mr. kanoune zak

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministre de l'enseignement suprieur et de la

Recherche scientifique.

UNIVERSITE M'HAMED BOUGARA BOUMERDES Facult des Hydrocarbures Et De La Chimie. Dpartement Automatisation

MEMOIRE DE FIN DETUDES POUR LOBTENTION DU DIPLOME DINGENIEUR DETAT

Option : Commande des procds industriels.

THEME : Modlisation squentiel et conception dune solution de supervision de la squence de lancement du turbocompresseur de la station Boosting de SONATRACH HASSI RMEL

Prsent par : Suivi par : Mr. KANOUNE ZAKI Dr. CHAIB AHMED Mr. KHICHANE LYES Propos par : Mr. ELHAOURI

Anne universitaire 2012/2013

Remerciements Nous tenons tout dabord remercier dieux pour

tous le courage quil nous a donn afin quon

puisse arriver terme de nos tudes, et raliser ce

projet de fin dtude avec succs.

Nous exprimons notre gratitude, notre grand

respect et nos sincres reconnaissances Mr

YAHIAOUI.

Nous tenons aussi remercier notre promoteur Mr

CHAIB AHMED pour son encadrement et ses

conseils.

Nos profondes salutations et remerciements vont

aussi tous le staff de SONATRACH Hassi

Rmel et les travailleurs de la station de

compression du gaz Boosting, qui nous ont ouvert

leurs portes et donner lopportunit de raliser ce

projet et plus particulirement Mr

ELHOUARI, Mr BALLI, Mr DJALLAL

et tous ceux qui nous ont aid de prt ou de loin

durant notre stage pratique.

Nous invitons les membres de jury avec un norme

respect bien vouloir juger notre prsent travail,

En esprons quils le trouvent correspondant

leurs attentes avec nos sincres remerciements.

Ddicace

Je ddie ce modeste travail celle qui ma donn la vie, le symbole de tendresse ;

qui sest sacrifie pour mon bonheur et ma russite, ma mre.

A mon pre, cole de mon enfance, qui a t mon ombre durant toutes les annes

dtudes, et qui a veill tout au long de ma vie mencourager, me donner

laide et me protger.

A mes grands-parents.

Que dieux les gardes et les protge.

A ma sur et mon frre.

A tous mes amie0.

A tous mes cousins.

A tous ceux qui me sont chres.

LYES

Ddicace

Je ddie ce modeste travail celle qui ma donn la vie, le symbole de tendresse ;

qui sest sacrifie pour mon bonheur et ma russite, ma mre.

A mon pre, cole de mon enfance, qui a t mon ombre durant toutes les annes

dtudes, et qui a veill tout au long de ma vie mencourager, me donner

laide et me protger.

Que dieux les gardes et les protge.

A mes surs et toute ma famille.

A tous mes amie0 avec qui jai eu la chance de partag des moments uniques et

formidables qui seront gravs jamais dans ma mmoire.

A tous ceux qui me sont chres.

ZAKI

SOMMAIRE

FHC /13

INTRODUCTION GENERALE..1

CHAPITRE I : localisation et description de la station SBC

I.1. Localisation de la station Boosting (SBC).2

I.1.1 Situation gographique et climat de Hassi Rmel2

I.1.2 Historique de Hassi Rmel...3

I.1.3 Reprsentation des secteurs de Hassi Rmel4

I.1.4 Organisation de la direction rgionale de HR..6

I.2. Description de la station Boosting (SBC)..8

I.2.1 Dfinition..8

I.2.2 Diffrentes parties de la station Boosting.9

I.3Conclusion......10

CHAPITRE II : Description du turbocompresseur.

II.1 Introduction.11

II.2 Compresseur centrifuge...11

II.2.1 Dfinition..11

II.2.2 Les composants principaux du compresseur centrifuge...11

II.2.3 Principe de fonctionnement du compresseur centrifuge...12

II.2.4 Pompage.12

II.3 Multiplicateur....13

II.4 Turbine gaz.13

II.4.1 Dfinition ......13

II.4.2 Turbine gaz MS 500B...14

II.4.2.1 Prsentation de la turbine gaz type MS 5002B..14

II.4.2.2 Principe de fonctionnement................................................................15

II.4.2.3 Les diffrentes sections principales de la turbine gaz MS 5002..16

II.5 Auxiliaire du turbo compresseur.....20

II.5.1 Turbine de lancement.......20

II.5.2 Rducteur des auxiliaires..20

II.5.3 circuit dhuile de lubrification (graissage)....20

II.5.4 Systme dhuile dtanchit....21

SOMMAIRE

FHC /13

II.5.5 Systme dair dtanchit et de refroidissement..21

II.6 Instrumentation.....21

II.7Conclusion.....22

CHAPITRE III : Prsentation du systme de contrle MARCK VI.

III.1 Introduction ....23

III.2. Dfinition et rle du systme Mark VI (SPEEDTRONIC)23

III.3 Architecture du systme..24

III.3.1 Armoire de rgulation...24

III.3.2 Armoire dE/S...25

III.3.3 Unit dinterconnexion de donnes entre MARK VI et HMI .25

III.3.4 Interface homme/Machine HMI....25

III.3.5 Connexion au systme de commande distribue (DCS) ................26

III.4 Boite outils Toolbox......27

III.4.1 dfinition...........27

III.4.2 Espace de travail...........27

III.4.3 Privilge et mot de passe..........28

III.4.4 Code dapplication.28

III.5.Etapes suivre pour accder un programme du turbocompresseur......30

III.6.Conclusion .......33

CHAPITRE IV : Squence de lancement de la turbine et son tude en tool box

IV.1 Etude de la squence dmarrage..34

IV.1.1 Introduction34

IV.1.2Condition de contrle.......................34

IV.1.2.1Vrification des conditions de contrle ....34

IV.1.2.2 prparation de la turbine pour lancement..34

IV1.3 Squence de lancement...35

IV.1.3.1 Phase de dmarrage....35

IV1.3.2 Phase dallumage.35

IV1.3.3 Phase dacclration....37

SOMMAIRE

FHC /13

IV1.3.4 La mise en charge de la machine....37

IV.2 Etude de la squence de lancement programme en TOOLBOX...38

IV.2.1 Introduction ...38

IV.2.2 Dfinition des blocs....42

IV.2.3 Signaux de commande de combustible (FSR) de la squence

de dmarrage..46

IV2.3.1 FSRSU..47

IV.2.3.2 FSRACC..50

IV.2.3.3 FSRN...53

IV.2.3.4 Visualisation des variations des FSRSU, FSRACC et FSRN

durant la squence de dmarrage en fonction du temps..54

IV.2.3.5 Squence de dmarrage........55

IV.3Conclusion.......................................................................................................................59

CHAPITRE V : Modlisation De La Squence Dmarrage

V.1:Introduction60

V.2 : Description du logiciel STEP760

V.2.1Gestionnaire de projets SIMATIC Manager...60

V.2.2Editeur de programme et les langages de programmation ....60

V.2.3 Paramtrage de linterface PG-PC.....61

V.2.4 Le simulateur des programmes PLCSIM ........................61

V.3 Stratgie pour la conception dune structure programme complte et optimise 62

V.4 Modlisation de processus par grafcet..63

V.4.1 Introduction....63

V.4.2 Outil de modlisation GRAFCET..63

V.4.3 Symbolisation du GRAFCET ...63

V.5 Ralisation du programme de la squence de dmarrage de la

Turbine MS 5002 ....64

V.5.1 Cration du projet dans SIMATIC Manager ..64

II-SEMATIC WINCC82

Conclusion.....86

SOMMAIRE

FHC /13

Conclusion gnrale.....87

ANNEXE ..........88

Bibliographie........90

Introduction gnrale

FHC/13 Page 1

Sonatrach bnficie, aujourdhui, dune longue exprience dans lexercice de tous les mtiers de lindustrie du ptrole et du gaz, dune forte capacit intgrer les nouvelles technologies, dune prsence prouve et fiable sur les marchs internationaux des hydrocarbures liquides et gazeux, ainsi que dune riche exprience de partenariat avec des compagnies internationales leaders.

Sonatrach a fait, de cette notorit acquise, le choix daller conqurir des positions dans le monde et de chercher crer de la valeur aussi bien en Algrie qu ltranger (Afrique, Asie, Europe).

Le cur du mtier du groupe Sonatrach est constitu par la recherche, lexploration et lexploitation des gisements dhydrocarbures.

Dans cette mme perspective, le groupe poursuit ses efforts de recrutement, au

sein des universits notamment, dans le but de dvelopper le champ de comptence de son

capital humain.

Laugmentation de la productivit, lamlioration de la qualit et la mondialisation de la comptition sans oublier le souci de la protection de lenvironnement ont ncessit une volution dans le secteur des quipements de contrle des procds au sein de

lindustrie. Sonatrach consacre dimportants moyens la formation de ses 120 000 employs dans le but dadapter en permanence leur formation et leur maitrise des nouvelles techniques de contrle des systmes, tel que les dernires versions des automates programmables comme

le MARCK VI qui est la sixime version du systme de contrle et de protection des turbines

SPEEDTRONIC. [2]

Le turbocompresseur fait partie de lquipement des stations de Sonatrach. Cest une turbine bi-arbre accouple un compresseur de gaz. Il est contrl par lautomate programmable MARCK VI travers sa Boite outils Toolbox qui est un logiciel bas sur un

Microprocesseur. Linconvnient de ce logiciel est labsence dun simulateur qui permet de simuler des solutions programmables proposes par les ingnieurs pour modifier ou amliorer

le droulement des diffrentes squences. Pour cela en a modlis la squence de dmarrage

par GRAFCET quon a valid en la simulant en STEP7 et en concevant des interfaces homme/machine laide du WINCC.

Notre travail est divis en 5 chapitres. Le premier dcrit et localise dune manire gnrale le champ de Hassi Rmel et la station de compression de gaz Boosting. Le second consiste en ltude et la description du turbocompresseur. Le troisime consiste en la prsentation du systme de contrle MARCK VI. Le quatrime se propose dtudier la Squence de lancement de la turbine et dexpliquer sa programmation en Toolbox. Le cinquime chapitre prsente une Modlisation du processus par Grafcet ainsi que sa

simulation avec WINCC.

CHAPITRE I Localisation et description de la station SBC

FHC/13 Page 2

I.1 .Localisation de la station Boosting (SBC)

I.1.1 Situation gographique et climat de HASSI RMEL [1]

A une distance de 550Km de la capitale et 120 Km de la Wilaya de Laghouat,

sur une altitude denviron 755m, se situe la Dara de Hassi RMel. Le paysage est constitu

dun vaste plateau rocailleux, avec un climat sec et une faible pluviomtrie (180 mm par an)

et une humidit moyenne de 20% en t et de 34% en hiver. Les tempratures Hassi RMel

varient entre 5 et 45C. La rgion est domine par des vents violents qui soulvent le sable

jusqu 110Km daltitude et rduisent la visibilit 15 m.

Figure I. 1 : Situation gographique de la rgion de Hassi RMel. [1]

Le gisement de Hassi R'Mel est lun des plus grands gisements de gaz lchelle

mondiale. Il a une forme dellipse qui stale sur plus de 3500 km2, 70km du Nord au Sud et

50km dEst en Ouest, il se situe une profondeur de 2200m, sa capacit est de lordre de

3000 milliards mtres cubes rcuprables.

Le gisement de Hassi R'Mel contient les lments suivants :

Gaz naturel

Gaz de ptrole liqufi GPL (cest un gaz sous forme liquide)

Condensat Gazoline Liquide


FHC/13 Page 3

Cette richesse naturelle est convoite par plusieurs entreprises nationales et

trangres pour tirer profit de son exploitation et faire des plans dinvestissement tel que

SONATRACH, SONELGAZ, ENGTP, GENERAL ELECTRIC, NOUVO PIGNONE, JGC

etc.

I.1.2. Historique de Hassi Rmel. [1]

Les rserves importantes rvles par le gisement dcouvert, constituent le socle de

lconomie nationale et placent le pays parmi les 4 plus importants producteurs gaziers dans

le monde. Notons galement que le gisement de Hassi RMel est cern par un anneau dhuile

plaant le champ parmi les plus importants producteurs du sud du pays.

Trois tapes importantes ont marqu le dveloppement du champ de Hassi RMel

Premire tape :

La Ralisation dune petite unit de traitement de gaz de 1,3 milliards de m3 par an,

a eu lieu en 1961. Celle-ci a concid avec la construction de la premire usine de liqufaction

de gaz .En 1969 cette capacit a t porte 4 milliards de m3 par an.

Deuxime tape :

La capacit de traitement du champ de Hassi RMel, aprs la nationalisation des

hydrocarbures en 1971, a atteint 14 milliards de m3 par an.

Troisime tape :

Cette priode a permis de concrtiser un plan de dveloppement important qui a

permis au champ dtre en mesure de rpondre aux besoins nergtiques du pays ainsi quaux

besoins de nos clients. Ce plan a permis galement de doter Hassi RMel dun modle

dexploitation et de pouvoir optimiser la rcupration de diffrents produits.

2003 : Ralisation du projet Boosting qui visait augmenter la pression d'entre des

modules dans le but de maximiser la rcupration des liquides.

Actuellement la capacit totale de traitement est de 98 milliards m3 par an.

La ralisation de ces objectifs a ncessit la mise en uvre de :

-1- Quatre usines de traitement de gaz de capacit nominale unitaire de 20.109

m3/an

de gaz sec nommes modules (I-II -III IV).


FHC/13 Page 4

-2- Deux stations de rinjections de gaz de capacit nominale unitaire de 30

milliards de m3/an de gaz sec (station nord et sud).

-3- Un centre de stockage et de transfert du condenst et du GPL (CSTF) avec une

capacit de 80 000 m3

de GPL et 285 000 m3 de condenst.

-4- Pose dun rseau de collecte de plus de 2 000 Km.

-5- Construction dun rseau routier de plus de 400 Km pour desservir les puits et

les installations de surface.

Paralllement ce mode de transport, lAlgrie a pu transporter son gaz par des

gazoducs reliant directement Hassi Rmel lEurope, cest ainsi quelle exploite actuellement

le fameux gazoduc transmditerranen qui relie lAlgrie lItalie et la Slovnie via la

Tunisie.

I.1.3. Reprsentation des secteurs de Hassi Rmel. [1]

Le plan densemble des installations gazires implantes sur le champ de Hassi

Rmel est labor de faon avoir une exploitation rationnelle du gisement et pouvoir

rcuprer le maximum de liquide.

Les installations mises en uvre sont comme suit :

Zone Nord :

01 Module traitement gaz MPP 3. Puits producteurs

01 Station Boosting nord SBN.

01 Station compression nord SCN. Puits injecteurs

Zone Centre :

03 Modules traitement gaz 0, 1, 4. Puits producteurs

01 Unit Commune au module 0 et 1

01 Station Boosting centre SBC


FHC/13 Page 5

01 Station rcupration gaz associs SRGA

01 Centre de stockage et transfert CSTF

Zone sud:

01 Module traitement gaz MPP 2. Puits producteurs

01 Station Boosting sud SBS

01 Station compression sud SCS. Puits injecteurs

01 Unit traitement gaz - Djebel bissa. Puits producteurs et puits injecteurs

01 Unit traitement gaz - HR Sud. Puits producteurs et puits injecteurs

Figure I.2-SHEMA DU PROCESSUS INDUSTRIEL A HASSI RMEL. [1]


FHC/13 Page 6

Figure I.3 : Le champ gazier de Hassi RMel. [1]

I.1.4 Organisation de la direction rgionale de HR : [1]

Direction rgionale :

Le dveloppement et lexploitation des hydrocarbures sont les objectifs principaux

viss par la direction rgionale afin de rpondre son plan de change convenablement.

Missions et taches des structures :

- secrtariat rgional

- assistante au directeur rgional.

Division approvisionnement :

Elle a pour but lapprovisionnement ; le dveloppement et la mise en disposition

des mariales, de lquipement, outillage de construction et de gros engins.

Direction technique :

Elle a comme mission la planification, le dveloppement, lorganisation et la mise

en uvre dune capacit de construction ptrolire rpondant aux besoins de dveloppement

du champ de HR


FHC/13 Page 7

Direction engineering et production :

Elle a pour but la planification du dveloppement, lorganisation et la mise uvre

des services techniques oprationnels et dintervention sur toutes les installations des puits et

le centre de traitement dhuile (CHT).

Direction dexploitation :

Sa tche principale est la ralisation des programmes de production, de traitement

et dinjection des hydrocarbures tablies par la rgion.

Direction maintenance :

Elle a pour but la planification de dveloppement, lorganisation et la mise en

uvre des rserves de maintenance ptrolire lie aux besoins actuels et futurs de la rgion

dans diffrentes activits : mcanique, lectromcanique, lectricit et instrumentation.

Direction logistique :

Elle a pour objectif la ralisation des travaux non ptroliers et de gnie civil,

lentretien de tous les locaux et logement, lectricit btiment, plomberie et menuisier.

Division de scurit :

Le contrle, lorganisation, et le maintien dun niveau de scurit sont les

principales taches de la division.

Division informatique :

Elle a pour objectif la gestion, le dveloppement et la maintenance de loutil

informatique dans toutes les rgions.

Division intendance

Elle est responsable de la prestation de services de restauration, lhbergement et

la gestion du patrimoine.

Division finances

Elle soccupe de la prestation de service de trsorerie et comptabilit gnrale.

Division Ressources Humaines et Moyens :

Lorganisation et le contrle de lactivit des rgions au niveau du recrutement,

formation et gestion de personnels, prestations sociales, activit culturelle et administration

gnrale.


FHC/13 Page 8

Figure I.4-Organigramme administratif. [1]

I.2. Description de la station SBC (Boosting)

I.2.1.Dfinition

Cest une unit de refoulement de gaz. Elle fait augmenter la pression et garde le

dbit du gisement dalimentation des modules (0,1 et 4).

Boosting vient dun mot anglais (to boost) qui signifie amplifier en langue franaise. Alors

Boosting est associ comme amplificateur (amplification).

Pourquoi la cration de lunit Boosting ?

Avant la cration de lunit, les modules (0, 1 et 4) sont aliments par des puits

indpendants avec une pression de gisement des modules qui est suprieure 100 kg/cm2.

Lusage abusif des puits a fait que la pression diminue pour atteindre la contrainte

minimale, qui est devenue un problme pour la production. [1]

De ce fait, aprs des tudes, il a t suggr :

Direction rgionale

Assistance Procd

Direction

Eng/Product

Eng/product

Direction

Logistique

Logistique

Direction

Exploitation

Exploitation

Direction

Maintenance

Maintenance

Direction

Technique

Technique

Direction Oud

Noumer

Division

Informatiqu

e

Informatiqu

e

Division

Scurit

Scurit

Division

Intendance

Intendance

Division

Finances

Finances

Division

RHM

Division

Appro

Appro


FHC/13 Page 9

-la premire est de diminuer la production.

-la seconde est de crer une station de refoulement.

La production joue un grand rle sur les finances, alors pas question dopter pour

la premire solution. Donc la cration de lunit est prioritaire afin de maintenir la production.

Le dbit dalimentation des modules est de 150 millions m3/jour :

module 0 : 30millions m3/jour.

module 1 : 60 millions m3/jour.

module 4 : 60 millions m3/jour.

I.2.2. Diffrentes sections du Boosting

Section manifold : elle soccupe de faire la collecte des gisements des puits (lunit

Boosting est ressource par 92puits).

Section utilit : regroupe les besoins de la station tels que :

Aire de service (vanne, vrin),

Aire dentretien (nettoyage),

Azote (gaz inerte),

Huile (alimente le turbo compresseur),

Eau (nettoyage),

Buffer gaz (compresseur piston double effets) : il contribue au schage du gaz

laide dun gaz pure (GPL).

Section rseau torche : cest une section qui collecte toutes les sorties de scurit dans un

Ballon, qui son tour, sparera le condensat et leau du gaz. Le condensat est renvoy aux six

modules, leau sera traite avant dtre relche dans la nature. Les huiles et le condensat

soutirs dans le traitement des eaux sont envoys dans les bourbons pour tre brls et le gaz

sera orient dans les torches afin dtre brul. Section turbo compresseur : cest un ensemble

de dispositif qui fait augmenter la pression, compos de trois parties essentielles :

Partie auxiliaire

Partie turbine

Partie charge.

Section Supervision : tous les systmes de contrle disponibles SHDP HRM sont

numriques. Parmi ces systmes, on trouve :

1- DCS : cest un systme de contrle des procds, dans lequel les lments rgulateurs ne

sont pas centraliss mais distribus, avec chaque systme sous le contrle dun ou plusieurs

rgulateurs. Les lments du systme peuvent tre connects au rseau pour assurer les

fonctions de communication, de conduite, de surveillance et de contrle des quipements


FHC/13 Page 10

distribus avec ou sans lintervention dun oprateur humain distance. [3]

Le DCS est constitu de plusieurs sous systmes :

Les dispositions dentres/sorties

Les contrleurs individuels (PLC rgulateurs)

Les interfaces oprateurs (cran, souris, clavier)

La station de travail ingnieur

Le rseau de communication (bus) pour lchange des informations

2-Mark5 et Mark6 : pour la commande et contrle des turbines.

Figure I.5- schma de principe du boosting. [1]

I.3Conclusion

Notre prsence sur le terrain nous a permis de collecter toutes les informations

concernant lorganisation de la socit et le fonctionnement du processus. Ce dernier

possde une machine dynamique indispensable dans la production, appele

Turbocompresseur qui fait lobjet de notre travail.

BOOSTING HR SCHEMA DE PRINCIPEBOOSTING HR SCHEMA DE PRINCIPE

CAS " RE-CONTACT "

MPP EXISTANTSTATION DE BOOSTING

Vers sparateur

froid

Sparateur

d'entre

Vers section de

Fractionnement

( MPP 0, 1, 2, 3 & 4 )

Diffuseur

Gaz

d'a

limen

tation

P- 901

Pompe de

condensat

Ballon d'entre

Ballon

tampon

Compresseur

E- 901

D- 901

D-9

02D

-902

K-901

Aro Aro

D-901

CHAPITRE II Description du turbocompresseur

FHC/13 Page 11

II.1 Introduction

Un turbocompresseur est compos essentiellement de deux parties diffrentes; une

turbine gaz et un compresseur centrifuge, qui est reli la turbine par son axe travers un

multiplicateur de vitesse. Le domaine dutilisation des compresseurs est vaste. Ils sont utiliss dans les usines de ptrochimie, les raffineries, les stations de compression et de distribution

du gaz, les units de GNL (gaz naturel liqufi) [3].

II.2 Compresseur centrifuge

II.2.1 Dfinition

Le compresseur centrifuge est une machine dynamique coulement continu de

fluide. Des roues solidaires larbre fournissent de lnergie ce dernier. Une partie de cette nergie est transforme en augmentant la pression directement dans les roues, le reste dans le

stator, c..d. dans les diffuseurs [3].

Nous rappelons que les 2 tages de compression du gaz sont raliss avec deux

compresseurs centrifuges BCL 405/a et c du type barrel pour hautes pressions.

La signification des symboles du code des compresseurs est la suivante [3] :

B : Type "barrel".

C : Ferm.

L : Diffuseurs "libres ".

40: 40 cm de diamtre des roues du rotor.

5 : 5 roues.

A : code de la pression dtude de la caisse a =200 bars pour le 1er

tage.

C : code de la pression dtude de la caisse a =500 bars pour le 2me

tage.

II.2.2 Les composants principaux du compresseur centrifuge :

Le compresseur centrifuge est constitu par :(voir figure II.1) un corps extrieur

contenant la partie du stator dite ensemble de diaphragmes (B) o est introduit un rotor form

par larbre (C), une ou plusieurs roues (D), le piston dquilibrage (E) et le collet (F) du palier

de bute. Le rotor entran par la machine motrice moyennant le noyau (G) tourne sur les

paliers porteurs (H) et est gard dans sa position axiale par le palier de bute (I). Des

dispositifs dtanchit labyrinthe (L) et, si ncessaire, des tanchits huile dextrmit

agissent sur le rotor [3].


FHC/13 Page 12

Figure II.1 : Coupe longitudinale dun compresseur centrifuge [1].

II.2.3 Principe de fonctionnement du compresseur centrifuge :

Le gaz est aspir par le compresseur et entre dans une chambre annulaire (volute

daspiration), puis il se dirige vers la premire roue. La roue pousse le gaz vers le

priphrique en augmentant sa vitesse et sa pression.

A la sortie de la roue, le gaz parcourt une chambre circulaire (diffuseur) o la

vitesse est rduite et la pression augmente. Puis il est aspir par la deuxime roue travers un

canal de retour. Arriv la sortie de la dernire roue, le gaz est refoul une grande pression

travers une chambre annulaire (volute de refoulement) qui lenvoie la bride de refoulement

[3].

II.2.4 Pompage

Le pompage est un phnomne li aux compresseurs, Il constitue un point trs

important surveiller de la part de lexploitant. Les conditions de fonctionnement o lallure

du compresseur devient instable avec de brusques variations de pressions entranant de fortes

vibrations du rotor sont susceptibles de provoquer des frottements sur les parties fixes et

dendommager ainsi la machine. Les dommages mcaniques pouvant en rsulter sur

lquipement (compresseur et tuyauteries) sont les suivants :


FHC/13 Page 13

Risques de dtrioration des coussinets, des paliers de bute et des tanchits lhuile.

Efforts anormaux et alternes sur les conduites.

Bruits excessifs et chauffement interne du compresseur.

Pour prvenir ces phnomnes de pompages, les compresseurs sont quips dun systme

automatique de rgulation du dbit quon appelle circuit anti-pompage.

II.3 Multiplicateur

Le multiplicateur interpos entre la turbine et le compresseur centrifuge est du

type GB-47 avec axes parallles construit par MAAG (voir figure II.2) [4]. Il est identique

pour tous les turbocompresseurs de la station et il prsente les caractristiques suivantes [4] :

Type : GB 47.

Puissance : 33550 CV.

Vitesse de larbre lent : 4670 tours/min.

Vitesse de larbre rapide : 10323 tours/min.

Figure II.2: Multiplicateur MAAG

II.4 Turbine gaz

II.4.1 Dfinition

Une turbine gaz est une machine motrice mouvement rotatif et combustion

interne. Du fait quelle est munie dun compresseur dair et des chambres de combustion, elle est en mesure de produire un fluide sous pression une temprature leve, qui se dtend

dans les tages de la turbine fournissant une nergie mcanique pour entraner une machine

rceptrice. Leur grande importance dans les processus de conversion dnergie peut tre appuye par la diversit de leur application qui stend sur diffrents domaines. Le choix des turbines gaz pour ses utilisations varies a t fond en priorit sur leur souplesse demploi, leur fiabilit et leur facilit de maintenance face leurs concurrents traditionnels, turbines

vapeur et moteurs alternatifs [3]. Du Point de vue mode de construction, on distingue deux

types de turbine gaz :


FHC/13 Page 14

A-Turbine mono-arbre :

Le compresseur et les sections de la turbine sont monts sur un mme arbre ce qui

permet de tourner la mme vitesse. Ce type est utilis pour les applications qui nont pas besoin des variations de vitesse telle que lentranement des gnratrices pour la production de llectricit.

Figure II.3: Schma de la turbine un seul arbre

B-Turbine bi-arbre :

Contrairement la turbine gaz, un seul arbre. Les deux sections de turbine ne

sont pas relies mcaniquement ce qui leur permet de tourner des vitesses diffrentes. Ce

type est utilis dans les applications qui demandent une large variation de vitesse telle que

lentranement des compresseurs.

Figure II.4: Schma de la turbine bi-arbre

II.4.2 Turbine gaz MS 5002B

II.4.2.1 Prsentation de la turbine gaz de type MS 5002B

La turbine gaz MS 5002B NUOVO-PIGNONE est une turbine dentranement

deux arbres qui fonctionne suivant un cycle simple. Elle est employe pour entraner un

compresseur centrifuge. La portion dune turbine gaz pour entranement mcanique est la

partie dans laquelle le fuel et lair sont utiliss pour produire une puissance sur larbre. Cette

turbine possde deux roues de turbine indpendantes mcaniquement. La roue de turbine du

premier tage haute pression, entrane le rotor du compresseur dair, du type axial seize

tages, et larbre entranant les accessoires (pompes de lubrification et hydraulique). La roue

de la turbine du second tage, ou tage basse pression, entrane la charge (compresseur

centrifuge). Les deux roues de la turbine ne sont pas lies afin de leur permettre de tourner


FHC/13 Page 15

des vitesses diffrentes pour sadapter aux variations de charge. Ce modle de turbine

implant au niveau de Hassi Rmel fonctionne au gaz naturel [3].

II.4.2.2 Principe de fonctionnement :

Une turbine gaz fonctionne de la faon suivante:

elle extrait de lair du milieu environnant.

elle le comprime une pression plus leve.

elle augmente le niveau dnergie de l'air comprim en ajoutant et en brlant le combustible

dans une chambre de combustion.

elle achemine l'air pression et temprature leve vers la section de la turbine, qui

convertit l'nergie thermique en nergie mcanique pour faire tourner larbre, ceci sert d'une

part fournir l'nergie utile la machine conduite couple avec la machine au moyen dun

accouplement et dautre part fournir l'nergie ncessaire pour la compression de l'air, qui a

lieu dans un compresseur reli directement la section turbine.

elle dcharge l'atmosphre les gaz basse pression et la temprature rsultant de la

transformation mentionne ci-dessous. (Voir figure II.5)

Figure II.5: Description fonctionnelle dune turbine gaz bi-arbre


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II.4.2.3 Les diffrentes sections principales de la turbine gaz MS 5002B :

Une turbine gaz est divise en cinq sections:

Laspiration.

Le compresseur axial.

Les chambres de combustion.

Section turbine.

Lchappement.

Aspiration

Les turbines gaz consomment une grande quantit dair pour la combustion et le refroidissement des pices internes. Cet air doit tre filtr pour viter la pntration des

particules qui peuvent avec le temps roder le matriel. Laspiration de la turbine est une enceinte ou compartiment qui abrite les filtres et reli au caisson dadmission de la turbine, ce systme regroupe les fonctions de filtrage et de rduction de bruit [3].

Compresseur axial

Le compresseur est du type flux axial. Le systme flux axial produit des dbits

d'air levs, ncessaires pour obtenir des valeurs leves de puissance utile avec des

dimensions rduites. Un compresseur se compose d'une srie dtages daubes orientables

(rotor) qui augmentent la vitesse de l'air en termes d'nergie cintique suivie alternativement

par des tages daubes fixes (stator), qui convertissent l'nergie cintique en une pression plus

leve.

Le nombre dtages de compression est li la structure de la turbine gaz et surtout au taux de compression obtenir. Dans la MS 5002B il y a 16 tages. Sur le ct

d'admission du compresseur, il y a des aubes variables l'admission (IGV), dont le but

primaire est de diriger l'air fourni par le systme d'aspiration vers le premier tage des aubes

du rotor. Une autre fonction importante des IGV est d'assurer le comportement fluido-

dynamique correct du compresseur sous diffrents rgimes transitoires de fonctionnement

(par exemple, pendant le dmarrage et larrt) quand, en raison de diffrentes vitesses de fonctionnement par rapport la vitesse de fonctionnement normale, l'angle d'ouverture des

IGV est modifiable; ceci sert changer le taux de refoulement du compresseur axial. Le

compresseur sert galement fournir une source d'air ncessaire pour refroidir les parois des

directrices, des aubes et des disques de la turbine qui sont atteintes par l'intermdiaire des

canaux l'intrieur de la turbine gaz, et par la tuyauterie de raccordement extrieur [3].

Section de combustion

Aprs avoir t comprim dans le compresseur, lair quitte ce dernier pour entrer

dans la chambre de combustion afin de participer partiellement dans lopration de

combustion, qui assure un apport dnergie thermique trs lev. Le systme de combustion

pour MS 5002B se compose de douze chambres de combustion dune forme cylindrique,


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disposes symtriquement le long dune circonfrence, dans chaque chambre on trouve un

tube flamme (chemise de combustion), un chapeau, un injecteur de gaz et une pice de

transition. En plus des lments cits prcdemment, douze tubes dinterconnexion permettent

la propagation de la flamme entre les douze chambres de combustion, deux bougies

dallumage pour amorcer la combustion places dans les tubes flamme 1et 12, et deux

dtecteurs de flamme afin de sassurer que la combustion a lieu dans toutes les chambre

placs dans les tubes flamme 3 et 10. Les gaz chauds provenant de la combustion sont

vhiculs la premire roue de la turbine du premier tage au moyen des pices de transition,

qui transforment la forme cylindrique du parcours des gaz en une forme annulaire approprie

la forme de la roue [3].

Figure II.6: Chambres de combustion

Figure II.7: Une chambre de combustion


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Section turbine :

Aprs la combustion, les gaz chauds comprims se dirigent vers le chemin le plus

facile (lchappement) en passant par la roue HP (haute pression) pour cder une grande partie de leur nergie emmagasine. La trajectoire des gaz dans la roue HP est tangentielle au

profil des intrados des aubes afin dviter les chocs (perte dnergie) et davoir un couple rsultant maximal. La roue HP est relie directement au rotor du compresseur axial,

lensemble est souvent appel rotor, la dtente des gaz dans la roue HP sert faire tourner le compresseur axial. Les gaz sortant de la roue HP traversent la directrice de deuxime tage

qui sert rgler la vitesse de la roue HP et la temprature de lchappement grce ses aubes variables En suite une deuxime dtente aura lieu dans la roue BP (basse pression) qui se situe

juste aprs la directrice. Les aubes de la roue BP sont plus longues que celles de la HP et cela

pour maximiser la surface de contacte (plus de couple). Elles sont soutenues des deux

extrmits afin dviter leur flexion. Les gaz quittant la roue BP sont envoys Dans latmosphre et le couple rsultant

sert faire tourner la charge (compresseur centrifuge) [3].

Figure II.8: Section compresseur axial et la roue HP


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Figure II.9: La roue BP

Echappement :

Le systme dchappement a pour fonction, lexpulsion vers latmosphre des gaz

provenant de la dtente dans les roues de la turbine [3].

Figure II.10: Les diffrentes sections principales de la turbine gaz MS 5002B


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II.5 Auxiliaire du turbo compresseur :

II.5.1 Turbine de lancement :

Le lancement dune turbine gaz ncessite un appareillage auxiliaire constitu dune petite turbine mont sur un chssis. Cette turbine est alimente par un gaz dit "Gaz de dmarrage" provenant de la ligne daspiration de la station situe en aval des aspirateurs FA201-FA205. Ce gaz entre dans la turbine une pression de 28 bars et sort aprs dtente

une pression de 0,7 bars .La turbine est capable de fournir une puissance de 500 CV 3000

tr/min [4].

II.5.2 Rducteur des auxiliaires :

Il est entran par le compresseur axial de la turbine par lintermdiaire dun accouplement dent graissage continu.

Ce rducteur a pour objet dentraner les auxiliaires :

Pompe principale dhuile de graissage.

Pompe hydraulique dhuile haute pression.

II.5.3 Circuit dhuile de lubrification (graissage) :

Le circuit dhuile de lubrification est conu pour assurer une alimentation en

lubrifiant filtr une pression approprie pour le fonctionnement de la turbine et de ses

quipements associs [4].

Le systme dhuile de lubrification est quip de 3 pompes [4]:

A- pompe principale :

Cest une pompe volumtrique dune pression de refoulement de 8,4 bars elle est

entrane par lengrenage accessoire. Le dbit de cette pompe est de 1968 litres/min.

B- Pompe auxiliaire (88QA) :

Elle est entraine par un moteur courant alternatif. Sa fonction est de fournir de

lhuile aux paliers et laccouplement lors du dmarrage et larrt de la turbine quand la pompe principale ne peut fournir une pression suffisante pour le fonctionnement en

conditions de scurit.

C- Pompe de secours (88QE) :

La pompe centrifuge dhuile de graissage de secours fonctionne afin de fournir de lhuile de graissage au collecteur principal des paliers pendant un arrt durgence, dans le cas o la QA a t forc hors service ou quelle est incapable de maintenir la pression adquate de lhuile de graissage, la QE sutilise seulement pendant larrt de la turbine car sa puissance et le moteur qui lalimente (CC) sont incapable dassurer le graissage pour le fonctionnement normal de la turbine.


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II.5.4 Systme dhuile dtanchit :

Le systme dhuile dtanchit est conu pour empcher le passage du gaz de la caisse du compresseur vers lextrieur, lhuile est prleve du collecteur dhuile de lubrification par deux pompes de surpression (SP1-SP2) entranes par un moteur lectrique.

La pression dhuile au refoulement est maintenue une pression suprieure de 5 bars celle du gaz de rfrence grce la vanne de rgulation de la pression diffrentielle (DPCV) [4].

II.5.5 Systme dair dtanchit et de refroidissement :

La plupart de lair comprim est utilis pour la combustion. Une partie de cet air est

retire du compresseur du 10ime

tage et utilise pour ltanchit des paliers N 1, 3 et 4 contre les fuites dhuile et aussi pour le refroidissement des faces avants et arrires des roues HP et BP [4].

II.6 Instrumentation :

La turbine gaz MS 5002B est quipe de plusieurs instruments qui assurent son

fonctionnement normal, ainsi que la rgulation, la protection et la surveillance. Les figures

suivantes montrent quelques instruments utiliss dans une turbine MS 5002B.

Bougie dallumage dtecteur de vibration pickup de vitesse

Figure II.11: Bougie dallumage Figure II.12: dtecteur de vibration

Figure II .12Pickup de vitesse


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Figure II .13: Electrovanne Figure II.14: fin de course Figure II.15: pressostat

Figure II.15 Figure II.9: Figure II.9 :

MOOG Servovalve dtecteur de flamme diffrentiel variable linaire

II.7 Conclusion :

Afin de pouvoir commander notre systme, nous avons mis en vidence son

principe de fonctionnement et les diffrentes parties qui le composent, ainsi nous avons

propos une description de linstrumentation applique notre systme.

Le chapitre qui suit a pour objectif de dcouvrir la commande applique un

Turbo compresseur.

Chapitre III Prsentation du systme de contrle MARCK VI

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III.1 Introduction

Le systme de contrle SPEEDTRONIC est prvu pour assurer la commande et la

protection des turbines gaz et vapeur construites par GE, en raison des diversits dans les

applications, et des diffrences dans les exigences de la charge impose la turbine, un

systme de commande convenable a t mis au point. Le systme de commande speedtronic

emploie des capteurs pour surveiller les paramtres, toujours variables en cours de

fonctionnement. De cette faon le systme de contrle Speedtronic ralise la souplesse

ncessaire pour que la turbine gaz puisse rpondre aux diffrents types de charges qui lui

sont imposes.

Il est actuellement employ pour la commande de plusieurs turbines gaz pour

augmenter la fiabilit et la scurit pour un service intensif.

III.2 Dfinition et rle du systme Mark VI (SPEEDTRONIC)

Le Mark VI est un systme de commande triple redondant modulaire (TMR) avec

des tiroirs simples ou multiples et des E/S locales ou distance. Les fonctions principales du

systme de commande de la turbine Mark VI sont les suivantes [6] :

La commande de la vitesse pendant le dmarrage et larrt de la turbine.

La synchronisation automatique du gnrateur (cas dun turbognrateur).

La commande de la charge de la turbine pendant le fonctionnement normal.

La surveillance et la protection contre survitesse, rchauffement, vibration et perte de flamme.

Le systme MARK VI contient un processeur qui est constitu de quatre modules

de contrle R, S, T et P.

Les trois modules R, S, T sont identiques et grent le fonctionnement des turbines

gaz. Le module P est spcifi pour la protection du systme, il provoque un arrt immdiat de

la machine en cas de problme. Chaque module R, S et T a sa propre carte de protection dans

le module P.

Ces modules sont connects entre eux travers les IO-NET pour assurer lchange dinformation et avec la HMI travers lUDH pour permettre la communication humain/machine. [5]

Le systme MARK VI fonctionne avec deux configurations diffrentes :

Configuration simplexe : Pour application non redondante, ou la continuation du systme aprs une dfaillance qui nest pas requise.

Configuration TMR : Pour application o les dfaillances du systme ne causent pas larrt complet du procd commander. [6]


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Fig. III.1. Module (R)

III.3 Architecture du systme. [4]

Le systme de commande mark VI se compose des sous systmes suivants :

III.3.1 Armoire de rgulation :

La cabine de commande contient soit un module de commande simple Mark VI

(simplex) ou bien trois modules de commande TMR. Ceux-ci sont connects leur E/S

distance, par un rseau dE/S simple ou triple haute vitesse, appel IONet et sont connects

lUDH par leur port Ethernet du contrleur. La cabine de commande ncessite une

alimentation de 120/240 V ca et/ou 125 V cc [5].

Fig. III.2. Les armoires de commande Fig. III.3.Les triples redondants modulaires (TMR)


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III. 3.2 Armoire E/S

Le compartiment dE/S contient des modules dinterface simples ou triple. Ceux-ci

sont connects aux contrleurs par le rseau IONet et aux plaques bornes par les cbles

ddis. Les plaques bornes se trouvent dans le compartiment dE/S situ dans la proximit

des modules dinterface. Les besoins en alimentation sont de 120/240 V ca et/ou 125 V cc [5].

III. 3.3 Unit dinterconnexion de donnes entre MARK VI et lHMI (unit data Hardaway (UDH))

LUDH est un rseau base Ethernet. Il fournit des communications directes entre

les contrleurs et une interface de loprateur. Il utilise les donnes globales Ethernet (EGD).

Les donnes de commande UDH sont rpliques tous les trois contrleurs.

Ces donnes sont lues par la carte contrleur de communication principale (VCMI) et

transmises aux autres contrleurs.

Le fonctionnement par cble redondant est optimal, le fonctionnement de lunit

continue mme si un cble est dfectueux, lUDH peut supporter la communication par fibre

optique. [6]

III. 3.4 Interface homme/Machine (HMI) :

Les HMI typiques sont des PC sur lesquels est install un systme dexploitation Windows, avec pilotes de communication pour les magistrales des donnes et le logiciel

daffichage de loprateur COMPLICITY. Loprateur initie les commandes depuis les affichages graphiques et peut visualiser les donnes et les alarmes de la turbine en temps rel

sur les affichages graphiques CIMPLICITY.

Loprateur peut utiliser lHMI pour les oprations suivantes :

- Visualiser tous les paramtres dune ou plusieurs turbines par les affichages

graphiques (par exemple: alarmes, tempratures dchappement, vibrations, pression dhuile

de lub/con /hyd)

- Envoyer les commandes la turbine choisie (par exemple: dmarrage, arrt,

augmenter/diminuer la charge,)

Les HMI sont connects un bus de donnes ou des cartes dinterfaces de rseau redondantes peuvent tre utilises pour connecter lHMI aux deux magistrales de donnes pour une plus grande fiabilit. [6]


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Figure III.4: Affichage graphique sur lHMI CIMPLICITY

III.3.5 Connexion au systme de commande distribue (DCS) :

Un DCS est une combinaison du concept dune boucle simple de contrle local et

les rseaux informatiques. Les systmes de contrle distribus ont normment amliors la

gestion des procds industriels avec plus de souplesse et de scurit.

Le DCS fait rfrence un systme de contrle dun procd, dans lequel les lments

rgulateurs ne sont pas centraliss (comme le cerveau) mais distribus avec chaque sous-

systme sous le contrle dun ou plusieurs rgulateurs.

Une connexion de communication srielle, utilisant le protocole Modbus peut tre fournie

depuis une HMI. Cela permet loprateur DCS laccs en temps rel aux donnes relatives

au Mark VI et fournit des commandes discrtes et analogiques. [6]


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III.4 Boite outils Toolbox. [4]

III.4.1 Dfinition : La boite outil Toolbox du systme de rgulation est un produit de GE Control

system solutions , cest un logiciel bas sur microprocesseur, utilis pour configurer et entretenir lquipement de rgulation. Ses fonctions primaires incluses sont :

Lditeur base graphique pour configurer le code dapplications.

La prise en charge de bibliothque de module, de blocs et de macros.

Les organigrammes de donnes en directe.

Les changements de code dapplication en ligne.

Les fichiers daide en ligne.

La surveillance et la configuration dE/S.

La gestion des signaux et les tendances des signaux.

Le mode de fonctionnement squentiel. Le logiciel de boite outils configure diffrents quipements de rgulation, par

consquent, chaque ensemble de produit peut se composer de la boite outils, des fichiers

produits pour le contrleur ou le pilote, lhistorique des donnes et des fichiers produits pour la base de donnes systme (SDB). [4]

III.4.2 Espace de travail :

Lcran suivant reprsente un format de base de lespace de travail de la boite outils. Les commandes des menus, les boutons des barres doutils et les articles de la vue gnral (outlineview) peuvent varier avec le produit install.

Figure III.5 : Espace de travail Toolbox. [4]


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III.4.3 Privilge et mot de passe : Le systme de privilge et mots de passe affecte des niveaux diffrents daccs aux dispositifs.

Les mots de passe peuvent tre tablis pour les diffrents niveaux de privilge de

sorte que chaque utilisateur peut accder un dispositif au niveau ncessaire pour le travail

qui lui est affect, un mot de passe peut tre attribu chaque niveau daccs de lapplication Toolbox (chaque niveau suivant permet toutes les fonctions des niveaux prcdents).

Figure III.6 : diffrent niveaux daccs aux dispositifs.

III.4.4 Code dapplication : Le logiciel du contrleur est compos de blocs qui excutent une logique de

commande. Le logiciel est dnomm blockware. Ces blocs correspondent un bloc de

fonction qui existe dans le code dapplication. Les dfinitions de blocs sont importes comme fichiers dans les bibliothques de blocs. Ces blocs sont utiliss pour composer les macros, les

blocs et les macros composent les taches.

Une ou plusieurs taches peuvent entrer dans un module et nimporte quel nombre de modules compose une fonction.

Cette hirarchie montre la manire dont les divers niveaux du groupe de bloc dun Contrleur sont affichs dans lespace de travail. Il y a deux niveaux de blocs qui peuvent tre rutiliss :

Les macros qui contiennent un ensemble standard de blocs.

Les modules qui sont un ensemble plus complexe de taches (squence) qui ont des relations de programmation dfinies.

Blocs : sont des lments de programmation les plus lmentaires, ils peuvent excuter des fonctions mathmatique. Ils peuvent rsoudre un RLD (Diagramme Ladder du

relais) et effectuer une filtration. Ils peuvent rsoudre galement une quation

boolenne. Le groupe de blocs du code de produit supporte une fonction pour chaque

bloc affich dans les bibliothques standard et de bloc dindustrie.


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Macro: il reprsente une collection de blocs et dautres macros qui contiennent des entres et des sorties bien dfinies. Une fois que la macro est dfinie elle peut tre insre dans une

tche ou dans une autre macro. Les blocs internes et les connections de la macro insrs ne

peuvent pas tre changs.

Taches : elles contiennent des blocs et/ou des macros qui reprsentent une squence de programmation. Les taches sont planifies pour tre excutes sur la base de lordre dans lequel sont affiches dans lespace de travail.

Pins (Broche) : Dans la boite outils, les paramtres de blocs macros et modules sont appeles des pins (broches). Toutes les broches ont un nom unique en fonction de leurs blocs,

macros ou modules. Les broches sont connectes par des signaux qui sont lunit de base pour des informations variables.

Modules : Cest un ensemble de tches de programmation, qui permet de rutiliser les blocs un niveau suprieur celui des macros. Il y a plusieurs types de modules :

Les modules instancis qui sont dfinis dans llment dfinition de modules sous bibliothque de fonction macros ou bibliothque de modules.

Les modules en ligne qui ne sont pas destins tre rutiliss. Les modules over-ride (priorit) sont une combinaison instancie et en ligne.

Ils sont cres en instanciant une dfinition de modules puis en prenant la priorit sur cette

dernire partir de boite de dialogue du module dit (module dition).

Prendre la priorit sur un module permet de dmarrer avec une dfinition de

modules standards puis de pouvoir le modifier en tant que module en ligne.

Fonctions : elles sont au niveau le plus haut de hirarchie qui reprsente la programmation dune fonction de commande. Elles sont principalement utilises pour grouper des modules inter relis.

Tous les facteurs dchelle de type de donnes, les signaux, les dfinitions de modules, les dfinitions des macros et les instances dune fonction donne, peuvent tre associs indpendamment une fonction qui permet de dplacer une fonction dun contrleur un autre.


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Figure III.7 : librairie de Toolbox. [4]

III.5 Etapes suivre pour accder un programme du turbocompresseur :

Pour accder un programme auquel la turbine est soumise et pour pouvoir

visualiser toutes les squences quelle traverse, il suffit de suivre les tapes suivantes :

-Cliquer sur le bouton Windows Start, Programme, GE Control System Solutions, et Control

System Toolbox.

Figure III.8 -cliquer sur (File) puis sur (Open), aprs on cherche le dossier Local HMI dans lequel sont

inclues les diffrentes Units


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Figure III.9

-on clique sur lune des units puis sur site, et ensuite sur Unit7 et on aura licne suivante :

Figure III .10

-on clique sur le fichier G7.dl. Une page nous demandant de continuer saffiche. En cliquant sur (Oui), licne suivante saffiche :


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Figure III.11

-En cliquant sur Finder, licne suivante saffiche :

Figure III.12

-dans la zone (Texte), on slectionne la squence quon veut visualiser. On coche (Exclude Libraries), puis en cliquant sur Find, licne suivante saffiche.


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Figure III.13

-En cliquant sur (Goto the selected item), notre squence saffiche dans la partie Vue

sommaire.

Figure III.14

III.6 Conclusion :

Dans ce chapitre, on a prsent le systme de contrle Marck VI avec son

architecture interne, sa boite outils TOOLBOX, son espace de travail ainsi que les tapes

suivre pour pouvoir accder au programme des squences en ligne.

La maitrise de toutes ces oprations est ncessaire pour tudier, comprendre et

interprter le programme de la squence de dmarrage quon dtaillera dans les chapitres qui suivent.

Chapitre IV Etude de la squence dmarrage

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IV.1 Etude de la squence dmarrage :

IV.1.1 Introduction

La squence de lancement de la turbine se fait en quatre tapes importantes avant

que cette turbine ne devienne prte la mise en charge. Ces tapes sont : dmarrage,

allumage, acclration et enfin sa mise en charge.

Mais avant dentamer ces tapes, il faut sassurer que les conditions de contrle sont vrifies et que la turbine est prte pour le lancement.

IV.1.2.Conditions de contrle. [2]

IV.1.2.1.Vrification des conditions de contrle

Si la turbine est au repos, des contrles lectroniques des vannes de rgulation et

darrt du systme de combustible sont effectus. A ce stade (Statut arrt) saffiche sur les crans de la salle de contrle.

Lactivation du commutateur de fonctionnement matre (L43) qui passe de la position (Dsactiv) un mode de fonctionnement activera le circuit prt.

Si tous les verrous des circuits de protection et de dclenchement sont rinitialiss,

cest--dire, que tous les boutons poussoirs darrts durgence sont la position repos et que les causes de dclanchements sont rpares et rarmes, les messages (Statut dmarrage) et

(Prt dmarrer) safficheront indiquant que la turbine acceptera un signal de dmarrage. Cliquer sur le Commutateur de contrle (Marche) et (Excuter) introduiront le signal

de dmarrage.

Dans la squence logique, le signal de dmarrage excite le circuit de contrle et de

protection (L4) qui assure la pressurisation du circuit dhuile de dclenchement et le dmarrage de lquipement auxiliaire ncessaire. Avec le permissif de circuit (L4) et lembrayage de dmarrage automatiquement engag, les dispositifs de dmarrage commencent tourner. Le message de statut de dmarrage

"STARTING" (En dmarrage), saffiche sur les crans de la salle de contrle.

IV.1.2.2 prparation de la turbine pour le lancement

Partie auxiliaire prte pour le dmarrage

Tous les moteurs en position auto et sont sous tension.

Systme anti-incendie (CO2) en position auto pour quil puisse intervenir automatiquement en cas dincendie et cela en touffant la flamme.

Les portes de lenceinte fermes pour viter des accidents de travail et protger les employs de la chaleur dgage par la turbine lors de son fonctionnement.

Position correcte des vannes c'est--dire : -Vanne de torche (XV-916) et de recyclage (FV-909) ouvertes.

-Vanne daspiration (XV-911), refoulement (XV-917) et la vanne de pressurisation

(XV-912) fermes.


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Machine compltement larrt.

Absence de tous les facteurs de dclenchement (L4CETRIP).

La temprature de lhuile dans la caisse est suprieure 20c.

Pas de dtection de feu dans les diffrentes parties de la turbine.

La vitesse du moteur de lancement, des roues HP et BP sont nulles.

Le circuit lectrique dalarme de survitesse nest pas dclench. Aprs lachvement des vrifications automatiques du systme et ltablissement de la pression dhuile de graissage, le dispositif de lancement est mis en marche, et le (prt pour le dmarrage) saffiche dans les tableaux de la salle de contrle. En consquence, on peut passer ltape suivante qui est ltape de dmarrage.

IV.1.3 Squence de lancement. [7]

IV.1.3.1.Phase de dmarrage

Les tapes suivre dans cette phase sont :

Dmarrage des pompes auxiliaires (QA, HQ, et la QV).

Ouvrir les vannes de gaz pour purger les diffrentes parties de la machine. Dfinition de la purge :

La purge est un balayage ou un nettoyage laide du gaz ou dair pour faire sortir le reste des Gaz et cela pour viter des problmes de collision dans le turbocompresseur.

La premire purge est celle du compresseur centrifuge vers la torche et elle dure 90 sec.

La deuxime est celle de la conduite danti pompage qui dure 30sec.

Faire la pressurisation et cela en fermant les vannes de torche, les vannes de refoulement, les vannes daspiration et en ouvrant la vanne danti pompage.

But de la pressurisation :

Le but de la pressurisation est de donner plus de scurit pour tout le systme et dviter les coups brusques sur les vannes.

Quand la diffrence de pression amont/aval de la vanne daspiration est gale 2kg/cm2, on pourra ouvrir les vannes principales daspiration et de refoulement.

Aprs louverture complte des vannes daspiration et de refoulement, on aura le prt pour le CRANK cest--dire que la roue HP tourne une vitesse qui ne dpasse pas les 20% de sa vitesse nominale grce au moteur de lancement.

Quand les 20% de vitesse de HP sont atteintes (14HM=1), la purge des chambres de combustion se fait laide dair aspir par le compresseur axial. La dure de cette purge est de 2min.

Cest ici que la phase de dmarrage sachve, et la turbine passe une autre tape qui est la phase dallumage.

IV1.3.2 Phase dallumage Cest le commutateur 43 qui nous indique ltat ou le mode de fonctionnement de la turbine. Cette position est slectionne par les tableautistes qui suivent le dmarrage dans la

salle de contrle et cela en appuyant sur lun des boutons- poussoirs.


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Les diffrentes positions du commutateur 43. [7]

OFF : la turbine est larrt.

CRANK : la turbine tourne une vitesse infrieure 20% sans entrainer avec elle la charge. Cette position est slectionne pour tester la turbine.

FIRE : Cette position commande la turbine jusqu lallumage o elle sera maintenue tant que le slecteur est actif.

REMOTE : si le slecteur 43 est en position REMOTE, la turbine sera commande par le DCS jusqu' la fin de squence.

MANUEL : si le slecteur 43 est en position manuel, lintervention des oprateurs est possible chaque tape de la squence et la mise en charge sera manuelle.

AUTO : si le slecteur 43 est en cette position Auto, la turbine suit un programme bien dfini du dbut jusqu' sa mise en charge la fin de squence.

A la fin de purge des chambres de combustion, le systme de commande ouvre les

vannes de gaz (SRV et GCV) pour fournir un dbit suffisant du combustible et met le courant

dans les bougies dallumage pour fournir ltincelle aux chambres de combustion pendant 60sec. Cette phase sera accompagne par le dclanchement des aeros pour le refroidissement

de lhuile de la caisse. Quand la flamme est dtecte par les dtecteurs de flamme ultraviolet, qui sont situs

du ct oppos de la turbine par rapport aux bougies, lallumage et le transfert de la flamme sont achevs. Une priode de chauffage qui dure 1min est prvue pour viter les contraintes

mcaniques sur les composants de la turbine. Cette phase de chauffage sera accompagne par

une baisse du dbit du combustible (diminution de louverture de la vanne de gaz GCV).

Figure IV.3 : dtecteur de flamme.

Remarque :

Le capteur de flamme ultraviolet consiste en un dtecteur rempli dun gaz sensible la prsence du rayonnement ultraviolet qui est mis par une flamme

dhydrocarbure. En cas de prsence de flamme, lionisation du gaz dans le dtecteur permet la conductivit dans le circuit qui fait activer la partie lectronique. Labsence de flamme gnre une sortie oppose, dfinissant (pas de flamme).


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Si lallumage ne se produit pas dans les 60 sec de la temporisation de transfert dallumage, le systme de commande passe automatiquement une squence de purge et fait une tentative dallumage.

IV1.3.3 Phase dacclration. [7]

A la fin de la priode de rchauffement, le dbit de combustible est augment et la

turbine entre dans la phase dacclration. Cest une phase critique qui passe par plusieurs niveaux de commande de combustible (FSR) contrl par des rgulateurs PID qui sont inclus

dans les cartes du Mark VI et qui donne la commande aux FSR minimum.

Au dbut de la phase dacclration, cest le FSRSU qui contrle lacclration de la turbine suivant une rampe dont la pente est gale 0,05%/sec.

-Quand la vitesse de HP se situe entre 40% et 50%, elle entre dans une phase o elle a

besoin dacclrer plus pour pouvoir faire tourner larbre BP et la charge en mme temps. Cest ici que le FSRACC intervient pour prendre le contrle de la turbine afin que lacclration suive une rampe avec une pente de 0,11%/sec. -Quand la vitesse de HP se situe dans lintervalle [50%-75%], la turbine traverse une nouvelle phase critique celle du dsaccouplement du moteur de lancement (avoir lautonomie de la machine) ou elle besoin dacclrer encore plus. La pente de la rampe dacclration est calcule par le systme de commande et se situera entre 0,11%/sec et 0,31%/sec.

-Quand le rgime permanent de la machine est atteint, (92% de HP et 75% de BP),

sil est maintenu pendant 20sec, la pente de la rampe dacclration est de 1%/sec, mais si la vitesse dpasse les 92%, la pente sera calcule par le systme de commande qui nous donne

une constante qui se situe dans la fourchette [0,1%/sec 0,31%/sec] pour viter les problmes de survitesse.

Dans ces conditions on peut dire que la machine est prte la mise en charge.

Remarque :

Le mode de calcul de ces diffrentes pentes dacclration sera dtaill dans le chapitre suivant.

IV1.3.4 Mise en charge de la machine

Quand la turbine sera prte tre charge, c'est--dire que la vitesse de HP=100% et

celle de BP=75%, la charge ( le compresseur centrifuge) commence fonctionner en tournant

la mme vitesse que BP pour augmenter la pression du gaz venant des 92 puits pour

lenvoyer vers les diffrents modules ou il sera trait. Pour assurer le bon fonctionnement du turbocompresseur, le systme prend des mesures pour

garder les conditions de fonctionnement tablies qui sont :

Fermeture des nozzles pour maintenir la vitesse de HP 100 %. Larrt de la partie auxiliaire lectrique et dmarrage de la partie mcanique pour conomiser llectricit. Ces pompes mcaniques sont relies larbre HP travers un rducteur de vitesse qui rduit la vitesse de 5100tr/min 1800tr /min pour assurer le bon

fonctionnement de ces pompes. [2]


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IV.2 Etude de la squence de lancement programme en TOOLBOX

IV.2.1 Introduction :

Pour bien maitriser la partie commande et comprendre les diffrentes squences de fonctionnement du turbocompresseur, il faut connaitre tous les signaux avec lesquels le

logiciel Toolbox fait ses programmes.

Le tableau suivant donne les diffrents signaux quon va rencontrer dans la squence de lancement, ainsi que leurs significations. [4]

signal type valeur Signification

L28FDA/B/C/D Bool / Les quatre dtecteurs de flamme.

FLAME Bool / Deux sur quatre dtecteurs de flamme actifs.

WARMUPEN Bool / Dtection de flamme valide soit par 2/4 ou 4/4 des dtecteurs.

FSKSU_TC Flaot 1sec Le temps max pour la validation de la flamme.

FSKSU_WU Flaot 19% La consigne de chauffage.

FSKSU_FI Flaot 25% La consigne dallumage.

FSKSU_AR Flaot 33% La consigne dacclration.

FSRDESEL

Flaot

83% La consigne donne au FSR pour forcer la dclration (viter la survitesse de HP).

FSKSU_IM

Flaot

0.3

Pente de la rampe dacclration.

FSKSU_IA

Flaot

0.05

Pente de la rampe dacclration.

CQTC

Flaot

0.9 1.25

Facteur de correction air/gaz. FC=C / (A+B) ou : A : Temprature dentre (Inlet). B : Temprature ambiante. C : Temprature fixe par le constructeur (519F). Sil y a un dfaut dans les deux thermocouples, on lui affecte la valeur 1.

L2WX

Bool

/

Fin de la phase de chauffage.


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L2TVX

Bool

/

Fin de la phase de purge.

SD_OVRD

Bool

/

Cest un signal qui est forc 1 en cas darrt ou purge ou position CRANK pour ignorer la consigne de commande.

SHUTDOWN

Bool

/

Indicateur de la machine larrt.

STEP1 /

Bool

/

Larbre HP et BP sont larrt.

START

Bool / La commande dexcution de dmarrage. START= (AB+CB)*D ou : A : bouton poussoir START. B : Position REMOTE. C : La confirmation de la position REMOTE par le DCS. D: Prs pour le START (Ready To Start).

TRIP

Bool

/

Facteurs de dclanchement. TRIP=A+B+C+D+E ou : A : Dclanchement de lune des alarmes. B : Dfaut dans la partie auxiliaire. C : Dfaut dallumage. D : Chute de vitesse de BP. E : Arrt durgence.

STOP

Bool /

Larrt normal de la machine. STOP=A+B+C+D+EF ou : A : Bouton poussoir darrt. B : Arrt de la partie auxiliaire. C : Demande darrt pendant la squence de dmarrage. D : Dfaut dans les vannes de gaz. E : Demande darrt par le DCS. F : Position REMOTE active.

EMRAUXOK Bool

/

Test positif de la partie auxiliaire.

K_EMRTST Flaot 0.5min

Temps max pour le test de la partie auxiliaire.

AUXACTIVEOK Bool

/

La partie auxiliaire est prte pour la phase suivante.

PROCESSOK (L3RC=1)

Bool /

Le procd est prt pour entamer la phase CRANK (Unit Ready To CRANK)


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GGATCRANK Bool

/

Les 20% de vitesse de HP est atteint, entamer la phase de purge.

K_ACC2CRANK Flaot 2min

Temps max ncessaire pour acclrer la roue HP jusqu 20%.

GTPURGEOK

Bool

/

Fin de la phase de purge et prt pour lallumage.

K_PURGE Flaot

2min

Le temps max ncessaire pour la purge.

K_INGLITE Flaot 1min

Le temps max ncessaire pour la dtection de la flamme.

FLT2IGNX

Bool

/

Dfaut dans la partie auxiliaire pendant lallumage.

WARMUPOK

Bool

/

Fin de chauffage.

K_WARMUP

Flaot

1min

Le temps max ncessaire pour le chauffage.

REGWARMUPOK

Bool

/

Le compresseur centrifuge (charge) est prt.

LOADOK Bool

/

Partie auxiliaire prte pour la mise en charge du compresseur centrifuge. Le rgulateur de FSRN de charge est actif.

RELOAD Bool

/

Possibilit de recharger la machine tant que la vitesse de HP>92%. RELOAD= (A+CD). (BE) A: Buttons START active. B: bouton stop active. C : slecteur sur Remote. D : position Remote accepte par le DCS. E : la vitesse de HP>92%.

UNLOADED (L33CDMIN=1)

Bool

/

Ne pas charger la machine. Si la vitesse de BP est


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L43F l

Bool

/

Le slecteur est sur la position FIRE .

L43M

Bool

/

Le slecteur est sur la position MANUAL .

L43R

Bool

/

Le slecteur est sur la position REMOTE.

L14HR

Bool

/

La roue HP est 0.31% de sa vitesse.

L14HT

Bool

/

La roue HP atteint 8.4% de sa vitesse.

L14HM

Bool

/

La roue HP atteint 20% de sa vitesse.

L14HA

Bool

/


L14HC

Bool

/


L14HS

Bool

/


L14LR

Bool

/

La roue BP est 0.31% de sa vitesse.

L14LS

Bool

/

La roue BP atteint 45% de sa vitesse.

L3ARS

Bool

/

Partie auxiliaire prte au dmarrage.

L3RS

Bool

/

prt au dmarrage.

JUMP2CRANK Bool

/

Saut vers la position crank. JUMP2CRANK= A B A : slecteur sur position OFF. B : slecteur sur position REMOTE.


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IV.2.2 Dfinition des blocs.

Les diffrents blocs utiliss dans les diffrents programmes sont les suivants :

OR : porte logique (OU).

AND : porte logique(ET). BIFILT : cest un bloc qui dtecte les fronts montant/descendant des signaux carrs (logique).

MENG_F :cest un bloc de calcul mathmatique qui traite diffrentes quations mathmatiques (addition, multiplication, valeur absolue . . .).

SWICH_R : cest un bloc de slection. La slection de lentre se fait suivant ltat du signal SEL_T.

MEDIAN : ce bloc slectionne la valeur mdiane parmi les trois entres.


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MIN_MAX : ce bloc affecte le minimum ou le maximum des entres vers la sortie.

INTERP : Ce bloc produit d'une fonction d'ENTRE dans la sortie par interpolation linaire.

Le x[n] de table d'argument est recherch en utilisant l'entre comme clef. La sortie

est alors calcule partir du y[n] de table de fonction employant l'index de recherche de la

table d'argument et l'interpolant entre les valeurs. La pente de sortie (m) est calcule.

Sortie = y[i] + ((y [i+1] - y[i]) * ((ENTRE - x[i])/(x [i+1] - x[i]))),

L o I est l'index rsultant de la recherche dichotomique de la table d'argument. La taille de

table doit tre suprieure ou gal 2.

La sortie est maintenue au premier ou dernier lment dans la table de fonction si lentre n'est pas dans la marge des lments de table d'argument. La pente m est calcule comme suit

quand l'ENTRE est dans les limites de la table d'argument :

Y (i+1) - y(i)

M=

x (i+1) - x(i)

Autrement M est dfini pour tre la pente d'une ligne entre l'lment de point final de table de

fonction le plus proche et l'lment ct de lui.

BENG : cest un bloc de rsolution des quations logiques boolennes qui peut recevoir jusqu' 16 entres boolennes, plaant le rsultat dans la variable de rendement. Les

oprateurs suivants sont soutenus :

NOT ~

AND *

OR +


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LATCH : cest une bascule qui fonctionne suivant la table de vrit suivante.

RDOM SET(t) RESET(t) OUT(t) OUT(t+1)

X 0 0 0 0

X 0 0 1 1

X 0 1 0 0

X 0 1 1 0

X 1 0 0 1

X 1 0 1 1

1 1 1 X 0

0 1 1 X 1

RAMPH :

Ce bloc fait lincrmentation ou la dcrmentation de la valeur actuelle (CURRAMP) vers une valeur finale (final) tant que le signal HOLD est faux suivant deux

rampe diffrentes, une pour lincrmentation (ACCRATE) et lautre pour la dcrmentation (DECRATE).

Lincrmentation ou la dcrmentation se fait en comparant le signal (FINAL) avec le signal actuel (CURRAMP).

Si : CURRAMP < FINAL Incrmentation.

Si : CURRAMP > FINAL dcrmentation.


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COMPARE_X : ce bloc fait la comparaison entre deux entres.

TIMER : il permet lexcution dune opration aprs une temporisation bien dfinie.

LAG : Cest un bloc qui filtre les entres laide dune fonction de transfert du premier ordre.

Rgulateur PID :

Ce bloc est un rgulateur, il possde 14 entres et 7 sorties.

Les entres :

MAXVal : cest la valeur maximale dente. MINVal : cest la valeur minimale dentre. [DbNeg-DbPos] : cest une bande morte, le rgulateur nintervient pas dans cet intervalle.


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PV : cest la mesure relle. SP : cest le point de consigne. PG : gain du rgulateur.

Fbk : cest la valeur du Feedback. ErrBias : cest une valeur quon peut ajouter la sortie. TI: cest la constante dintgration. TD : constante de drivation.

Les sorties : gnralement dans les sorties, on utilise le Out. [7]

IV.2.3 Signaux de commande de combustible (FSR) de la squence de

dmarrage : Durant le fonctionnement de la machine, elle passe par plusieurs rgulations des diffrents FSR, le minimum de ces FSR prend la main sur le contrle de la machine. [7]

Le bloc suivant montre la faon du choix du FSR.

La sortie de ce bloc reprsente le feed-back commun des diffrents rgulateurs qui calculent

lcart entre chaque valeur mesure (PV) du FSR et son point de consigne (SP). Lcart=SP-PV SP : point de consigne.

PV : mesure relle (feedback)

PG : gain de rgulation

FSR = (SP-PV) PG.

Cest le rgulateur qui possde un cart ngatif qui on affecte la valeur minimum de FSR pour prendre la main sur le contrle de la machine. [5]


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Les types FSR dentres et leurs significations sont dtaills dans le tableau suivant :

Figure IV.1 : Types dFSR. [4] Pendant la squence de dmarrage, le signal de FSR chevauche entre FSRSU,

FSRACC et FSRN. [7]

IV.2.3.1) FSRSU : Cest le signal fourni au dbut de la squence de dmarrage et qui passe par plusieurs niveaux durant sa progression, mais il peut tout moment perdre la main quand lun des autres FSR atteint la valeur minimum. [7]


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Les diffrents niveaux critiques du FSRSU. [7] La squence de dmarrage fonctionne en tant que rgulation en boucle

dasservissement utilisant des niveaux prdfinis du signal de commande de combustible(FSR).

Les niveaux du FSRSU sont: "ZERO", "FEU","CHAUFFAGE",

"ACCELERATION" et "MAX".

Le niveau ZERO du signal de commande de combustible est indiqu lorsque la machine est larrt ce qui veut dire que la vitesse de HP est nulle (L14HR=1). A 20% de la vitesse de HP (L14HM=1), la phase de purge des chambres de

combustion sactive et elle dure 90sec.

mr. kanoune zak

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