La régulation est une chose particulièrement importante dans le domaine des procédés. C’est grâce à la finesse de celle-ci que la qualité du produit finale pourra être atteinte. La régulation fait intervenir des vannes de contrôle, des éléments de mesure, des armoires éléctriques.

Les mesures peuvent-être locales afin que l’opérateur ait une idée de ce qu’il se passe dans l’équipement, la ligne ou plus globalement dans l’unité. La pression, le débit, la température sont des valeurs qui peuvent être indiquées localement. Ces éléments sont donc noté PI, TI ou FI avec I pour Indicator alors que les valeurs P, T et F sont respectivement employées pour définir la Pression, la Tempéraure et le Débit (Flowrate). 

L’opérateur regardera ainsi un nonomètre pour la pression ou un thermomètre pour la température. La figure suivante représente un nanomètre :

 

Figure 2 : Pressure indicator

Note : Les nanomètre indiquent la plupart du temps des pressions en gauge. Il faut donc ajouter une Atm pour avoir la valeur de la pression en Absolue.

I.                  Les indicateurs

1.       Quand mettre des PI ou TI sur les installations ?

·                             PI

Il est important de mettre des PI en sortie d’équipements dont la pression change (compresseur, pompe).

·                             TI

La mesure d’une température peut-être utile pour les entrées et sorties des équipements qui utilisent une échange thermique tel que les échangeurs de chaleur , les compresseurs, les ballons qui « Flashent » beaucoup (grosse différence de pression impliquant un écart de température important).

·                              FI

Les FI peuvent prendre la forme de rotamètre ou alors de Flow Orifice (FO). Ces éléments ne peuvent être utilisés que lorsque le débit mesurée correspond à un liquide. Ainsi les FI peuvent être utiles pour connaître le débit d’une pompe ou le débit qui sera par la suite mélangée à une autre.

 

2.       Prix de genre d’instrumentation ?

Ces équipements ne sont pas très onéreux à l’achat. Il faut tout de même en mattre avec partimonie et entendement car très vite leur nombre peut devenir conséquent impliquant un coût important.

Enfin le prix des équipements est très souvent en fonction de la qualité de mesure recherchée. Plus l’indicateur doit-être fiable, plus son coût sera important. De plus, plus les conditions opératoires de fonctionement seront drastique, plus le coût à l’achat et d’entretien sera élévé.

Un nanomètre fonctionnant à 1 bara et 30°C n’a absolument pas le même coût qu’un nanomètre qui fonctionne à 100 bar et 200°C en milieu très acide !

II.               Les boucles de contrôles

Les boucles de contrôles sont des éléments essentiel au bon fonctionnement de l’unité process. Les boucles de contrôle comme nous l’avons vu ont besoin d’un élément de mesure, d’un signal pour transporter l’information sur l’élément. Toutes les boucles de régulation sont visible sur le tableau de contrôle de l’unité.

1.                   1.      Les types de boucles de contrôle

 

Il y a trois boucles différentes de contrôle :

-         - Feed back control

-         - Feed forward

-         - Feed back control et feed forward

Voici une boucle de régulation sur la température d'un réservoir.

 

Figure 3 : Régulation de la température d'un réservoir

La température de sortie du réservoir doit-être à une température précise. Cette température est fonction du débit de vapeur.

Une régulation de type Feed back correspondra à la figure 4, une régulation de type feed forward sera controlé comme la figure 5 tandis qu'un contrôle combiné correspond à la figure 6.

 

 

Figure 4: Feedback Control

 

 

Figure 5 : Feed Forward Control

 

 

Figure 6: Combined control

2.                  2.      Représentation des Feed back control

 

Les boucles les plus utilisées sont les boucles de type « Feed Back Control ». Elles sont utilisées pour les contrôles de niveau dans les ballons, dans les contrôle de débit des pompes, dans la gestion de l’échange thermique sur les échangeurs. Les figures suivantes montrent ce type de régulation.

 

Figure 7 : Contrôle de niveau d’un ballon

Figure 9 : Contrôle de température d’un échangeur

 

Ces exemples sont simples et il est parfois nécessaire de faire intervenir des fonctions qui permettent de faire intervenir plusieurs paramètres dans la régulation. 

Certaines boucles de régulation ont un rôle plus important que d’autre. Afin de vérifier la cohérence de toute l’unité il est parfois nécessaire de faire une schéma de type « programme » qui résume la « Philosophie » de toute la régulation. 

De façon plus pratique, toute les régulations avec leurs conséquences et actions sont répertoriées dans un document appelé ESD (Emergency Shutdown Diagram). C’est un tableau qui regroupe tous les capteurs (niveau, débit...) ainsi que toutes les vannes. Chaque informations émise par un capteurs donnera lieu à une action de la part d’une vanne par le biais d’une boucle de contrôle.

3.       Les cas de perte d’énergie

Les vannes peuvent s’ouvrir et se fermer plus souvent par le biais d’air comprimé ou d’éléctricité. Ainsi lorsque l’unité est en « Failure » (panne), les vannes peuvent être définies selon trois positions distincts selon le risque qu’elles minimisent.

Ces indications sont définies sous les vannes sur les PIDs. Les trois indications sont les suivantes :

-          « Fail Open » ou FO : Ces vannes seront ouvertes lors de la coupure d’alimentation (Air ou électrique)

-          « Fail Close » ou FC : Ces vannes seront fermées lors de la coupure d’alimentation (Air ou électrique)

-          « Fail Lack » ou FL : Ces vannes resteront à leur position juste avant la coupure d’alimentation (Air ou électrique)

 

 

Au cours de cet article il n’a pas été évoqué le dimensionnement des vannes, ni même les fonctions PID (Proportional, Integral , Dérivative). En effet, cet article ne sert qu’à donner une vision plus clair de la fonction et de la mise en place d’une boucle de contrôle. La régulation et les instrumentations font l’objet d’une discipline à part entière.

Néanmoins cet article est-il suffisant ou est-il nécéssaire d’en faire un autre pour compléter certains points ? Dites moi dans vos commentaires...

                J.M.