Le Maître Papetier

Vendredi 15 décembre 2017

twitteryoutube

Accueil Blogues Mark Williamson L’échappement de la vapeur vaincu par la gestion

L’échappement de la vapeur vaincu par la gestion

Envoyer Imprimer PDF

Grâce au Contrôle de Processus Avancé (APC) l'échappement de la vapeur a été réduit de 90% à l'usine BEK.

Le sifflement de la vapeur qui s'échappe d'une usine de pâtes et papier et l'indice certain d'un manque d'équilibre entre l'air et la vapeur dans cette usine. C'est aussi un signe que la distribution doit être corrigée afin de récupérer énergie et argent qui sont ainsi gaspillés.

Assurer l'équilibre entre l'alimentation en vapeur et son utilisation est un défi dans une usine de pâtes et papier, car il peut y avoir plusieurs sources d'alimentation ainsi que plusieurs utilisateurs. Pour compliquer encore les choses, le fonctionnement de ces usines est souvent de nature dynamique et transitoire, mais non synchronisée, ce qui rend difficile toute prévision.

Si cet équilibre est rompu, du côté de l'alimentation comme de celui de la demande, le réseau de vapeur se trouve généralement déséquilibré et fait varier l'alimentation en vapeur. Certains secteurs manqueront de vapeur alors que celle non utilisée sera évacuée, ce qui dans les deux cas gaspille de l'énergie et de l'argent. D'une façon générale, quand la demande de vapeur est plus forte que l'alimentation de base, des chaudières auxiliaires sont utilisées pour combler la différence, ce qui parfois consomme des hydrocarbures coûteux. Quand la vapeur excédentaire est évacuée, cela gaspille beaucoup de carburant coûteux et donc d'argent, ce qui, de plus, taxe le taux de carbone de l'usine. Pour éviter ce gaspillage, il faut équilibrer le réseau de vapeur.

La solution APC

Les systèmes de Processus de Contrôle Avancé (APC) qui permettent de moduler, prédire et régler le comportement dynamique du réseau de vapeur jouent un rôle essentiel dans l'établissement de cet équilibre en éliminant les problèmes de distribution irrégulière et gaspilleuse. Un système de gestion APC de la vapeur utilise des modèles de contrôle variables pour atteindre ces objectifs.

Ce système contrôle plusieurs unités d'opération et de soupapes afin d'équilibrer l'offre et la demande. Ces modèles tiennent compte des interactions entre plusieurs variables connexes; les variables de manipulation (MV) sont modifiées pour devenir des variables contrôlées (CV) en présence de variables de dérangement (DV) qui peuvent provenir de différentes sources de l'offre et de la demande.

Les économies d'énergie et d'émissions de carbone

Afin d'économiser le carburant des chaudières et de réduire les émissions de carbone, une importante usine de pâte à papier kraft ECF avec deux réseaux de fibres et trois chaudières de récupération ont investi dans un programme de gestion APC afin de contrôler le système complexe du réseau d'alimentation et de distribution. Les résultats furent impressionnants avec une réduction de la vapeur perdue de 90%. Le coût du carburant a baissé et les émissions de carbone des chaudières ont été réduites de l'équivalent de 2 000 tonnes par mois.

La majorité de la vapeur de cette usine est produite par trois chaudières de récupération; le reste est fourni par deux chaudières à biocarburant, Les brûleurs à mazout de ces chaudières sont utilisés lors de la mise en route et pour les périodes de grande consommation de vapeur. Deux génératrices à turbine fonctionnent avec la haute pression fournie par les cinq chaudières. Les plus grands consommateurs de vapeur sont deux batteries d'évaporateurs et deux digesteurs à pression modérée et basse. De plus les chaudières de récupération demandent un peu de vapeur lors de leur nettoyage.

Création des modèles

Avant d'installer le système, le fournisseur des contrôles a fait la cueillette des informations sur le réseau de vapeur. Le modèle de fonctionnement de l'usine et de ses contrôles a été étudié afin de créer une image complète de son niveau de performance, en ce qui concerne son rendement énergétique.

Tout ce travail, et les études préliminaires étaient parfaitement justifiés étant donnée la complexité du réseau de distribution de vapeur. Ce travail a permis d'élaborer la structure des modèles multi variables prophétiques (MPC) qui sont la pierre angulaire du contrôle. La figure 1 montre un modèle simplifié de la matrice des interactions utilisées dans les contrôles. L'objectif de base de l'opération est de garantir la pression et la fourniture adéquate de la vapeur : suffisamment de vapeur pour répondre aux besoins de l'usine mais pas trop pour qu'il n'y ait pas besoin d'en évacuer. En même temps, les pressions de pointe hautes, moyennes ou basses sont gardées à leurs montants prévus. La disponibilité de la vapeur est assurée par le réglage du réseau en s'assurant que l'alimentation corresponde à tout moment à la consommation des génératrices à turbine ainsi que des autres besoins de l'usine.

Figure 1 : Matrice de contrôle simplifiée pour la gestion du réseau de vapeur. Les contrôles variables (CV) sont amenés à leur point de réglage en manoeuvrant les variables manipulées (MV) en présence des variables de dérangement (DV).

Les résultats ont convaincu les utilisateurs

Cette nouvelle façon de gérer le réseau de vapeur a dû être appris et compris par les utilisateurs. Dès qu'ils ont vu les résultats, la transition s'est faite rapidement. Le personnel de l'usine déclara que les résultats escomptés pouvaient se voir dès le premier jour et les prévisions de 90% de réduction des échappements de vapeur furent atteintes en trois mois. Voir la figure 2. Cela signifie que 10 000 tonnes de vapeur par mois ne sont pas déchargées dans l'atmosphère, ce qui est l'équivalent de 715 tonnes de mazout par mois et 2 200 tonnes de moins de CO2.

Figure 2 : À l'usine BEK, la vapeur relâchée dans l'atmosphère (qu'on appelle un «blow-out») a été réduite de 90%.

De plus, la vapeur haute pression est plus régulière, comme montré à la figure 3. La stabilisation de toute la vapeur dans le réseau - haute, moyenne et basse pressions – est un facteur important dans le concept de gestion. La basse pression doit être stabilisée pour fournir une pression constante aux utilisateurs. D'un autre côté, la haute pression doit être stabilisée car c'est une des principales variables contrôlées par les chaudières. Si ceci est dérangé, la charge sur les chaudières est dérangée ainsi que la consommation de carburant.

Figure 3 : La stabilité de la haute pression a été améliorée de façon significative.

Données et illustrations fournies gracieusement par Metso.


 
paptac-portal

inscription-infolettre

acces-infolettres
banniere PaperWeek Canada
buckman banner
fpinnovations banner
kemira banner
tecumseth banner
cristini banner
banniere BIOFOR International
le maitre papetier