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1 ULB / ELEC 316 INSTRUMENTATION: APPLICATIONS INDUSTRIELLES MODULE 1 Année aca

1 ULB / ELEC 316 INSTRUMENTATION: APPLICATIONS INDUSTRIELLES MODULE 1 Année académique 2004-2005 ELEC 316 : Industrie ? • Une industrie fabrique des produits : usine • Industrie manufacturière : – produits (semi) finis – peu concernée par ce cours – Autre type de capteurs • Industrie du procédé : – Produit principalement du vrac – Mesure : F, T, P, L (et A) – Instrumentation = instruments de mesure de ces grandeurs (F,T,P,L) + moyens pour les régler ELEC 316 : Industrie du procédé? • Pétrole • Chimie • Pharmacie • Alimentaire • Sidérurgie • Energie • Traitement d’eau • …. ELEC 316 : Mission de l’usine • Fournir les produits – conformes aux spécifications (qualité et coût) – conformes aux quantités attendues – dans les délais – en assurant la sécurité des travailleurs – en respectant l’environnement et la communauté • L’instrumentation participe activement à ces différentes missions 2 ELEC 316 : Activités de l’industrie • Exploiter une ligne de production – Produire – Maintenir – Améliorer • Concevoir de nouveaux produits – Recherche & Développement • Concevoir une ligne de production – Engineering (bureau d’étude) = spécifier, choisir et installer. ELEC 316 : Plan du cours • Ce cours d’instrumentation traitera donc des instruments de mesure (capteur/transmetteur) et des actionneurs installés dans les usines des industries du procédé • L’approche sera « engineering » : conception, spécification et sélection de l’instrumentation en fonction d’un « cahier des charges » industriel • Cette approche « engineering » sera illustrée lors des travaux pratiques ELEC 316 : Plan du cours • Module 1 – Introduction et critères de choix d’un instrument industriel • Module 2 – Type de capteurs et mesure de la pression • Module 3 – mesure du niveau et mesure de la température • Module 4 – mesure du débit • Modules 5 – vannes de contrôle et actionneurs • Module 6 –la chaîne de mesure et les technologies émergentes ELEC 316 : Plan du cours • Chaque module sera composé d’exposés « théoriques » et de travaux pratiques • Les travaux pratiques sont basés sur une (partie) unité chimique réelle et forment un tout qui constitue le « dossier d’engineering » de l’instrumentation de cette unité. • Ce dossier sera distribué progressivement au fil des modules. • Les exposés « théoriques » sont basés sur les références suivantes 3 ELEC 316 : Plan du cours - Références • José BOLAND : cours ULB/ELEC 316 • Michel GROUT : Instrumentation industrielle (Dunod) • Georges ASCH : Les capteurs en instrumentation industrielle (Dunod) • Michel CERR : Instrumentation industrielle (vol 1 et 2) • Alan MORRIS : Measurement & Instrumentation Principles • John BENTLEY : Principles of Measurement Systems • Bela LIPTAK : Instrument Engineers Handbook ELEC 316 : Plan du cours • Revenons maintenant à notre usine • Qu’est-ce qu’une ligne de production ? • Prenons une analogie. Qui sait faire des frites ? ELEC 316 : ligne de production • Processus et procédé : Process • Norme ISA SP 88 ( procédé batch) – Modèle physique : matériel – Modèle procédural : opérations et régulations • Process = association d’une opération à un matériel (de l’élémentaire au complexe) • Modèle procédural = souvent descriptif • Comment représenter le modèle physique ? ELEC 316 :Modèle physique = P&ID • Process and Instrumentation Diagram • En Français : schémas Tuyauterie & Instruments • En fait, on symbolise : – Les appareils process : réacteurs, colonnes, échangeurs, réservoirs, pompes, compresseurs … – Les lignes de tuyauteries : piping class – Les équipements nécessaires au contrôle du procédé (instruments, régulateurs, vannes…) : Norme ISA S5.1 4 ELEC 316 : P&ID et Piping Class • Chaque ligne de tuyauterie est définie par – le fluide transporté – le diamètre de la tuyauterie (fonction de la vitesse du fluide) – un numéro d’ordre – une «Piping Class » • La Piping Class est associée au(x) fluides(s) : – Corrosion et érosion – Contraintes mécaniques (pression et température) ELEC 316 : P&ID et Piping Class • La Piping Class définit : – Les matériaux (Acier carbone, inox, aciers spéciaux, plastiques, revêtements spéciaux …) – Les surépaisseurs de corrosion. – Les vannes manuelles – Les conditions d’épreuves et procédures de contrôle • Une Piping Class peut servir à plusieurs fluides • La Piping Class standardise – Les éléments de tuyauteries (tuyaux, brides, accessoires) pour répondre aux conditions de pression et de température (design conditions) ELEC 316 : Conditions de services et Conditions d’études (design) • Conditions de services – définies pour faire fonctionner/dimensionner le procédé – Valeurs nominales – Valeurs minimum et maximum • Design Conditions (d’études) – Définies pour garantir la résistance mécanique de l’installation • Design conditions > Service conditions ELEC 316 : Design Conditions • En pratique : • Design pressure souvent fixée par le tarage d’une soupape @ p maxi + x % • Design temperature souvent T maxi + 30° C • La surépaisseur de corrosion n’intervient pas dans le calcul de la résistance mécanique 5 ELEC 316 : P&ID et ISA S5.1 Standardisation : • du repérage des instruments – par leur fonction • de la symbolisation des instruments – par leur technologie – par leur localisation • de la représentation des transmissions – par technologie : pneumatique, analogique, digitale ELEC 316 : P&ID et ISA S5.1 • Repérage des instruments ELEC 316 : P&ID et ISA S5.1 • Symbolisation des instruments ELEC 316 : P&ID et ISA S5.1 • Lignes de transmission 6 ELEC 316 : P&ID et ISA S5.1 • Exemples ELEC 316 : Comment choisir un instrument? • Performance métrologique : – Principalement : précision et stabilité Nous y reviendrons ultérieurement • Adaptation au procédé : – Service conditions – Design conditions • Adaptations à l’environnement – Climatique – Industriel et réglementaire ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire • Poussières et humidité : code IPxy – X = protection contre la pénétration de corps solides • 1 =diamètre > 50 mm (dos de la main) • 5 = protégé contre la poussière • 6 = étanche à la poussière – Y = protection contre la pénétration de l’eau • 1 = gouttes d’eau verticales • 5 = projection à la lance • 8 = immersion prolongée • En pratique IP55 (ou 54) est conseillé pour une installation extérieure • Code NEMA (US) : NEMA3=IP54; NEMA4=IP56 ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire • Atmosphères Explosives ATEX – Directive 94/9/CE définit la responsabilité des fournisseurs d’équipements : • Certification des matériels électriques et MECANIQUE. • Marquage CE. – Directives 1999/92/CE définit la responsabilité des utilisateurs d’équipements : • Délimiter les zones dangereuses • Installer du matériels conforme pour la zone • Réaliser une étude de risques pour s’assurer que toutes les dispositions garantissant la sécurité du personnel ont été prises 7 ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire Définition des zones dangereuses : Gaz et Poussières • Mélange à la pression atmosphérique • Zone 0 (gaz) et 20 (poussière) : atmosphère explosive présente en permanence ou fréquemment (plus de 1000h/an). Ex: ciel gazeux d’un réservoir de stockage • Zone 1 (gaz) et 21 (poussière) : atmosphère explosive présente occasionnellement en fonctionnement normal Ex: mise à l’air d’une soupape de sécurité • Zone 2 (gaz) et 22 (poussière) : atmosphère explosive pas présente en fonctionnement normal ou de courte durée Ex: autour d’une zone 0 ou 1 ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire Principe de la protection en zone explosive : std aucun permanent jamais - 3 normal occasionnel rare 2-22 2 Rare rare occasionnel 1-21 exceptionnel Défaut à éliminer 1 jamais permanent 0-20 Cat Présence point chaud Présence Atex Zone ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire Protection en zones explosives : • Zone 0 ou 20 :appareils de catégorie 1 • Zone 1 ou 21 :appareils de catégorie 1 ou 2 • Zone 2 ou 22 :appareils de catégorie 1, 2 ou 3 De plus il faut spécifier le groupe du gaz et sa classe de température ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire • Groupe de Gaz I = méthane IIA = propane IIB = éthylène IIC = hydrogène • Classe de température T1 = 460° C T2 = 300° C T4 = 135° C T6 = 85° C • En pratique : souvent IIBT4 • Marquage : CE … Ex II 1G EEx d IIC T6 8 ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire Equivalence Europe – US Division 2 Zone 2 Division 1 Zone 0 et 1 Zones Class III Fibres Class II Poussières Class I A ou B C D Groupe II IIC IIB IIA Groupe I Gaz ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire Compatibilité électromagnétique (CEM) Depuis 1996 une Directive européenne 89/336/CEE exige que les appareils respectent les exigences minimales en matière : – d’immunité – d’émission => Certification et Marquage CE ELEC 316 : Environnement industriel et réglementaire Directive des Equipements sous Pression (PED) Depuis 2000 une Directive européenne 97/23/CEE exige que les appareils respectent uploads/Industriel/ ulbmod-1-a.pdf