Les schémas de tuyauterie et instrumentation 13 et 16 janvier 2009 Cours #2 – GPA-668 Les schémas de tuyauterie et instrumentation 13 et 16 janvier 2009

Schémas de tuyauterie et instrumentation

Normes ISA 5.1 ISA 5.2 Instrumentation symbols and identification Nomenclature de repérage ISA 5.2 Binary Logic Diagrams For Process Operations

Normes ISA 5.3 Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic, and Computer Systems Schémas de principes en instrumentation ISA 5.4 Instrument Loop Diagrams

Normes ISA 5.5 ANSI/ISA 5.06.01 ISA 20 Graphic Symbols for Process Displays ANSI/ISA 5.06.01 Functional Requirements Documentation for Control Software Applications ISA 20 Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments, Primary Elements, and Control Valves

Composantes d’un schéma P&ID

Zone de titre [1] Titre identifiant le dessin

Zone du schéma P&ID [2] BR = Brine = saumaure A water solution of sodium chloride of a higher concentration than that of sea water (about 3.0%). A water saturated or strongly impregnated with common salt. Note(s) : Brines are used in the chemical industry as a source of chlorine and caustic, sodium bicarbonate, soda ash, and sodium chloride; they are also used for curing and pickling hides and as supercooling media. Technical term for a common salt solution in water, especially of sodium chloride.

Zone identifiant la tuyauterie [3] Matériau de la conduite TF = Téflon SS = Stainless Steel CS = Carbon Steel

Zone identifiant les gros équipements [4] Plus de 1 M$

Zone identifiant les gros équipements [4] 3 = 3e étage de l’usine 14 = Aire (Bay) #14 2 = Réacteur #2

Zone des révisions et changements du schéma [5]

Zone des notes [6] On y décrit les interverrouillages (interlocks) du système.

Éléments de base d’un schéma Bulle Signaux Identification Débitmètre Conduite Valve

Identification des instruments

Première lettre

Lettres suivantes

Signaux et connections (1)

Signaux et connections (2)

Les bulles

Les bulles

Les robinets de régulation Registre de tirage ou volet

Les actuateurs

Les actuateurs

Fonctions des équipements ayant la fonction Y

Fonctions des équipements ayant la fonction Y

Fonctions des équipements ayant la fonction Y

Fonctions des équipements ayant la fonction Y

Réseau Signal électrique Signal pneumatique Convertisseur courant/Pression Signal pneumatique

Les interverrouillages

Les interverrouillages

Non Et Bascule SR ISA 5.2

Ou ISA 5.2

Niveaux de détail Diagramme simplifié:

Niveaux de détail Diagramme fonctionnel:

Niveaux de détail Diagramme détaillé:

Schémas d’instrumentation et approches de contrôle

Contrôle en rétroaction (Feedback) Contrôle de température en sortie d’un échangeur de chaleur.

Perturbations sur le procédé

Contrôle en cascade Contrôle de température en sortie d’un échangeur de chaleur.

Contrôle en cascade Schéma bloc:

Commande prédictive (Feedforrward)

Contrôle cascade

Contrôle en cascade (schéma bloc)

Structure en « sélecteur » Choix de la température la plus basse

Structure en « sélecteur » Sécurité

Contrôle de proportion

Contrôle de proportion (amélioré)

Comment augmenter la plage de débit d’une valve. Combiner une petite valve et une grosse valve.

Refroidisseur de bière à l’ammoniac

Relation pression température Les vapeurs sont à la même température que le liquide. Ce sont donc des vapeurs saturantes. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html

Relation pression température Si on met la bouteille de R22 dans une ambiance où il fait 30 °C, au bout de quelques heures le liquide est également à 30 °C. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html

Relation pression température A chaque température correspond une pression, et vice-versa. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html

Relation pression température La pression permet de connaitre la température. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html

Contrôle du niveau d’ammoniac L’ammoniac liquide devient gazeux et retire de la chaleur de la bière, la refroidissant. Il faut donc maintenir le niveau d’ammoniac liquide pour immerger la tubulure de bière.

Contrôle de la température de la bière Le contrôleur de température TIC-1 ajuste la consigne du contrôleur de la pression de vapeur d’ammoniac PIC-1. Le changement de température de la bière a un grand effet sur la pression de vapeur. Correction quasi-immédiate. Contrôle de température s’occupe des changements plus lents.

Système de contrôle global Consigne manuelle de pression de vapeur élevée. Mode NORMAL: la bière coule dans le système de refroidissement et est maintenue à la température correcte. Mode STANDBY: FSL-1 détecte un débit trop bas ou aucun débit. Il faut cesser le refroidissement, sinon la bière risque de geler. Mode NETTOYAGE: L’opérateur arrête le système pour le nettoyage des conduites (CIP). Ne pas refroidir.

Digesteur de copeaux de bois pour faire de la pâte de papier. Photo, source: http://www.pulpandpaper-technology.com/contractors/steel/avesta/

Au démarrage Mécanisme permettant un démarrage progressif…

Cooking by indirect streaming On augmente selon une rampe à la pression/ température de cuisson avec FIC-1 (durée fixée par KI-1) PIC-1 maintien la pression de cuisson. La pression est un paramètre clé pour le contrôle de la cuisson (représente la température du “digesteur”)

Relief control system Maintenir la pression à la pression de vapeur saturée équivalente à la mesure de température faite par TT-4. La sortie de TT-4 est calibrée pour suivre la courbe de température de la vapeur saturée vs la pression. Consigne de PIC-2

Vapeur saturée, table de température

Blowback control system Pour éviter le blocage du filtre sur le tuyau de dégagement (relief line), on envoie de la vapeur sous pression au filtre. PDSH-2 et temporisateur KI-2 ouvre FCV-5 et ferme PCV-2 pour déboucher le filtre.

Procédé de fabrication de sirop de maïs

acide chlorhydrique carbonate de sodium anhydre Pâte amidon de maïs 

Un peu de chimie L’amidon (starch) est une chaîne de molécules proche du sucre (polymère). (C6H10O5)n En présence d’acide, il y a hydrolyse: (C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6

Un peu de chimie

Contrôle de l’acidité Pour que le mélange eau-amidon hydrolyse. Il faut injecter de l’acide chlorhydrique (concentration de 0.1N) Contrôle de proportion avec FT-2 et FY-1. Contrôle en cascade du débit de l’acide (pHC-1 et FC-1). Contrôle du débit du mélange eau-aminon par FC-2

Contrôle de la température et du temps de transit If faut chauffer à 275°F et maintenir la pression à 40 psig. Contrôle en cascade avec PC-1 et TC-1. Pour ajuster le temps de transit du mélange, on utilise le contrôle de niveau LT-1.

Contrôle de l’acidité En sortant de LCV-1, on a un mélange eau, acide et glucose. Le refroidisseur (flash cooler) permet le refroidissement du mélange et retire l’eau qui se transforme en vapeur. Contrôle du débit de la base avec pHC-2 pour ramener le pH autour de 7. Le sirop est un mélange de glucose et de sel.

Ce standard n’est plus supporté par SAMA Le standard SAMA Développé dans les années 60. Bailey Meter Company Approche flexible. Les schémas peuvent être réalisés tôt dans le projet. Les diagrammes sont faciles à lire et à comprendre. Ce standard n’est plus supporté par SAMA

SAMA vs ISA Contrôle de débit:

Les symboles

Les fonctions

Les fonctions

Consigne analogique fixée manuellement PI Contrôle PI Consigne analogique fixée manuellement Commande manuelle

PI et feedforward

Contrôle de proportion

SAMA

ISA