Automatisation Regulation Aerocondenseur Vapeur Rapport Projet Cad

Embed Size (px)

Citation preview

Sujet : Chaker ABDELJAOUED Page 1 2009-2010 Ministre de lEnseignement Suprieur, de la Recherche Scientifique et de la Technologie

Universit du 7 novembre Carthage

Institut National des SciencesAppliques et de Technologie

Projet de Fin dtudes Pour lobtention du Diplme National dIngnieur en Sciences Appliques et en Technologie Filire : Instrumentation et Maintenance Industrielles laboration dun systme dautomatisme et de rgulation dune unit darocondenseur de vapeur deau en replacement dun condenseur de vapeur eau de mer Ralis par :Chaker ABDELJAOUED Entreprise daccueil : EPPM Soutenu le 14/01/2010 Responsables lentreprise: Messieurs:

Ridha ROMDHANE / Mohamed Lassad ISSAOUI Cachet & Signature Responsables lINSAT: Messieurs: Jawhar GHOMMAM / Slim KADDECHE Signature Anne Universitaire : 2009/2010Fichier : www.bh-automation.fr/Download/Automaticiens/automatisation-regulation-aerocondenseur-vapeur-rapport-projet-cad.pdfWeb : www.bh-automation.fr/Ressources/Automaticiens/cv-chaker-abdeljaoued.htmlChaker ABDELJAOUED Page 2 2009-2010 D ED I CA CES Acel l e quia consacr sa v i e l ducat i on de ses enf ant s, Acel l e pourquiducat i on r i me av ec r i gueurett r av ai l , A uxsacr i f i ces quel l e a f ai t s poursa f ami l l e, Acel l e quima l ev av ec amourett endr esse, Acel l e quia t ouj our s cr u en moi , Ama chr e df unt e mr e, Amon cherpr e quina cess de me sout eni r , Ames f r r es, Ames ami s, Je ddi e ce modest e t r av ai l . Chaker ABDELJAOUED Page 3 2009-2010 Remerciements Je tiens remercier dans un premier tempsla direction gnrale dEPPM quimabien accueilli au sein de son tablissement. Jeremercievivementmesencadreursdentreprise ;MonsieurRidhaROMDHANEet MonsieurMohamedLassadISSAOUIpourmavoirpermisduserdeleursprcieuxtemps malgr les lourdes responsabilits quils endossent en tant que chefs de dpartements, je leur suis reconnaissant pour les conseils utiles quils mont prodigu. JadressegalementmesremerciementschaleureuxmesencadreurslINSAT ; Monsieur Jawhar GHOMMAM et Monsieur Slim KADDECHE pour leurs soutiencontinuel et leurs encouragements tant prcieux. Je tiens tmoigner toutes ma gratitude tous les membres dEPPM, particulirement : Mohamed, Sahbi, Hbib, Tayeb et Sofiane. Chaker ABDELJAOUED Page 4 2009-2010 Sommaire Introduction Gnrale ........................................................................................................... 13 Chapitre I : Problmatique & Prsentation de larocondenseur ............................................ 15 Introduction ...................................................................................................................... 16 1 Prsentation de lentreprise daccueil : EPPM ................................................................ 16 2 Prsentation de lentreprise cliente: GCT ....................................................................... 18 3 Description de larocondenseur .................................................................................... 19 3.1 Dfinition ................................................................................................................ 19 3.2 Principe de ralisation .............................................................................................. 20 3.3 Justification demploi .............................................................................................. 20 3.4 Ralisation ............................................................................................................... 23 3.4.1 Condenseurs principaux .................................................................................... 23 3.4.2 Tuyauteries de liaisons ...................................................................................... 24 3.4.3 Circulation de lair ............................................................................................ 25 3.4.4 Charpente .......................................................................................................... 28 3.4.5 Les auxiliaires ................................................................................................... 28 3.5 Perspectives et limites lutilisation des arocondenseurs........................................ 29 4 Les instruments de mesure ............................................................................................. 30 4.1 Les transmetteurs de pression .................................................................................. 30 4.2 Les transmetteurs de temprature ............................................................................. 30 4.3 Le transmetteur de niveau ........................................................................................ 31 4.4 Les interrupteurs de vibration (vibroswitch) ............................................................. 31 5 Systmes de contrle commande de larocondenseur .................................................... 31 5.1 Le systme de contrle commande par PLC ............................................................. 32 5.2 Le systme de contrle, commande et supervision SCADA ..................................... 32 5.3 Le systme de contrle, commande et supervision DCS ........................................... 32 6 Cahier des charges et planning dexcution .................................................................... 33 6.1 Cahier des charges ................................................................................................... 33 6.2 Planning dexcution ............................................................................................... 34 Conclusion ........................................................................................................................ 35 Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en oeuvre ....................................................... 36 Introduction ...................................................................................................................... 37 1 Principe de fonctionnement ............................................................................................ 37 Chaker ABDELJAOUED Page 5 2009-2010 2 Paliers de fonctionnement .............................................................................................. 40 3 Dmarche ....................................................................................................................... 42 3.1 Courbe et quation de T=( P)............................................................................ 43 3.2 Courbe et quation de p =( P)............................................................................. 45 3.3 Courbe et quation de chaleur massique de vapeur : Cp=( P)............................ 46 4 Etapes de fonctionnement .............................................................................................. 48 4.1 Etape 1 .................................................................................................................... 48 4.2 Etape 2 .................................................................................................................... 49 4.3 Etape 3 .................................................................................................................... 49 4.4 Etape 4 .................................................................................................................... 50 5 Etude thermodynamique................................................................................................. 51 5.1 Expression du flux de chaleur chang dans un ventilateur ...................................... 52 5.1.1 Dtermination de la surface dchange S ........................................................... 52 5.1.2 Dtermination de la moyenne logarithmique desdiffrences de tempratures Tm ........................................................................................................................... 52 5.1.3 Dtermination du coefficient dchange global h ............................................... 53 5.1.4 Rcapitulation ................................................................................................... 57 5.2 Etude du systme moto-ventilateur .......................................................................... 58 5.2.1 Relation entre dbit dair refoul et vitesse de rotation du ventilateur ................ 58 5.2.2 Relation entre puissance reue par le ventilateur et puissance fournie par le moteur ....................................................................................................................... 59 5.2.3 Relation entre vitesse de rotation du ventilateur et vitesse de rotation de larbre moteur ....................................................................................................................... 60 5.2.4 Relation entre vitesse de rotation de larbre moteur et commande du variateur de vitesse ........................................................................................................................ 63 5.2.5 Rcapitulation : ma= ( I)............................................................................ 63 Conclusion ........................................................................................................................ 64 Chapitre III : Systme de contrle, commande et supervision ............................................... 65 Introduction ...................................................................................................................... 66 1 Systme de contrle, commande et supervision SCADA ................................................ 66 2 Prsentation de lautomate ............................................................................................. 68 2.1 Architecture des automates programmables ............................................................. 68 2.2 Structure interne des automates programmables ....................................................... 70 2.2.1 Le processeur .................................................................................................... 70 Chaker ABDELJAOUED Page 6 2009-2010 2.2.2 Les modules dentres/sorties ............................................................................ 70 2.2.3 Les mmoires .................................................................................................... 71 2.2.4 Lalimentation ................................................................................................... 71 2.2.5 Liaisons de communication ............................................................................... 71 3 Dfinition des documents utiliss ................................................................................... 72 4 Identification des entres/sorties ..................................................................................... 72 4.1 Les E/S PLC ............................................................................................................ 72 4.2 Tableau dchange MODBUS ................................................................................. 74 5 Squence de dmarrage de lunit darocondenseur ...................................................... 75 6 Squence darrt de larocondenseur ............................................................................ 76 7 Fonctionnement de lensemble ; vannes XV, vantelles et ventilateurs ............................. 77 7.1 Diagrammes de fonctionnement des vannes XV ...................................................... 79 7.2 Diagramme de fonctionnement des vantelles ........................................................... 81 7.3 Fonctionnement des ventilateurs .............................................................................. 82 8 Fonctionnement des pompes retour condenst ................................................................ 83 Conclusion ........................................................................................................................ 86 Chapitre IV : Programmation de lautomate .......................................................................... 87 Introduction ...................................................................................................................... 88 1 Description du logiciel STEP7........................................................................................ 88 1.1 Gestionnaire de projets SIMATIC Manager.............................................................. 88 1.2 Editeur de programme et les langages de programmation ......................................... 88 1.3 Paramtrage de linterface PG-PC............................................................................ 89 1.4 Le simulateur des programmes PLCSIM .................................................................. 89 1.5 Stratgie pour la conception dune structure programme complte et optimise ....... 90 2 Ralisation du programme de lunit de larocondenseur .............................................. 91 2.1 Cration du projet dans SIMATIC Manager ............................................................. 91 2.2 Configuration matrielle (Partie Hardware) ............................................................. 92 2.3 Cration de la table des mnmoniques (Partie Software) .......................................... 95 2.4 Elaboration du programme S7 (Partie Software) ...................................................... 97 2.4.1 Les blocs de code .............................................................................................. 97 2.4.1.1 Les blocs dorganisation (OB)..................................................................... 97 2.4.1.2 Les blocs fonctionnels (FB), (SFB) ............................................................. 97 2.4.1.3 Les fonctions (FC), (SFC) ........................................................................... 97 Chaker ABDELJAOUED Page 7 2009-2010 2.4.1.4 Les blocs de donnes (DB) .......................................................................... 98 2.4.2 Cration du programme de lunit darocondenseur ......................................... 98 2.4.2.1 Architecture du programme ralis.............................................................. 98 2.4.2.2 Programmation des blocs .......................................................................... 100 Conclusion ...................................................................................................................... 106 Conclusion Gnrale .......................................................................................................... 107 Bibliographie ...................................................................................................................... 108 Netographie ........................................................................................................................ 108 Liste des annexes ................................................................................................................ 109 Chaker ABDELJAOUED Page 8 2009-2010 Nomenclature Cm : couple de rotation de larbre moteur, N.m Cp : chaleur massique, KJ/Kg Cpv : chaleur massique de vapeur, KJ/Kg Cr : couple de rotation du ventilateur, N.m Da : diamtre de lailette, m de : diamtre extrieur du tube, m di : diamtre intrieur du tube, m H : pertes de charges, bar h : coefficient dchange de chaleur global, W/K.m2 he : coefficient dchange par convection lextrieur du tube, W/K.m2 hi : coefficient dchange intrieur du tube ailettes, W/K.m2 I : courant de commande du variateur de vitesse, A l : longueur des tubes, m lac : longueur caractristique de lailette, m Lc : chaleur latente de condensation, KJ/Kg Lv : chaleur latente de vaporisation, KJ/Kg m : dbit massique, Kg/s ma : dbit volumique dair refoul par le ventilateur, m3/s mc : dbit massique de condensat, Kg/s mv : dbit massique de vapeur dans les faisceaux, Kg/s nt : nombre moyen de tubes par rangP : pression, bar Pt : pas transversal du faisceau, m Pm : puissance mcanique fournie par le moteur, W Pr : puissance mcanique reue par le ventilateur, W Pt : puissance de condensation de vapeur, W Q : dbit massique de vapeur, Kg/s Qm : dbit massique de vapeur de maintien en temprature, Kg/s Re : rsistance dencrassement extrieure, m2.K/W Ri : rsistance dencrassement intrieure, m2.K/W S : surface globale dchange, m2 Sa: surface dchange du tube avec ailettes par mtre de tube, m Sas : surface dchange des ailettes seules par mtre de tube, m Se : surface dchange extrieure des tubes sans ailettes, m2

Si : surface dchange intrieure, m2

T : temprature, K T1e : Temprature de la vapeur lentre de lchangeur, K T2s : Temprature de lair la sortie de lchangeur, K T1s : Temprature de leau la sortie de lchangeur, K T2e : Temprature de lair lentre de lchangeur, K V : vitesse de la vapeur deau dans les tubes, m/s Vm : vitesse de rotation de larbre moteur, tr/mn Vr : vitesse de rotation du ventilateur, tr/mn a : paisseur de lailette, m Tm : moyenne logarithmique des diffrences de tempratures, K e : erreur acceptable : coefficient danisothermie f : efficacit de lailette g: efficacit globale de la surface ailettes z : conductivit thermique, W/m.K : viscosit dynamique, Kg/m.s p : viscosit cinmatique de lair, m2/s : masse volumique, Kg/m3 p : masse volumique de lair, Kg/m3 : flux de chaleur change, W : fraction de vide Chaker ABDELJAOUED Page 9 2009-2010 Abrviations ABB :AseaBrownBoveri(multinationaleNorvgienne,leadeurdanslestechnologies dautomatisation) API : Automate Programmable Industriel CEE : Cascade Energy EngineeringCPG : Compagnie des Phosphates de Gafsa CPI : Controlleur Permanant dIsolement CPU : Central Processing Unit DCS: Distributed Control System EPPM : Engineering Procurement and Project Management GCT : Groupe Chimique Tunisien HMI: Human Interface Machine MCC: Motor Control Center P&ID: Piping and Instrumentation Diagram PLC : Programmable Logic Controller PMP : Plan de Management Projet RMF: Relais Multi Fonction SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition TEMA : Tubular Exchanger Manufacturers Association TOR: Tout Ou Rien TSP : Triple Super Phosphate VSD: Variable Speed Drive Chaker ABDELJAOUED Page 10 2009-2010 Liste des figures Figure 1 : Organigramme Projet EPPM ................................................................................ 17 Figure 2 : Site du GCT Skhira ............................................................................................ 18 Figure 3 : Vue en 3D de larocondenseur (gauche) et arocondenseur sur site (droite)......... 20 Figure 4 : Ecart de temprature larocondenseur et larorfrigrant .............................. 22 Figure 5 : Faisceaux dchange ............................................................................................. 24 Figure 6 : Coupe du tube ailette ......................................................................................... 24 Figure 7 : Partie des canalisations de vapeur et de condenst sur site .................................... 25 Figure 8 : Partie moto-ventilateur sur site ............................................................................. 26 Figure 9 : lments composants dun arorfrigrant avec changeurs en position horizontale et ventilateurs dans deux positions : tirage forc ou induit..................................................... 27 Figure 10 : Pompes retour condenst sur site ........................................................................ 29 Figure 11 : Transmetteur de pression ROSEMOUNT 2088 ................................................... 30 Figure 12 : Vibroswitch ........................................................................................................ 31 Figure 13 : Etapes du projet .................................................................................................. 35 Figure 14 : Schma reprsentatif de larocondenseur ........................................................... 38 Figure 15 : Interface de lapplication de calcul de pertes de charges ...................................... 41 Figure 16 : Diagramme Temprature, Pression ..................................................................... 42 Figure 17 : T = ( P)[0,02-0,1] ........................................................................................... 43 Figure 18 : T = ( P)[0,1-0,6] ............................................................................................. 44 Figure 19 : T = ( P)[0,6-2] ................................................................................................ 45 Figure 20 : p = ( P)[0,02-2] .............................................................................................. 45 Figure 21 : Cp = ( P)[0,02-0,1] ......................................................................................... 46 Figure 22 : Cp = ( P)[0,1-0,6] ........................................................................................... 47 Figure 23 : Cp = ( P)[0,6-2] .............................................................................................. 47 Figure 24 : Echangeur contre-courant ................................................................................... 53 Figure 25 : Coupe longitudinale du tube sans ailettes ............................................................ 54 Figure 26 : Profil de lailette ................................................................................................. 55 Figure 27 : Types dcoulement autour dun faisceau de tubes .............................................. 56 Figure 28 : Systme moto-ventilateur ................................................................................... 58 Figure 29 : ma = ( Fr)...................................................................................................... 59 Figure 30 : Cr = ( Fr)........................................................................................................ 61 Figure 31 : Pm = ( Fm).................................................................................................... 62 Figure 32 : Fm = ( I)......................................................................................................... 63 Figure 33 : Dmarche pour le calcul dema= ( I).......................................................... 64 Figure 34 : Architecture du systme de commande, contrle et supervision .......................... 67 Figure 35 : Automate Programmable Industriel SIEMENS .................................................... 69 Figure 36 : API S7300......................................................................................................... 69 Figure 37 : Structure interne dun API .................................................................................. 70 Figure 38 : Squence de dmarrage ...................................................................................... 75 Figure 39 : Squence d'arrt .................................................................................................. 76 Figure 40 : Diagramme de fonctionnement des batteries de ventilateurs ................................ 78 Figure 41 : Diagrammes de fonctionnement des vannes XV ................................................. 81 Chaker ABDELJAOUED Page 11 2009-2010 Figure 42 : Diagramme de fonctionnement des vantelles ...................................................... 82 Figure 43 : Diagramme de fonctionnement des ventilateurs de la batterie 1 .......................... 83 Figure 44 : Schma du ballon condenst ............................................................................ 84 Figure 45 : Diagramme fonctionnel des pompes retour condenst ......................................... 85 Figure 46 : Diagramme de dmarrage des pompes P10/A et P10/B ....................................... 86 Figure 47: Mode de reprsentation des langages basiques de programmation STEP7 ............ 89 Figure 48 : Interface de simulation PLCSIM ......................................................................... 90 Figure 49 : Page de dmarrage de STEP7.............................................................................. 92 Figure 50 : Choix du RACK ................................................................................................. 93 Figure 51 : Choix du CPU et de l'alimentation ...................................................................... 94 Figure 52 : Choix des embases d'E/S .................................................................................... 95 Figure 53 : Hirarchie du programme STEP7 ........................................................................ 95 Figure 54 : Cration des mnmoniques ................................................................................. 96 Figure 55 : Table des mnmoniques du projet ....................................................................... 96 Figure 56 : Blocs du projet.................................................................................................... 98 Figure 57 : Architecture des blocs du projet .......................................................................... 99 Chaker ABDELJAOUED Page 12 2009-2010 Liste des tableaux Tableau 1: Pertes de charges dans les conduites .................................................................... 42 Tableau 2 : Pertes de puissance pour diffrents modes dentrainement .................................. 59 Tableau 3 : Valeurs de Cr et Vr ............................................................................................ 60 Tableau 4 : Valeurs de Pm et Vm .......................................................................................... 61 Tableau 5 : Entres PLC Analogiques ................................................................................... 72 Tableau 6 : Sorties PLC Analogiques ................................................................................... 73 Tableau 7 : Entres PLC Numriques ................................................................................... 73 Tableau 8 : Sorties PLC Numriques .................................................................................... 74 Tableau 9 : Informations changes depuis le Tiroir A01 ...................................................... 74 Tableau 10 : Informations changes depuis le tiroir A02 ..................................................... 75 Tableau 11 : Informations changes depuis la Boite Jonction Instrumentation ..................... 75 Tableau 12 : Exemples d'interlock ........................................................................................ 77 Tableau 13 : Listes des E/S relatives au fonctionnement des vannes XV ............................... 79 Tableau 14 : Listes des E/S relatives au fonctionnement des vantelles................................... 81 Tableau 15 : Listes des E/S relatives au fonctionnement des ventilateurs de la batterie 1....... 82 Tableau 16 : Listes des E/S relatives au fonctionnement des pompes .................................... 84 Introduction gnraleINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 13 2009-2010 Introduction Gnrale Lindustrieminire en Tunisiene cesse dvoluer et la demande croissante en engrais et produits chimique contribue la croissance de lconomie tunisienne ; cette volution a pour consquences lapparition de nouvelles technologies de production et de transformation. LaTunisieestlecinquimeproducteurmondialdephosphateavecuneproduction annuelle denviron 8 millions de tonnes, cette activit est plus que centenaire pour lextraction duphosphateparlaCompagniedesPhosphatesdeGafsa(CPG)etplusquecinquantenaire dansledomainedesavalorisationendiversengraisminrauxparleGroupeChimique Tunisien (GCT). LeGCT,undesprincipauxgroupesindustrielsenTunisie,comptequatreples industrielsdontundesplusimportantsestsituSkhira ;cepleintgreuneusinedacide phosphoriquedontlafonctionestdeproduiredelacidephosphoriqueparunprocd dattaque par acide sulfurique. Lamatirepasseparplusieurstapesdetransformationetncessitedesquipements fiablesetperformants ;lamodernisationetleremplacementdecertainsquipementssont devenus une ncessit pour assurer des cadences de production de plus en plus leves. Cest dans ce cadre que sinscrit mon projet de fin dtudes qui consiste en llaboration dunsystmedautomatismeetdergulationduneunitdarocondenseurdevapeurdeau en remplacement dun condenseur de vapeur eau de mer. Nousexposonsdansleprsentrapportquatregrandschapitresdcrivantlesvolets principaux de notre projet de fin dtudes : Lepremierchapitreengloberalaprsentationdelentreprisedaccueilonousavons effectu ltude, et la prsentation de lentreprise cliente bnficiaire du projet. Nous dcrirons par la suite lunit darocondenseur implanter afin de pouvoir assimiler lasuitedutravail.Uncahierdeschargesetunplanningdexcutionferontleguide denchainement des taches de ce projet. Introduction gnraleINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 14 2009-2010 Dansledeuximechapitre,nousexpliciteronsleprincipedemarchedelquipementet lesphnomnesphysiquesrgissantsonfonctionnement ;unetudethermodynamique soutiendra la dmarche que nous avons adopte. Letroisimechapitreseraunedescriptiondusystmedecontrle,commandeet supervision ;nousyprsenteronssonarchitectureetsescomposantsetnoustraiteronsles blocsetdiagrammesfonctionnelsutileslorsdelaphasedemanipulationdulogiciel dautomatisme. Ledernierchapitredecerapport(chapitreIV)traiteralapartieprogrammationdece projet. Les tapes de la programmation delunit darocondenseur, quiferalobjet de notre travail, seront dtailles et expliques et nous y dcrirons les ressources logicielles utilises. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 15 2009-2010 Chapitre I PROBLEMATIQUE & PRESENTATION DE LUNITE DAEROCONDENSEUR Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 16 2009-2010 Introduction Dans ce premier chapitre, nous procderons une prsentation delentreprise daccueil. Nous enchainerons par une prsentation des arocondenseurs, puis une formulation du cahier des charges. Eneffet,nouscommenceronspardcrirelarocondenseurencitantsesdiffrents composants et en dcrivant son fonctionnement. Par la suite, nous prsenterons les diffrents systmesdecontrlecommandequigrentlefonctionnementdelarocondenseuretnous feronsunedescriptiondusystmechoisi.Finalement,uncahierdeschargessuividun planning dexcution dtaill sera expos, tenant compte de la problmatique souleve. 1 Prsentation de lentreprise daccueil : EPPM EPPM,abrviationdeEngineeringProcurement&ProjectManagement,estunesocit anonyme fonde en 1993, elle offre des services dIngnierie, Approvisionnement, Gestion de projet et opre pour raliser des projets cls en main dans le secteurs suivant : Traitement des eaux - Traitement des eaux uses, - Traitement de leau claire, - Traitement des dchets solides, - Dessalement, - Arrangement hydraulique. Ptrole & Gaz - Centre de traitement de Ptrole - Centre de traitement de Gaz - Injection deau - Injection de Gaz - Pipelines Industrie - Construction dusines, - Montage dunits industrielles Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 17 2009-2010 EPPM compte son actif plusieurs rfrences en Tunisie et l'tranger, notamment en Nord Afrique. Ses prestations vont des tudes de bases et de dtails jusqu'aux projets cls en main.Elleoffreplusieursservices ;tude,approvisionnement,commissioningetpilotagede projets. EPPMregroupeplusieursfiliales rpartisdanslemonde;EPPMAlgrie,EPPM Lybianbranch,EPPMKSAbranch,ENTRACinternational(managementdeprojets),I2E (Ingnierie de lEnvironnement et de lEnergie) et EAM (tude dimpact sur lenvironnement et gestion des sites contamins). EPPMamisenplacedesprocduresdeManagementdeProjetsconformmentaux rfrentiels internationaux incluant : ISO 9001 V2000, ISO 14001, OHSAS 18001. AchaqueProjetcorrespondentunPMP(PlandeManagementProjet)etdes procdures spcifiques (lorsque ncessaire) sont dveloppes. Chaque projet est organis de la faon suivante : Figure 1 : Organigramme Projet EPPM Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 18 2009-2010 La socit est considre comme unleader dansla ralisation de projets cls enmain enNordAfriqueetnotammentenAlgrieoelleestleprincipalentrepreneurdela SONATRACH ;considrecommele12megroupeptrolierauniveaumondialet3me exportateurdegaznaturel.EPPMestunedesprincipalessocitsdingnierieetde ralisation en Tunisie, ellea plusieurs projets encours notamment pour le Groupe Chimique Tunisien (GCT) ; pour lequel notre projet sera ralis. 2 Prsentation de lentreprise cliente: GCT Le Groupe Chimique Tunisien (GCT) est une entreprise publique tunisienne dontl'objet estdeproduireetdetransformerlephosphateextraitenTunisieenproduitschimiquestels que l'acide phosphorique ou les engrais. Il rsulte de la fusion d'entreprises oprant dans les domaines de l'extraction du phosphate (Compagnie des Phosphates de Gafsa) et de la transformation de celui ci (Socit industrielle d'acide phosphorique et d'engrais Sfax, Industries chimiquesmaghrbines Gabs, Socit arabedesengraisphosphatsetazotsGabs,EngraisdeGabsetIndustriechimiquede Gafsa) entre 1992 et 1994. [1] Figure 2 : Site du GCT Skhira [1] Ce groupe industriel, parmi les principaux du pays, exploite le phosphate dont la Tunisie estlecinquimeproducteurmondial(huitmillionsdetonnesen2004).Cephosphateest transform dans quatre ples industriels du sud du pays. [1] Si la production est concentre dans le bassin minier de Gafsa au niveau d'une dizaine de carrires ciel ouvert rparties sur cinq centres miniers (Gafsa, Mtlaoui, Mdhila, Redeyef et Moulars),l'essentieldesatransformation,l'exceptiond'uneusineMdhila,estralise Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 19 2009-2010 dans des usines situes dansles zonesindustrialo-portuaires de Sfax, Gabs et Skhira, surle golfe de Gabs. Sfax possdela premire usine de transformationdu phosphate, la SIAPE,inaugureen 1952.Ils'agitd'uneusineproduisantduTSP(TripleSuperPhosphate)partirdel'acide phosphorique et ce par des procds qui lui sont propres sous la dnomination de procds SIAPE .ElleestsitueausuddeSfaxmaisunprogrammededlocalisationestlancle 8 avril2008,enraisondelapollutionengendreauseind'unezoneurbaine.LaNPK,autre usineimplmentejuste ct du port commercial de Sfax a, quant elle, t ferme et son sitefaitl'objetd'unvasteprojetdedpollution(ProjetTaparura).Sfaxestgalementleport d'exportationduphosphatebrutdupaysetleprincipalportpourl'exportationdesproduits chimiques.Ilpossdeunquaide830mtrespourunbassinde10mtresde tirantd'eau,ce quiluipermetd'accueillirdesminraliersde35 000tonneaux.Lacapacitjournalirede chargement peut atteindre 10 000 tonnes. [1] Skhirapossdeuneusinedeproductiond'acidephosphoriqueainsiqu'unporteneaux profondes (tirant d'eau de 15 mtres). 3 Description de larocondenseur 3.1 Dfinition Certainesusinesoucentralesdeproductiondlectricitsontquipesdinstallations utilisant de la vapeur deau et ont besoin de la condenser pour rutiliser leau dans un circuit dutilisation,lacondensationdecettevapeursefaitpardiffrentesmthodesde refroidissement ;unedesmthodeslesplusutilisesestlerefroidissementdansunappareil appel arocondenseur. Lesarocondenseurspeuventtreemploysquandonveututiliserlaircommeagent rfrigrant pour condenser une vapeur qui doit rester contenue dans un circuit tanche. Ils se distinguent des arorfrigrants du type sec indirect en ce sens que : [2] Dans les arorfrigrants, leau (ou un autre fluide fonctionnellement quivalent), qui estelle-mmeutilisecommeagentrfrigrantdelavapeurcondenserdansun condenseureau-vapeurestrefroidit(lesystmeestditindirectcauseducircuit Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 20 2009-2010 deauintermdiaireentrelatmosphreetlecondenseur)etilnyapaschangement dtat du fluide refroidir; Danslesarocondenseurs,lavapeurcondenseresttraitesansagentintermdiaire (le systme est dit direct ) et il y a changement dtat du fluide refroidir. Figure 3 : Vue en 3D de larocondenseur (gauche) et arocondenseur sur site (droite) 3.2 Principe de ralisation Destubesailetsextrieurement,parcourusintrieurementparlavapeurcondenseret extrieurement par lair atmosphrique, agent rfrigrant, sont utiliss. Lecondensatestrcoltenbasdestubes,gnralementreprisparunepompe dextraction et renvoy au circuit dutilisation. Lair qui circule lextrieur peut tre vhicul soit par tirage mcanique, soit par tirage naturel. La solution tirage mcanique (ventilateurs) a toujours t celle utilise jusqu ce jour, les puissances thermiques vacues stendant entre quelques mgawatts et un maximum denviron 1 000 MW. [3] 3.3 Justification demploi [2] La raison fondamentale du choix dun arocondenseur, tout comme dun arorfrigrant, estlabsencedeau,dolademandeduclientdechangerlancienneinstallation fonctionnant leau de mer. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 21 2009-2010 Compare celle de larorfrigrant (indirect), la mise en uvre de larocondenseur (direct) prsente les autres avantages suivants : Rductiondelasurfacedchangeetrductioncorrlativedelasurface dimplantation. Lafigure 4 traduitlefait que, galit de tempratures air et vapeur, lcartmoyenefficaceestplusgranddanslarocondenseur(figure4a)quedans larorfrigrant (figure 4b), cela rsultant de ce que le flux thermique est chang une seulefoisdanslesystmedirect,alorsquilestchangdeuxfoisdanslesystme indirect. conomieduncircuitsecondaire(condenseur,canalisation,vannesetpompesde circulation). Facilits relatives dexploitation : Parsaconception(relativementfaibleinertie),lesystmearocondensation permet une adaptation plus rapide de la charge aux conditions atmosphriques ; Scuritdexploitation:lerisquedegelpeut,facilement,trepratiquement limin grce des dispositions constructives, du fait que le condensat (fluide froid) circule au contact direct du fluide chaud (vapeur). Les inconvnients de larocondenseur restent de pure thorie car : La ralisation dun appareil quasi entirement soud permet de garantir une trs haute fiabilit en minimisant les risques dentre dair pour les appareils sous vide ; Lesproblmesdecorrosioninterne(conscutifsdesarrtsfrquentsouprolongs) peuvent tre rsolus par des systmes de traitement deau, situs la sortie des pompes dextraction des condensats. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 22 2009-2010 Figure 4 : Ecart de temprature larocondenseur et larorfrigrant [2] Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 23 2009-2010 3.4 Ralisation Ldification dun arocondenseur intgre les lments suivants : les lments changeurs de chaleur : condenseursles tuyauteries de liaisons (liaisons vapeur et circuit de rcupration des condensats) ; le dispositif de circulation d'air : moto-ventilateur ; la charpente ; les auxiliaires (ballon condensats, pompes de circulation) ; dispositif de mise sous vide, rgulation et contrle, etc. LeschmadecirculationdesfluidesestdonnparleP&IDdanslannexeApour larocondenseur de vapeur deau. 3.4.1 Condenseurs principaux [2] Ladmissionsefaitenpartiehautedestubesailetsetlavapeurcirculedanslemme sens que le condensat (de haut en bas), ce dernier tant rcupr en partie basse des lments. Des faisceaux aligns contenants des tubes ailettes sont employs. Lesfaisceauxtubulairessont toujoursinclins,dispositionncessairepourassurer,lafois, lcoulement des condensats et une bonne circulation de lair travers les ailettes des tubes. Les tubes ailettes (figure 6) prsents dans les faisceaux dchange ont pour fonction de favoriserletransfertdechaleurparconvectionentrevapeurdeauetair ;leursprincipaux avantagesparrapportauxtubesnussontleurimportantesurfacedchangeetlegrand coefficient de conductivit des ailettes. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 24 2009-2010 Figure 5 : Faisceaux dchange Figure 6 : Coupe du tube ailette 3.4.2 Tuyauteries de liaisons [2] Liaison vapeur : Les performances de larocondenseur sont gnralement garanties laliaisongnrateurdevapeur(bridedchappementdelaturbinepourunecentrale thermique, par exemple). Le dessin de la liaison entre la bride dchappement de la turbine et lentredelarocondenseurdoittretudiavecbeaucoupdesoinafindeminimiserles pertesdecharges:ladistancelarocondenseurdoittrelapluscourtepossible (arocondenseur plac sur le toit ou le long du btiment turbine) ; la liaison doit comporter un minimum daccidents (tels que coudes), crant des pertes de charge singuliresimportantes ; lescoudessontnormalementquipsdailettesinternesdeguidage.Lesculottesde raccordemententrelacanalisationprincipaleetleslignesdedistributiondevapeursurles lments dchange sont excutes avec un soin particulier. Lescanalisationsvapeursontralisesentlesdacierroulesetsoudes.Ellessont gnralement soumises au vide et, de ce fait, quipes de frettes pour viter le flambage. Elles Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 25 2009-2010 sont,enoutre,soumisesdeseffortsimportantsdoriginethermique(dilatations)et mcanique (efforts sur les fonds) : il y a lieu de minimiser les contraintes aux raccordements, notamment auxbrides dchappement dela turbine. Le raccordement desliaisonsvapeur est gnralement fait par soudure sur le site. Canalisation de condenst : Les canalisations de condensats ne posent aucun problme particulier. Il y a lieu, cependant, de respecter des conditions de vitesses dcoulement faibles etdassurerdespentespermettantdviterlengorgementdelappareil.Gnralement,la structure de larocondenseur nest pas prvue pour supporter linstallation pleine deau. Leballonestenprinciperalispartirdetlesroulesetsoudesavecfondsbombs.Le niveau deau est rgul enfonction du dbit de condensats, ce qui permet dassurer un dbit constantsurlespompesdextraction.Deplus,toutdangerderemplissageexcessifoude vidangeestvitparlutilisationdalarmeshauteetbasseramenesensalledecommande, permettant une intervention rapide. Figure 7 : Partie des canalisations de vapeur et de condenst sur site 3.4.3 Circulation de lair [2] La circulation de lair peut tre assure soit par tirage naturel, soit par tirage mcanique. On note que la quasi-totalit des arocondenseurs construits ce jour sont tirage mcanique, solutionjustifie parlemoindre cot du dispositif. On utilise desventilateurs axiaux,le plus souvent grands dbits-volumes (hlices). Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 26 2009-2010 On peut noter les tendances suivantes : Tirage forc (figure 9a) : Avantagesrelatifssurletirageinduit:appareilspluscompacts,simplicitde structure (rduction de cot), accessibilit et mise en place/dpose des ventilateurs plus facile ; Inconvnients relatifs : plus de risques de recirculation dair chaud, alimentation en airdesfaisceauxmoinsrgulire,etplusderisquesdavariedesfaisceauxpar agressionsverticales(parexemple,grle):protectionssouventncessairesmais parfois alatoires. Tirage induit (figure 9b) : Avantagesrelatifssurletirageforc:trsbonnerpartitiondairsurles changeurs,influencedelensoleillementsurleschangeursngligeable, protectionantigrleinutile,etgainsurlapuissancedeventilationpossibleen ajoutant des diffuseurs (dont la mise en place est pratiquement impossible en tirage forc) ; Inconvnientsrelatifs:encombrementplusimportantetstructuredusupportplus lourde et plus chre. La solution adopte dans notre cas est le tirage forc. Figure 8 : Partie moto-ventilateur sur site Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 27 2009-2010 Figure 9 : lments composants dun arorfrigrant avec changeurs en position horizontale et ventilateurs dans deux positions : tirage forc ou induit [2] Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 28 2009-2010 3.4.4 Charpente Sonrleessentielestdesupporter,ensurlvation,leslmentschangeursetles groupes moto-ventilateurs, et de permettre une alimentation correcte en air. La charpente comprend les dispositifs suivants : [2] Supportdeschangeurs(condenseursetdphlegmateur):cettecharpenteest constituesurleslongspansdelinstallationparlescadreslatrauxdesfaisceaux condenseurs(lmentsautoportants).Lensembledesfaisceauxetdesgroupesmoto-rducteurs-ventilateurs est surlev au-dessus du plan de pose de lappareil : la superstructure de surlvation, comprenant une plate-forme horizontale au niveau des ventilateurs, peut tre ralise soit en bton, soit en charpente mtallique ; Supportdesgroupesmoto-ventilateurs:lessupportssontralissenpoutresen treillis,muniesdecaillebotisetgarde-corps.Unaccsfacilelensembledesgroupesest ainsi ralis. Chaque ventilateur tourne lintrieur dune virole gnralement ralise en tle dacier(convenablementraidie)ouenpolyester.Cettevirolecomporteunconvergent dentre ( mridienne conique ou caliciforme) ; Accessoires:deschellesouescaliersdaccssontprvusauniveaudesgroupesde ventilation,destlesdtanchitsurpignons,entrecellulesetauniveauduplancher suprieurdeventilation,etdesaccessoirestelsqueserrurerie,railsdemanutention,chelles permettantlenettoyagedesfaisceaux,dispositifsantigrle,mursdeprotectionpriphrique, etc.Laprotectiondelacharpentepeuttrefaiteparpeintureaprssablageoupar galvanisation chaud au bain. 3.4.5 Les auxiliaires Ilsagitessentiellementdespompesdereprisedescondensats,delargulationsur ballon,desjecteurs,desorganesannexesdextractiondespurgessurlalignedeliaison turbine et des organes de scurit. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 29 2009-2010 Figure 10 : Pompes retour condenst sur site 3.5 Perspectives et limites lutilisation des arocondenseurs Lagrandemajoritdesarocondenseursinstallscejoursontdetaillerelativement modeste (units de lordre de 30 MW), mais leur mode de ralisation (succession de cellules identiques quipes de groupes de ventilation dont la conception est parfaitement matrise du pointdevuemcaniqueetdesperformances)autoriseactuellementuneextensionversdes puissances lectriques leves de lordre de 600 MW. [2] Dansbeaucoupdecasolesystmesecestncessaire(absencedeautotaleoucots prohibitifs de pompage),larocondensation (systme direct) peut simposer en raison de ses cotsdinvestissementetdexploitationinfrieursceuxdusystmeindirectetdesa souplessedefonctionnement.Ilfautcependanttreextrmementprudentdanstouslescas, lorsdelaconceptiondelappareil,et,notamment,tenircomptetrssrieusementdes problmes de fonctionnement basse charge et trs basse temprature. Lesproblmesdecorrosionatmosphriquesontmatrissparutilisationdesurfaces dchangejudicieusementchoisies.Latailledescanalisationsdeliaisonlaturbine(tenue mcanique et tenue au vide) peut constituer une limite lescalade de puissance actuellement constate. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 30 2009-2010 4 Les instruments de mesure Larocondenseurcontientplusieurstransmetteursetinterrupteurs,ilssontprsents comme suit : 4.1 Les transmetteurs de pression Deuxtransmetteursdepressionsontimplmentsdanslunitdelarocondenseur ;en amont PT002 et reli avec le PIC (Pressure Indicator Controller), en aval PT001 et reli avec un PI (Pressure Indicator). Figure 11 : Transmetteur de pression ROSEMOUNT 2088 Leurs caractristiques : Mesure de pression: 0-30 psi (0-2,1 bar)1,5 psi (103,0 mbar)30 psi (2,1 bar) Type: Pizo-lectrique Type de pression: relative Calibration: 0-1,6 barg Sortie: 4-20 mA avec protocole HART 4.2 Les transmetteurs de temprature Deuxtransmetteursdetempraturesontimplantsdanslunitdelarocondenseur ;en amont TT002 et reli avec le TI (Temperature Indicator), en aval TT001 et reli avec un TIC (Temperature Indicator Controller). Caractristique : Type: Sonde rsistance, Pt 100 Ohm Calibration : 0-200C Sortie: 4-20 mA avec protocole HART Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 31 2009-2010 4.3 Le transmetteur de niveau Un transmetteur de niveau LT001 est implant dans le ballon condenst pour contrler le niveau deau dans le ballon et actionner les pompes retour condenst. Caractristique : Type : Capteur de niveau pression diffrentielle Mesure de niveau : 0-1,8 m Sortie: 4-20 mA avec protocole HART 4.4 Les interrupteurs de vibration (vibroswitch) Figure 12 : Vibroswitch Ilssontaunombrede10etserventdtectertoutevibrationexcessiveduesun fonctionnementimpropredelamachine.Lorsdundclenchementdelinterrupteurde vibration, le moteur devra tre automatiquement stopp. 5 Systmes de contrle commande de larocondenseur Les systmes de contrle commande sont divers et diffrentsdans lindustrie. La modernisationremarquable de ces systmes laisse apparatre de nouvelles technologies de commandequipermettentdemieuxgrerlesprocessindustrielsdevenusdeplusenplus complexes. Parmi les systmes de contrle commande les plus courants, et sintgrant dans la logique programme, on cite : Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 32 2009-2010 5.1 Le systme de contrle commande par PLC Ce type de systme de contrle commande est basique et simple dutilisation. Le PLC (Programmable Logic Controller), qui reprsente le cerveau de la commande, est programm en tenant compte des entres logiques et analogiques quil reoit via ses modules dentres.Aprsexcutionduprogrammeimplmentdedans,ilreoitlescommandes adquates via les modules de sorties vers les diffrents actionneurs et practionneurs quipant les machines piloter. Soninconvnientmajeurestlabsenceduneinterfacedesupervisionpermettantun contrle visuel par loprateur dans la salle de contrle du processus industriel. 5.2 Le systme de contrle, commande et supervision SCADA CetypedelogiqueprogrammeestbassurdesPLCs,lasupervisionSCADA (SupervisoryControlAndDataAcquisition)estunesolutiontrsperformantepourla commande des systmes industriels complexes. Le poste oprateur intgre une interface utilisateur permettant loprateur de superviser lamachinepartirduntableaudebordvirtuelcomportantdesboutons,desvoyants,des alertes et toutes les donnes dont il a besoin pour la prise de dcision. Lensemble PLC/HMI (Interface Homme Machine) forme ce quon appelle le SCADA. Bien entendu, le SCADA peut comporter plusieurs PLCs qui sont extensibles en plusieurs modulesdentres/sorties.Ilprsenteunesouplesseetuneadaptabilitdanssoninstallation puisquelesfonctionslogiquessonttoutesrassemblesenunseulprogrammequipeuttre aisment modifi. 5.3 Le systme de contrle, commande et supervision DCS Le systme de contrle commande DCS (Systmes de Commande Distribue), dvelopp audbutdesannes70,ressembleengrandepartieauSCADA.Saufquecedernierest destin pour grer des processus plus tendus et plus complexes. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 33 2009-2010 La principale diffrence entre un DCS et un SCADA rside essentiellement dans la nature delarchitectureetlacriticitduprocesssupervis.EneffetleDCSgrebeaucoupplus rapidement le transfert de donnes et se distingue par un temps de rponse remarquable. LeDCSprsenteunearchitecturetrsorganisequiempchetoutessortesdeconflitsetde collisions de donnes. SescontrleurssontrelisentreeuxviaunrseauProfinetpourchangerdesdonnes partages.Chaquecontrleurestdotdemodulesdentres/sortiesquiluisontpropresvia lesquels il communique avec le systme. Il est vrai que denosjours, suite au dveloppement des PLCs, plusieurscaractristiques quitaientpropresauDCSdeviennentdisponiblessurlesystmeSCADA,onnedistingue plus de diffrences entre les deux technologies de commande. 6 Cahier des charges et planning dexcution EPPMatsollicitepourlaconception,lafourniture,laralisation,lemontageetla mise enservice dun arocondenseur de vapeur en remplacement du condenseur devapeur eau de mer des utilits chaudes de lusine SKHIRA du GCT. Danscequisuitnousallonsprsenterlecahierdeschargesetleplanningdexcution regroupant les tches excuter. 6.1 Cahier des charges Lobjetdeceprojetestltudedesparamtresthermodynamiquesdelarocondenseur, dlaborerdessquencesdefonctionnementenfonctiondecesparamtres,decollecteret dvelopperladocumentationtechniquencessairepourltablissementduprogramme dautomatisme, dvelopper ce programme et le simuler. Cettetudedoitsatisfaireplusieursexigencesquionttfixesparlescadres techniques du GCT. Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 34 2009-2010 Lesspcificationssuivantes doivent tres prisesen considrationlors dellaboration du projet : Scurit et haut niveau de fiabilit sont de prime lors des phases tude et conception. Lasolutiondoittreflexible,optimisesdepointdevuecblageetfacilement maintenable. Un moyen de supervision performant, pratique et instinctif doit tre inclus. Le systme doit tre extensible et aisment modifiable par les techniciens du GCT. Encasdepannedusystmedecontrle,lesorganespourronttrescommands manuellement. En cas de dfaillance delautomate principal,lautomate secondaire prendrale relais sans perturber le fonctionnement de larocondenseur. UnlogicieldecollecteetdetraitementdedonnescompatibleMODBUSdoittre fourni. Le client exige : Undossiertechniquecompletcomportantlesdiffrentesspcificationstechniques dtailles des composants de larocondenseur et de la tuyauterie, le dossier des divers plansetschma(plandensemble,plansdisomtries)etnomenclatureset certificats des diffrents composants. La garantie des performances techniques de linstallation. 6.2 Planning dexcution Les principales tapes du projet sont : Chapitre I : Problmatique & Prsentation de lunit darocondenseurINSAT Chaker ABDELJAOUED Page 35 2009-2010 Figure 13 : Etapes du projet Ltudethermodynamiquedelunitdarocondenseur :Comprendreetassimilerles phnomnes physiques qui rgissent le fonctionnement de lquipement. Lamodlisationthermodynamiquedelarocondenseur :Elaboreruneapproche relationnelle des paramtres de fonctionnement. Ltablissementdessquencesdefonctionnementdelarocondenseur :Planifierdes squencespourlamiseenmarchedesdiffrentscomposantsdelquipementde manire optimale et efficace. Lacollecteetledveloppementde touteladocumentationtechniquencessairepour ltablissement du programme dautomatisme. Ledveloppementduprogrammedautomatisme :Raliserunprogramme dautomatisme implanter dans lautomate pour piloter lunit darocondenseur. La simulation des programmes dvelopps selon les procdures dacceptation en usine prpares dans le cadre de la documentation technique. Conclusion Aprs avoir dcrit le contexte gnral de ce projet et prsent les attentes du client, nous allonsadopterleplanningdexcutiontablipourprocderlaralisationdeceprojetet remplir toutes les exigences du cahier des charges. Le chapitre qui va suivre aura pour objet ltude thermodynamique et la mise en uvre de larocondenseur. Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 36 2009-2010 Chapitre II ETUDE THERMODYNAMIQUE &MISE EN OEUVRE Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 37 2009-2010 Introduction Lunitdarocondenseurdelusinedacidephosphoriqueestactuellementencours dinstallation,llaborationdusystmedautomatismencessiteunetudeapprofondieetla mise en place dtapes de marche. Danscechapitre,nousallonsexpliciterleprincipedefonctionnementde larocondenseur,tudierlquipementdepointdevuthermodynamiqueetnousallons dfinir les squences de fonctionnement. 1 Principe de fonctionnement Fonctiondelarocondenseur :Condenserdelavapeurdeausatureetatteindreune capacit de condensation de 100 T/H. La vapeur deau sature condenser provient de 3 points regroups dans une seule conduite : Echappement de la turbine du groupe turbo-alternateur : Dbit : 3 30 T/H Pression : 1 1,4 bar Temprature : 105 140 C Circuit de dtente 3/1,2 bar : Dbit : 0 30 T/H Pression : 1,2 bar Temprature : 120 150 C Units de production : Dbit : 0 100 T/H Pression : 1 1,2 bar Temprature : 120 150 C Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 38 2009-2010 Figure 14 : Schma reprsentatif de larocondenseur VSD : Ventilateur avec variateur de vitesse TOR : Ventilateur sans variateur de vitesse VANT : Vantelle (volet) XV00.. : Vanne Tout Ou Rien Lavapeurdeauestacheminedansuneconduiteverslarocondenseur,cedernier contientcinqbatteries ;chaquebatteriecontenantdeuxventilateurs(unfonctionnantavec variateurdevitesseVSD(VariableSpeedDrive)etlautrefonctionnantsansvariateurde vitesse TOR (Tout Ou Rien)). Quatre vannes XV Tout Ou Rienlaissent passerla vapeur danslesfaisceaux dchange, ces vannes ont t places selon des paliers dfinis ultrieurement. LavanneXV001faitpasserlavapeurdansdeuxbatteries,lesautresvannes(XV002. XV003 et XV004) font passer la vapeur dans une batterie chacune. Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 39 2009-2010 Lavapeurpassedanslesfaisceauxdchangecontenantlestubesailettes,les ventilateurs soufflent de lair dans ces faisceaux et la condensation se fait. Leaucondenseestcollectedansleballoncondenstpuisrefouleverslabche condenst grce aux deux pompes situes en aval du ballon. Desvantelles(volets)situesaudessusdesfaisceauxetcommandespardesvrins pneumatiquesassurentlemaintienentempraturedeschangeurs ;ellessontrefermes lorsque le dbit de vapeur est assez faible et ouverts pour permettre lextraction de chaleur. Un dbit de vapeur deau de maintien en temprature des faisceaux est inject pour viter leschocsthermiques(dufluidechaudnepeutpastrebrusquementintroduitlorsque lappareil est froid, ni du fluide froid lorsque lappareil est chaud). Cette vapeur ne passe pas parlesvannes ; elle est achemine travers des conduites de diamtre rduit (50-SLS-2133-007-2A3 dans le P&ID annexe A) Ce dbit de vapeur quon va appeler dbit de maintien Qm est fix comme suit : Qm = 2% du dbit nominal de vapeur Q si la temprature ambiante est suprieure 0C ; soit Qm = 2 T/H. (consigne constructeur) Qm = 10% du dbit nominal de vapeur Q si la temprature ambiante est infrieure 0C ; soit Qm = 10 T/H, et cela pour assurer le non gel dans les tubes. Dans ce cas les vantelles doivent tres fermes. Si le dbit de vapeur >m ; les persiennes sont ouvertes progressivement, et, 100% douverture, le refroidissement se fait par les ventilateurs. Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 40 2009-2010 2 Paliers de fonctionnement Larocondenseur devra pouvoir fonctionner selon les paliers suivants : Paliers 1 : dbit entre 0 et 50 T/H La pression correspondante est entre 0 et 0,6 bar Palier 2 : dbit entre 50 et 75 T/H La pression correspondante est entre 0,6 et 0,8 bar Palier 3 : dbit entre 75 et 100 T/H La pression correspondante est entre 0,8 et 1 bar Palier 4 : dbit suprieur 100 T/h La pression correspondante est suprieure 1 bar Poursavoirlespertesdecharges"H"correspondanteschaquepalier,nousavonseu recourt une application de calcul des pertes de charges dveloppe parCARF-Engineering.com(sitespcialisdanslescalculshydrauliques),ilsuffitdentrerle diamtre de la conduite, sa rugosit, sa longueur, son lvation et les coudes prsents. Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 41 2009-2010 Figure 15 : Interface de lapplication de calcul de pertes de charges Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 42 2009-2010 Nous avons dgag les pertes de charges comme suit : Dbit (T/H)5075100120 Pertes de charge "H" (bar)0,0070,0160,0280,04 Tableau 1: Pertes de charges dans les conduites 3 Dmarche Le schmasuivant reprsente un diagramme T, P contenantles trois courbes dquilibre solide-gaz ou courbe de sublimation, liquide-vapeur ou courbe de vaporisation, liquide-solide ou courbe de fusion. Figure 16 : Diagramme Temprature, Pression [4] Lafrontire entrela zoneA (vapeur) etlazone B (liquide) est appele courbe de rose, cest la limite dapparition des premires gouttes de liquide. Poursavoirsilyacondensation,nousallonsmesurerlapressionetlatempratureen sortiedesfaisceauxetlacomparerdesvaleursexprimentalesdecondensationdevapeur deau sature. Notonsqueleprlvementdetempratureetdepressiondoitsefaire lasortiedes faisceaux; deux couples de transmetteurs (Pression et Temprature) se trouvent en amont et en aval de larocondenseur. Pour ce faire, nous allons utiliser le tableau dans lannexe B; Ilreprsentelescaractristiquesdelavapeurdeausature ;cesvaleursonttobtenus exprimentalement et ne sont rgis par aucune quation ; Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 43 2009-2010 Pourpouvoirfacilementexploiterlesdonnesdutableau,nousavonsprocdercomme suit : On traceles courbes devariation des diffrents paramtres enfonction dela pression avec le logiciel MATLAB. On interpole avec la fonction "Basic Fitting". On dtermine les quations correspondant aux courbes traces. Ces quationsnous permettrons de trouver, par exemple, pour des pressions donnes,les tempratures, les masses volumiques etles chaleurs massiques. 3.1 Courbe et quation de T=( P) Nous avons dcompos la plage de pression en 3 intervalles puisque linterpolation nest pas parfaite :Pression entre 0,02 et 0,1 bar / Pression entre 0,1 et 0,6 bar / Pression entre 0,6 et 2 bar Coubre 1 ;Pour une pression entre 0,02 et 0,1 bar Equation: I= 2,4.104P3 7.103P2+ 8,9.102P+2,9 Figure 17 : T = ( P)[0,02-0,1] (1) Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 44 2009-2010 Courbe 2;Pour une pression entre 0,1 et 0,6 bar Equation :I= 2,1.102P4+ 5,2.102P3 4,9.102P2+ 2,5.102P + 25 Figure 18 : T = ( P)[0,1-0,6] Courbe 3 ;Pour une pression entre 0,6 et 2 bar Equation: I= 9,8P5+55P4 1,1.102P3+81P2+ 24P + 60 (2) (3) Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 45 2009-2010 Figure 19 : T = ( P)[0,6-2] 3.2 Courbe et quation de p =( P) Equation: = 0,012P3 0,061P2+ 0,64P + 0,0042 Figure 20 : p = ( P)[0,02-2] (4) Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 46 2009-2010 3.3 Courbe et quation de chaleur massique de vapeur : Cp=( P) Nous avons dcompos la plage de pression en 3 intervalles puisque linterpolation nest pas parfaite :Pression entre 0,02 et 0,1 bar / Pression entre 0,1 et 0,6 bar / Pression entre 0,6 et 2 bar Courbe 1 ;Pour une pression entre 0,02 et 0,1 bar Equation : Cp=3,5. 106P5 1,2. 106P4+ 1,8.105P3 1,4. 104P2+ 9,4. 102P + 1,847. 103

Figure 21 : Cp = ( P)[0,02-0,1] Courbe 2;Pour une pression entre 0,1 et 0,6 bar Equation:Cp= 1,1. 102P2+2,5. 102P + 1,87. 103 (5) (6) Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 47 2009-2010 Figure 22 : Cp = ( P)[0,1-0,6] Courbe 3;Pour une pression entre 0,6 et 2 bar Equation: Cp=6,1 P3 39P2+ 1,7. 102P + 1,89. 103 Figure 23 : Cp = ( P)[0,6-2] (7) Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 48 2009-2010 4 Etapes de fonctionnement Pour assurer un fonctionnement nominal de larocondenseur, on procde comme suit : Unevanne XV est ouverte, on cherchelintervalle demplacement de I = ( PE)(entre 0,02 et 0,1 bar / entre 0,1 et 0,6 bar / entre 0,6 et 2 bar). La rgulation se fait sur la temprature de sortie de leau en fonction de la pression; Pour chaque intervalle ; I=( P E)SiI ( P E)>0 ;ilnypascondensationdevapeurdeaudonconaugmentela capacit de refroidissement (dfinie dans le paragraphe II.5.1) jusqu ce queI ( PE) =0 . SiI (P E)0, on actionne les ventilateurs VSD 1 et 2 40%, si la capacit de refroidissement dfinit dans 5.1 chapitre II doit tre augmente on augmente la cadence de VSD 1 et 2 jusqu arriver 100%. Chapitre II : Etude thermodynamique & mise en uvre INSAT Chaker ABDELJAOUED Page 49 2009-2010 Les4ventilateursdu1erpalierfonctionnement100%,I (PE)