RAPPORT DE STAGE chaudière

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INTRODUCTIONINTRODUCTION

La régulation est outil primordial dans le contrôle des systèmes

notamment ceux qui demandent une grande précision et une large

gamme de rapidité d’intervention, parmi autres on trouve l’industrie

chimique dont l’activité du pole chimique de Safi fait partie.

Autant que future ingénieur (lauréat de l’école nationale des

sciences appliquées de Safi) on ait ramené à effectuer des stages au sein

des grandes entreprises dont l’OCP fait partie, afin d’enrichir les

connaissances pratiques à travers les acquis théoriques et notamment

pratiques réussis dans la formation, et ce qui est très important en fait

c’est la constitution de la carrière de l’ingénieur dans les cotés techniques

et communication managériale.

On en déduit que le sujet de stage choisit qui sert à l’étude des

chaines de régulation de la chaudière auxiliaire n’est qu’un pas vers

l’approfondissement des acquis théoriques accomplis par autres comme le

développement de la capacité d’adaptation, et la communication effective

ainsi que l’écoute active qui constituent la plate forme de tout leader.

Enfin cette période de stage au sein de l’OCP, a montrés qu’il

s’agit d’un organisme cohérent, basé sur la complémentarité et l’entente

et autant qu’ingénieur il ne s’agit pas seulement d’avoir tous ce qui est

technique mais aussi savoir gérer pour pouvoir atteindre les objectifs

visés.

Stage Ingénieur Aout 2007 1


Partie IPartie I

Environnement du travailEnvironnement du travail

1.1. l’Office chérifien des phosphatesl’Office chérifien des phosphates

1. 1. Présentation

L’Office Chérifien du Phosphate est crée en 1920 pour but ; la production

du phosphate et ces dérivés (acide phosphorique, engrais).

L’extraction du phosphate brute se localise dans plusieurs villes

marocaines : Khouribga, Benguérir, Youssoufia, Boucraâ-Laâyoune. L’OCP

à construire également deux pôles industriels pour la production d’acide

phosphorique et les engrais : Le pôle industriel de Safi et le pôle industriel

de Jorf Lasfar.

En 1975 l’OCP devient le group OCP qui réalise aujourd’hui des

exportations très importantes grâce à ces Ports d'embarquement situés au

long de la cote Atlantide (Casablanca, Jorf Lasfar, Safi, Laâyoune).

La Production de phosphate atteint 27,25 millions de tonnes ce qui réalise

un Chiffre d'affaires à l'export de 2,055 milliards de dollars dont :


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ Phosphate : 43.5%

Acide Phosphorique : 47.2%

Engrais : 9.5%.

1. 2. Organigramme

Le group OCP est la plus grande société productrice au Maroc, il a un

effectif d’emplois très important : 19 874 dont 856 ingénieurs et

équivalents.

L’organisation suivie par le group OCP est considérée si importante dans

l’amélioration de productivité de ce dernier. Cet organigramme le

montre :

Fig.1. Organigramme général de l’OCP

2. Le pole chimique de Safi


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/2. 1. Présentation

Le pôle industriel de Safi est le premier site chimique du Groupe OCP, il a

été démarré en 1965 pour valoriser les phosphates de Gantour

(Youssoufia).

Le complexe de Safi se compose de trois unités industrielles chacune

d’elles à sa capacité et sa spécialité :

2. 2. Maroc chimie

Sur le plan juridique, Maroc Chimie fait partie intégrante de Maroc

Phosphore depuis 1996. L’unité peut produire chaque année 400.000

tonnes P2O5 d’acide phosphorique et trois types d’engrais : 500.000

tonnes de TSP (triple super phosphate), 30.000 tonnes d’ASP (acide super

phosphate) et 250.000 tonnes de NPK. Ces deux derniers sont destinés au

marché local.

2. 3. Maroc Phosphore I et Maroc Phosphore II

Maroc Phosphore I et Maroc Phosphore II ont quant à eux une capacité

annuelle de production de 1,1 million de tonnes d’acide phosphorique

(630.000 tonnes pour la première unité et 470.000 pour la seconde) et

400.000 tonnes d’engrais MAP.

3. Division Maroc Phosphore II

3. 1. Présentation

Créée en 1981, Maroc Phosphore II est la division la plus récente du pôle

chimie Safi. Elle produit de l’acide phosphorique à partir du phosphate de

Benguérir.

Cette division comporte différents ateliers industriels et services annexes

est structurée comme suit :


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/MAROC PHOSPHORE II

(PCS/PM)

Service Production(PCS/PM/P)

Service Amélioration Technique

(PCS/PM/M)

Service Matériel(PCS/PM/M)

Atelier Energie et Fluides

( PCS/PM/PC)

Atelier Sulfurique( PCS/PM/PS)

Atelier Phosphorique( PCS/PM/PP)

Atelier Laverie( PCS/PT)

Contrôle du Matériel (

PCS/PM/MC)

Entretien Mécanique

(PCS/PM/MM)

MAROC PHOSPHORE II(PCS/PM)

Service Production(PCS/PM/P)

Service Amélioration Technique

(PCS/PM/M)

Service Matériel(PCS/PM/M)

Atelier Energie et Fluides

( PCS/PM/PC)

Atelier Sulfurique( PCS/PM/PS)

Atelier Phosphorique( PCS/PM/PP)

Atelier Laverie( PCS/PT)

Contrôle du Matériel (

PCS/PM/MC)

Entretien Mécanique

(PCS/PM/MM)

(PCS/LM)

(PCS/LM/P)(PCS/LM/M)

PCS/LM/MC)

(PCS/LM/M)

PCS/LM/PC)

PCS/LM/PS)

(PCS/LM/PP)

(PCS/PT)

(PCS/PM/MM)

Fig.2. Structure de la division MPII

En plus la division est divisée en deux grands secteurs chacun contient un

ensemble d’ateliers participants tous à la valorisation du phosphate :


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/MAROC PHOSPHORE II

(PCS/PM)

SECTEUR I SECTEUR II

Pompage eau de mer

Centrale thermique

Atelier sulfurique

TED

Laverie

Broyage

Réaction filtration

Stockage

Concentration acide

phosphorique



Pompage eau de mer

Centrale thermique

Atelier sulfurique

TED

Laverie

Broyage


Stockage

Concentration acide

phosphorique

MAROC PHOSPHORE IIPCS/LM



Pompage eau de mer

Centrale thermique

Atelier sulfurique

TED

Laverie

Broyage


Stockage

Concentration acide

phosphorique



Pompage eau de mer

Centrale thermique

Atelier sulfurique

TED

Laverie

Broyage


Stockage

Concentration acide

phosphorique

MAROC PHOSPHORE IIPCS/LM

Fig.3. Structure sectorielle du MPII

3. 2. Le secteur accueillant (secteur I)

Comme on a vu ci-dessus le secteur I contient un ensemble

d’ateliers, dans ce qui suit on verra la description de chacun de

ces ateliers avec son utilité dans le procédé :

3. 2. 1. Atelier sulfurique

3. 2. 1. 1. Description

Constitué de 3 unités de production nominale de 1700 TMH/jour. Il assure

en outre, la production de la vapeur haute pression à partir de ses

chaudières de récupération et la production de l’acide sulfurique

nécessaire pour la fabrication d’acide phosphorique.

L’atelier sulfurique PS de Maroc Phosphore II comprend trois lignes

identiques A, B et C. De capacité unitaire 1750 T/j d’acide sulfurique

concentré à 98,5 % selon le procédé simple absorption de MONSANTO

ENVIRO-CHEM.



3. 2. 1. 2. Procédé de fabrication

Le procédé de fabrication de l’acide sulfurique comprend en général trois

étapes qui sont :

Combustion

S + O2 SO2 + 70.96 Kcal/mol à25°C.

Conversion

SO2 + ½O2 SO3 + 23.6 Kcal/mol à25°C.

Absorption

SO3 + H2O H2SO4 + 32.8 Kcal/mol à25°C

Le schéma synoptique expliquant les étapes du procédé est le suivant :



Fig.4. schéma synoptique du sulfurique

3. 2. 2. TED

La centrale TED produit de l’eau industrielle pour répondre aux besoins de

chaque atelier de fabrication en eau : filtré, déminéralisée, désiliez et

potable ; pour cela l’eau subit les traitements suivants :

Décantation et filtration.

Déminéralisation primaire et finale.

Javellisation.

L’installation TED est composée de :

Deux décanteurs et leurs auxiliaires.

8 filtres à sable gravitaire.

3 chaînes de désilication.

Une station de production de l’eau potable.

Des bacs de stockage et de distribution d’eau alimentaire.



Fig.5. Synoptique du traitement des eaux

3. 2. 2. La centrale thermique

La centrale est dotée d’un ensemble de dispositifs, matériels et de

potentiel humain qui lui permet de produire l’énergie électrique et la

vapeur d’eau nécessaire pour le bon fonctionnement de MPII. Elle est

composée essentiellement de :

Deux groupes turboalternateurs de capacité unitaire 16.4mw,

assurant l’alimentation du complexe en énergie électrique.

D’une chaudière auxiliaire (lieu de la boucle de régulation

concernée voir détail technique dans la partie III) à fuel de 50t/h,

assurant l’appoint en vapeur lors d’arrêt d’une et de deux unités

sulfurique ou bien le démarrage du complexe à froid.

D’une station d’aire comprimée.

D’une unité d’eau alimentaire.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Synthèse

On pourra résumer le fonctionnement des différents ateliers en dressant

les liens fonctionnels qui les relient dans le schéma fonctionnel suivant

Fig.6. Digramme bloc de production

Partie IIPartie II La régulationLa régulation

1. Généralités

1. 1. Notion de la régulation


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Pour avoir une bonne marche de production, certains paramètre doivent

rester constantes exemple : débit, pressions, température, niveau cela

dans le but d’attribuer à ces paramètres les valeurs dérivées qui ont

appliqué à des différents principes de régulation.

La régulation est donc l’action de régler, c'est-à-dire maintenir la sortie ou

une grandeur d’état d’un système à une valeur constante quelque soit la

perturbation, cette valeur prescrite on l’appelle par suite consigne.

1. 2. Notion d’une boucle de régulation

Faire une contre-réaction ou un « feedback » : réagir en fonction de ce

qui est réalisé, connaissant ce qui est demandé. Ce principe nous

l’utilisons tous les jours dans la plupart de nos actions. Pour conduire, nous

devons regarder la route et sans cesse corriger la direction de la voiture

même s’il n’y a pas de virages.

Un système est en boucle ouverte lorsque la commande est élaborée sans l’aide

de la connaissance des grandeurs de sortie : il n’y a pas de feedback.

Dans le cas contraire, le système est dit en boucle fermée. La commande est

alors fonction de la consigne (la valeur souhaitée en sortie) et de la sortie. Pour

observer les grandeurs de sortie, on utilise des capteurs. C’est l’information de

ces capteurs qui va permettre d’´elaborer la commande.

Perturbations

Fig.7.a. Schéma d’un système en Boucle Ouverte

Fig.7.b. Schéma d’un système en Boucle fermée


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/La technique d'automatisation la plus répandue est le contrôle en boucle

fermée. Un système est dit en boucle fermée lorsque la sortie du procédé

est prise en compte pour calculer l'entrée. Généralement le contrôleur

effectue une action en fonction de l’erreur entre la mesure et la consigne

désirée. Le schéma classique d'un système linéaire pourvu d'un régulateur

linéaire en boucle fermée est le suivant :

Fig.8. Schéma détaillé d’une boucle de régulation

La boucle ouverte du système est composée du procédé et du correcteur.

La fonction de transfert de ce système en boucle ouverte est donc:

Avec cette architecture on peut recalculer une nouvelle fonction de

transfert du système : la fonction de transfert en boucle fermée à l'aide

des relations entre les différentes variables:

e(s) = r(s) − y(s)

On obtient alors :



La fonction représente la fonction de transfert

en boucle fermée. On peut remarquer que : c’est

la formule de Black qui permet de passer d’une fonction de transfert en

boucle ouverte à une fonction de transfert en boucle fermée.

1. 3. Stabilité des boucles de régulation

Pour s'assurer que le système asservi est stable il faut considérer le

produit C.H et vérifier qu'il existe une marge suffisante entre C.H et -1.

Dans la majorité des applications il est nécessaire de corriger C en

ajoutant une fonction de transfert dans l'électronique de commande. La

fonction à insérer porte le nom de correcteur du système asservi.

La stabilité du système est d'autant plus grande que C.H est différent de -

1. Il s'agit donc de respecter une marge sur le module ou le gain de C.H et

sur sa phase par rapport à -1. L'expérience montre qu'une marge de 45° à

65° sur la phase ou bien une marge de 8 à 10dB sur le gain assurent une

stabilité satisfaisante.

La marge de phase = + Arg(C.H) pour la pulsation qui donne Gain = 0

En fait + Arg(C.H)= Arg(C.H)-(- ) et la deuxième condition sur le gain

a pour but la conformité complexe :

Fig.9. La marge de phase pour un système


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ La marge de gain est égale à 20 log| C.H | pour la pulsation qui permet d'obtenir

arg(C.H) = -

Fig.10.La marge de gain pour un système

2. Eléments d’une boucle de régulation

Une boucle de régulation doit comporter au minimum les éléments

suivants :

Un capteur de mesure

Un transformateur souvent intégré

Un régulateur

Un actionneur

Elle est souvent complétée par :

Un enregistreur

Des convertisseurs

Des sécurités ou asservissements

2. 1. Les capteurs

2. 1. 1. Approche

C'est un dispositif qui transforme une grandeur physique en une grandeur

exploitable, souvent de nature électrique. Le choix de l'énergie électrique


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/vient du fait qu'un signal électrique se prête facilement à de nombreuses

transformations difficiles à réaliser avec d'autres types de signaux.

CapteurGrandeurphysique àmesurer

GrandeurGrandeurphysique physique ààmesurermesurer

Grandeur d’influence

SignalÉlectrique de mesure

SignalSignalÉÉlectrique lectrique de mesurede mesure

CapteurGrandeurphysique àmesurer

GrandeurGrandeurphysique physique ààmesurermesurer

Grandeur d’influence

SignalÉlectrique de mesure

SignalSignalÉÉlectrique lectrique de mesurede mesure

Fig.11.Les entrés/sorties capteur

2. 1. 2. Constitution d’un capteur

Corps d’preuve Transducteur Transmetteur

Grandeur physique àmesurer

RéactionSignal de

sortie électrique

Signal de mesure transmis

Corps d’preuve Transducteur Transmetteur

Grandeur physique àmesurer

RéactionSignal de

sortie électrique

Signal de mesure transmis

Fig.12. Structure d’un capteur

Corps d'épreuve : élément mécanique qui réagit sélectivement à la

grandeur à mesurer. Il transforme la grandeur à mesurer en une autre

grandeur physique dite mesurable.

Transducteur : il traduit les réactions du corps d'épreuve en une

grandeur électrique constituant le signal de sortie.

Transmetteur : mise en forme, amplification, filtrage, mise à niveau du

signal de sortie pour sa transmission à distance. Il peut être incorporé

ou non au capteur proprement dit.

Remarque :

Dans l’industrie on trouve plusieurs types des capteurs :

Capteurs de débit

Les débitmètres à organe dipromogène (diaphragme, venturi, tuyère).


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ Les débitmètres à effet vortex Les débitmètres à tube de Pitot Les débitmètres électromagnétiques.

Capteurs de niveau Les radars

Les flotteurs

2. 2. Le transmetteur

Le transmetteur est chargé de mettre en forme normalisée le signal S qui

va transporter l’information. Ce transmetteur est aussi appelé

conditionneur, C’est un instrument qui transmet le signal reçu au près du

capteur en signal compréhensible par le régulateur.

Fig.13. Structure d’un transmetteur

2. 3. Régulateur

C’est un instrument qui a pour rôle de maintenir une valeur bien

déterminée de grandeur a réglée (débit, pression, niveau…etc.), en

faisant la comparaison entre la mesure du capteur et la consigne et en

agissant sur l’organe de réglage de telle façon à tendre l’écart vers zéro.

∑=C-M≈0



Fig.14. Structure d’un régulateur

2. 4. Actionneur (vanne)

2. 4. 1. Approche

C’est l’instrument esclave de la chaîne de régulation, il est commandé par

le régulateur a fin de réduire la différence entre la consigne et la mesure.

Dans le cas de notre boucle de régulation, il s’agit d’une vanne, alors

allons définir c’est quoi précisément un vanne, sa structure…etc.

2. 4. 2. Description et schématisation

La vanne est un dispositif de réglage constituant un élément terminal d’un

système de commande industriel il se compose :

Le corps : qui contenant des organes internes capable de faire

varier le débit du fluide passant dans le corps

Le servomoteur : le servomoteur est utilisé pour la commande de la

vanne en entraînant un déplacement de l’axe de la vanne.

Le positionneur : le positionneur est un appareil complémentaire

des servomoteurs qui assure des fonctions suivant :

Régulateur de servomoteur pneumatique

Eliminer immédiatement les erreurs de

positionnement de servomoteur


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ Augmenter la force de positionnement d’un

servomoteur par ce que le signal de commande n’est

pas suffisant

Obtenir un positionnement de servomoteur

Vanne Vanne manuelle Electrovanne

Vanne pneumatique

Vanne pneumatique avec positionneur

Vanne Vanne manuelle Electrovanne

Vanne pneumatique

Vanne pneumatique avec positionneur

Fig.15. Schématisation des vannes

2. 4. 3. Constitution de la vanne de réglage

La vanne (coupe fig.15) est constituée de deux éléments principaux :

Le servomoteur : c'est l'élément qui assure la conversion du signal

de commande en mouvement de la vanne ;

Le corps de vanne : c'est l'élément qui assure le réglage du débit.



Fig.16. Vue en coupe d'une vanne de régulation pneumatique

Et aussi d'un certain nombre d'éléments auxiliaires :

Un contacteur de début et de fin de course ;

Une recopie de la position ;

Un filtre détendeur ;

Un positionneur : il régule l'ouverture de la vanne en accord avec le

signal de commande.

Fig.17. Positionneur de la vanne

2. 4. 4. Caractéristiques intrinsèque des vannes de régulation

C'est la loi entre le débit Q et le signal de commande de la vanne Y, la

pression différentielle P aux bornes de la vanne étant maintenue

constante.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/On distingue essentiellement trois types de caractéristiques intrinsèques

de débit :

Débit linéaire PL :

Le débit évolue linéairement en fonction du signal. La caractéristique est

une droite. Des accroissements égaux du signal vanne provoquent des

accroissements égaux de débit.

Fig.18. Caractéristique linéaire

Débit égal en pourcentage EQP:

Le débit évolue linéairement en fonction du signal. La caractéristique est

une droite. Des accroissements égaux du signal vanne provoquent des

accroissements égaux de débit.

Fig.19. Caractéristique égal pourcentage

Débit tout ou rien PT:


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Cette caractéristique présente une augmentation rapide du débit en début

de course pour atteindre alors environ 80% du débit maximum.

Fig.20. Caractéristique tout ou rien

3. Le dilemme précision stabilité

3. 1. Introduction

L'erreur sur la sortie d'un système asservi est s = lim w0 |S / H|. Pour

améliorer la précision il suffit d'augmenter |H| de H0 quand w -> 0. Mais la

marge de phase se réduit et la stabilité du système se dégrade :

Fig.21. Dilemme stabilité précision

Rares sont les applications où il suffit d'augmenter le gain pour obtenir

une précision convenable tout en conservant un bon niveau de stabilité. Il

faut en général faire une correction plus sophistiquée qui évolue en

fonction de la pulsation.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/3. 2. Correction d’un système

L’analyse du type processus à corriger et des spécifications de la

régulation permet en général de choisir le type de correcteur à implanter.

Il est important pour la conception de la commande de savoir si le

processus est stable ou non en boucle ouverte. Une autre caractéristique

importante est la présence d’un retard pur, qui a tendance à déstabiliser

le système lorsque l’on ferme la boucle et peut exiger des méthodes de

synthèse adaptées. La présence ou non d’intégrateurs dans le système

amène à choisir combien le régulateur doit en comporter. Ces

considérations permettent d’obtenir une structure de régulateur.

La connaissance de la fonction de transfert en boucle ouverte du

processus permet de calculer la fonction de transfert en boucle fermée,

dont les propriétés les plus importantes sont liées à son polynôme

caractéristique. On peut déterminer les paramètres du régulateur pour

obtenir un polynôme caractéristique désiré, ou encore une fonction de

transfert désirée en boucle fermée.

3. 2. 1. Régulateur proportionnel

L’action proportionnelle permet de faire varier la correction issue du

régulateur proportionnellement à l’écart mesure - consigne. Son rôle est

de stabiliser la mesure. On note :

AP=GR×(M−C )

GR est le gain du régulateur (sans unité)

AP est l’action proportionnelle exprimée en %

Sur la plupart des régulateurs, on règle la Bande Proportionnelle au lieu de

régler le gain du régulateur :

BP(% )=100GR


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Réponse de l'action proportionnelle à une variation de l'écart Mesure Consigne :

Fig.22. Action proportionnel

Pour généraliser Le signal de correction issu du régulateur s’écrit de la

façon suivante lorsque le régulateur est simplement proportionnel :

S=S0±GR×(M−C )

S0 est la valeur centrale du signal en %

+ ou - est le sens d’action

Lorsque le procédé fonctionne hors des conditions de régime nominal

(quasiment tout le temps), la grandeur réglée est stabilisée par l’action

proportionnelle mais n’est pas égale à la valeur de consigne, il subsiste un

écart résiduel qui dépend de l’écart par rapport aux conditions nominales

et de la valeur du gain du régulateur.

Pour diminuer cet écart résiduel, on peut augmenter le gain du régulateur

mais on risque de déstabiliser le système.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/La solution la plus simple consiste à modifier la loi de commande en

rajoutant une deuxième action : l'action intégrale. Son rôle sera de

ramener la mesure à sa valeur de consigne.

3. 2. 2. Régulateur P-Intégral

L’action intégrale permet de tenir compte du passé de la régulation en

effectuant au cours du temps l’intégrale de la variation de l’écart mesure -

consigne. Son rôle est d’éliminer l’écart résiduel.

L'intégrale est une opération mathématique qui accumule l'écart Mesure -

Consigne pour l'intégrer à la correction.

AI= 1T I

∫(M−C )dt

L’action intégrale notée AI est exprimée en %. Un paramètre noté T I

permet de donner à l'action intégrale un poids plus ou moins important.

On le nomme le temps d’intégrale (homogène à un temps, en minutes en

général ou seconde).

Contrairement au gain qui augmente le poids de l'action proportionnelle

lorsqu'on l'augmente, l'augmentation du temps d'intégrale diminue le

poids de l'action intégrale. Donc si l'on double le temps d'intégrale, on

divise par deux le poids de l'action intégrale.

Dans ce cas, le paramètre ponctuant l'action :

Proportionnelle : GR

Intégrale : 1 / Ti



Fig.23. Action intégrale

L’action intégrale permet de ramener la mesure à sa valeur de consigne

quelles que soient les conditions de fonctionnement. Elle supprime donc

l’écart résiduel.

3. 2. 3. Régulateur PI-Dérivé

L’action dérivée permet de tenir compte des variations brutales de l’écart

Mesure- Consigne, en effet le poids de cette action est d’autant plus

important que la variation de M-C est brutale.

L'action dérivée constitue donc un accélérateur de correction et intervient

dans les moments d'urgence (variation rapide de la mesure par rapport à

la consigne).

Cette action est moins fondamentale que les deux précédentes.

L’action dérivée notée AD est exprimée en %. Un paramètre noté Td

permet de donner à l'action dérivée un poids plus ou moins important. On

le nomme le temps de dérivée (homogène à un temps, en minutes en

général ou seconde).

Comme pour le gain qui augmente le poids de l'action proportionnelle

lorsqu'on l'augmente, l'augmentation du temps de dérivée augmente le


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/poids de l'action dérivée. Donc si l'on double le temps de dérivée, on

multiplie par deux le poids de l'action dérivée

Fig.24. Action dérivée

On combine les deux types de corrections précédentes : un Proportionnel

Dérivateur permet d’avancer la phase aux hautes fréquences ; un

Proportionnel Intégral garantit la précision en agissant aux basses

fréquences pour ne pas retarder la phase de la zone critique

Synthèse

Tous les régulateurs actuels peuvent fonctionner en P seul, en PI ou

en PID.

Il faut connaître la structure (série, parallèle, mixte) du régulateur

pour pouvoir identifier parfaitement la loi de commande.

Pour adapter le fonctionnement des régulateurs au procédé sur

lequel on développe la boucle de régulation, il faut :

o Déterminer la loi de commande P, PI ou PID qui permet

d’effectuer la meilleure correction possible


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/o Régler les paramètres nécessaires GR, Ti et Td.

Partie IIIPartie III Etude de la partie1 du sujetEtude de la partie1 du sujet


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/1. Présentation de la partie1

La régulation est devenue de plus en plus un atout primordial à incorporer

dans n’importe quel système pour pouvoir le faire fonctionner en

répondant aux exigences, c’est à ce niveau que se situe mon sujet de

stage qui se résume en :

Une étude détaillée de la boucle de régulation du débit vapeur HP, à

la centrale thermique.

Etablir un modèle simplifié décrivant les asservissements mis en

place.

Définir les conditions du démarrage et d’arrêt de la chaudière

auxiliaire.

Dresser l’utilité du passage de l’ancienne approche, vers l’utilisation

des API

Pour cela il faut passer par détailler la structure et le fonctionnement de la

chaudière auxiliaires.

2. Etude de la chaudière auxiliaire (CA)

2. 1. Généralités

Les chaudières produisent de l'eau chaude ou de la vapeur qui est utilisée

par les procédés industriels ou qui sert au chauffage des locaux et de

l'eau. Un large éventail de types et de tailles de chaudières permet de

répondre aux besoins variés des installations industrielles ou autres La

plupart des chaudières renferment trois composants principaux : un

brûleur qui convertit le combustible en chaleur, un échangeur de chaleur

qui transfère la chaleur à de l'eau ou de la vapeur, et un récipient qui

renferme l'eau à chauffer. Une cheminée permet d'évacuer les sous-

produits de combustion (gaz de combustion) et l'eau chaude ou la vapeur

est acheminée par un système de distribution aux points d'utilisation. Un

schéma du processus de combustion est présenté à la figure 24.

Le gaz naturel et le mazout sont les combustibles les plus couramment

utilisés dans les chaudières mais on utilise également le propane,


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/l'électricité, le charbon et la biomasse. On se sert généralement de

chaudières électriques lorsque les risques d'incendie associés aux

chaudières à combustion constituent un danger pour la sécurité et lorsqu'il

est important de réduire la pollution atmosphérique.

Fig.25. Schéma d’une chaudière

Remarque :

La durée de vie d'une chaudière est d'environ 25 ans; il est donc essentiel

de tenir compte des coûts du combustible et des frais d'entretien à long

terme, ainsi que des coûts d'achat ou de modernisation. Dans le cas d'un

nouveau modèle à rendement élevé, les coûts du combustible peuvent

être jusqu'à 40 p. 100 moins élevés que ceux d'un modèle classique, ce

qui, sur 25 ans, peut représenter des économies considérables. Dans de

nombreux cas, le simple fait de moderniser une chaudière peut en

améliorer le rendement d'au moins 20 p. 100.

2. 2. La chaudière auxiliaire BWII

2. 2. 1. Approche

Il s’agit d’un générateur de vapeur, c’est un équipement destiné à

transformer l'eau en vapeur à une température et pression bien

déterminées en fonction des besoins. L'apport calorifique vient de la


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/combustion d'un fluide en circulation qui cède l'énergie thermique à l'eau

et la vapeur.

La centrale MC possède une chaudière auxiliaire prévue pour la production

de la vapeur nécessaire pour le fonctionnement des turbines ainsi que les

ateliers sulfuriques phosphorique et les engrais en consommation

d'énergie.

La chaudière fonctionne dans les cas suivants :

Lorsque l’atelier sulfurique ne produit pas la vapeur HP suffisante.

Au démarrage du complexe après un arrêt à froid.

Pour satisfaire les CAP en cas d’arrêt d’une ligne sulfurique.

Déclenchement des lignes sulfurique et non redémarrage à volet.

Au démarrage à froid de la chaudière, on utilise le fuel domestique, et en

exploitation normale on utilise le fuel lourd.

2. 2. 2. Structure de la chaudière BWII

La chaudière (50t/h, 59bar, 500°C) est composée essentiellement de :

Chambre de combustion.

Elément vaporisateurs.

Ballon (inférieur et supérieur).

Foyer.

Economiseur.

Deux bruleurs (inférieur et supérieur)

Surchauffeurs.

Désurchauffeurs.

La cheminée.

Ramoneur.

Ventilateur.

Le schéma synoptique suivant permet d’identifier les différents

composants cités ci-contre :

Les éléments assurant sa communication avec l’extérieur son :

Deux pompes alimentaires (70m3/h, PA=2bar, PR=81.2bar)

Ballon des purges.

Ventilateur de soufflage (75000 Kg/h d’air à 950 mbar).


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ L’installation des carburants (fuel et gasoil).

Bâche alimentaireFuel

Ventilateur d’air

Brûleurs

Surchauffeur 1

Surchauffeur 2

Ballon inférieur

Ballon supérieur

Cheminée

Pompe fuel Evaporateur Economiseur

Réchauffeur air

Silencieux

Vapeur haute pression

Vers utilisation

Bâche alimentaireFuel

Ventilateur d’air

Brûleurs

Surchauffeur 1

Surchauffeur 2

Ballon inférieur

Ballon supérieur

Cheminée

Pompe fuel Evaporateur Economiseur

Réchauffeur air

Silencieux

Vapeur haute pression

Vers utilisation

Fig.26. Synoptique de la chaudière

2. 2. 3. éléments de la chaudière

La chambre de combustion (foyer) :

C’est la chambre ou se déroule la conversion de l’énergie potentielle

contenue dans le combustible (pouvoir calorifique) en gaz chauds et en

rayonnement (la masse gazeuse).

Le ballon supérieur :

Le ballon supérieur constitue une enceinte de mélange dans laquelle se

trouve la phase liquide et la phase vapeur, ce ballon constitue une réserve

d’eau pouvant palier dans une certaine mesure à toute variation brutale

de production de vapeur. A l’intérieur du ballon on trouve le préchauffeur

d’eau.

Le préchauffeur :

Il est constitué par des serpentins dont le but est de préchauffage se situe

à l’intérieur du ballon supérieur.

Le ballon inferieur :


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Le ballon est également en construction modérée, à un diamètre intérieur

de 323.9, ce réservoir constitue le pied de la chaudière.

Echangeur de chaleur :

Les échangeurs (économiseur, évaporateur, surchauffeur, réchauffeur

d’air) sont constitués par des faisceaux de tubes qui assurent l’échange

thermique entre la masse gazeuse et l’eau ou la vapeur.

L’économiseur :

Son but est de réchauffer l’eau alimentaire en récupérant autant que

possible de la chaleur restant dans les fumées.

Les vaporisateurs :

Ils assurent la fin de l’échauffement de l’eau et la production de la vapeur.

Ils sont constitués de 692 tubes formant 54 éléments ils sont situés entre

l’économiseur et surchauffeur.

Les surchauffeurs :

Se sont les premiers éléments attaqués par la masse gazeuse qui ont pour

objectif la production d’une vapeur sèche à une température de 490°C,

constitué d’un 1er et un 2éme surchauffeur.

Le système de désurchauffe :

Il est destiné à refroidir et à moduler la température de la vapeur

surchauffée.il est commandé par une vanne régulatrice qui reçoit un signal

d’ouverture/fermeture selon la température de sortie du 2éme surchauffeur.

2. 2. 4. Fonctionnement

Circuit eau alimentaire:

L'eau dégazée qui alimente la chaudière provient de la bâche alimentaire

sous pression de 100bar et avec une température de 120°C. Elle pénètre

dans le préchauffeur à épingle situé dans le ballon supérieur et sort à

180°C elle se dirige vers la 1ère surchauffeur puis le deuxième qui tapisse

la chambre de combustion. Celui-ci est soumit au rayonnement de la

flamme. La combustion est assurée par deux bruleurs superposés passant

alternativement du fuel domestique au moment de démarrage. Au fuel


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/lourd en exploitation, la quantité de vapeur à 500°C dépend de la valeur

de consigne du débit de combustion affiché en salle de contrôle.

Après augmentation de la température dans la première surchauffeur il y a

une injection d'eau au niveau du désurchauffeur dans le cas où la

température dépasse la valeur consignée 450°C.

Étant donné que la quantité de vapeur produite est liée directement au

débit du combustible il est important d’étudier le système d’allumage et la

régulation de combustion, qui est le sujet de la 4éme partie (sujet 2)

3. La boucle de régulation étudiée

3. 1. Notion de débit

On détermine le plus souvent le débit volumique c'est à dire le volume de

fluide qui s'écoule par unité de temps dans la canalisation considérée,

tandis que le débit massique exprime la masse de fluide écoulé pendant

cette même unité de temps. Ainsi Qm = Qv si l'on appelle la masse

volumique du fluide.

Précisons que si, à température constante, les liquides peuvent être

considérés comme incompressibles et donc de volume indépendant de la

pression, il n'en est pas de même pour les fluides à l'état gazeux. Ainsi,

pour un gaz un débitmètre volumique ne donnera une indication

significative que si l'on connait simultanément la température et la

pression, alors que pour un liquide seul la température sera utile et qu'en

outre elle pourra varier légèrement sans que la plupart du temps cela

affecte de manière significative la précision de la mesure. Il serait souvent

préférable de mesurer le débit massique, mais c'est plus difficile.

Une autre difficulté provient de ce que l'on appelle les pertes de charge,

c'est à dire la diminution de la pression le long d'une canalisation qui varie

avec le débit, la section et la nature du fluide.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/3. 2. La boucle de régulation du débit vapeur

3. 2. 1. Utilité de la chaine

L’utilité de cette régulation est montrée par absurde c’est à dire en

supposant qu’elle n’existe pas et en remarquant les conséquences grave

qui peuvent résulter de la variation du niveau ballon, ce niveau est

conditionner par les variations de la charge (demande plus importante de

vapeur), le maintien d'un niveau normal en chaudière doit être la

préoccupation principale de l’operateur.

La sécurité du matériel et du personnel en dépend en grande partie. Il ne

doit pas y avoir de doute sur le niveau exact du ballon, quel que soit le

moyen de contrôle.

Le dépassement des niveaux limites de l'eau dans une chaudière, peut

avoir de très graves conséquences, surtout lorsque ce dépassement

concerne la limite inférieure de niveau, le niveau doit se maintenir dans

les limites de niveau haut et bas.

En général, il est maintenu légèrement au dessus du plan diamétral; du

ballon pour les chandelières à ballon.

Dans les montures à glace, le niveau doit apparaître légèrement mobile;

se méfier d'un niveau parfaitement stable, ce pourrait être l'indice que

l'une des communications de la monture avec la chaudière est obstruée

Dans les deux cas, le niveau peut varier brusquement sans qu'il y ait

anomalie:

Appel brusque de vapeur : le niveau monte (gonflement).

Arrêt brusque de l'appel de vapeur: Le niveau descend

(entassement).

Dans les deux cas, le niveau normal s'établit assez rapidement.

3. 2. 2. Description de la chaine

Comme on cité ci-dessus le but de cette chaine est de maintenir un certain

niveau dans le ballon quelque soit la charge de la chaudière. Pour cela, et


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/à chaque instant, il faut que le débit de vapeur produit soit compensé par

débit équivalent d’eau alimentaire.

C’est une chaîne à trois éléments qui fait appel à :

Une chaîne ouverte mesurant la grandeur perturbatrice Qv (débit

vapeur).

Une chaîne fermée qui mesure le niveau ballon après comparaison

à une valeur de consigne afin d’en déterminer l’écarte.

Une chaîne d’asservissement mesurant la grandeur réglant Qe

(débit eau alimentaire).

Les schémas qui suivent vont expliqués profondément le fonctionnement

de toutes les chaines constructives ainsi que la logique utilisée pour la

sécurité.



FT

FT

Ballon chaudière

LT-

+

LICCI

FIC

HY

Sélecteur 1/ 3

éléments

Vapeur

Eau alimentaire

Niveau

FTFT

FTFT

Ballon chaudière

LTLT-

+

LICLICCI

FICFIC

HYHY

Sélecteur 1/ 3

éléments

Vapeur

Eau alimentaire

Niveau

Fig.27. Schéma synoptique de la chaine

Ce schéma est très représentatif de la chaine trois éléments et le rôle de

chacun des composants y figurent sera détaillé par la suite, le schéma

suivant est dit pneumatique permet de savoir l’ancienne approche

pneumatique avec les sorties alarmes et sorties sécurité.

3. 2. 3. Fonctionnement

Le rôle principal de la chaine est de maintenir le niveau ballon de la

chaudière constant, en réglant le débit d’eau alimentaire en fonction du

débit vapeur, il s’agit d’une régulation par anticipation dans laquelle on

anticipe afin de prévoir une éventuelle défiance en entrée ou en sortie, le

niveau h doit être hmin(=40 % )≤h (=50 % )≤hmax(=60 % )

Comme il est cité auparavant, le niveau h dépend de deux paramètres :

Débit eau alimentaire entrée Qe.

Débit vapeur HP finale sortie, Qs tel que : le niveau h= f (Qe-Qs)

On contrôle instantanément le débit « Qe », mais suivant la consigne de «

Qs » ; cette consigne pouvant varier d’un moment à l’autre suivant les

besoins de la production. Lorsque les variations de Qs sont importantes, il

est nécessaire d’intercaler un système de régulation plus précis et plus

rapide. Dans le cas contraire, cette extrême rapidité est aléatoire.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Pour réaliser le but préconisé, on utilise une chaîne de régulation à

« 3 éléments ».

Cette chaîne en cascade permet la comparaison instantanée de tous les

paramètres qui entrent en jeu : débit eau entrée, débit vapeur HP venant

des deux transmetteurs FT1 et FT2, du type pression différentielle (voir

partie suivante) prend la mesure sur le diaphragme, et niveau ballon ;

grâce à la combinaison particulière des chaînes de mesure appliquées

chacune sur un paramètre variant.

L’équation h=f (Qe – Qs), nécessite alors dans ce cas un opérateur de

combinaisons, ce dernier est pratiquement un «Additionneur» dont la

sortie est T=MFT1 + SLT-50% avec :

T : signal de consigne externe de débit d’eau (sortie additionneur).

MFT1 : Mesure du transmetteur 1 du débit vapeur

SLT : Signal du régulateur de niveau ballon.

50% : Décalage à régler de telle façon que T= MFT1 lorsque SLT= 50%. Ce

décalage Sert à centrer la plage de correction du régulateur de niveau.

Cette sortie, c’est la consigne externe du régulateur de débit FIC eau qui

la compare à la mesure venant de transmetteur FT, du type pression

différentielle prend la mesure de débit sur le diaphragme FE. A la suite de

cette comparaison, le régulateur de débit agit sur la vanne pour répondre

à la consigne : corriger le niveau et égaliser le débit vapeur en masse par

unité de temps.

3. 3. Asservissements liés à la boucle

Le signal fournit par le transmetteur est exploité en deux vois :

En régulation comme des mesures ou des consignes (cas de cascade).

En assurant le fonctionnement, par des signaux alarme est une logique

détection et de protection en cas d’absence de l’un des paramètres, les

suivant schémas vont approchés les notions tout en respectant

l’originale version des logigrammes, et des schémas de dépannages

pneumatiques :

Au début la technologie a été basé sur tous ce qui est pneumatique, donc

le signal retourné par le transmetteur l’est aussi, et par suit l’installation

des pressostats permet de détecter les seuils de niveau (bas, très bas et


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/haut), chaque niveau donne au superviseur une alarme de sécurité selon

le principe suivant :

Unitéd’alarme Unitéde sécurité

CE

CI

V

M

T

AConsigne externe

Vers entrée x

AB

T

CE

CI

V

M

T

A

Entrée x

Sélecteur

Niveau

Vapeur MP Qv

Vanne

LIC 059

FIC 077

Eau alimentaire Qe

Capteur

Transmetteur


CE

CI

V

M

T

AConsigne externe

Vers entrée x

AB

T

CE

CI

V

M

T

A

Entrée x

Sélecteur

Niveau

Vapeur MP Qv

Vanne

LIC 059

FIC 077

Eau alimentaire Qe


CE

CI

V

M

T

A

CE

CI

V

M

T

AConsigne externe

Vers entrée x

AB

T

CE

CI

V

M

T

A

CE

CI

V

M

T

A

Entrée x

Sélecteur

Niveau

Vapeur MP Qv

Vanne

LIC 059

FIC 077

Eau alimentaire Qe

Capteur

Transmetteur

Fig.28. schéma pneumatique de la boucle



(0.2-1bar)

0.2 bar

0.4 bar

0.8 bar

Carte télémécanique

C1

C2

C3

MMoteur

PK

I002Unitéde sécurité

Voyant moteur

Pressostat Très basse pression

basse pression

haute pression

(0.2-1bar)

0.2 bar

0.4 bar

0.8 bar


C1

C2

C3

MMoteur

PK


Voyant moteur


basse pression

haute pression

(0.2-1bar)

0.2 bar

0.4 bar

0.8 bar


C1

C2

C3

MMMoteur

PK


Voyant moteur


basse pression

haute pression

Fig.29. Ancienne unité d’alarme

Selon les seuils réglés dans les pressostats ces derniers génèrent des

contacts, ces derniers abordent la carte télémécanique qui permet une

adaptation avec les voyants, ce qui donne aux superviseurs la possibilité

de suivre le niveau ballon en alarme.

Mais jusqu’à maintenant on a assuré que l’alarme en cas des

perturbations du niveau, il faut asservir le système afin de déclencher la

chaudière si il y a un dépassement ou diminution brutal du niveau (cas

critiques), donc les mêmes contacts (c1, c2, c3 et c4) entament la logique

d’asservissement :



&qi

qi

&qi

qi

Pk M

LSL

LSH A

A

a

b

c

&qi

qi

ZE

ZE

registre sup.d

e

S1

registre inf.

1..... SedcbaS

LUS

HS

LSLL

Niveau magnétique

Niveau pneumatique

poussoir

A

A

A

A

1

1

& qi

qiqi

qi

S1=(f+x).(g+y)

f

g

x

y

S1= Niveau bas + shunt

&qi

qi

&qi

qi

Pk M

LSL

LSH A

A

a

b

c

&qi

qi

ZE

ZE

registre sup.d

e

S1

registre inf.

1..... SedcbaS

LUS

HS

LSLL

Niveau magnétique

Niveau pneumatique

poussoir

A

A

A

A

1

1

& qi

qiqi

qi

S1=(f+x).(g+y)

f

g

x

y


&qi

qi

&qi

qi

Pk M

LSL

LSH A

A

a

b

c

&qi

qi

ZE

ZE

registre sup.d

e

S1

registre inf.

1..... SedcbaS

&qi

qi

&qi

qiqi

&qi

qi

&qi

qiqi

Pk M

LSL

LSH A

A

a

b

c

&qi

qi

&qi

qiqi

ZEZE

ZEZE

registre sup.d

e

S1

registre inf.

1..... SedcbaS

LUS

HS

LSLL

Niveau magnétique

Niveau pneumatique

poussoir

A

A

A

A

1

1

& qi

qiqi

qi

S1=(f+x).(g+y)

f

g

x

y

LUS

HS

LSLL

Niveau magnétique

Niveau pneumatique

poussoir

A

A

A

A

11

11

& qi

qi

& qi

qiqiqi

qi

S1=(f+x).(g+y)

f

g

x

y


Fig.30. Logique d’asservissements

Analyse :

La fonction de sortie S est l’information sur le niveau donc si S=1 le

niveau est bien stable et il n’ya pas de niveaux critiques.

On voit que le niveau très bas est détecté à l’aide de deux façons

(pneumatique et magnétique) ce qui explique le danger qui peut

résulter de ce niveau critique, en donnant la possibilité de shunter l’un

des deux en jouant sur le sélecteur xy.

Le moteur ventilo pk01 doit aussi être en marche, pour pouvoir fournir

de l’air nécessaire à la combustion.

Enfin un bon niveau n’est détecté que si les deux registre soient dans

l’état haut, cela signifie que les circuits de fuel doivent être ouverts.

Remarque :

Tous les asservissements sont maintenant gérés par l’automate SIMATIC

PCS 7(voir annexe)


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ La technologie pneumatique est changée par celle électrique, donc les

transmetteurs envoient maintenant des signaux directement électriques

sur les modules d’entrée de l’automate contenant des seuils pré

configurés, et générant vers la sortie les signaux demandés.

Les différents éléments de la chaine seront détaillés la partie qui suit.

(4-20mA)

Moduled’entrée

MMoteur

PK 01

Bornes

Systèmesupervision

E.01 S.13

Module traitement

Logique de sécurité

AutomateAutomate

Modulede sortie

(4-20mA)

Moduled’entrée

MMMoteur

PK 01

Bornes

Systèmesupervision

E.01 S.13

Module traitement

Logique de sécurité

AutomateAutomate

Modulede sortie

Fig.31. La nouvelle approche

4. Eléments de la chaine

L’approche que vous trouvez détaillée ci-dessous est celle de base qui est

intégrée par la suite dans le système, La régulation est assurée par :

Trois transmetteurs de pression différentielle :


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ un pour transmission de débit eau alimentaire Qe.

Un pour transmission de débit vapeur Qv.

Un pour transmission le niveau dans le ballon.

Deux extracteurs de racine carrés.

Un additionneur / soustracteur.

Un relais d’alarme.

Un régulateur numérique.

Vanne régulatrice d’eau alimentaire.

4. 1. Transmetteur de pression différentielle:

4. 1. 1. Mesure du niveau ballon

Pour mesurer le niveau ballon on procède par exploiter l’équation de

Bernoulli qui relie le niveau à la perte de charge (pression différentielle).

Mais comment peut-on créer une perte de charge dans une canalisation ?

La réponse est illustrée dans le schéma suivant :

Eau alimentaire

P

Pot de condensat

4 - 20mA

P0P1

P h H

h0h0

Vapeur HP

Eau alimentaire

PP

Pot de condensat

4 - 20mA

P0P1

P h H

h0h0

Vapeur HP

Fig.32. Principe de mesure

Remarque :

Pour calculer la pression différentielle il fait que le liquide (eau) dans les

deux tuyaux, soit identique pour éviter les risques d’erreurs causés par

condensation, ou par remplissage intégral du réservoir.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/ La chaudière est équipée par le pot de condensât pour éviter le passage

de la vapeur au transmetteur.

Les vannes sont placées pour isoler le transmetteur ou le pot en cas de

problème, d’où le nom vanne d’isolation.

Les calculs qui suivent vont seulement montrer l’utilité du montage, dans

le calcul de la pression différentielle : prenant les deux lignes de champs

décrites par ta tuyère :

On a la pression au niveau bas (1ère ligne Z = h0+h) :

Avec : Pv est la pression de la vapeur.

Et la pression au niveau haut (2éme ligne Z = h+H):

L’image du niveau est envoyée par le transmetteur sous forme d’un

courant à valeur connue (entre 4 et 20 mA).

4. 1. 2. Mesure du débit

Le même transmetteur est utilisé aussi dans la mesure du débit vapeur ou eau alimentaire en

exploitant la relation reliant le débit à la perte de charge, la même question se pose comme

avant mais cette fois la relation est donnée par : utilisation d’un diaphragme.

En effet, On place dans la canalisation un disque percé d'un trou de

diamètre inférieur à celui de la canalisation qui crée une pression

différentielle de part et d'autre du diaphragme. C'est le dispositif le plus

simple.



Fig.33. Diaphragme utilisé

La relation qui relie le débit à la perte de charge est données par :

Avec

K= C

√1−β4επ4d2 √ 2

ρ

Dans cette relation est la densité du fluide en amont du diaphragme, d le

diamètre du diaphragme, =d/D le rapport des diamètres, C est le

coefficient empirique d'écoulement et le facteur d'expansion. Les

coefficients C et sont donnés, pour une géométrie donnée.

Remarque :

Il est claire que la relation reliant le débit est la perte de charge n’est

pas linéaire donc il faut passer par un circuit permet d’extraire la

racine carrée de P d’où le nom du circuit.

Dans la nouvelle approche des transmetteurs, le choix du mode

linéaire ou en racine carrée est intégré au transmetteur sous un

module indépendant, donc il suffit de choisir dans la configuration le

mode racine carrée pour extraire la racine.

4. 2. L’additionneur

C’est une appareille conçu pour réaliser l’addition et la soustraction

algébrique de deux à cinq signaux analogique d’entrée. Il délivre un signal

de sortie 4 à 20 mA correspondant au résultat de l’opération effectuée.

T=A+B-K Avec:

T : signal de consigne de débit d'eau


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/A : signal de mesure de débit vapeur

B : signal du régulateur de niveau ballon

K : Décalage à régler de telle façon que T=A lorsque B=50%(600 mbar).ce

décalage sert à « centrer » la plage de correction du régulateur de niveau.

4. 3. Le régulateur

Suivant la configuration choisie, le régulateur 53MC5112 permet le

contrôle et la commande d’une ou deux boucles de régulation PID.

Pour chacune des boucles, le régulateur comparé un signal d’entrée en

tension ou en courant contenu, appelé mesure, à une valeur de consigne

indiquée par l’opérateur en face avant «Mode consigne local» ou

correspondant à un deuxième signal d’entrée en tension ou en courant

continu «mode consigne distance». L’écart résultant de cette

comparaison, associé à un algorithme mathématique dont les paramètres

PID sont réglables manuellement ou automatiquement, produit un signal

de sortie en courant continu afin de piloter élément de contrôle final

(vanne automatique). Une commande par bouton-poussoir permet à

l’utilisateur de contrôler manuellement «Mode manuel» la sortie du

régulateur. Le passage de ce mode au mode automatique s’effectue sans

à coups et sans équilibrage.

Les différentes fonctionnalités que propose le régulateur 53MCC5112

permettent à l’utilisateur d’associer à ce différent algorithme des

opérations de calcul, logique ou analogique.

La mesure, la consigne et la sortie, ainsi que l’ensemble des paramètres

logiques et analogiques du régulateur peuvent être affichées (voir Annexe).

4. 4. Actionneur (vanne)

4. 4. 1. Approche

La vanne de réglage est un organe d’exécution pour but de faire varier,

par l’impulsion d’un positionneur la section de passage de fluide dans une

conduite et la variation pouvant aller de l’ouverture à la fermeture totale.



4. 4. 2. Structure de la vanne

La vanne est constituée de deux éléments principaux :

Le servomoteur : c'est l'élément qui assure la conversion du signal de

commande en une force de valeur telle qu’elle peut déplacer des

charges d’une position définie à une autre position.

Le corps: c'est l'élément qui assure le réglage du débit.

Fig.34. Vanne de réglage

Et aussi d'un certain nombre d'éléments auxiliaires :

• Une recopie de la position ;

• Un filtre détendeur.

• Un positionneur, il régule l'ouverture de la vanne en accord avec le

signal de commande.

4. 4. 3. Positionneur électropneumatique

Schéma de principe

Le positionneur électropneumatique détermine une position bien précise

de la vanne correspondant au signal de commande :



Fig.35. le positionneur et son schéma de principe

Fonctionnement :

Le positionneur électropneumatique détermine une position bien précise

de la vanne (grandeur réglée) par rapport au signal de commande

électrique (grandeur directrice). L’appareil compare le signal provenant

d’un dispositif de réglage électrique avec la course de la vanne de réglage

et émet comme grandeur de sortie une pression d’air. Il se compose d’un

convertisseur électropneumatique (21) et d’une partie pneumatique avec

levier (1), axe (1.1) et ressort de mesure (6), ainsi que d’un système

pneumatique buse-palette-amplificateur.

Le signal courant continu, par exemple 4 à 20 mA, provenant d’un

dispositif de réglage ou de commande électrique, est transmis au

convertisseur électropneumatique i/p. Il est ensuite transformé en un

signal de pression proportionnel pe. Des variations du courant d’entrée

modifient également proportionnellement la pression de commande pe

amenée au système pneumatique.

La pression pe produit sur la membrane de mesure (8) une force qui est

comparée avec celle du ressort de mesure (6). Le déplacement de la

membrane de mesure (8) est transmis à la palette (10.2) et à la buse

(10.1) par l’intermédiaire du poussoir (9.1). Des variations du signal de

pression pe ou de la position de vanne entraînent une modification de

pression en amont et en aval de l’amplificateur (12). La pression de sortie

pst provenant de l’amplificateur (12) positionne la tige de clapet en

fonction de la grandeur directrice.


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Les restrictions réglables Xp (13) et de débit (14) servent au réglage

optimum des boucles de positionnement.

Le choix du ressort de mesure (6) interchangeable dépend de la course

nominale de la vanne et de la plage de la grandeur directrice.

4. 4. 4. Convertisseur électropneumatique

Schéma :

Le convertisseur électropneumatique sert à convertir le signal électrique

(4-20mA) en signal pneumatique (0.2-1bar) pour actionner l’organe de

réglage.

Fig.36. Schéma et principe du convertisseur i/p

1 : Aiment permanent 2 : Bobine3 : Fléau avec masse d’inertie4 : Soufflet d’asservissement

5 : Ressort de maintien 6 : Buse7 : Palette8 : Amplificateur

Fonctionnement :

Le convertisseur électropneumatique travaille d’après le principe de la

balance de force. Le courant d’entrée produit, par l’intermédiaire du

système de bobine plongeante+ circuit permanent une force qui est

transmise par un système de levier sans frottement, grâce à la prise

pneumatique, au soufflet d’asservissement. Cette force est convertie en


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/une pression de sortie 0.2 à 1bar proportionnelle au courant de la bobine

plongeante.

Synthèse

L’étude de cette chaine de régulation a montré l’importance de la

régulation par anticipation, tels que elle est conçue sensiblement à sentir

une éventuelle perturbation, il s’agit en fait d’un contrôle multi yeux très

efficace.

Partie IVPartie IV Etude de la partie2 du sujet Etude de la partie2 du sujet



1. Présentation de la partie2

La deuxième partie du sujet qui est destinée à l’étude de la chaine de

régulation de combustion, touche un coté très important c’est le

démarrage de la chaudière ainsi que les asservissements associé.

Avant d’aborder l’étude il intéressant de rappeler les paramètres de

marche de la chaudière auxiliaires BWII.

2. Paramètres de marche de la chaudière

Les paramètres à contrôler pour assurer le fonctionnement de la chaudière

sont les suivants dont certains sont abordés dans l’étude de la boucle de

régulation du niveau ballon (partie1 du sujet) :

Débit du combustible

Débit d’air de combustion

Rapport air/fuel (réglage à l’excès d’aire)

Débit d’eau alimentaire

Débit de vapeur produite(HP)

Niveau d’eau dans le ballon

Température du fuel en amont des bruleurs (pour la marche

du fuel lourd)

Pression fuel en amont de la vanne de réglage de débit

combustible

Pression différentielle fuel/vapeur de pulvérisation.

Température de la vapeur surchauffée.

Température de l’eau alimentaire en amont économiseur.

Qualité d’eau en chaudière.

3. Système d’allumage

3. 1. Présentation


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/Pour sécuriser le bon allumage de la chaudière certaines conditions

doivent être vérifiées donc il faut que:

Le niveau ballon soit normal

Le moteur ventilo soit en service

Le débit d’air soit supérieur à 10%et inférieur ou égal à 25%.

La pression du fluide de pulvérisation soit supérieure à 5 bars.

Les robinets d’isolement du fuel des bruleurs 1et 2 soient

fermés.

Les deux registres d’aire soient ouverts.

Le commutateur Marche/Arrêt/Démarrage soit en position de

démarrage.

3. 2. Organigramme du système d’allumage



Conditions initiales

Autorisation de démarrage

Prébalayage 80%

3 min Prébalayage 25%

Autorisation d’allumage

5 min

Allumage et ouverture de la vanne de propane

30s Flamme non détectée

Flamme détectée

Relâche bouton allumage ouverture vanne fuel

15 s

Fermeture vanne propaneFlamme non détectée Flamme détectée

Fermeture de la vanne fuel

Allumage 2éme bruleurs

MARCHE

Conditions initiales

Autorisation de démarrage

Prébalayage 80%

3 min Prébalayage 25%

Autorisation d’allumage

5 min

Allumage et ouverture de la vanne de propane

30s Flamme non détectée

Flamme détectée

Relâche bouton allumage ouverture vanne fuel

15 s

Fermeture vanne propaneFlamme non détectée Flamme détectée

Fermeture de la vanne fuel

Allumage 2éme bruleurs

MARCHE

Fig.37. Allumage de la chaudière



2. 3. Explication

Si toutes les conditions initiales sont réalisées, les lampes 242 HL152 et 42

HL 152 s’allument et annonceront l’autorisation de démarrage. En

appuyant sur le bouton 042 HS 124 le pré balayage commencera avec un

débit d’air de 80% pendant 3min .Après cette temporisation le débit d’air

tombera à 25% et les lampes 142 HL 152 et 42 HL 152(autorisation

d’allumage) s’allumeront laissant à l’opérateur une durée de 5 min pour

allumer. Si ce temps s’écoule sans allumage il faut recommencer le cycle.

Après l’autorisation d’allumage, en appuyant sur le bouton 042 HS 063 on

met sous tension le transformateur d’allumage et l’électrovanne de

propane.

Si au bout de 30s la lampe de détection de la flamme ne s’allume pas il

faut reprendre à nouveau, après détection de la flamme en relâche le

bouton 42 HS 063. La vanne automatique de sécurité fuel s’ouvre et on

ouvre manuellement et progressivement la vanne d’isolement de fuel.

Après 15s l’électrovanne de propane se ferme. A ce moment deux cas

peuvent se présenter :

Si la flamme n’est pas détectée la lampe 42 HL 152 s’éteint et la

vanne de sécurité fuel se ferme et il faut fermer la vanne d’isolement

et recommencer depuis le début.

Si la flamme est détectée, la lampe 42 HL 152 reste allumée

annonçant l’allumage normal, et on peut allumer le deuxième

brûleur. On passe le commutateur 42 HS 152 en position marche et

le débit d’air est asservi au fuel.

2. 4. Etude de la chaine de régulation de chauffe

La régulation de chauffe de la chaudière auxiliaire se fait selon le schéma

de principe suivant :



Vanne de fuel

Sélecteur Régulateur de pression fuel

Régulateur de débit fuel

Consigne de chauffe

Consigne de rapport air/ fuel

Consigne de l’interlock

Régulateur Air/ fuel

SélecteurConsigne de l’interlock

Régulateur de débit d’air

Vanne d’air

Débit fuel

Pression fuelDébit fuel

Fig.38. Schéma de principe de la chaine de chauffe

2. 5. Explication

La régulation du fuel est assurée par une boucle comprenant un débit

mètre à turbine comptabilisant le débit du fuel sur un totaliseur. A travers

un convertisseur courant pression la mesure du débit fuel est transmit

vers le régulateur FIC088 sur lequel le l’opérateur choisit l’allure du

chauffe. Ce régulateur commande automatiquement la vanne de fuel à

travers un sélecteur de signal haut recevant d’autre part le signal de sortie


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/du régulateur de pression du fuel bruleur PIC146 qui prend la propriété de

commander la vanne au moment de démarrage ou au minimum technique

du bruleur. Sa consigne externe est générer par les stations et envoyer

par l’intermédiaire de l’électrovanne qui est commandée par l’interlock. La

sortie du sélecteur est envoyée sur l’entrée de contre réaction des deux

régulateurs, ce qui permet le passage sans manifestation d’à coup sur

l’organe de réglage lors de la communication d’un mode de régulation à

l’autre.

La régulation d’air est une boucle dont le capteur mesure le débit (débit

mètre différentielle) entre l’entée et la sortie du préchauffeur d’air. Un

extracteur de racine carrée pour la linéarisation de la mesure allant au

régulateur FIC 124 qui reçoit sa consigne externe à travers l’électrovanne,

soit du régulateur de rapport air/fuel, soit du mini démarrage 25%, ou de

la consigne de pré balayage à travers une autre électrovanne commandée

par l’interlock I002.

Le signal de sortie est de la forme :

Sa=Sf+(C-Cf)/B avec :

Sa : signal de sortie vers le régulateur d’air

Sf : signal provenant du régulateur air/fuel

B : bande proportionnelle du régulateur de rapport

Consigne du régulateur du rapport air/fuel.

Synthèse

L’importance de l’allumage de la chaudière impose ses conditions afin de

sécuriser et d’assurer un fonctionnement normal.



ConclusionConclusion

On conclut de cette étude que les régulations et les

asservissements associées de la chaudière auxiliaire, rend sont

fonctionnement (en cas de besoins) très précis soit au niveau pression ou

bien au niveau température ce qui garanti une grande sécurité de la

production.

Le nouveau système automatisé intégrés a rendu les choses de

plus en plus facile à exploiter notamment au niveau des interventions qui

devienne maintenant déterminée en lieu instantanément (pas la peine de

lire tout le logigramme), pourtant l’ancienne approche d’automatisme


http://rapport-stage-ocp.blogspot.com/reste basique et celle elle-même qui est programmée aux CPU des

automates.

Parmi les régulations qui existent à la chaudière le niveau

ballon reste le paramètre déterministe de son fonctionnement et sa

réalisation l’est même pour son démarrage.


RAPPORT DE STAGE chaudière

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