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Défi : Un système de commande pour turbomachines sur une plate-forme ouverte, afin de pouvoir recycler le gaz à l’intérieur du compresseur et d’éviter le torchage, tout en optimisant les coûts et les profits, tant sur les nouveaux sites que les zones de friche

Solutions : DCS moderne PlantPAx : Automatisation du système de commande de turbomachine basée sur des algorithmes configurables Allen-Bradley ControlLogix intégrés

Résultats :

 Économies d’énergie

 Meilleur rendement

 Rentabilité accrue

La vue d’une flamme dans la nuit, lorsque vous passez à côté d’une raffinerie, est fascinante si vous ne cherchez pas à connaître les conséquences qu’entraîne cette combustion. En réalité, nous savons parfaitement que ce phénomène génère une pollution atmosphérique. Si nous devions mener une analyse plus poussée du fonctionnement de ces usines, elle dévoilerait certainement qu’il existe une autre manière d’exploiter cette énergie ainsi gaspillée.

Un grand nombre d’entreprises prend aujourd’hui conscience des réductions de coûts possibles liées à l’exploitation des usines. Ces industries souhaitent mener des politiques environnementales de développement durable. Cette tendance qui gagne du terrain entraînera certainement le déclin progressif des torchères.

Mais comment réduire ce phénomène de combustion si néfaste à l’environnement et qui par ailleurs, empêche les entreprises d’optimiser pleinement leurs ressources ?

La solution semble être à leur portée, leur promettant un retour sur investissement particulièrement intéressant.

Le système de commande de turbomachine permet de faire fonctionner la turbine en recyclant le gaz produit par le compresseur. Ce système offre la possibilité de réutiliser une ressource d’énergie qui sinon serait brûlée, créant ainsi une torchère. Cette solution permet d’obtenirdes résultats tangibles en termes de réduction de la consommation d’énergie, d’amélioration de la productivité et d’utilisation des actifs, mais surtout de réduction de la pollution environnementale.

Génie chimique et technologie au service de la rentabilité

Energy Control Technologies, ou ECT, est une société créée aux États-Unis il y a près de douze ans. Depuis trois ans, ECT possède sa propre filiale en Europe. L’activité de l’entreprise est centrée sur la commande de turbomachines à plate-forme ouverte. Elle est spécialisée, notamment, dans les applications, le savoir-faire et les algorithmes de commande pour les grands compresseurs rotatifs des usines industrielles, qu’il s’agisse de turbines à vapeur centrifuges à écoulement axial, de turbines à gaz ou de turbodétendeurs.

Cette activité de niche joue un rôle dans les applications d’automatisation industrielle et repose sur la création d’algorithmes très complexes qui tiennent compte de la thermodynamique des gaz à l’intérieur des compresseurs. Cela évite d’avoir recours à une torche de combustion, générant aussi un gain d’efficacité énergétique pour le compresseur, mais aussi pour la machine et le système dans son ensemble. De tels systèmes exigent un matériel offrant des taux de réponse extrêmement élevés du processeur de l’ordre de 30 à 40 millisecondes. Leur utilisation est rendue optimale lorsqu’ils sont intégrés à un système de commande de compresseur.

ECT a perçu le savoir-faire chez Rockwell Automation, dont il est partenaire OEM depuis plus de dix ans. La société considère le contrôleur d’automatisme programmable ControlLogix® Allen-Bradley® comme son installation matérielle la plus remarquable, fiable et reconnue, à laquelle s’ajoute la valeur offerte par l’intégration transparente au système de contrôle-commande PlantPAx®.

Plates-formes propriétaires ou plates-formes ouvertes

Lorsque cette niche de marché a été développée il y a environ 30 à 40 ans, les API n’offraient pas les performances requises. Autrement dit, pour la fonctionnalité anti-pompage, le secteur a développé des plates-formes matérielles propriétaires sur lesquelles le logiciel était installé. Bien que cette approche technologique ne soit pas optimale, créant une forte dépendance entre l’entreprise et le développeur de la solution (de type boîte noire), elle demeure toutefois très répandue. Des lacunes s’observent alors, par exemple, au niveau des coûts et délais d’intervention lors d’une défaillance ou encore, pour la gestion des pièces de rechange destinées exclusivement à cette unité.

En fournissant des algorithmes de commande non programmables, mais configurables pour les turbomachines installées sur des plates-formes matérielles ouvertes-avec une préférence pour le ControlLogix de Rockwell Automation, ECT contribue avec succès à éradiquer cette pratique en s’appuyant sur les bénéfices apportés à ses clients. Avec des algorithmes non programmables et configurables, le cœur de l’algorithme reste verrouillé sans possibilité d’être modifié.

Par exemple, les 600 paramètres de configuration nécessaires à l’exécution de l’algorithme de contrôle de pompage de base sur une machine ou dans une usine spécifique, créent un processus reproductible. Et ce processus parfaitement documenté reste donc absolument indépendant de son développeur. Il peut ainsi faire l’objet d’une maintenance au fil du temps car il repose sur des composants de base bien documentés, qui peuvent donc être répliqués d’un projet à l’autre.

Les meilleures pratiques allouées à un projet porté par ECT et Rockwell Automation

Le projet réalisé par ECT et Rockwell Automation auprès d’un OEM situé en République tchèque illustre parfaitement cette approche. L’OEM a construit un compresseur pour une entreprise slovaque du secteur pétrole et gaz. Cette application utilise du gaz d’éthylène comprimé et s’applique spécifiquement à une unité du procédé de raffinage principal. Bien que cette unité ne soit pas essentielle au raffinage et qu’elle n’ait pas d’incidence sur le fonctionnement de l’usine en cas d’arrêt, elle constitue néanmoins une amélioration qui contribue à augmenter considérablement la productivité de la raffinerie. Dans un secteur hautement concurrentiel tel que le raffinage, l’exploitation et la réutilisation partielle de matière issue des déchets de procédé et l’augmentation consécutive de la productivité rendent la disponibilité de ces installations satellites particulièrement importante. En effet, elles ont une incidence forte sur la rentabilité des entreprises du secteur pétrolier et gazier.

Dans ce projet, un moteur électrique a été installé avec un compresseur à deux étages, commandé par des vannes. Sa fonction d’ouverture et de fermeture permet la régulation du débit de gaz, ainsi que de la pression et de la température. Le système de commande est basé sur un contrôleur d’automatisme programmable ControlLogix pour les fonctionnalités anti-pompage. Des vannes commandent le passage vers chaque étage, afin d’éviter des augmentations incontrôlées de la température et de la pression du gaz. Ces hausses non maîtrisées risqueraient de compromettre l’intégrité du compresseur et de l’endommager. Le système inclut aussi des boucles de commande avec des contrôleurs Wedge qui injectent du gaz froid dans la conduite de recyclage, afin de compenser une surchauffe liée à une ouverture anticipée de la vanne, en fonction des courbes de transformation de l’éthylène. Ce résultat a été obtenu en intégrant le système de commande du compresseur, lequel est géré par le DCS PlantPAx de Rockwell Automation.

L’utilisation d’une caractéristique multiprocesseur ControlLogix représente une caractéristique distinctive de ce projet. Lorsqu’un système de commande de compresseur utilisant les solutions Rockwell Automation est déjà en place, il s’avère particulièrement utile pour intégrer un processeur supplémentaire dédié aux algorithmes ECT pour l’anti-pompage. Ainsi, même s’ils sont parfaitement séparés chacun détient ses propres processeurs et cartes d’E/S les deux systèmes coexistent sur un seul contrôleur d’automatisme programmable et créent ainsi une solution entièrement intégrée pour la commande de la machine et la gestion anti-pompage. Cela permet de surmonter la dichotomie représentée par les situations hybrides, où la fonction anti-pompage est gérée avec des solutions de type boîte noire entièrement décorrélées du système de commande de compresseur.

Concernant l’entreprise slovaque, le projet a été créé ex nihilo, mais une telle solution est aussi parfaitement applicable à des usines existantes. Leurs plates-formes propriétaires pour l’anti-pompage peuvent être remplacées et intégrées dans un environnement de commande unique, représenté par le système PlantPAx existant. Cette intégration permet d’accéder à toutes les capacités d’analyse natives du système de contrôle-commande PlantPAx,d’améliorerles stratégies de maintenance prédictive mais aussi de réduire au maximum les temps d’arrêt.

https://www.rockwellautomation.com/