ICSS intervient sur la conception, la modification, la mise en service et l’optimisation des régulations industrielles. Le travail ne consiste pas uniquement à ajuster les paramètres d’un contrôleur PID : une boucle dépend de la mesure utilisée, de l’actionneur, de la dynamique du procédé, des interactions avec les autres équipements, des séquences de conduite et des limites de protection de l’installation.
L’expérience acquise en mise en service permet d’analyser simultanément la stratégie de commande et la réponse physique de l’installation. Les tendances, événements et essais sont confrontés aux PFUP, aux P&ID, aux schémas électriques et aux diagrammes d’automatisme afin de distinguer un mauvais réglage d’un problème de mesure, de dimensionnement, de logique, de communication ou de procédé.
Domaines d’intervention
Les prestations de régulation et d’asservissement peuvent notamment porter sur :
- Les chaudières et chaudières de récupération : niveaux ballon à un ou trois éléments, débit d’eau alimentaire, répartition de la demande entre plusieurs vannes, désurchauffeurs multi-étages, pression et température vapeur.
- Le cycle eau-vapeur : pompes alimentaires à vitesse variable, vannes de contournement HP/IP/LP, désurchauffe, condensats, dégazeur, auxiliaires et coordination entre plusieurs niveaux de pression.
- Les turbines à vapeur ou à gaz : vitesse, charge, positionnement des vannes, séquences d’essais, reprise de charge, coordination avec les bypass et conditions de démarrage ou d’arrêt.
- Les boucles de pression, débit, niveau, température, enthalpie, vitesse, puissance, combustion, excès d’air, correction d’oxygène et contrôle de charge ou AGC.
- Les séquences, modes dégradés, limiteurs, sélecteurs, poursuites et basculements entre plusieurs modes de régulation ou plusieurs actionneurs.
Cette liste n’est pas fermée. La méthode reste applicable à d’autres installations dès lors que leur comportement physique, leur instrumentation et leur stratégie de contrôle peuvent être étudiés. ICSS peut ainsi transposer des méthodes éprouvées dans la production d’énergie vers d’autres procédés industriels.
Concevoir une stratégie adaptée au procédé
Une régulation peut associer plusieurs contrôleurs en cascade ou en parallèle, une répartition de demande de type split-range, des sélecteurs de minimum ou de maximum, des poursuites destinées à préparer un changement de mode et des basculements sans à-coup. Les paramètres peuvent également être adaptés au point de fonctionnement, par exemple en fonction de la pression disponible, de la charge ou de l’écart entre les conditions vapeur et eau alimentaire.
Lorsque la réaction naturelle d’une boucle est trop tardive, une commande anticipative feed-forward peut être ajoutée à la correction PID. Elle utilise une variation de charge, une position de vanne, un débit ou un autre indicateur du procédé pour agir avant que la grandeur régulée ne s’éloigne fortement de sa consigne. Cette action anticipative doit rester coordonnée avec les boucles de retour, les limiteurs et les protections existantes.
ICSS peut aussi modifier une stratégie existante sans la remplacer entièrement. Il est souvent préférable de conserver les fonctions qui donnent satisfaction, d’isoler la cause des difficultés puis d’ajouter les poursuites, limitations, compensations ou actions anticipatives nécessaires.
Une mise en œuvre contrôlée
- Établir le fonctionnement initial. Reconstituer les différents modes, les conditions de basculement, les limitations, les poursuites et les interactions avec les autres systèmes.
- Analyser les données disponibles. Examiner les tendances, événements et essais afin de caractériser le défaut et de vérifier que la mesure et l’actionneur représentent correctement le procédé.
- Préparer la modification et son repli. Définir les nouvelles fonctions, les valeurs ajustables, les critères d’activation et, lorsque le contexte l’exige, un sélecteur permettant de revenir immédiatement au fonctionnement précédent.
- Mettre en service et ajuster. Procéder par essais progressifs, contrôler les effets sur les autres équipements et adapter les paramètres à partir du comportement réellement observé.
Des modifications peuvent être réalisées sur une unité en exploitation lorsque l’architecture, les outils et les conditions opérationnelles le permettent. Elles sont alors préparées avec une possibilité de repli, des critères d’arrêt d’essai et une surveillance étendue aux fonctions susceptibles d’être affectées. L’objectif n’est pas seulement d’obtenir une courbe plus régulière, mais de préserver la disponibilité, la sûreté et la cohérence de conduite de l’installation.
Retours d’expérience
Répartition du débit d’eau alimentaire entre deux vannes
À Kwinana, la régulation du niveau ballon utilisait une petite vanne dimensionnée pour environ 30 % du débit et une vanne principale, commandées par plusieurs régulateurs distincts. En mode un élément, la vanne principale ne s’ouvrait pas, ce qui pouvait rendre le débit disponible insuffisant après la perte d’une mesure nécessaire au contrôle trois éléments.
La stratégie a été reconstruite autour d’une demande globale commune, puis d’une logique de répartition et de basculement sans à-coup entre les deux vannes. Des poursuites ont été ajoutées pour les changements de pompe alimentaire, l’action du limiteur de pression et la conduite manuelle. La modification a été mise en service sur une unité en exploitation avec un sélecteur permettant aux opérateurs de revenir au concept précédent pendant les essais.
Coordination de désurchauffeurs multi-étages
À Niehl III, deux étages de désurchauffe devaient maintenir la température vapeur tout en limitant les sollicitations de la turbine à vapeur. Le premier étage, placé en amont du dernier surchauffeur, réagissait trop lentement et restait utilisé plus longtemps que nécessaire. Le dernier étage devait alors absorber seul les transitoires rapides, sans disposer dans toutes les situations d’une pression d’eau alimentaire suffisante.
Le nouveau concept a coordonné les deux étages, adapté dynamiquement les paramètres PID à la différence de pression entre la vapeur et l’eau alimentaire et ajouté des actions anticipatives. La pression délivrée par les pompes alimentaires à vitesse variable est devenue une variable supplémentaire lorsque l’ouverture des vannes ne suffisait plus.
Cette coordination était particulièrement importante pendant le passage en low-load operation. Dans ce mode, la charge de la turbine à gaz est fortement réduite tandis que la turbine à vapeur reste couplée. La température vapeur doit diminuer progressivement pour maintenir le stress de la turbine dans ses limites, alors que la chaudière subit d’importants transitoires pendant la baisse de charge. Une réponse insuffisante des désurchauffeurs pouvait conduire au déclenchement de la turbine à vapeur.
Logiques chaudière, bypass et transitoires à Sohar 3
À Sohar 3, ICSS est intervenu sur une architecture associant ALSPA P320 et Emerson Ovation. Des modifications ont notamment porté sur un mode de préchauffage des chaudières de récupération, le calcul et l’affichage des gradients de température des ballons HP/IP/LP et le transfert du débit des gaz d’échappement depuis ALSPA Controgas vers Ovation.
L’intervention a également permis d’analyser les stratégies de prépositionnement des bypass pendant les rejets de charge et les essais de vannes de la turbine à vapeur. Une séquence observée pendant l’arrêt de la turbine a conduit à étudier conjointement la marge de vide du condenseur, la réponse de la désurchauffe du bypass vapeur réchauffée et la charge thermique envoyée au condenseur. Ce type d’analyse évite d’attribuer un événement à une seule boucle lorsque plusieurs phénomènes physiques et fonctions de commande contribuent au transitoire.
Une expérience applicable à différents procédés
Les méthodes utilisées pour les chaudières de récupération, les cycles eau-vapeur, les turbines et leurs auxiliaires sont également applicables aux centrales conventionnelles, à l’hydroélectricité, à la géothermie, au solaire thermodynamique, au traitement de l’eau, au dessalement et à d’autres installations industrielles. Chaque nouvelle application commence par la compréhension du procédé et des objectifs de conduite, sans imposer une solution issue d’un autre projet lorsque ses hypothèses ne sont pas transposables.