Cours-comprehension Et Schématisation P&ID

Les P&ID (Piping and Instrumentation Diagram)

2e cours de GPA-668 : Capteurs et actionneurs

© Guy Gauthier ing. Ph.D.Mai 2011

2Cours #2 - GPA-668

Schémas de tuyauterie et d’instrumentation

• Parmi l’ensemble de la documentation d’un procédé industriel, on devrait retrouver des indications sur l’instrumentation raccordée au procédé.

– Ce qui est utile pour la maintenance;

– Ce qui permet de mieux comprendre le procédé pour l’ingénieur de procédé.

3Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

• De la Société Internationale pour l’Automatisation (ISA).

– ANSI/ISA-5.1-2009 : Identification Symbols and Instrumentation;

4Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

– ANSI/ISA-5.2-1976 (R1992) : Binary Logic Diagrams for Process Operations;

5Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

– ISA-5.3-1983 : Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems;

6Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

– ANSI/ISA-5.4-1991 : Instrument Loop Diagrams;

7Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

– ISA-5.5-1985 : Graphic Symbols for Process Displays;

8Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

– ISA-S20-1999 : Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments, Primary Elements, and Control Valves;

9Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

• ISA-S20-1999 a été mis à jours avec:

– ISA-TR20.00.01-2006: Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments Part 1: General Considerations;

10Cours #2 - GPA-668

Normes utilisées

– SAMA: Ancienne norme d’instrumentation:


Composantes d’un schéma P&ID


Zone de titre [1]

Cours #2 - GPA-66813

Nom de la compagnie

Nom de l’usine et localisation

Titre du dessinDescription du procédé

Numéro de dessin

Version

Zone du schéma P&ID [2]


Zone identifiant la tuyauterie [3]

• Matériau de la conduite

– TF = Téflon

– SS = Stainless Steel

– CS = Carbon Steel


Zone identifiant les gros équipements [4]

• Généralement les équipements de plus de 1 000 $.


Zone identifiant les gros équipements [4]

• Numéro 3-14R2:

– 3 = 3e étage de l’usine

– 14 = Aire (Bay) #14

– R2 = Réacteur #2


Zone des révisions et changements du schéma [5]


Zone des notes [6]

• On y décrit les verrouillages des commandes (interlocks) du système.


Schémas d’instrumentation


Éléments de base d’un schéma d’instrumentation


Bulle

Identification

Signaux

Conduite

Débitmètre

Valve

Identification des instruments

6-FRC-1BPréfixe

Variablemesurée

Fonctions

Numérode boucle

Suffixe


1ères lettres de l’identification

• Variable mesurée ou de commande:

– F : Flow (Débit)

– T : Temperature (Température)

– P : Pressure (Pression)

– L : Level (Niveau)

– Etc…

• Modificateur:

– F : Fraction (Rapport)


Lettres subséquentes

• Fonction passive ou indication:

– A : Alarm (Alarme);

– R : Recorder (Enregistreur);

• Fonction de sortie:

– C : Control (Régulation);

• Modification:

– H : High (Haut);


Signaux et connections (1)


Signaux et connections (2)


Les bulles


Les bulles


Une pièce d’équipement indépendante, comme un contrôleur ou un enregistreur

Instruments partagés: affichage, régulation, etc…

(Instrumentation avec microcontrôleurs)Une pièce de logiciel ou d’équipement qui

réalise des calculs et/ou des opérations logiques et qui transmet un ou plusieurs

signaux de sortie

Commande logique et séquentielle(Automate programmable)

Les bulles


Panneau auxiliaire de commande (accessible à l’opérateur)

Panneau principal de commande (accessible à l’opérateur)

Au site du procédé

Les bulles


Les robinets de régulation

Registre de tirage ou volet


Les actuateurs38Cours #2 - GPA-668

Les actuateurs39Cours #2 - GPA-668

Fonctions des équipements _Y


Exemple


Réseau

Signal électrique

Signal pneumatique

Convertisseur courant/Pression


Les interverrouillages


ISA 5.2

Non Et

Bascule SR


ISA 5.2

Ou


Niveaux de détail

• Diagramme simplifié:


Niveaux de détail

• Diagramme fonctionnel:


Niveaux de détail

• Diagramme détaillé:


Approches de contrôle


Exemple:Traitement des huiles lourdes


Contrôle en « feedback » (rétroaction)


Capteur de

température

Contrôleur (ex.: P

ID)

Valve de débit de

carburant

Schéma bloc du contrôle en rétroaction

Mais, assume que le débit de pétrole brut (F) reste constant.

Que se passe-t-il si ce débit (F) varie ?


Contrôle en « feedforward »(commande prédictive)

Capteur de débit

Calcul de ratio de

débitValve de débit d

e

carburant

Mais, c’est la

température qui nous

intéresse


Schéma bloc de la commande prédictive

Assume que la pression du carburant (PF) et la conversion de chaleur (λF) restent constants. Assume la linéarité du système.


Commande en rétroaction et prédictive

Somme des

commandes


Schéma bloc la commande en rétroaction et prédictive

Mais, assume que la pression du carburant (PF) reste constant.


Contrôle en « cascade » (et prédictive)


Schéma bloc du contrôle en cascade (et prédictive)

Meilleure résistance aux perturbations.

Partie commande en cascade


Exemples de procédés


Refroidisseur de bière à l’ammoniac



On désire contrôler la température de

sortie


La température d’entrée peut

changer

Réaction trop

tardive

Relation pression température

Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html

Les vapeurs sont à la même température que le liquide. Ce sont donc des vapeurs saturantes.




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.




A chaque température correspond une pression, et vice-versa.




La pression permet de connaitre la température.


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.


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.

Boucle interne (rapide)

Boucle externe (lente)


Contrôle du niveau d’ammoniac

L’ammoniac liquide devient gazeux et retire de la chaleur de la bière, la refroidissant. Le niveau baisse…

Alors, il faut maintenir le niveau d’ammoniac liquide pour que la tubulure de bière reste immergée.


Système de contrôle global

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.

Consigne manuelle de pression de vapeur élevée.


Digesteur de copeaux de bois pour faire de la pâte de papier.

Photo, source: http://www.pulpandpaper-technology.com/contractors/steel/avesta/



Ces trois capteurs et enregistreurs permettent à l’opérateur de vérifier l’homogénéité de la température

Au démarrage

• Mécanisme permettant un démarrage progressif…


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


Pâte amidon de maïs

acide chlorhydrique

carbonate de sodium


Un peu de chimie

• L’amidon (starch) est une chaîne de molécules proche du sucre (ressemble à un polymère).

– (C6H10O5)n

• En présence d’acide chlorydrique, il y a hydrolyse:

– (C6H10O5)n + nH2O – catalyse acide 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 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.


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