Lire un P&ID (Piping & Instrumentation Diagram)
Module 3 / 5
3.3 Symboles Vannes, Pompes, Échangeurs et Réservoirs
Les équipements et accessoires de tuyauterie sont représentés sur un P&ID par des symboles graphiques normalisés (ISO 14617). Une dizaine de familles de vannes, six grandes familles de pompes, plusieurs types d'échangeurs et de réservoirs : connaître les symboles essentiels permet de lire un P&ID sans constamment revenir à la légende.
Les vannes manuelles : identifier le type
Une vanne manuelle est représentée par un symbole de base en forme de « papillon double » (deux triangles pointe contre pointe) avec une tige et un volant. Le type de vanne est identifié par la forme du corps et parfois par une lettre additionnelle.
Les 7 grandes familles de vannes manuelles
| Type | Symbole / Corps | Usage typique |
|---|---|---|
| Vanne à opercule (Gate) | Deux triangles pointe contre pointe (symbole de base) | Isolement « tout ou rien ». La plus courante. Faible perte de charge. |
| Vanne à boule (Ball) | Triangles avec un cercle central | Isolement rapide (1/4 tour), étanchéité parfaite. Très répandu. |
| Vanne à pointeau / boisseau (Globe) | Triangles avec barre médiane horizontale | Régulation manuelle, débit fin. Forte perte de charge. |
| Vanne papillon (Butterfly) | Triangles avec « \\ » diagonale | Grand diamètre, eau / air, isolement et régulation peu précise. |
| Clapet anti-retour (Check) | Triangles + flèche directionnelle, ou cercle « C » | Empêche le retour de fluide. Refoulement de pompe, anti-coup de bélier. |
| Vanne à diaphragme | Triangles avec membrane (ligne courbe) | Fluides corrosifs ou chargés. Pharmaceutique, traitement d'eau. |
| Vanne 3 voies / 4 voies | Triangles à 3 ou 4 branches | Aiguillage, mélange ou répartition de débit. |
Position normale de la vanne
Sur certains P&ID, les vannes sont représentées avec leur position normale d'exploitation : triangle plein (« noir ») = fermée, triangle vide = ouverte. Cette convention, pratique pour les opérateurs, n'est pas universelle. La légende du projet précise si elle est utilisée.
Les vannes automatiques : actionneur et fail-position
Une vanne automatique se distingue d'une vanne manuelle par la présence d'un actionneur au-dessus du corps : pneumatique (le plus courant), électrique, hydraulique ou solénoïde. Le type d'actionneur et la position de sécurité en cas de perte d'énergie sont des informations critiques.
Symboles d'actionneurs
Actionneur pneumatique
Cercle plein ou vide au-dessus du corps. Membrane (« diaphragm ») ou piston. Énergie : air comprimé instrument (typ. 1,4 / 4 bar).
Actionneur électrique
Lettre « M » dans un cercle. Moteur électrique. Plus précis, mais plus lent que pneumatique. Usage en grande tuyauterie eau / air.
Actionneur hydraulique
Symbole avec « H » ou ligne hydraulique. Couple élevé sur grandes vannes (oléoduc, gazoduc).
Position de sécurité (fail-position)
En cas de coupure d'air comprimé ou d'électricité, la vanne automatique adopte sa position de sécurité. Indication essentielle pour comprendre la philosophie de sécurité de l'unité.
| Code | Signification | Usage typique |
|---|---|---|
| FC (Fail Closed) / FF | Vanne fermée en cas de perte d'air | Lignes de produit dangereux : on coupe en cas d'urgence |
| FO (Fail Open) | Vanne ouverte en cas de perte d'air | Eau de refroidissement : pas couper le refroidissement |
| FL (Fail Last) | Vanne reste dans la dernière position | Régulation où l'arrêt brutal serait pire |
| FI (Fail Indeterminate) | Position non garantie | À éviter sur lignes critiques |
Vannes ESDV / SDV
Les vannes ESDV (Emergency Shutdown Valve) et SDV (Shutdown Valve) sont des vannes automatiques de sécurité, faisant partie d'une boucle SIS (Safety Instrumented System) avec un niveau SIL (1, 2 ou 3 selon IEC 61511). Sur le P&ID, elles sont identifiées par leur tag (ex. : ESDV-101) et un trait gras de bord autour du symbole. Leur action est gouvernée par la cause & effect matrix, document de sécurité associé au P&ID.
Les pompes : symboles et configurations
Les pompes sont identifiées par un tag commençant par « P » (P-101, P-201…) et représentées par des symboles différents selon leur principe technologique. Sur un P&ID procédé, on distingue principalement six familles.
Pompe centrifuge
Symbole : cercle avec une flèche tangentielle. La plus répandue (75 % des pompes industrielles). Débit important, pression modérée. Refoulement = ligne sortant en haut, aspiration en bas.
Pompe volumétrique à piston
Symbole : rectangle avec piston ou « PD » (Positive Displacement). Pression élevée, débit faible. Dosage chimique, injection de produits.
Pompe à engrenages / à vis
Symbole : cercle avec deux engrenages, ou « S » pour vis (screw). Fluides visqueux : huile, polymères.
Pompe à membrane
Symbole : rectangle avec membrane courbée. Fluides corrosifs, dosage. Très étanche, démontage facile.
Compresseur (gaz)
Symbole : trapèze (centrifuge) ou rectangle (alternatif). Tag « C-101 » ou « K-101 ». Gaz comprimé : air, méthane, hydrogène.
Ventilateur / soufflante
Symbole : hélice à 3 ou 4 pales. Tag « F-101 » (Fan) ou « B-101 » (Blower). Gaz à basse pression : air de combustion, ventilation.
Configurations courantes
- P-101 A/B = deux pompes en parallèle, l'une en service (« A »), l'autre en réserve (« B »). Nature de la redondance : 2x100 % typique sur les pompes critiques.
- P-101 A/B/C = trois pompes 3x50 % : deux en service, une en réserve (configuration plus économique sur grands débits).
- Aspiration noyée ou auto-amorçante : la convention dépend de l'altitude relative entre la source du fluide et la pompe.
- Refoulement avec clapet anti-retour : presque systématique pour éviter la rotation inverse à l'arrêt.
Les échangeurs thermiques
Les échangeurs (tag « E-101 » ou « HX-101 ») sont représentés par des symboles différents selon leur géométrie. Le P&ID indique systématiquement les quatre piquages (entrée et sortie côté tubes, entrée et sortie côté calandre).
Faisceau tubulaire (Shell & Tube)
Symbole : rectangle long avec lignes parallèles internes et boîtes de distribution aux extrémités. Le standard de l'industrie procédé.
À plaques (Plate)
Symbole : rectangle vertical avec lignes en zigzag. Compact, facile à nettoyer. Agroalimentaire, climatisation, pharma.
Aérocondenseur (Air Cooler)
Symbole : rectangle avec ventilateur(s) en dessous. Refroidissement par air ambiant. Très répandu en raffinerie.
Four (Furnace / Heater)
Symbole : rectangle vertical avec « F-101 » et brûleurs en bas. Chauffe directe par combustion. Tag « H » ou « F ».
Sens de circulation
Sur un échangeur, deux fluides circulent : le fluide chaud et le fluide froid. Le P&ID indique systématiquement le sens, les températures d'entrée / sortie typiques (« T : 180 → 75°C ») et la configuration : co-courant, contre-courant, courants croisés. Le contre-courant est le plus efficace thermodynamiquement.
Réservoirs, ballons et colonnes
Les capacités (réservoirs, ballons, colonnes) sont les points fixes du procédé : stockage, tampon, séparation, distillation, absorption. Leur représentation est très standardisée.
| Type | Tag | Symbole | Usage |
|---|---|---|---|
| Réservoir vertical de stockage | TK-101 | Cylindre allongé vertical avec toit conique ou bombé | Stockage atmosphérique de matières premières / produits finis |
| Réservoir à toit flottant | TK-102 | Cylindre avec toit indiqué « flottant » (FRT) | Hydrocarbures volatils (essence, naphta) — réduit les émissions |
| Sphère sous pression | TK-103 | Cercle (vue de face) | GPL, butane, propane sous pression |
| Ballon horizontal | V-101 | Cylindre horizontal avec fonds bombés | Séparation gaz / liquide, ballon de tête |
| Ballon vertical | V-201 | Cylindre vertical court, fonds bombés | Réacteur, ballon tampon, séparateur |
| Colonne (distillation, absorption) | T-101 (Tower) | Cylindre vertical TRÈS allongé, plateaux ou garnissage symbolisés | Séparation par distillation, lavage, stripping |
Les piquages standards d'un ballon
Tout ballon ou réservoir comporte typiquement les piquages suivants, identifiés par leur position et leur fonction :
- Entrée(s) procédé : tangentielle, axiale ou avec déflecteur (selon la fonction).
- Sortie(s) procédé : haut (gaz / vapeur), bas (liquide / boues), latéral (soutirage).
- Évent / vent : vers torche ou atmosphère, équipé éventuellement de garde-flamme.
- Drain de fond : vidange, échantillonnage, drain de mise en sécurité.
- Soupape de sécurité (PSV) : protection contre la surpression.
- Trous d'homme (manhole) : accès pour inspection / nettoyage interne. Typiquement DN 500 ou 600.
- Piquages instrumentation : niveau (LT), pression (PT), température (TT) — voir chapitre suivant.
Capacités sous pression : réglementation
Tout ballon ou réservoir contenant un fluide sous pression (> 0,5 bar relatif) est soumis à la directive européenne PED (Pressure Equipment Directive 2014/68/UE) ou à la réglementation locale équivalente (ASME BPVC aux USA). En France, ces équipements sont à l'inspection périodique de la DREAL. Toute modification (ajout d'un piquage, requalification) nécessite une procédure formelle.
Vérification des acquis
Deux questions pour valider votre compréhension du chapitre.