R&I-Schema Lese- und Zeichenführer —
Symbole, Kennzeichnungen und
Regelkreise

Das Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema (R&I-Schema) ist das informationsdichteste Einzeldokument eines verfahrenstechnischen Projekts. Es zeigt jede Prozessanlage, jede Rohrleitung, jede Armatur, jedes Instrument, jeden Regelkreis und jede Sicherheitseinrichtung — und es kodiert die Betriebsabsicht der gesamten Anlage in einer Notation, die jeder Verfahrensingenieur weltweit lesen können sollte. In der Praxis können das nicht alle, weil R&I-Schemata ebenso aus Erfahrung wie aus Kenntnis der Norm gelesen werden, und die Norm selbst nicht immer einheitlich angewandt wird.

Dieser Artikel behandelt, was ein R&I-Schema ist, wie es sich von einem Verfahrensfließbild unterscheidet, die ISA-5.1-Symbolik, die die Instrumentendarstellung regelt, wie Instrumentenkennzeichnungen aufgebaut und entschlüsselt werden, wie Regelkreise gezeichnet und gelesen werden, wie Sicherheitssysteme auf einem R&I-Schema aussehen und wie sich das Dokument durch den Projektlebenszyklus entwickelt. Es ist eine Arbeitsreferenz für Ingenieure, die R&I-Schemata lesen, kommentieren oder erstellen müssen.

R&I-Schema vs. Verfahrensfließbild — Die grundlegende Unterscheidung

Das Verfahrensfließbild (PFD) ist das Konzeptdokument. Es zeigt die wichtigsten Apparate, die Hauptprozessströme zwischen ihnen, die Stromzusammensetzungen und -bedingungen (Temperatur, Druck, Durchflussrate) an Schlüsselpunkten und die gesamte Stoff- und Energiebilanz. Es zeigt keine Instrumente, einzelne Armaturen, Umgehungsanordnungen oder Rohrleitungen im Detail. Das PFD wird früh in der Konstruktion erstellt, um den Prozess festzulegen, und dient der Kommunikation mit Kunden, Management und prozessfremden Disziplinen. Es ist kein Konstruktionsdokument.

Das Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema (R&I-Schema) ist das Ingenieursdokument. Es zeigt jeden Apparat, jede Prozess- und Versorgungsleitung mit ihrer Leitungsbezeichnung, jede Armatur (manuell und automatisch), jedes Instrument und jeden Analysator, jeden Regelkreis, jede Sicherheitsentlastungseinrichtung und jede Verbindung zu anderen R&I-Schemata. Es zeigt keine genaue Geometrie, räumliche Beziehungen, Höhen, Rohrführung oder Konstruktionsdetails — diese werden durch Rohrleitungsaufstellungspläne und Isometrien abgedeckt. Das R&I-Schema ist das Referenzdokument für Konstruktion, Beschaffung, Bau, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung. Es ist das wichtigste Einzeldokument in der technischen Akte einer Prozessanlage.

Apparatedarstellung

Apparate werden auf R&I-Schemata mit standardisierten Symbolen dargestellt, die in ISO 10628-2 definiert sind und weitgehend mit den ISA-5.1-Konventionen übereinstimmen. Die wichtigsten Symbole, denen ein Ingenieur begegnet:

• Behälter und Tanks — vertikale und horizontale Zylinder für Druckbehälter und Lagertanks. Einbauten (Böden, Packungen, Tauchrohre, Rührwerke) werden schematisch dargestellt, wo sie den Prozess beeinflussen.
• Pumpen — ein Kreis mit einem Dreieck, das die Laufradrichtung anzeigt. Kreiselpumpen (Standard) verwenden ein Symbol; Verdrängerpumpen ein anderes. Der Antrieb (Motor, Turbine) wird angebracht gezeigt.
• Verdichter und Ventilatoren — ähnlich wie Pumpen, aber mit spezifischen Symbolen, die Kreisel- von Kolbentypen und von Ventilatoren und Gebläsen unterscheiden.
• Wärmetauscher — Rohrbündel als zwei überlappende Rechtecke oder das Standard-TEMA-Symbol; Plattentauscher als stilisierter Plattenstapel. Die heiße und kalte Seite werden beschriftet.
• Feuerungsbeheizte Erhitzer und Öfen — ein Rechteck mit einem Flammensymbol.
• Reaktoren — Behältersymbole mit inneren Details (Rührwerk, Heizschlange, Festbett) je nach Bedarf.
• Filter und Siebe — Y-Siebe mit dem spezifischen Y-Symbol; Filtergehäuse als Behälter mit Filterelement-Notation.

Jeder Apparat trägt eine eindeutige Apparatekennzeichnung — einen Code, der seinen Typ und seine Nummer innerhalb der Anlage identifiziert: P-101 (Pumpe 101), V-201 (Behälter 201), E-301 (Tauscher 301), HX-401, TK-501 usw. Die Nummerierungskonvention wird auf Projektebene festgelegt und einheitlich angewandt. Apparatekennzeichnungen verweisen auf die Apparateliste, Datenblätter und Bestellungen.

Leitungsbezeichnung

Jede Prozessleitung auf einem R&I-Schema trägt eine Leitungsbezeichnung — eine kodierte Beschriftung, die Inhalt, Größe, Werkstoffspezifikation und Isolierungsanforderung der Leitung definiert. Eine typische Leitungsbezeichnung hat die Form:

4"-PW-1023-CS2-H
4" = Nennweite (NPS 4)
PW = Fluiddienstcode (Prozesswasser)
1023 = fortlaufende Leitungsnummer
CS2 = Rohrleitungsklasse (Kohlenstoffstahl, Klasse 2 — definiert Wandstärke, Formteile, Flansche, Dichtungen)
H = Isolierungstyp (H = begleitbeheizt; I = isoliert; N = keine Isolierung; T = begleitet)

Die Leitungsbezeichnung verbindet das R&I-Schema mit der Rohrleitungsspezifikation (dem Dokument, das jedes Bauteil dieser Rohrleitungsklasse definiert) und mit den Rohrleitungsisometrien, die die tatsächliche physische Führung zeigen. Jede Änderung des Fluiddienstes, der Rohrgröße oder der Rohrleitungsklasse unterbricht eine Leitung — die neue Bezeichnung erscheint an dieser Bruchstelle auf der Zeichnung.

Armatursymbole

Armaturen werden durch standardisierte Symbole auf der Rohrleitung dargestellt. Die am häufigsten anzutreffenden:

• Schieber — zwei Dreiecke, die sich an ihren Spitzen treffen und den flachen Schieberkeil darstellen. Die Standard-Absperrarmatur für Auf-Zu-Betrieb.
• Durchgangsventil — ein Kreis auf der Leitung mit einem Pfeil oder abgewinkelten Element. Drossel- und Regelbetrieb.
• Kugelhahn — ein Kreis mit einem quadratischen Element innen. Vierteldrehung, Auf-Zu oder Regelung.
• Klappe — ein Kreis mit einer Linie hindurch, die die Scheibe darstellt. Großkalibrige Absperrung, Niederdruckdrosselung.
• Rückschlagventil — ein Halbpfeil, der die Durchflussrichtung anzeigt. Rückschlagsfunktion.
• Sicherheitsentlastungsventil (PSV/PRV) — ein spezifisches Symbol, das Körper und federbelastete Haube kombiniert. Stets mit Einlass- und Auslassrichtung und Entlastungspfad (zur Fackel, zur Atmosphäre, zur Auffangung) dargestellt.
• Stellventil — ein Durchgangs- oder anderes Körpersymbol mit einem Membranantriebssymbol darüber, plus die Instrumentenkennzeichnung zur Verbindung mit dem Regler. Sicherheitszustand (FC, FO, FL) auf dem Antrieb gezeigt.

Handbetätigte Armaturen werden mit einem Handradsymbol oder einem einfachen Symbol ohne Antrieb dargestellt. Stellantriebsarmaturen zeigen den Antriebstyp: Membran (pneumatisch), Zylinder (pneumatisch oder hydraulisch), Motor (elektrisch).

ISA-5.1-Instrumentensymbole — Das Kreissystem

Instrumente werden auf R&I-Schemata mit der ISA-5.1-Kreisnotation dargestellt. Der Kreis ist ein Kreis (oder ein Quadrat oder ein Kreis mit einer Linie hindurch), der eine Identifikationskennzeichnung enthält. Die Form des Kreises kodiert den physischen Standort des Instruments:

• Einfacher Kreis — feldmontiertes Instrument, lokal zugänglich
• Kreis mit waagerechter Linie hindurch — schaltschrankmontiertes Instrument, vom Hauptbedienschrank oder DCS-Bedienplatz zugänglich
• Quadrat mit Kreis innen — Instrument in einem entfernten Schrank, Unterschrank oder lokalen Schrank, nicht dem Hauptschrank
• Gestrichelter Kreis — Rechnerfunktion oder Softwareelement (DCS-Logik, SPS-Funktion)

Die Instrumentenkennzeichnung innerhalb des Kreises identifiziert das Instrument. Die Kennzeichnung ist als Kombination aus Funktionsbuchstaben gefolgt von einer Kreisnummer aufgebaut:

FIC-201
F = Messgröße (Flow / Durchfluss)
I = Anzeigefunktion (Indicating — hat eine Anzeige)
C = Ausgangsfunktion (Controller — gibt ein Signal aus)
201 = Kreisnummer (eindeutige Kennung für diesen Regelkreis)

ISA-5.1-Funktionsbuchstaben — Entschlüsselung der Kennzeichnung

Die Funktionsbuchstaben in einer Instrumentenkennzeichnung werden von links nach rechts gelesen. Der erste Buchstabe ist immer die Messgröße. Nachfolgende Buchstaben definieren, was das Instrument mit dieser Messung tut:

Häufige Instrumentenkennzeichnungs-Beispiele entschlüsselt:

• TT-101 — Temperaturtransmitter, Kreis 101. Ein Sensor, der ein 4–20-mA- oder digitales Signal ausgibt.
• TIC-101 — Temperaturanzeigeregler, Kreis 101. Hat eine Anzeige und einen Reglerausgang — treibt wahrscheinlich ein Stellventil oder einen Erhitzer an.
• TAH-101 — Temperaturalarm Hoch, Kreis 101. Löst einen Alarm aus, wenn die Temperatur einen Sollwert überschreitet.
• TAHH-101 — Temperaturalarm Hoch-Hoch, Kreis 101. Ein zweiter Hochalarm bei höherem Sollwert, der typischerweise eine automatische Abschaltung auslöst.
• TSH-101 — Temperaturschalter Hoch. Ein diskretes Auf/Zu-Gerät, das bei einem Sollwert auslöst, statt ein kontinuierliches Signal zu übertragen.
• FE-201 — Durchflusselement, Kreis 201. Das primäre Messelement (Messblende, Durchflussdüse, Coriolis-Rohr) in der Durchflussmessung.
• FT-201 — Durchflusstransmitter. Wandelt das Primärelementsignal in ein standardisiertes Ausgangssignal um.
• FIC-201 — Durchflussanzeigeregler. Zeigt den Durchfluss an und gibt ein Regelsignal aus — typischerweise an ein Stellventil FV-201.
• FCV-201 — Durchflussregelventil, Kreis 201. Das Stellglied, angetrieben von FIC-201. (Hinweis: Einige Firmen verwenden FV-201; Konventionen variieren.)
• PSV-301 — Druckentlastungsventil (Sicherheitsventil), Kreis 301.
• LSL-401 — Füllstandschalter Niedrig, Kreis 401. Löst aus, wenn der Füllstand unter ein Minimum fällt.
• HS-501 — Handschalter, Kreis 501. Ein bedienerausgelöster Schalter — ein Taster, Schlüsselschalter oder Wahlschalter auf einem Bedienschrank.

Regelkreise — Wie sie gezeichnet werden

Ein Regelkreis auf einem R&I-Schema besteht aus einem Messelement, einem Transmitter, einem Regler und einem Stellglied (in der Regel ein Ventil), alle durch Signallinien verbunden und mit derselben Kreisnummer versehen. Signallinien werden durch ihren Linienstil von Prozessleitungen unterschieden:

• Prozessleitung — durchgezogene Linie, schwerere Strichstärke
• Pneumatisches Signal — gestrichelte Linie (Linie mit gleichmäßig verteilten Strichen)
• Elektrisches Signal — durchgezogene Linie mit Schrägstrichen in Intervallen
• Daten-/Digitalkommunikation — durchgezogene Linie mit Rückwärtsschrägstrichen oder eine spezifische Busnotation
• Hydraulisches Signal — durchgezogene Linie mit Kreisen in Intervallen

Ein einfacher Temperaturregelkreis, der eine Wärmetauscher-Austrittstemperatur regelt, funktioniert auf dem R&I-Schema wie folgt: Das Temperaturelement (TE-101) wird mit der Prozessleitung am Tauscheraustritt verbunden gezeigt. Eine Signallinie verläuft vom TE zu einem Temperaturtransmitter (TT-101), der als Kreis entweder am Element oder am Instrumentenstandort gezeigt wird. Eine Signallinie verläuft von TT-101 zum Temperaturanzeigeregler (TIC-101), gezeigt als schaltschrankmontierter Kreis (Kreis mit waagerechter Linie). Eine Signallinie von TIC-101 verläuft zum Temperaturregelventil (TCV-101) an der Heizmittelzufuhr zum Tauscher. Die gesamte Baugruppe — TE, TT, TIC, TCV — trägt die Nummer 101 und identifiziert sie als Teile desselben Kreises. Das Ventil zeigt seinen Sicherheitszustand: FC bedeutet, dass das Ventil bei Signalverlust schließt und die Wärme abschaltet — der korrekte Sicherheitszustand für eine Heizanwendung, bei der Überhitzung bei Instrumentenausfall die Gefahr darstellt.

Sicherheitsgerichtete Systeme — SIL und SIS auf R&I-Schemata

Sicherheitsgerichtete Systeme (SIS) — automatische Abschaltsysteme, Notabschaltsysteme (ESD) und Brand- und Gassysteme — werden auf R&I-Schemata mit spezifischer Notation dargestellt, um sie von der grundlegenden Prozessregelung zu unterscheiden. Die häufigste Darstellung:

• SIS-zugehörige Instrumente werden mit einem anderen Kreisstil dargestellt — oft eine Raute oder ein Quadrat statt eines Kreises oder ein Kreis mit einer spezifischen Anmerkung, die SIL-bewertete Ausrüstung anzeigt
• SIS-Logiklöser (Sicherheits-SPS) werden als separater Funktionsblock dargestellt, getrennt vom DCS
• Abschaltventile (SDV) — magnetventilbetätigte Ventile, die bei Strom- oder Signalverlust schließen — werden durch ihre Kennzeichnung und ihren Sicherheitszustand klar markiert identifiziert
• Die SIL-Bewertung (Safety Integrity Level) jeder Sicherheitsfunktion wird manchmal auf dem R&I-Schema vermerkt, obwohl die detaillierte SIL-Dokumentation in der SIL-Studie und der Sicherheitsanforderungsspezifikation (SRS) gehalten wird statt auf der Zeichnung selbst

Eine Hoch-Hoch-Druckabschaltung könnte erscheinen als: PSHH-301 (Druckschalter Hoch-Hoch, Kreis 301) mit einer Signallinie zu einem Abschaltlogikblock, der ein Signal an SDV-301 (Abschaltventil 301) ausgibt — mit Sicherheitszustand-geschlossen-Notation gezeigt. Das PSHH-Instrument befindet sich in einem Rautenkreis und identifiziert es als Teil des Sicherheitssystems, nicht des Prozessregelsystems. Dieselbe Messung kann ein paralleles PTI-301 (Drucktransmitter-Anzeige) in einem runden Kreis für die Bedieneranzeige haben — die Prozessregel- und Sicherheitsketten sind absichtlich getrennt und werden auf dem R&I-Schema als solche dargestellt.

Das R&I-Schema im Projektlebenszyklus

Das R&I-Schema ist kein statisches Dokument — es entwickelt sich durch definierte Phasen während des gesamten Projekts, und der Revisionsstatus sollte stets geprüft werden, bevor es als Referenz verwendet wird:

• Konzept- / Auslegungsgrundlagen-R&I-Schema — nur Hauptapparate und Hauptströme. Erstellt zur Festlegung des Prozessumfangs und Abstimmung der Auslegungsgrundlage mit dem Kunden. Entspricht einem entwickelten PFD.
• Freigegeben zur Konstruktion (IFD) / Genehmigt zur Konstruktion (AFD) — das R&I-Schema, das von allen Disziplinen (Rohrleitung, Bau, Elektro, Instrumentierung) zur Entwicklung ihrer Konstruktionen verwendet wird. Muss ab diesem Punkt formell genehmigt und änderungskontrolliert sein.
• Freigegeben zum Bau (IFC) — das R&I-Schema, das zur Baustelle für den Bau geht. Gesamte Konstruktionsentwicklung abgeschlossen. Weitere Änderungen erfordern formelle Änderungsmitteilungen und R&I-Schema-Revisionen.
• Bestandsdokumentation (As-Built) — das R&I-Schema aktualisiert, um die Installation wie tatsächlich gebaut widerzuspiegeln, einschließlich Baustellenänderungen. Die dauerhafte Aufzeichnung der Anlage wie gebaut. Gehalten in der Gesundheits- und Sicherheitsakte unter CDM und den Betriebs- und Wartungshandbüchern.

HAZOP und das R&I-Schema

Das R&I-Schema ist das primäre Eingabedokument für eine HAZOP-Studie (Hazard and Operability). Das HAZOP-Team arbeitet sich systematisch durch das R&I-Schema und wendet Leitworte (Mehr, Weniger, Kein, Umgekehrt, Sowie, Anders Als) auf jeden Prozessparameter an jedem Knoten an, um potenzielle Abweichungen und ihre Folgen zu identifizieren. Ein R&I-Schema, das zum Zeitpunkt der HAZOP unvollständig, inkonsistent oder in der falschen Revision ist, erzeugt eine unvollständige HAZOP — Abweichungen, die hätten untersucht werden sollen, werden übersehen. Das HAZOP-Ergebnis (Maßnahmenpunkte, Schutzergänzungen, Instrumentenanforderungen) fließt in R&I-Schema-Revisionen zurück. Das endgültige IFC-R&I-Schema sollte alle umgesetzten HAZOP-Maßnahmen widerspiegeln.

Häufige R&I-Schema-Fehler, auf die zu achten ist

• Fehlende Leitungsunterbrechungen bei Rohrleitungsklassenwechseln — wenn sich der Fluiddienst oder die Rohrleitungsspezifikation innerhalb einer Leitung ändert, muss die Leitungsbezeichnung wechseln und die Unterbrechung gezeigt werden. Eine ununterbrochene Leitung impliziert dieselbe Spezifikation durchgängig, was häufig falsch ist.
• Unbeschriftete Handarmaturen — alle handbetätigten Armaturen in einem geregelten oder sicherheitskritischen System sollten eine Armaturkennzeichnung für Absperrgenehmigung und Wartungsreferenz tragen. Unbeschriftete Armaturen können in einem Absperrverfahren nicht eindeutig identifiziert werden.
• Fehlende Entlüftungs- und Entwässerungsanschlüsse — jedes Drucksystem erfordert Mittel zur Druckentlastung und Entwässerung für die Wartung. Diese werden häufig in frühen R&I-Schema-Revisionen weggelassen und spät hinzugefügt, manchmal nach der HAZOP.
• Instrumentensignaltyp nicht angegeben — wenn Signallinienstile nicht einheitlich angewandt werden, ist es unmöglich, aus dem R&I-Schema zu bestimmen, ob eine Verbindung ein 4–20-mA-Analogsignal, eine HART-Digitalüberlagerung, ein Foundation-Fieldbus-Segment oder ein pneumatisches Signal ist — von denen jedes unterschiedliche Konstruktions- und Gefährdungsimplikationen hat.
• Sicherheits- und Prozessregelsignale im selben Kreis — SIS- und DCS-Funktionen müssen unabhängig sein. Ein R&I-Schema, das denselben Transmitter zeigt, der sowohl den DCS-Regler als auch die SIS-Abschaltlogik ohne klare Trennung speist, zeigt entweder eine Konstruktion, die IEC 61511 verletzt, oder wurde nicht korrekt gezeichnet, um die tatsächliche Architektur zu zeigen.

Zusammenfassung

Das R&I-Schema ist die primäre Ingenieursreferenz für ein Prozesssystem von der Detailkonstruktion bis zur Außerbetriebnahme. Eines fließend zu lesen erfordert Vertrautheit mit drei Dingen: den Apparatesymbolen (ISO 10628-2), der Instrumentenkreisnotation und Kennzeichnungsstruktur (ISA 5.1) und den projektspezifischen Konventionen, die die Norm ergänzen. Die Leitungsbezeichnung verbindet jede Leitung der Zeichnung mit ihrer Spezifikation. Die Instrumentenkennzeichnung entschlüsselt die Funktion jedes Geräts. Der Regelkreis verbindet Messung mit Regler mit Stellglied. Die Revisionshistorie sagt Ihnen, ob die Zeichnung in Ihrer Hand diejenige ist, mit der alle anderen arbeiten. Beherrschen Sie diese vier, und jedes R&I-Schema wird lesbar.