Pour citer ce mémoire :

Auteur·trice·s : Mlle. Wafaà BENALI OUENZAR

Thème : "Automatisation du Four B-102 Sous la Plateforme DCS - Simulation sous Sim-C200 de Experion PKS/ Honeywell"

Université : Ecole de Boumerdès – Institut algérien du pétrole
Année de soutenance : Projet professionnel de fin de formation Pour l’obtention du diplôme d’ingénieur spécialisé En Instrumentation pétrolière – Avril 2015

Automatisation du Four B-102 sous la plateforme DCS

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  1. Automatisation du Four B-102 sous la plateforme DCS
  2. Présentations de l’instrumentation existante dans le Cp1z
  3. Etude de l’automatisme actuel du four B-102
  4. BMS du four B-102: la sécurité sous la plateforme DCS
  5. La logique fonctionnelle (Grafcet) du BMS du four B-102
  6. Simulation de l’automatisme du four sous EPKS de Honeywell
  7. Les avantages et inconvénients du système DCS

Automatisation du Four B-102 sous la plateforme DCS

Ecole de Boumerdès

Institut algérien du pétrole

Projet professionnel de fin de formation Pour l’obtention du diplôme d’ingénieur spécialisé En Instrumentation pétrolière

Automatisation du Four B-102 sous la plateforme DCS

Automatisation du Four B-102 Sous la Plateforme DCS

Simulation sous Sim-C200 de Experion PKS/ Honeywell

Présenté par :

Mlle. Wafaà BENALI OUENZAR

Suivi par :

M. Mohamed Jawed MOULAYAT

Promotion :

Avril 2015

 

Remerciements

Résumé

Conformément aux directives de la norme NFPA 86, la plupart des sociétés exploitantes mettent en œuvre des BMS (Burner Management System) dans leur fours. Le consensus général est de standardiser les exigences d’un système de sécurité de bruleur BMS pour chaque four, pour assurer un allumage sûr et un fonctionnement normal tout en réduisant le risque. Cependant, le CP1Z se fondent toujours que sur un système d’alarme et de blocage à base de relais pour le four B-102 de l’unité 100.

L’objectif de ce mémoire est de proposer un système de sécurité de bruleur BMS sous une plateforme DCS (distributed control system), les problématiques sont par conséquent les suivantes: quelle est la stratégie de contrôle et quelle sont les modifications nécessaires pour améliorer la sécurité du four ? Et comment présenter cette proposition ?

Pour répondre à la problématique, des recherches ont été faite, en s’appuyant sur les schémas, documents de design du four, et les directives de la norme NFPA 86, une stratégie de contrôle sous forme de Grafcets a été élaborée, et puisque le CP1Z est en phase de migration vers l’Experion PKS de Honeywell, on a choisi le simulateur SIM-C200 pour émuler le système proposé et le représenter dans un état de fonctionnement proche du réel, le résultat reflète les avantages des systèmes numériques,

A partir du résultat, le complexe CP1Z doit se conformer aux directives des normes pour assurer un allumage sûr et un fonctionnement normal tout en réduisant le risque du four.

Mots Clés : BMS, DCS, Automatisation, Four industriel, sécurité, Experion PKS, Simulation, Grafcet.

Table des Matières

Liste des abréviations Liste des tableaux Liste des figures Liste des annexe

Introduction générale 1

Chapitre 1 : Présentation du complexe cp1z 3

1.1Présentation des procédés existants dans le Cp1z 4

1.1.1Procédé de l’unité de méthanol 4

1.1.2Procédé de l’unite formaldéhyde et formurée (U100) 5

1.1.3Les utilités 5

1.2Présentations de l’instrumentation existante dans le Cp1z 5

1.2.1Système de contrôle de l’unité méthanol 6

1.2.1.1Historique de l’instrumentation de l’unité 6

1.2.1.2Description de l’instrumentation existante de l’unité méthanol 6

1.2.1.3La salle de contrôle 6

1.2.1.4Panneau de commande (plate-forme compresseur de la section 400 7

1.2.1.5Instrumentation en site 8

1.2.2Le système de sécurité ESD de Yokogawa 12

1.2.2.1L’architecture du Système ESD pour l’unité MeOH 12

1.2.2.2Safety Engineering PC (SENG, HIS0164) 12

1.2.2.3Exemple de schéma des entrées logiques (24 V) 12

1.2.3Système de contrôle de l’unité Formaldéhyde Et Formurée (U100) 15

1.2.3.1Historique de l’instrumentation de l’unité 15

1.2.3.2Description l’instrumentation existante 15

1.2.3.3La salle de contrôle 15

1.2.3.4Instrumentation en site 15

Chapitre 2 : Etude de l’automatisme actuel du four b-102 18

2.1Spécification technique du four B-102 19

2.1.1Caractéristique de fonctionnement 19

2.1.2Type de fonctionnement 19

2.2Le système de sécurité actuel du four B-102 19

2.2.1P&ID du four B-102 19

2.2.2Le système de control actuel du four B-102 19

2.2.3Alarmes et blocages 20

2.2.4Schéma électrique de commande 21

2.2.4.1La distribution 220V 21

2.2.4.2Alarmes et signalisations 21

2.2.4.3Relayage « Séquences de démarrage du bruleur » 21

2.2.4.3.1Avant démarrage 21

2.2.4.3.2Rinçage 21

2.2.4.3.3Allumage pilote 21

2.2.4.3.4Allumage bruleur 21

2.2.4.4Chronogramme de démarrage du four 21

2.3Avantages du système actuel 26

2.4Inconvénients 26

Chapitre 3 : BMS du four B-102 28

3.1La sécurité du B-102 sous la plateforme DCS 29

3.1.1La norme SIL 29

3.1.2Description du système ESD d’un four 29

3.2les exigences des fours et BMS selon la norme NFPA 86 30

3.2.1Purge obligatoire 30

3.2.2Permissives & Interlocks 31

3.2.3Vannes d’arrêt d’urgence (vannes de sectionnement et vanne d’évent) 31

3.2.4Pilote et système d’allumage 33

3.2.5Systèmes de surveillance des flammes dédiés 33

3.3Les modifications nécessaires de l’instrumentation existante 34

3.3.1Le P&ID proposé du four B-102 35

3.4La logique fonctionnelle (Grafcet) du BMS du four B-102 36

3.4.1Avant demarrage 37

3.4.2Balayage du four 38

3.4.3Allumage Pilote 41

3.4.4Allumage bruleur principal 44

Chapitre 4 : Simulation de l’automatisme du four sous EPKS de Honeywell 47

4.1Présentation de la plateforme DCS 48

4.1.1Définition du DCS 48

4.1.2Aperçu général sur le système Experion PKS 48

4.1.3Architecture de principe de l’experion pks 48

4.1.4composants matériel de l’experion pks 48

4.1.5Configuration Studio 50

4.1.6L’environnement CEE 51

4.1.6.1Control Builder 51

4.1.6.2Blocs fonctionnels 51

4.1.6.3HMIWeb Display Builder 51

4.1.7L’environnement Simulation Control Environment (SCE) 53

4.2Résultat de la simulation 53

4.2.1Système de contrôle commande 53

4.2.2Contrôle séquentiel du four B-102 54

4.2.2.1Simulation du SCM Soufflage 54

4.2.2.2Simulation du SCM Allumage pilote 61

4.2.2.3Simulation du SCM Allumage Bruleur 62

4.2.3Simulation d’un module de commande PID 65

4.2.4Configuration de module de contrôle pour acquisition de données 66

4.3Les avantages et inconvénients du système DCS 66

4.3.1Avantage de l’automatisation sous la plateforme DCS: 66

4.3.2Avantage de la sécurité 67

4.3.3Les inconvénients 68

Conclusion générale 69

Bibliographie 71

Annexe A : P&ID actuel du four B-102 71

Annexe B : Document de design Armoire B-102 72

Annexe C : Liste des points et instruments créés dans le projet 79

Liste des abréviations

DCS: Distributed Control System.

EPKS: Experion Process Knowledge System.

BMS: burner management systems.

CEE: Control Execution Environment.

SCEE: Simulation Control Engineering Environment.

SCM: Sequential control module.

CM: Control module.

NFPA: National Fire Protection Association.

Introduction générale

Le contrôle de sécurité des fours industriels à continuellement évolué au cours des dernières années; Cela est dû à l’introduction de législation gouvernementale qui oblige l’application des codes existants comme la NFPA86.

La plupart des sociétés exploitantes en Amérique du Nord mettent en œuvre des BMS dans des fours neufs et existants conformément aux directives requises; Cependant, certaines installations ne se fondent toujours que sur l’intervention manuelle de l’opérateur ou l’arrêt d’urgence (ESD) de la centrale comme contrôle de sécurité.

La raison la plus fréquente fournie par ces sociétés est qu’ils ont fonctionné avec le système manuel et l’absence d’équipement de surveillance de la flamme pendant des années sans incident;

Pourquoi un investissement devrait-il être fait dans un BMS maintenant?

Le consensus général est de Standardiser les exigences d’un système de sécurité de bruleur BMS pour chaque four, pour assurer un allumage sûr et un fonctionnement normal tout en réduisant le risque.

Mais nous devons tous garder à l’esprit que la sécurité du personnel et de l’environnement a la plus grande importance; Car une telle approche proactive doit être prise.

Pendant la période de mise en situation professionnelle et lors de notre présence dans le site nous avons eu la chance de voir le fonctionnement du four de préchauffage de l’huile diathermique (B- 102), en s’appuyant sur les informations acquises auprès du personnel et responsables de production et maintenance, ainsi sur les documents techniques disponibles (manuels, schémas…), nous avons constaté la non-conformité du système d’alarmes et de blocages existant (qui est à base de relais).

Autant qu’ingénieur technique, notre rôle est de répondre aux préoccupations de contrôle de la sécurité et d’amélioration de la productivité tout en assurant la flexibilité de fabrication, la régularité de la production et la qualité des produits élaborés.

Ce modeste travail présente une proposition d’un système de sécurité de bruleur BMS pour le four B- 102, en utilisant le SIM-C200 de Experion PKS de Honeywell pour le simuler sous une plateforme DCS,

A cet effet, l’organisation de ce modeste travail est de la façon suivante :

Chapitre 1: Présentation du complexe cp1z.

Donne des descriptions des différents procédés et systèmes de contrôle et d’instrumentation existants dans le complexe Cp1z.

Chapitre 2: Etude de l’automatisme actuel du four B-102.

Présente une étude sur le système d’alarmes et de blocages existant (qui est base de relais) du four B-102, en montrant les avantages et inconvénients.

Chapitre 3: BMS du four B-102.

Présente le système de sécurité BMS proposé pour le four B-102. Cette proposition est prise selon les exigences du manuel opératoire de construction, en appliquant les directives de la norme NFPA 86.

Chapitre 4: Simulation de l’automatisme du four sous Experion PKS de Honeywell.

Donne un aperçu général du DCS de Experion PKS, de ses outils d’engineering, ensuite le résultat de simulation en montrant à la fin les avantages du système proposé.

Chapitre 1: Présentation du complexe cp1z

Introduction

La Société Nationale SONATRACH Activité LRP pole pétrochimie possède le Complexe Méthanol et Résines Synthétiques CP1-Z.

Cp1Z a été le premier projet de la société Algero-Italienne ALMER (60% SONATRACH et 40% SIR) et dans le but était de créer une industrie pétrochimique pour satisfaire aux besoins.

CP1/Z occupe une superficie de 27 hectares sur le plateau de Mehgoun dominant la baie d’ARZEW à 2 km de la ville située au nord de la raffinerie.

Pendant le période de mise en situation professionnelle, on a eu la chance de passer notre formation avant la migration de l’instrumentation et du contrôle existant, cela nous a permis d’acquérir de solides connaissances dans le domaine de l’automatisme, particulièrement dans l’instrumentation et la régulation pneumatique.

Cette période nous a permis aussi d’en savoir plus sur les procédés des différentes unités existantes dans le complexe,

Pour cela, ce chapitre est subdivisé en deux parties :

Dans la première partie nous allons voir des descriptions des différents procédés existants dans le complexe Cp1z.

La deuxième partie représente le système de contrôle et l’instrumentation de l’unité Méthanol y compris le système de sécurité Prosafe-RS de Yokogawa, et l’unité Formaldéhyde Et Formuée (Résines).

1.1 Présentation des procédés existants dans le Cp1z

1.1.1. Procédé de l’unité de méthanol

Le principal emploi du méthanol dans le monde est lié à la fabrication du Formol, lui-même matière première de base pour plusieurs produits chimiques (résines).

La synthèse du Méthanol se fait par réaction d’hydrogène sur l’oxyde de carbone ou l’acide carbonique. Ces gaz peuvent être obtenus par le Reforming à la vapeur du gaz naturel.

Le principe du reforming consiste à mélanger le gaz naturel d’alimentation désulfuré et chaud avec de la vapeur et en faisant réagir le mélange au-dessus d’un catalyseur convenable dans le four de reforming pour produire de l’hydrogène, du méthane, de l’oxyde de carbone et du gaz carbonique.

Ce gaz est connu sous le nom de gaz de synthèse, il est refroidi, et comprimé jusqu’à la pression requise pour la synthèse du méthanol, ensuite on fait circuler le gaz de synthèse dans la boucle de synthèse du méthanol puis le refroidir afin de condenser le méthanol brut formé.

Ce dernier est purifié par distillation afin d’enlever l’eau et les impuretés qui se forment comme sous-produit de la réaction de synthèse

Le procédé de fabrication de Méthanol est subdivisé en six sections:

  • Section 100 : Désulfuration du gaz naturel.
  • Section 200 : Reforming catalytique.
  • Section 300 : Refroidissement du gaz de synthèse.
  • Section 400 : Compression du gaz de synthèse.
  • Section 500 : Synthèse du méthanol brut.
  • Section 600 : Distillation.
  • Section 700 : production vapeur

1.1.2. Procédé de l’unite formaldéhyde et formurée (U100)

Le procédé de production se base sur l’oxydation catalytique du méthanol par l’oxygène de l’air. Le catalyseur utilisé (Fe/Mo) permet l’oxydation au premier stade pour les alcools primaires.

Le procédé de fabrication formaldéhyde et formurée se résume dans les points suivant:

  • Mélange air frais – gaz de recyclage ;
  • Evaporation du méthanol ;
  • Chauffage de mélange air – méthanol ;
  • Réaction (Le mélange air –méthanol) ;
  • Abattage du gaz pour la production en formaldéhyde (par l’eau déminéralisée) ;
  • Abattage du gaz pour la production en formurée (par une solution d’urée 55%).

1.1.3. Les utilités

Cette unité traite tous les fluides dont les autres unités de production ont besoin à savoir.

  • Unité 11 : Centrale Thermique
  • Unité 12 : déminéralisation d’eau (ED)
  • Unité 13 : Tour de Refroidissement (ER)
  • Unité 14 : Station Gaz
  • Unité 15 : Air Comprimé
  • Unité 17 : Azote
  • Unité 18 : Electricité

 

Mlle. Wafaà BENALI OUENZAR
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