Les schémas P&ID

P&ID pour Piping and Instrument Diagram.
Aussi nommé en français Schéma TI pour Tuyauterie et Instrument ou Plan de Circulation des Fluides Instrumenté.

Le schéma P&ID est la représentation la plus complète d'une installation. C'est le principal outil de communication dans de nombreuses activités d'analyse, de développement, de construction ou de maintenance. C'est en particulier le schéma de base pour toutes les analyses de risque. Il est donc très important qu'il soit rigoureusement fidèle à la réalité.
Lors d'un projet de construction, il est réalisé avant la construction physique, et il est important de vérifier que la réalisation correspond bien à ce qui était indiqué sur le P&ID.
Tout au long de la vie de l'installation toute modification doit impérativement être reportée sur le P&ID afin de lui conserver son label "tel que construit".

Ce que doit contenir impérativement un P&ID:

 - tous les équipements y compris les rechanges installées et les équipements fonctionnant en parallèle
 - toutes les tuyauteries des fluides du procédé et leurs connexions dans un ordonnancement fidèle à la réalité
 - le repère de chaque tuyauterie avec l'indication de son diamètre et la classe à laquelle elle appartient si des classes ont été définies
 - la position exacte des changements de classe de tuyauterie
 - la pente de la tuyauterie (sens et valeur) si c'est une exigence importante
 - tous les raccordements aux fluides utilité
 - tous les accessoires de tuyauterie présents (vannes, clapets, soupapes, organes de mesure, bouchons, brides pleines, ...), dans la position par rapport aux autres éléments et aux connexions, strictement conforme à la réalité.
 - toutes les boucles de régulation et tous les automatismes, avec leur repère conforme à leur désignation dans le système de conduite, éventuellement représentés de manière simplifiée
Toutes ces informations ne doivent être présentes qu'une seule fois sur l'ensemble des schémas d'une installation.

Ce qu'il peut être utile de trouver sur un P&ID:

 - les caractéristiques principales des équipements principaux (volume, conditions de calcul, matériau de construction, ...)
 - l'élévation des équipements

Ce qu'il n'est pas recommandé de représenter

 - les élévations relatives des équipements les uns par rapport aux autres
 - les longueurs et les cheminements des tuyauteries
 - les réseaux de fluide utilité, de purge, de drains, de torche, ... qui feront l'objet de P&ID dédiés

Ce qu'il est déconseillé de faire
 - répartir les éléments d'une même section sur plusieurs schémas, obligeant à de nombreux renvois toujours difficiles à suivre
 - laisser une ligne sans connexion à un équipement traverser un schéma de part en part sans connexion à un équipement

Ce qu'on doit formellement s'interdire de faire

 - représenter un même élément (appareil, piquage, ...) sur plusieurs schémas. Une mise à jour incomplète pourra conduire à ce que les deux représentations soient différentes.

Combien d'équipements sur chaque schéma?

Cela dépend ...
Il est important de penser à sa lisibilité dans un usage quotidien. Si pour un usage de bureau d'étude, il peut être imprimé en grand format, celui-ci sera peu commode sur le terrain, et difficile à photocopier. Le format idéal pour un usage courant en exploitation semble être le format A3, peut encombrant et facilement reproductible.
Il est donc important que le schéma soit aisément lisible dans ce format.

Un seul équipement majeur par schéma est une base raisonnable. Mais si le procédé est complexe, il peut être utile de le fractionner. Par exemple, dans le cas d'une colonne de distillation, il est courant de représenter la section de tête avec condenseur et circuits de reflux sur un schéma et la section de pied avec rebouilleur sur un autre. De même, il sera rationnel de représenter un groupe de vide complet sur un seul schéma.

Le schéma P&ID dans la vie d'une installation

Alors que PFD est construit essentiellement à partir d'informations provenant du concepteur du procédé, le schéma P&ID agrège des informations en provenance de:

• les instrumentistes
• les fournisseurs d'équipements, de machines, ...
• l'analyse de risque du procédé
• l'exploitant et les chargés de maintenance
• les fournisseurs d'utilités
• ...

Le schéma P&ID est réalisé bien avant le début de la construction. Il permet entre autres la réalisation des maquettes, plans 3D, isométriques de construction des tuyauterie. C'est aussi le document de référence pour l'analyse de risque de type HAZOP.

Tout au long du déroulement d'un projet de construction il enregistre les modifications apportées au projet.

La construction d'une installation doit être rigoureusement conforme au schéma P&ID établi à la fin du projet. La phase de réception de chaque élément de tuyauterie permet de s'en assurer. Si un écart est observé et que celui-ci est acceptable, il doit être reporté sur le P&ID, afin de disposer au final d'une version dite "tel que construit".

Durant la vie d'une installation en exploitation, des modifications peuvent être apportées. Elles doivent être reportées sur le schéma P&ID au fur et à mesure. Pour s'assurer que tous les utilisateurs potentiels du schéma disposent d'une version "à jour", une procédure rigoureuse doit être mise en place incluant:

• la collecte des modifications
• l'édition des nouvelles versions des schémas
• leur diffusion auprès des utilisateurs potentiels et le retrait des versions obsolètes

Schéma P&ID vs schéma isométrique

La lecture d'un schéma P&ID demande un effort d'imagination pour se représenter l'installation réelle. Pour faciliter la formation des opérateurs, des schémas isométriques sont souvent établis. Cependant un schéma isométrique ne peut pas reproduire la rigueur d'un schéma P&ID.
Parfois, les modifications apportées à l'installation sont reportées sur les schémas isométriques servant aux opérateurs, mais la mise à jour des schémas P&ID est négligée.
Cette manière de faire n'est jamais recommandée pour les raisons suivantes:

• le schéma isométrique oblige à respecter les positions et orientations dans l'espace des éléments représentés, ce qui peut rendre difficile la représentation d'éléments cachés, ou dans des environnements encombrés. On peut donc être amené à sélectionner ce qu'on représente. Le schéma n'est plus fidèle.
• la réalisation d'un schéma P&ID à partir d'une installation existante qui n'en dispose pas, est un travail colossal, quasiment impossible à mener correctement. Les circuits à représenter sont dans un environnement souvent très encombré, parfois difficiles d'accès, avec des éléments cachés (sous calorifuge, enterrés, ...).

Equipements

Tous les piquages et raccordements devant être représentés de manière exhaustive et repérables sur le terrain.Pour cela, les équipements doivent souvent être représentés de manière réaliste.
Sont rassemblées dans un tableau, les caractéristiques principales:
 - dimensions géométriques (diamètre, hauteur, volume)
 - les conditions de calcul (pression, température)
 - les matériaux de construction
 - le poids

Eléments de tuyauterie

Outre les tuyauteries elles-mêmes, doivent être représentés de manière exhaustive:
 - les vannes et autres moyens d'obturation (clapets anti-retour, joints à lunette, ...)
 - les changements de diamètre
 - l'indication des pentes si important pour le fonctionnement
 - l'indication des traçages et leur type
 - les soupapes et disques de rupture
 - les repères des lignes

Des informations complémentaires peuvent être ajoutées si elles sont importantes, telles que "au plus près de ...", "en point haut/bas", "sans point haut/bas", ....

Le brides ne sont représentées que si elles sont associées à une fonction particulière telle que:

• un changement de classe de tuyauterie
• un emplacement de platinage
• un élément démontable pour une fonction du procédé (coude inversible, ...)

Repérage des lignes

Les tuyauteries doivent être repérées sur le P&ID par au moins trois indications:

1. le diamètre de la tuyauterie
2. un numéro d'ordre
3. la classe de tuyauterie à laquelle elle appartient

Le numéro d'ordre permet de faire le lien avec les plan isométriques de construction et les opérations de maintenance et d'inspection.
Une tuyauterie allant d'un équipement à un autre, d'un réseau à un équipement ou d'un réseau à un équipement peut conserver le même numéro d'ordre même en cas de changements de diamètre, ou si elle est interrompue par une vanne ou tout autre accessoire de tuyauterie.
Il est courant d'ajouter aussi une indication du fluide véhiculé si c'est un fluide utilité de type: vapeur, air, eau, azote, ...

Instrumentation

La symbolisation de l'instrumentation et des régulations est décrite dans la norme NF E 04-203. Elle reprend l'essentiel des normes internationales qui sont pour la plupart d'origine anglo-saxonne et en particulier la norme américaine ISA 5.1. C'est pourquoi les symboles alphabétiques trouvent leur origine dans la langue anglaise.
Les éléments d'instrumentation et de régulation sont représentés sur les schémas par des cercles dans lesquels sont insérés:
 - une série de lettres signifiant sa fonction (ex: PDIC pour un indicateur et régulateur de pression différentielle)
 - des numéros servant de repère
Exemple:
11-FRC-1234
avec:
11: numéro de l'atelier de production
FRC: régulateur de débit avec enregistrement
1234: repère de la boucle de régulation

Principaux symboles

Fonctions

Accessoires de tuyauterie

Vannes

Les changements de classe

Les classes de tuyauterie définissent les caractéristiques des tubes, raccordements et accessoires qui sont autorisés en fonction de la nature du fluide véhiculé et des conditions opératoires. Les classes de tuyauterie doivent être mentionnées sur chaque ligne (circuit) du schéma P&ID.

Les différents circuits du procédé étant nécessairement connectés les uns aux autres, il est fréquent que des tuyauteries de classes différentes soient connectées. Le point de changement de classe doit être clairement indiqué sur le schéma P&ID. La question qui se pose souvent est: "où effectuer le changement de classe?".

Le changement de classe est le plus souvent disposé à proximité d'un organe d'obturation (vanne, clapet anti-retour, joint à lunettes, platinage, ...). En effet si un changement de classe est nécessaire c'est que les deux circuits connectés sont opérés avec des fluides ou des conditions opératoires non compatibles; un organe d'obturation est nécessaire pour empêcher les communications indésirables.

Des deux classes en présence, l'une est plus résistante que l'autre: plus résistante à la corrosion, ou bien à la pression ou encore à la température. C'est-à-dire qu'elle pourra accepter les conditions limitant l'emploi de l'autre classe alors que l'inverse n'est pas vrai.
Par exemple:
une tuyauterie en acier inoxydable adaptée à un milieu corrosif, pourra véhiculer sans conséquence un fluide non corrosif, alors qu'une tuyauterie en acier carbone, réservée aux fluides non corrosifs, sera endommagée si elle véhicule un fluide corrosif.

L'organe d'obturation lui-même appartient à l'une des classes. Il doit appartenir à la classe la plus résistante.

Si le changement de classe implique un changement de classe de pression, les brides sur la tuyauterie se raccordant à l'obturateur doivent appartenir à la même classe de bride pour pouvoir les connecter.
 Le changement de classe ne peut se faire qu'à la première soudure après la première bride du coté de la tuyauterie la moins résistante.

Si le changement de classe implique un changement de matériau, il est souvent déconseillé d'effectuer une soudure entre matériaux hétérogènes. Parfois même aucune soudure n'est possible si un matériau plastique est impliqué. Le changement de classe sera alors effectué à la première bride connectée à l'obturateur. On s'adaptera à la situation particulière. Par exemple on pourra raccorder une bride inox à une bride acier mais de même classe.