de

Penex. La carga de pentanos y hexanos, ya tratada en HTN, pasa a través de unos secadores

cuya función es la de adsorber el agua disuelta, ya que ésta se comporta como un oxigenado

frente al catalizador de Penex.

Luego de pasar por los secadores la corriente se lleva a temperatura de reacción mediante un

sistema de intercambio con el efluente del mismo.

Mientras que en el primer reactor se favorece la cinética de las reacciones operando a mayor

temperatura, en el segundo se favorece el equilibrio termodinámico de las mismas mediante su

operación a menor temperatura.

El catalizador de los reactores de Penex está compuesto por platino sobre alúmina clorada.

El efluente del segundo reactor es enviado a una torre estabilizadora para despojar los

compuestos livianos de la nafta isomerada.

22

5. Coquización

Los residuos de la destilación al vacío son desintegrados térmicamente para convertirlos en

combustibles ligeros y en coque. Los productos en este proceso son: gas combustible, nafta,

gasóleos ligeros y pesados y coque.

Las moléculas de elevado peso molecular son descompuestas térmicamente en otras más

pequeñas y de más bajo punto de ebullición, buscándose el rendimiento máximo de

hidrocarburos que estén en el rango de ebullición de la nafta, con elevado número octánico.

BOMBAS

DIAGRAMA DE FLUJODE PROCESO

DIAGRAMA DE TUBERIAE INSTRUMENTACION

CENTRIFUGAS

��

��

ROTATIVAS

��

��

RECIPROCANTES

��

��

SIMBOLOS DE EQUIPOS

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol15/indice_vol15.htm

COMPRESORESDIAGRAMA DE FLUJO

DE PROCESODIAGRAMA DE TUBERIA

E INSTRUMENTACION

CENTRIFUGOS

��

��

RECIPROCANTES DE UNA ETAPA

��

��

RECIPROCANTES MULTI ETAPA

��

��




VENTILADORES

��



��




INTERCAMBIADORES DE CALOR



CARCAZA Y TUBO

��

��

DOBLE TUBO

��






REHERVIDOR TIPO “KETTLE”

��

ENFRIADOR POR AIRE

��

��

��




RECIPIENTES A PRESION



REACTORES Y COLUMNAS

�

��

��

�

��

��

�

�

��

!�

�

�

��

!�

LLL

LLL




INTERNOS PARA RECIPIENTES A PRESION

��

��"�� #

��

"�� #

��

��

��

��

"��#

"��#

��

"��#

��

��

��

"��$��#

��

��

"��%��$��#

��

��

��

��







SEPARADORES / ACUMULADORES

��

��

��

HLL

NLL

LLLHLLLLL

HLL

NLL

LLL

HLL

NLL

LLL






TANQUES Y ESFERAS

��

��

ESFERAS

HLL

NLL

LLL






HORNOS

��




SECADORES

��

��%��%��

��

��

��

��

��

��




CRUSHERS

��

��&��

��

%��




SCREENS

��%�� %��

��%�� %��

�� %��

��




SEPARADORES MECANICOS Y POR GRAVEDAD

��%

��%��

��

��

��

��

��

��

��

��%��

��

��

��

��

��




MEZCLADORES

��

�� '��

��

��

��

��

��

��

��




EQUIPOS DE TRANSPORTE ESTACIONARIO

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��




BRAZO DE CARGA

��

��"�� #

��"��#




EQUIPOS MISCELANEOS

��

��

��

��( ))#

��

"��

"��

"��))#

��

��))#

��




IDENTIFICACION DE EQUIPOS

El sistema para identificar y numerara equipos de proceso es como sigue:

1 2 3 4 5 6

Explicación:

Campo (1) Una, dos o tres letras indicando el código del equipo (véase lista).

Campo (2) Primer dígito del código que idententifica la planta.

Campo (3) Un dígito que identifica código del área o sección.

Campos (4, 5) Número consecutivo del equipo, abarcando del 01 al 99.

Campos (6) Una o varias letras para mostrar duplicado de equipos. Por ejemplo, cuatroequipos idénticos y con la misma función A/B/C/D.

NOTA: Los equipos motrices (motores) de equipos rotativos o enfriadores por airese les asignan números iguales a los de los equipos propiamente dichos.

Ejemplo:

Bomba No. P–3201A/B/C/D

Motor No. PM–3201A/B/C/D




CODIGOS DE EQUIPOS

Código Descripción

A Equipos misceláneos

B Tolva

C Columna, torre

CT Torre de Enfriamiento

CV Válvula de control

D Secador

DE Motor diesel

DH Desaereador

DMM Motor Mezclador Dinámico

E Equipo de transferencia de calor (sin fuego directo)

EM Motor de Enfriador / Ventilador

F Equipo de transferencia de calor (a fuego directo) Hornos, incineradores

FIL Filtro

FLA Mechurrio

G Generador

GT Turbina generadora

J Eyector, inyector

K Compresor, soplador, ventilador

KM Motor de compresor

KT Turbina de Compresor

LA Brazo de Carga

MD Mezclador Dinámico

ME Mezclador Estático

MA Agitador Mecánico

N Transformador

P Bomba

PM Motor de bomba

PT Turbina de bomba

O Transmisión mecánica

R Reactor, convertidor

RV Válvula de seguridad / alivio

S Separador mecánico o por gravedad (por ejemplo: filtro, decantador,colador, colector de polvo, tamiz, etc.)




Código Descripción

SL Silo

SG Caldera

SV Recipiente de almacenamiento presurizado (por ejemplo: esfera, salchicha,etc.)

ST Turbina de vapor

T Tanque de almacenamiento

V Recipiente de proceso presurizado (separadores, acumuladores)

W Equipo de pesaje

X Equipo estacionario de transporte




Diagramas P&ID

Documents

Transcript of Diagramas P&ID