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Actionneurs de vannes électriques dans les opérations de l'usine de traitement

Contrôle de débit de précision à l'aide d'actionneurs électriques

Le fonctionnement de l'usine de traitement nécessite un contrôle précis des vannes. La modulation du débit dans tout le système dépend donc du fonctionnement de l'actionneur de la vanne. Pris dans leur gamme d'opérations, ces équipements critiques peuvent devoir fonctionner dans des conditions extrêmes - températures très élevées, très basses, dans des environnements arides ou pluvieux, dans des zones isolées dans des déserts ou dans la toundra arctique ou pour atténuer de manière fiable les effets corrosifs de humidité élevée ou salinité.

Lorsqu'ils fonctionnent dans des atmosphères potentiellement explosives, une protection contre les explosions, un fonctionnement à sécurité intrinsèque et à l'épreuve du feu est nécessaire.

Par Paul Hopkins - MD, AUMA Actuators Limited

Paul Hopkins - MD, AUMA Actuators Limited

Cet article traite de l'actionnement des vannes électriques. Ainsi, en plus de la fonction principale consistant à ouvrir et fermer la vanne, l'actionneur constitue souvent l'interface cruciale entre le processus et le système de contrôle, offrant une intégration dans le système de contrôle distribué (DCS) utilisé.

Et à un moment où l'iTO et Edge Computing gagnent de plus en plus de vitesse, les actionneurs électriques équipés d'une électronique puissante jouent un rôle clé en tant que centres d'information fournissant un accès direct à une grande variété de données de processus et de diagnostics.

Vitesse fixe, vitesse variable, modulante? L'actionnement des vannes électriques se présente sous de nombreuses formes

Les actionneurs de vannes électriques doivent pouvoir utiliser toute la gamme de vannes - vannes à vanne, vannes à boisseau sphérique et autres, pour contrôler le débit de gaz et de liquides. En règle générale, l’actionnement des vannes à boisseau sphérique ou à papillon nécessite des actionneurs à fraction de tour offrant un mouvement de pivotement généralement de 90 ° pour une course complète. Les robinets-vannes, en revanche, nécessitent généralement des actionneurs multi-tours fournissant plusieurs tours complets pour actionner le robinet de l'ouverture à la fermeture, et inversement.

Une distinction supplémentaire entre ouverture / fermeture et modulation doit être faite. Les actionneurs en service d’ouverture / fermeture sont tenus d’ouvrir ou de fermer rarement les vannes d’arrêt. Les actionneurs à modulation (positionnement), quant à eux, offrent une précision de positionnement améliorée pour les vannes de régulation afin de moduler avec précision le débit dans les conduites.

Les terminaux de réception de gaz dans les gazoducs, où les vannes de régulation de pression doivent fonctionner fréquemment et avec précision pour réduire la pression du gaz, en sont un exemple.

Pour un contrôle optimal et une protection optimale du processus, un actionneur à vitesse variable offre de nombreux avantages supplémentaires. Les vannes et les brides de tuyauterie peuvent être protégées par une vitesse de vanne lente initiale et finale, tandis qu'une vitesse plus élevée au milieu du cycle réduit le temps total d'ouverture et de fermeture, et des ajustements précis peuvent être effectués si une version à service modulant est spécifiée.

Dans de nombreuses usines vieillissantes, et en particulier par temps froid, les tuyaux et les brides exposés peuvent être sujets à la fissuration et, par conséquent, un cycle d'actionnement «compréhensif» peut protéger l'intégrité du processus. Le fonctionnement à vitesse variable réduit également la consommation d'énergie au début du cycle, de sorte que l'utilisation de l'énergie solaire photovoltaïque devient une véritable option.

Approche d'actionneur de vanne électrique modulaire

Il n'est pas rare que différents processus d'automatisation au sein d'un pipeline exigent une solution d'activation différente pour chaque application. Pour assister le client, la cohérence des interfaces utilisateur et du traitement des appareils est nécessaire: de l'installation à la mise en service, en passant par l'exploitation et la maintenance.

Un concept d'actionneur modulaire répond à des exigences variées avec un ensemble de composants standard. Une large gamme d'actionneurs à tours multiples et à tours partiels sont disponibles pour différentes plages de couple, pour différentes sources d'alimentation, différentes fixations de vanne, etc. Au niveau de la commande, un choix entre des commandes d'actionneurs de base ou intelligentes fournit des solutions économiques pour les deux tâches de contrôle de processus simples et complexes.

La conception modulaire, combinée à la géométrie flexible de l'actionneur, permet de régler facilement les positions de montage sur site, en garantissant que les éléments de commande, tels que les commandes locales et l'affichage, sont toujours facilement accessibles, même si l'espace est réduit.

Etude de cas - Application d'espace limité pour le pipeline KAEQC de Saudi Aramco

Les contraintes d'espace sont souvent un problème pour les skids de filtration en raison de leur conception très compacte. Ceci est illustré à la figure 1, qui montre un patin de filtration pour le projet de pipeline Saudi Aramco KAEC.

AUMA a fourni les actionneurs pour les vannes de la conduite principale et les patins de filtration pour ce projet. Les actionneurs pourraient être montés dans diverses orientations pour répondre aux besoins d'espace du client, tout en assurant un positionnement optimal des entrées de câble, du volant et des commandes locales.

Actionneur électrique à vitesse variable avec service modulant pour un actionnement "sympathique" et un contrôle précis

Actionneur électrique de vanne à vitesse variable avec fonction modulante pour un actionnement "sympathique" et une commande précise

De plus, un concept modulaire réduit considérablement la quantité d'inventaire requise, car l'utilisateur final ne doit stocker qu'un petit nombre de composants standard / de base.

La combinaison d'actionneurs standard avec un portefeuille de réducteurs complémentaire permet de commander de très grandes vannes, atteignant des couples allant jusqu'à 675,000 Newton mètres.

Etude de cas - Actionneur modulant pour le réseau de chauffage urbain de Copenhague

La vanne papillon 48-inch fournie par KOSO Kent Introl est la plus grande qu’elle ait fournie et possède un Cv de 59,531. Il est doté d'une girouette profilée qui dissipe l'énergie à mesure qu'une vanne fonctionne contre une chute de pression importante, réduisant ainsi les risques de cavitation. L'AUMA SEVEN HiMod, associé à la boîte de vitesses GS, délivre un couple de 90,000Nm.

Un actionneur à vitesse variable (modulant) signifie clairement que la vitesse de déplacement de la vanne peut varier tout au long de sa course, se déplaçant rapidement tout au long du cycle et ralentissant à mesure qu'elle se ferme pour réduire l'usure des composants mécaniques. La vitesse variable permet également un démarrage en douceur, réduisant ainsi la consommation d'énergie.

La conception modulaire de l'actionneur électrique permet de répondre aux contraintes d'espace insuffisant d'un patin de filtration Saudi Aramco.

La conception modulaire de l'actionneur de soupape électrique permet de répondre aux contraintes d'espace restreintes d'un patin de filtration Saudi Aramco.

Protection antidéflagrante et sécurisée

Les actionneurs antidéflagrants sont conçus de manière à ne pas agir comme source d'inflammation pour une atmosphère potentiellement explosive. Ils ne généreront ni étincelles ni surfaces chaudes. Tous les composants électriques, mécaniques et électroniques de l'actionneur sont intégrés dans un seul boîtier.

Pour maintenir la séparation correcte par rapport à une atmosphère potentiellement explosive, la solution idéale est une enceinte antidéflagrante. L’enceinte doit donc pouvoir résister à la pression susceptible de se développer pendant une explosion interne afin d’empêcher sa transmission à un gaz explosif entourant l’enceinte.

Des exigences supplémentaires peuvent faire appel à des actionneurs dans des versions ignifugées qui maintiennent de manière fiable toutes les fonctionnalités, même sous l'impact direct d'un incendie. Pour répondre à ces exigences, les actionneurs peuvent être équipés d'un boîtier résistant au feu répondant aux exigences de UL 1709.

En cas d'incendie, le boîtier absorbe la chaleur et garantit un fonctionnement fiable de l'actionneur à des températures ambiantes allant jusqu'à 1,100 ° C pendant des minutes 30, ce qui permet de bloquer l'incendie et d'empêcher la propagation de l'incendie en fermant la vanne.

Pour un fonctionnement plus général à sécurité intégrée, les actionneurs électriques peuvent être sauvegardés par des dispositifs mécaniques à sécurité intégrée tels que le FQM d'AUMA. L’AUMA FQM fonctionne en mettant en tension un ressort. En cas de coupure de courant, le ressort se détend et déplace la vanne en toute sécurité en position de sécurité, vanne ouverte ou vanne fermée.

Intégration de systèmes avec les commandes intelligentes d'actionneur de vanne électrique


Les actionneurs électriques sont, dans la plupart des cas, équipés de commandes intégrées intelligentes assurant la communication entre le DCS et l'actionneur. Les commandes sont disponibles avec diverses interfaces avec le système de contrôle de version, ce qui permet à la fois la transmission du signal en parallèle et la communication par bus de terrain.

Par exemple, Profibus DP, Modbus RTU, Devicenet, Foundation Fieldbus, ainsi que HART et WirelessHART sont pris en charge. Les fonctions de diagnostic avancées intégrées permettent une maintenance préventive et l'intégration d'actionneurs dans des systèmes de gestion des actifs.

Les actionneurs électriques à vanne avec revêtement K-Mass breveté restent entièrement fonctionnels pendant quelques minutes 30, même lorsqu'ils sont soumis à des températures pouvant atteindre 1,100 ° C

Les actionneurs électriques à vanne avec revêtement K-Mass breveté restent entièrement fonctionnels pendant quelques minutes 30, même lorsqu'ils sont soumis à des températures pouvant atteindre 1,100 ° C

Les derniers développements incluent également des interfaces pour les normes Industrial Ethernet Profinet et Modbus TCP / IP. Grâce à une connectivité sans précédent et à la transmission de données en temps réel, ces normes sont particulièrement adaptées à l'intégration d'actionneurs dans les applications IIoT / Edge.

Les actionneurs de vannes électriques peuvent jouer un rôle clé dans ces systèmes: d’une part, ils fonctionnent à distance, ouvrant et fermant les vannes. D'autre part, des composants électroniques puissants permettent aux actionneurs électriques de jouer le rôle de concentrateurs d'informations pour les données liées au processus, par exemple le retour de position de vanne, et les données relatives à l'actionneur, basées sur des auto-diagnostics avancés.

Par exemple, des algorithmes intelligents surveillent les caractéristiques des actionneurs pour indiquer le moment où la maintenance doit être effectuée. La gestion des actifs basée sur des données spécifiques à l'appareil augmente la fiabilité de l'installation et réduit les temps d'arrêt imprévus.

Toutes les informations sont directement disponibles sur le réseau informatique et peuvent être utilisées pour la visualisation des processus, les statistiques, la modélisation avancée ou la simulation afin d'améliorer les performances des processus.

AUMA propose des actionneurs électriques de vanne certifiés TÜV, adaptés aux applications jusqu'à SIL 2 / SIL 3.

AUMA propose des actionneurs électriques de vanne certifiés TÜV, adaptés aux applications jusqu'à SIL 2 / SIL 3.

Habiliter l'utilisateur

Au fur et à mesure que les dispositifs, y compris les actionneurs, deviennent plus sophistiqués, ils ont besoin de davantage d’installation et, en cas de problème, d’une compréhension experte de leur fonctionnement. Sur un grand site, où il peut y avoir des centaines de vannes et d'actionneurs en fonctionnement, cela peut causer des maux de tête, en particulier lorsque le diagnostic d'un défaut doit prendre en compte la possibilité évidente que le fonctionnement mécanique de la vanne puisse poser problème, actionneur. Cela peut entraîner des coûts de maintenance et de réparation importants, ainsi que des temps d'arrêt inutiles.

Une solution, au lieu d'utiliser le service après-vente interne d'un fabricant, consiste à responsabiliser et à former l'utilisateur à utiliser l'équipement lui-même. Reconnaissant qu’un ingénieur en instrumentation aura tendance à vouloir pouvoir gérer lui-même les exigences, AUMA a mis en place un protocole de formation du personnel et des ingénieurs d’assistance, appelé AUMA Certified Engineers, ou ACE.

Une suite de formation dédiée a été mise en place à notre siège social au Royaume-Uni et, via une connexion sécurisée, des techniciens ACE accrédités peuvent accéder à une multitude de ressources via notre portail Web britannique. Celles-ci comprennent des schémas de câblage, une assistance technique spécifique et une bibliothèque de courtes vidéos qui soutiennent et renforcent la formation. La vidéo ci-dessous vous donne une idée de leur fonctionnement.

Communication par fibre optique pour les longues distances

Pour faire face aux longues distances qui séparent les périphériques fréquemment rencontrés dans les projets de pipeline et aux exigences élevées en matière de sécurité de la transmission des données, la transmission de données via des fibres optiques peut constituer une solution viable. La faible atténuation des signaux dans les câbles à fibres optiques permet de longues distances entre les participants et, contrairement aux câbles en cuivre, les câbles à fibres optiques sont résistants aux interférences électromagnétiques; il n’est donc pas nécessaire d’installer séparément les câbles de signal et d’alimentation.


Étude de cas: Transmission de données par fibres optiques dans un oléoduc trans-adriatique

Les fibres optiques se sont révélées être une solution appropriée pour le projet de pipeline trans-adriatique (TAP). Le gazoduc acheminera le gaz de la frontière gréco-turque via la Grèce et l'Albanie en passant par la mer Adriatique jusqu'en Italie, renforçant ainsi la sécurité d'approvisionnement ainsi que la diversification des fournisseurs de gaz pour les marchés européens.

Pour la première phase, des stations de compression en Grèce et en Albanie sont nécessaires, ainsi qu'une station de comptage à la frontière Grèce / Albanie. Le système TAP est contrôlé depuis la principale salle de contrôle du terminal de réception du pipeline en Italie, où le pipeline se termine et où le gaz pénètre dans le réseau Snam Rete Gas (SRG).

Le pipeline utilise un système SCADA comportant un anneau de câbles à fibres optiques posé tout au long du tracé du pipeline. Les composants de fibres optiques doivent également se conformer à des directives strictes pour pouvoir être déployés dans des zones à risque d'explosion, car la puissance lumineuse représente, dans certaines conditions, un risque d'explosion.

AUMA a donc mis en œuvre une solution utilisant des convertisseurs à fibre optique conformes à la norme EN 60079-28 pour le rayonnement optique inhérent ("Op is"), conformément à la directive ATEX. Ces convertisseurs FO ont été installés dans l'enceinte Ex d du raccordement électrique de l'actionneur.

Une approche modulaire a permis de déployer cette solution dans toutes les applications, y compris des applications à couple élevé utilisant des actionneurs combinés avec des réducteurs à tour partiel ainsi que des applications linéaires utilisant des actionneurs combinés à des unités de poussée linéaires.


Les actionneurs électriques de distributeurs doivent résister à des conditions environnementales extrêmes

Les actionneurs électriques de distributeurs doivent résister à des conditions environnementales extrêmes.

Fieldbus et le futur

Les défis et les opportunités présentés par IIoT, Edge computing et les mégadonnées sont complexes, mais ils reposent sur une vérité simple. Les flux de matériaux dans les industries de transformation seront tous exprimés sous forme de données avec une granularité sans cesse croissante. Là où il y a des données, ces données peuvent être utilisées et manipulées.

Une fois que tout est mesurable et que les problèmes de sécurité des données et de fiabilité de l’Internet sont entièrement résolus, de nouvelles façons d’utiliser ces données apparaîtront. Dans le même temps, des capteurs et d’autres éléments de l’infrastructure de contrôle seront attendus en termes de contrôle local et de gestion à distance. Les actionneurs, présents dans tous les processus de flux distribués, seront des catalyseurs essentiels de la révolution des données à venir.

AUMA Actionneurs Ltd

Signature: adhésion Bronze

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