Soutenance mémoire
Pour répondre à la consommation croissante d’électricité à Madagascar, il a fallu construire des usines capables de produire de l’électricité en grande quantité. Les deux principaux modes de production d’électricité sont les centrales hydroélectriques et les centrales thermiques. Les centrales hydroélectriques transforment l’« énergie cinétique » de l’eau en « énergie électrique » par l’intermédiaire d’une « turbine hydraulique » couplée à un « générateur électrique »; tandis que les centrales thermiques utilisent des groupes composés d’un moteur diesel couplé à un alternateur. Une fois le courant produit, il doit être amené jusqu’aux consommateurs. Notons que l’entreprise O&M ENERGY est une société parmi ceux qui exploitent les centrales thermiques.
La Centrale Thermique de Mandroseza dispose de quatre groupes composés d’un moteur diesel, tournant avec du fioul lourd, couplé à un alternateur. Les eaux mélangées à des hydrocarbures ou eaux huileuses sont issues de la vidange de diverses zones de stockage, du traitement des hydrocarbures, du traitement de l’huile de lubrification, du lavage des chaudières et du nettoyage en atelier. Ces eaux sont traitées avant leur décharge de l’usine. Pour cela, la Centrale combine le système de traitement des eaux huileuses (Wärtsilä Senitec P series) et le système de traitement biologique (Wärtsilä Senitec Biosys). Ceci dans le but de respecter la série des normes intégrant le management de l’environnement : les normes ISO 14000 .
Pour le cas de SENITEC, l’unité est dotée d’un système totalement automatisé c’est à-dire qu’elle repose sur le principe de l’automatisme industriel composé de plusieurs systèmes de régulation gérés par un Automate Programmable Industriel (API) de type MITSUBISHI FX-2N-48MR. Cependant pour pouvoir la manipuler et l’exploiter convenablement, il est préférable de bien maitriser le processus ainsi que la technologie de cette dernière.
Présentation de l’Entreprise
En vue d’augmenter la puissance disponible en énergie électrique du réseau d’Antananarivo, et, de permettre la mise en place du dessableur et du troisième groupe hydraulique à la Centrale Hydroélectrique d’Andekaleka, la Société JIRO sy RANO MALAGASY avait prévu l’installation d’une Centrale Thermique d’une puissanc réalisation du projet se fait en collaboration avec une Société hollandaise appelée WÄRTSILA. La Société « Operacion y Mantenimiento Energy Madagascar de l’Union Fenosa s’occupant de La Centrale Thermique dispose de quatre groupes fournissant une puissance de 10MW chacun.
Présentation globale de la Centrale
Equipements de la Centrale
On distingue :
COMMUNS AU SITE
1. Système de stockage (fioul, huile, …)
2. Système d’alimentation en courant alternatif basse tension 400/220V
3. Groupe de secours pour le black out (BLACK START).
4. Système d’alimentation en courant continu 110V.
5. Système d’alimentation en courant continu 24V.
6. Système informatisé de contrôle et de suivi des paramètres (SCADA).
7. Système d’alimentation en air de démarrage et de contrôle des groupes (env. 30bars).
8. Système d’air d’instrumentation (env. 6 bars).
9. Système de distribution en eau.de service
10. Système de traitement des eaux huileuses et effluents. (SENITEC et BIOSYS)
11. Système contre les incendies. (Fire fighting).
Fonctionnement des circuits
Circuit de combustible
Les moteurs des groupes de la centrale sont de type diesel à bas régime c’est-à-dire que le carburant utilisé n’est guère très raffiné. La centrale utilise comme combustible principal le fioul lourd HFO 2 (Heavy Fuel Oil). Le fioul venant des camions citernes est d’abord stocké dans le tank de stockage (Storage Tank) de capacité 1200m3 et qui se remplit à l’aide de la pompe de dépotage (Unloading pump). Ensuite, à l’aide de l’unité de transfert (Transfert pump), le fioul est envoyé vers le réservoir de fioul brut (HFO Buffer Tank) de capacité 80 m3 ayant pour fonction la décantation et le stockage de fioul avant traitement. L’unité de transfert est munie d’un filtre pour séparer les particules solides du HFO, d’un échangeur pour chauffer le fioul afin de diminuer sa viscosité. Le fioul est traité dans le séparateur (HFO Separator unit) pour enlever l’eau et les impuretés éventuelles. Pour la séparation, le fioul brut est sollicité par une force centrifuge.
Le séparateur est muni d’un bol auto débourbeur à pile d’assiettes (nettoyage automatique des composantes de séparation). Le fioul traité est stocké dans le réservoir journalier (Day Tank) de capacité 80 m3 et les impuretés sont évacuées directement dans le réservoir des boues (Sludge tank) de capacité 35m3 (non représenté sur le circuit). La pompe d’alimentation (Feeder Pump) pompe le fioul contenu dans le réservoir journalier (day tank) vers le surpresseur (Booster unit). Le surpresseur donne, en même temps au fioul, la pression (7 à 8 bars), la température (130°C max) à l’aide d’un réchauffeur, la viscosité (16-24 cSt) nécessaires pour le bon fonctionnement du moteur. La Centrale utilise le Gaz oil (Light Fuel Oil) pour le rinçage du moteur avant un arrêt de longue durée ou le redémarrage après un arrêt long terme. Il est stocké dans le tank de stockage (LFO storage) et acheminé au moteur par la pompe d’alimentation (LFO feeder unit).
Circuit d’huile de lubrification
L’huile de lubrification est aussi stockée dans un tank après son dépotage. Une pompe (Transfert pump) le transfert vers le moteur, pour le remplissage et/ ou pour les éventuels appoints d’huile. L’huile est envoyée directement dans le carter d’huile du moteur. La lubrification se fait par circuit fermé. Durant le fonctionnement du moteur ; l’huile se pollue progressivement. Pour maintenir la qualité de la lubrification; elle doit être filtrée, ôtée des impuretés éventuelles dues aux pollutions diverses telles que : les matières charbonneuses, de l’eau accidentellement introduite, etc… La filtration se fait à l’aide d’un filtre automatique (Automatic Filter /Fine filter) qui est un ensemble de six (6) filtres en rotation l’un après l’autre et qui s’auto nettoie grâce à un système de flashage automatique, sans interrompre le processus de filtrage. Le séparateur d’huile (LO separator unit) sépare les impuretés et l’eau accidentellement introduite dans l’huile durant son utilisation par le principe de centrifugeuse. L’huile usée ainsi vidangée est stockée dans un tank d’huile usé (Used Oil Tank : non représenté sur le schéma).
Avant le démarrage du moteur, une pompe de pré-lubrification (prelub oil pump) assure la lubrification préalable des pistons, des bielles, vilebrequin,… La température de l’huile, lorsque le moteur est en marche, est contrôlée continuellement et est refroidie à l’aide de l’échangeur (Plate Heat Exchager) si elle excède la valeur normale de fonctionnement du moteur puis filtrée. La température nominale de fonctionnement de l’huile est de 60°C. Pendant les travaux nécessitant la vidange du carter, l’huile de lubrification, qui sera réutilisée est stockée dans le Service Tank.
L’eau de refroidissement doit être exempte de propriétés corrosives afin d’empêcher la corrosion, d’éviter la formation de tartre et d’autres dépôts. Pour ce faire, un adjuvant est additionné à l’eau de refroidissement (Nalcool). Toutes les circulations de l’eau de refroidissement sont assurées par des pompes à eau.
Le refroidissement du moteur se fait en deux circuits distincts :
– Le circuit haute température (HT : 75°C) : refroidit les cylindres, les turbocompresseurs et le premier niveau de refroidissement de l’air de suralimentation du moteur;
– Le circuit basse température (LT : 35°C) refroidit le niveau de refroidissement final de l’air de suralimentation du moteur et refroidit également l’huile de lubrification sortant du moteur.
Le circuit d’eau de refroidissement contient :
Les vases d’expansion (7) qui remplissent les vides afin d’éviter les prises d’air. L’unité de préchauffage (2) qui préchauffe, avant le démarrage du moteur, l’eau HT jusqu’à 60°C (température minimum de fonctionnement) avant son entré dans le moteur. Le dé-aérateur Spirovent (3) qui a pour rôle d’enlever automatiquement l’air, et les gaz de l’eau de refroidissement HT après son passage dans le moteur. Les radiateurs (8) sont installés pour refroidir l’eau de refroidissement après son passage dans le moteur : le circuit haute température de 90°C à 75°C et le circuit basse température de 50°C à 35°C. Pour chaque groupe, la Centrale dispose de trois (3) rangées de radiateurs. Une réservoir d’eau de service (non représenté sur la figure) a pour rôle de collecter l’eau pour les vidanges temporaires et sert également à mélanger l’eau et le Nalcool.
Circuit de gaz d’échappement et air de suralimentation
L’air de suralimentation sert à améliorer le rendement et la performance du moteur. Le turbocompresseur (2) de la centrale de Mandroseza est de type radial, composé d’une turbine entrainée par le gaz d’échappement du moteur (4) et la turbine elle même entrainant un compresseur. Le gaz d’échappement sortant de la turbine est évacué à l’aide d’un collecteur d’échappement (5). L’air ambiant, avant son passage dans le compresseur du moteur, est filtré et lubrifié par un filtre à air multiduty (1) ; passe dans le compresseur du turbocompresseur (2) de 1 bar à 2,5 bars. L’air de suralimentation, après la compression, est d’environ à une température de 120°C. Elle sera refroidie dans l’échangeur à plaque (3) avant d’entrer dans la chambre à combustion du moteur (4). Le refroidissement de l’air de suralimentation se fait en deux niveaux. Le premier niveau est refroidi par l’eau HT à environ 90°C – 100°C et deuxième niveau est refroidi par l’eau LT à environ 50°C.
Il existe deux types d’air comprimé utilisé dans la centrale de Mandroseza. L’air de démarrage et de contrôle (environ 30 bars) et l’air d’instrumentation (environ 6 bars). La compression de l’air de démarrage et de contrôle se fait au moyen d’un compresseur à piston (starting air unit) et ensuite stocké dans un réservoir de sécurité (starting air bottle). L’air de démarrage sert à démarrer le moteur (processus identique au démarreur pneumatique). L’air de contrôle par contre sert à augmenter/diminuer l’ouverture des pompes d’injection du moteur (processus identique au accélérateur d’un véhicule) et sert également d’arrêt normale ou d’arrêt d’urgence du moteur.
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Table des matières
Introduction
Partie 1 : Cadre de l’étude
Chapitre 1 : Présentation de l’Entreprise
1. Historique de l’Entreprise
2. Divers organigrammes
Chapitre 2 : Présentation globale de la Centrale
1. Equipements de la Centrale
Caractéristiques du moteur
Caractéristiques de l’alternateur
2. Fonctionnement des circuits
Circuit de combustible
Circuit d’huile de lubrification
Circuit d’eau de refroidissement (moteur en marche)
Circuit de gaz d’échappement et air de suralimentation
Circuit d’air comprimé
Circuit des eaux usées
Partie 2 : Analyse fonctionnelle de l’unité de traitement des eaux huileuses SENITEC P750
Chapitre 1 : Fonctionnement de l’unité SENITEC P750
1. Spécification technique de l’unité
2. Schéma du processus
3. Développement des phases de traitement
4. Résumé du principe
Chapitre 2 : Manipulation du système
1. Présentation général
2. Page d’accueil du terminal
3. Aperçu du processus
4. Opérations
5. Alarmes
6. Maintenance
7. Réglages
8. Menu avancé
Partie 3 : Proposition de standardisation à l’aide de l’automate programmable industriel SIEMENS
S7_200
Chapitre 1 : Généralité sur l’automate programmable
1. Définition générale de l’automatisme
2. Constitution général d’un automatisme
Chapitre 2 : Choix de l’automate et des composants
1. Choix de l’automate
2. Choix des composants
3. Modifications nécessaires
Chapitre 3 : Automatisation par SIEMENS S7_200
1. Présentation de l’API SIEMENS S7_200
Aspect extérieur d’un API SIEMENS S7 200
Modules d’extension du CPU S7-200
Accès aux données du S7_200
Mémoire image des entrées (I)
Mémoire image des sorties (Q)
Mémoire des variables (V)
Temporisation (T)
Mémoires spéciaux ou Mémentos spéciaux (SM)
Entrées analogiques (AI)
2. Programmation de l’API SIEMENS S7_200
3. Langage d’édition du programme
Editeur de liste d’instruction (LIST)
Editeur de schéma à contact (CONT)
Editeur de logigramme (LOG)
4. L’afficheur TD 200
Présentation du TD 200
Les composants du TD 200
Les différents types de message
Paramétrage du TD 200
5. Le simulateur S7_200
Partie 4 : Programmation et simulation
Chapitre 1 : Programmation
1. Cahier de charge
2. Algorithmes
3. Programme
Chapitre 2 : Simulation
Chapitre 3 : Impacts environnementaux
1. Définitions
2. Impacts
Conclusion
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