Soutenance mémoire
Système chaudière – ballon à vapeur
DESCRIPTION DU PROCEDE ET DU SYSTEME
Présentation détaillé du système chaudière – ballon à vapeur
But
Une chaudière ou générateur de vapeur est un appareil destiné à transformer l’eau en vapeur à une température et pression bien déterminées en fonction des besoins.
L’apport calorique vient de la combustion d’un fluide en circulation qui cède l’énergie thermique à l’eau et la vapeur.
Fonction
La fonction du système de vapeur est de produire de la vapeur à une pression de 60 bar gauge et à 500° C en chauffant l’eau avec les gazes chauds de procédé, cette vapeur est dirigée vers la turbine d’un compresseur principal, à d’autres plus petits utilisateurs de l’usine d’acide, et à la Centrale en dehors les limites de batteries de l’usine d’acide.
Description
Le système de vapeur se compose des économiseurs, des surchauffeurs, d’une paire de chaudières parallèles de chaleur perdue et d’un ballon commun de vapeur. La chaleur de processus est récupérée dans l’eau d’alimentation de chaudière et la vapeur à haute pression. Les conditions nominales de la vapeur au collecteur d’exploitation sont 62 barg et 500° C.
La figure suivante donne le fonctionnement principal
Figure I-2.1 Schéma principale de fonctionnement
La température du gaz SO2 du four à soufre est plus haute ou optimum qu’est exigé pour l’admission au système de conversion. Le gaz est refroidi dans les chaudières parallèles de chaleur perdue qui récupèrent la chaleur en surplus comme vapeur saturée à haute pression (HP). Deux chaudières sont exigées due aux limitations de fabrication de calendre pour la pression de fonctionnement de vapeur. La température de gaz hors des chaudières est contrôlée par déviation commune de côté gaz. La température de vapeur de chaudière est une fonction de la pression de la vapeur de chaudière.
Dans le convertisseur, la réaction de conversion produit la chaleur, et la température du gaz s’élève à travers le lit de catalyseur. Les gaz doivent être refroidis pour améliorer le rendement de l’oxydation d’anhydride sulfureux dans la prochaine couche de catalyseur. Les gaz sortant de la première couche du convertisseur coulent à travers Surchauffeur 1B où ils sont refroidis en chauffant la vapeur d’exportation de HP. La température de gaz d’entrée à la couche 2 est contrôlée dans l’intervalle approprié en déviant une partie de l’écoulement de vapeur autour de la surchauffeur.
Des gaz chauds partant de la troisième couche du convertisseur sont refroidis en les envoyant par l’échangeur de la chaleur intermédiaire froid et l’économiseur 3B. La température de gaz de l’économiseur est contrôlée pour empêcher la formation d’acide d’égouttement normalement liée au contenu variable d’hydrocarbure dans le soufre.
Le jet de gaz partant de la quatrième couche du convertisseur entre dans la surchauffeur 4A où il est refroidit en surchauffant la vapeur de HP de la chaudière de chaleur perdue. Le gaz coule alors dans l’économiseur 4A où il est refroidi par l’eau alimentaire de chaudière de HP.
Le gaz laissant l’économiseur 4A entre dans la tour d’absorption finale.
Les économiseurs 4A ,3B et 4C fonctionnent en série et l’eau d’alimentation de chaudière chaude est conduite au ballon de vapeur.
Les surchauffeurs (4A et 1B) fonctionnent en série et la vapeur HP à 500°C est exportée vers la centrale avec une portion qui est employée pour fournir la Turbine du compresseur principal.
En raison de la métallurgie des pales de la turbine du compresseur principal, la vapeur HP est réglée à 482°C par l’addition d’un peu de vapeur saturée. La température de la vapeur de turbine est automatiquement contrôlée.
La convention de ‘’numéro/lettre ‘’ pour appeler l’équipement chaud est que le numéro indique l’étage du convertisseur du gaz chaud et la lettre indique l’ordre de la série d’économiseurs ou des surchauffeurs.
Operations
Le contrôle du système de vapeur est pour contrôler l’eau, la vapeur, et les températures du gaz autour de chaque pièce d’équipement, pour contrôler les pressions et les températures dans le collecteur de vapeur, pour maintenir le niveau dans le ballon de vapeur de chaudière, et contrôler la qualité de vapeur par la purge.
Figure I-2.2 Ballon chaudière de récupération
Contrôle de la température
Pour contrôler la température de sortie du gaz de procédé, on utilise les économiseurs 4A qui devrait être environ 136°C, et l’économiseur 3B qui devrait être environ 166°C ; ainsi le by-pass du surchauffeur 1B est utilisé pour contrôler la température du gaz de procédé à l’entrée de la deuxième couche du convertisseur, cependant quand le by-pass du surchauffeur 4A devient entièrement ouvert, les contrôle du by-pass de vapeur d’exportation pour empêcher la vapeur de devient trop chaud.
Pour maintenir la température de la vapeur quittant le surchauffeur 1B des 500°C, il faut
Réduire la température d’entrée de la couche 1.
Augmenter la température d’entrée de la couche 2.
Augmenter la force du gaz si en deçà de 11,5%.
Abaisser la température de sortie de gaz de l’économie.
Contrôle de la pression
La pression de fonctionnement normale dans la chaudière de chaleur perdue est 64 barg, donc le contrôle de pression est assurée par les équipements de contrôle, par exemple si le collecteur et la turbine du compresseur principal ne peuvent pas accepter toute la vapeur produite, alors PIC050A prend le contrôle et réduit la pression de l’excès de vapeur à haute pression jusqu’à 5,0 barg. Dans ce cas-ci, si la pression dans le collecteur da 60 barg augmente, la vanne de réduction de pression PV050A s’ouvrira, vidant la vapeur dans le collecteur de 5,0 barg et vers la centrale. La ligne de vapeur est équipée d’une soupape de sureté.
Contrôle du Niveau d’eau de la chaudière
Le niveau de la chaudière est automatique contrôlée (LIC-205A) par le contrôle de cascade du débit d’eau d’alimentation de chaudière à travers la vanne FV-406. Le régulateur de niveau est équipé avec des alarmes de niveau très haut, haut, bas, et très bas. Si le niveau d’eau descend trop bas, les tubes de chaudière pourraient ne plus être recouverts d’eau et être sévèrement endommagés. Au niveau très bas, les pompes d’alimentation du four à soufre se déclencheront et l’usine sera arrêtée alors qu’il reste assez d’eau dans le ballon de vapeur pour maintenir les tubes submergé pendant que l’usine se refroidit.
Un indicateur de niveau de colonne d’électrode est également fourni sur la chaudière (LI-206), avec des alarmes de niveau redondante haut, bas, et très bas. La colonne d’électrode a les mêmes verrouillages que le régulateur » de niveau. Un commutateur pour by-passer le verrouillage (LHS-206) est fourni au chantier pour vider la colonne.
Si l’entrainement de l’eau dans les conduites de vapeur doit être complètement évité, il est important que le niveau d’eau dans le ballon de vapeur soit maintenu à un point proche de la ligne centrale du tube indicateur de niveau. Le fabricant de la chaudière fournira le niveau de fonctionnement recommandé.
Figure I-2.3 Ballon de chaudière
Analyse de l’eau de chaudière
La composition de l’eau d’alimentation et l’eau de la chaudière doit constamment être maintenue selon les spécifications du consultant en traitement d’eau alimentaire et à l’intérieur des limites recommandées par le fabricant de la chaudière.
Une fois que la méthode de traitement et la procédure de contrôle sont établies, la simple routine d’analyses pour être effectué par les opérateurs au lieu du laboratoire analytique. Le nombre et la nature des analyses dépendent entièrement des conditions locales.
Pureté de la vapeur
La vapeur produit dans cette usine est utilisée dans les turbines. Le fabricant de la turbine exige que la vapeur ne contienne pas plus de 0,05 ppm de solides dissous totaux. La pureté de la vapeur devrait être analysée sur une base hebdomadaire ou mensuelle.
Un système est installé à la sortie de vapeur de la chaudière de récupération pour en déterminer la pureté. La façon d’utiliser le refroidisseur d’échantillon de vapeur est essentiellement la même que celle du refroidisseur d’échantillon d’eau.
Purge manuelle
La chaudière doit être vidangée manuellement au moins une fois par jour à des heures spécifiées par le superviseur. La colonne d’eau et son tube de niveau doivent être vidangés chaque jour. Ils ne doivent pas subir une vidange forte. La colonne d’eau doit être vidangée pour éviter le gravage du verre.
Purge continue
La vanne de vidange continue doit être réglée de façon à retenir la totalité des solides dans l’eau de chaudière dans les limites spécifiées.
L’eau de la purge continue est dirigée vers le ballon de détente sous pression dans lequel une partie de l’eau seulement se vaporise. Le reste de l’eau de purge du ballon de détente et la purge manuelle sont mélangées avec l’eau déminéralisé pour être utilisée comme de l’eau de dilution à l’usine d’acide ou s’écoule vers le ballon de détente atmosphérique.
Soupapes de sureté
Des soupapes de sureté sont installées sur la chaudière et sur la conduite principale de vapeur HP afin de les protéger contre les surpressions.
Description du système de contrôle distribué DCS
Introduction
Sur le marché du contrôle automatisé de procédés industriels, les motivations économiques se traduisent par une recherche de solutions plus intégrées mais apportant plus d’ouverture et plus de modularité. La réduction des coûts concerne le cycle de vie des machines et/ou des installations simples ou très complexes depuis l’achat, l’installation, le câblage, la mise en œuvre, l’exploitation et jusqu’à la maintenance des équipements.
Les récentes évolutions technologiques en matières de microprocesseurs, de systèmes d’exploitation multitâches, d’entrées/sorties industrielles distribuées sur les bus de terrain, ont conduit à l’apparition de systèmes numériques de contrôle commande dits DCS dans les applications de contrôle-commande des industries à processus continus.
Les constructeurs déterminent leurs architectures de base en fonction de leur clientèle cible, à processus continu ou manufacturier, Le DCS ayant vocation à une haute fiabilité, assure de ce fait la supervision, l’acquisition et le traitement des variables TOR et analogiques, la régulation et les transmissions.
Dans le présent chapitre nous présenterons une description générale sur le système DCS, puis nous exposerons rôle et le l’architecture du DCS pilotant les différents processus industriels de l’atelier sulfurique de Pakistan Maroc Phosphore [1].
Etude des Système de contrôle distribué (DCS)
Définition des DCS
Un Système de contrôle distribué c’est un système permettant le contrôle d’un procédé industriel, il est doté d’une interface homme machine pour la supervision, ainsi que d’un réseau de communication.
Il existe différents types de DCS à savoir
Siemens
Yokogawa
Honeywell
Mitsubishi
Delta V
Rockwell
Etc.…
Le DCS opté dans notre cas est siemens, l’architecture matérielle et l’architecture logicielle seront abordées en détail par la suite dans le même chapitre.
Structure des DCS
L’évolution de la nouvelle technologie a des effets remarquables sur toutes les échelles et dans tous les domaines. La micro-technologie est l’une des domaines qui suit cette évolution d’une manière permanente et progressive.
Contenu dans le monde micro-informatique et micro-technologique, les DCS ne cesse d’évoluer au niveau de sa structure fonctionnelle, afin de réaliser les différentes fonctions demandées par les clients.
Les principaux éléments d’un DCS restent donc
– le contrôleur de processus ;
– l’interface de communication homme-machine ;
– le réseau de communication numérique ;
– l’outil de configuration du système.
Figure I-2.4 Architecture du système DCS
PS carte d’alimentation
CP carte de communication
CPU unité centrale
IM module d’interface
SM modules Entrée/ Sortie
ET200M coupleur
OSM Optical Switch Modules
OS operator station
Contrôleur du processus
Les principales fonctionnalités confiées au contrôleur du DCS résident dans l’acquisition des données du chantier, le traitement analogique, logique ou séquentiel de ces données et l’élaboration des signaux de commande à émettre vers les sorties.
La structure des contrôleurs peut être subdivisée en trois parties, à savoir la structure fonctionnelle, la structure matérielle et structure logicielle.
Structure fonctionnelle
La structure fonctionnelle reste encore en majorité traditionnelle
– Acquisition et conditionnement des signaux d’entrée.
– Traitement des signaux.
– Conditionnement et émission des signaux de commande.
Cependant, l’apparition de réseaux de terrain (pour l’instant très « propriétaires », en l’absence de standard international) a tendance à entraîner le transfert des fonctions d’acquisition de conditionnement et de commande vers des capteurs et actionneurs.
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Table des matières
Introduction
PARTIE I
CHAPITRE 1 Organisme d’accueil
I. Aperçu sur le groupe OCP
1. Introduction
2. Généralités
3. Les activités du groupe OCP
4. Filiales et partenariats
II. Présentation de PMP
1. Introduction
2. Organigramme de PMP
3. Description des procédés de fabrication
CHAPITRE 2 DESCRIPTION DU PROCEDE ET DU SYSTEME
I. Présentation détaillé du système chaudière – ballon à vapeur
1. But
2. Fonction
3. Description
4. Operations
II. Description du système de contrôle distribué DCS
1. Etude des Système de contrôle distribué (DCS)
2. Système de contrôle distribué de l’atelier SAP
Chapitre 3 Cahier de charge du projet de fin d’étude
I. Cahier de charge
II. Performances souhaités au niveau de la régulation
III. Les critères d’optimisation
PARTIE II
Chapitre 1 Etude de la régulation de base
I. Interprétation
II. Objectif
III. Chaine de régulation
Chapitre 2 la mise en oeuvre de la solution technique
I. Etapes de création et de configuration du projet
1. Création du projet
2. Choix de l’automate
3. Configuration matériel
II. Programmation de boucle de régulation
1. Le diagramme du capteur de niveau
2. Le diagramme du régulateur de niveau LIC205
3. Le bloc de calcul
4. Régulateur de débit
5. Le diagramme de la commande de la vanne
III. Supervision du système ballon de chaudière
1. WinCC
2. Configuration du poste ingénieur
PARTIE III
Chapitre 1 méthode d’identification
I. Introduction
II. Méthode des sous espaces
1. Problème de départ
2. Identification déterministe par la méthode des sous espaces
III. Choix des entrées d’excitation
Chapitre 2 Etablissement d’un modèle E/S du système
PARTIE IV
CHAPITRE I Commande Optimale
I. La théorie de commande optimale
1. Principes de la commande optimale
2. Choix des pondérations
3. Théorie de l’estimation d’état
4. Synthèse d’un estimateur d’état
5. Commande Linéaire Quadratique Gaussienne (LQG)
II. Synthèse du régulateur
1. Présentation du système à réguler
2. Commande par retour d’état
3. Commande par retour d’état avec estimateur
Chapitre 2 Optimisation et commande avancée par la logique floue
I. DEFINITION DE LA LOGIQUE FLOUE
1. Introduction
2. Historique
II. REGULATUER FLOU
III. LOGIQUE FLOUE sur Matlab
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