Stage de fin d’étudeEn vue de mettre en pratique les connaissances acquises tout au long du cursus au sein de l’EST et de faire suite au stage d’initiation qui visait à se familiariser avec le milieu de travail, l’EST prévoit pour ses étudiants un stage technique pour clore leur formation et qui permet d’effectuer une étude technique. De ma part, j’ai choisi de passer mon stage à SUNABEL de Ksar el kebir étant donné qu’elle est dotée d’une direction Maintenance sophistiquée et vaste ce qui me donne un choix varié au niveau du sujet d’une part et me permet d’autre part d’acquérir plus de connaissances. J’ai été affectée dans l’atelier instrumentation et ai choisi comme sujet l’étude de la production d’énergie électrique dans la sucrerie. La première partie de ce rapport sera dédiée à la présentation de la société et la description de cycle de fabrication de sucre, la deuxième sera consacrée à la production d’énergie électrique, et la troisième traitera les travaux effectues au niveau de l’usine. 1 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude PREMIER CHAPITRE : PRESENTATION DE LA SOCIETE ET LA DESCRIPTION DE CYCLE DE FABRICATION I. Présentation de la sucrerie SUNABEL 1. Données techniques de la sucrerie I. Description du cycle de fabrication du sucre 1. réception des betteraves 2. Echantillonnage 3. Déchargement 4. lavage (lavoir) 5. coupe-racine&diffusion 6. Epuration 7. Décalcification 8. Evaporation 9. Cristallisation 10. Essorage 11. Conditionnement DEUXIEME CHAPITRE : LA PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE A. LA CHAUDIERE : I. Description de la chaudière 1. Eau de la chaudière 2. Description de la chaudière 3. Description du circuit d’eau à l’intérieur de la chaudière I. Les sécurités de la chaudière 1. Sécurité principale de chaudière 2 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 2. Sécurité secondaire chaudière A. LA CENTRALE ELECTRIQUE I. Définition II.Les composants principaux d’une centrale électrique 1. Turbine 2. Alternateur triphasé 3. Transformateur I. Le fonctionnement de la centrale électrique : 1. Le fonctionnement de centrale 2. Bilan énergétique 3. La sécurité de centrale TROISIEME CHAPITRE : LES TRAVAUX EFFECTUES I. La maintenance au niveau de l’usine: 1. Maintenance préventive : 2. Maintenance corrective I. Nouvelles connaissances 1. L’asservissement 2. Les contrôles des machines 3. Le variateur de vitesse I. Interventions 1. Les moteurs 2. Les installations 3. La chaudière 3 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude PRESENTATION DE LA SOCIETE ET LA DESCRIPTION DE CYCLE DE FABRICATION Présentation de la sucrerie SUNABEL Données techniques de la sucrerie Description du cycle de fabrication du sucre réception des betteraves Echantillonnage I. PrésentationDéchargement de la sucrerie SUNABEL La sucrerielavage (lavoir)de Ksar El Kébir est une sucrerie de betterave SUNABEL coupe-racine&diffusion appartenant au Groupe de sucreries de betterave du Gharb et Loukkos. Elle est située Epuration dans le périmètre du loukkos à 7 km de la ville Ksar El Kébir sur la route de Larache. Décalcification Elle a une capacité nominale de traitement de betterave de 4000 tonnes par jour. Evaporation Cristallisation Cette sucrerie a été crée pour assurer le traitement de la production de la betterave Essorage produite au niveau du périmètre du loukkos, qui est considéré comme une zone très Conditionnement favorable pour cette culture. Sa capacité nominale de traitement annuel de 320000 tonnes de betteraves, correspondant à une superficie allant de 6000 à 7500ha. La sucrerie a été le 20 décembre 1975, et a été mise en service pendant le mois de juin 1978. Elle produit annuellement, à partir de la betterave, entre 45000 et 50000 tonnes de sucre blanc granulé et environ de 12000 tonnes et 18000 tonnes par an respectivement en mélasse et en pellets. 4 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 1. Données techniques de la sucrerie : ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ I. Reprise de la betterave par deux pompes d’une capacité de 1400 m/h chacune. Le lavoir est de type à rouleaux ondulés. Les coupes racines sont au nombre de cinq à plateau tournant type PUTSCH. Diffusion continue RT4 horizontales d’un diamètre de 5600 mm. Tri=ois presses à pulpe horizontale à vis du type STORD. Deux presses à pulpe horizontale à vis du type FERRIANI. Un four à chaux au coke du type EBERHARDT d’une capacité de 200m produisant 120 tonnes de chaux par jour. L’épuration est calcocarbonique, automatique et continue, permettant le traitement du jus brut : ✔ 9 filtres grand pont (100m² chacun) ✔ 3filtres prolatifs (452 chacun) 3 colonnes de décalcification de jus épuré avant évaporation. Evaporation est à cinq effets à jet ascendant de 8300 m². Le schéma de cristallisation est à 3 jets. 2sécheurs à pulpe à combustion au fuel. 3 presses à pellets. Le magasin à pulpe est de 5000 tonnes. Trois chaudières à fuel lourd N°2 produisant chacune 30T/H de vapeur surchauffée à 380 °C et 30bars de pression .1 centrale électrique composée de deux turboalternateurs à vapeur d’une capacité de 5.8MW chacun. Le magasin de stockage du sucre d’une capacité de 75000 tonnes. 2 conditionneuses à sucre 2kg et 1 conditionneuse 1kg. Description du cycle de fabrication du sucre : 5 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 1. réception des betteraves : 6 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude La réception est la première étape dans la technologie sucrière. Elle est chargée de déterminer le poids net des betteraves ainsi que leurs teneurs en sucre qui déterminent le montant de paiement de l’agriculteur 2. Echantillonnage La betterave récoltée est reçue à l’usine et pesée sur ponts bascules. On en prélève un échantillon de 30 à 35kg à l’aide d’une sonde hydraulique pour analyse. Ce qui permet d’évaluer les impuretés et la polarisation (richesse en sucre) moyennes de la betterave reçue. 3. Déchargement 7 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Apres l’échantillonnage, le déchargement des camions se fait par des plates formes à vérins hydrauliques vers un silo de stockage conditionné par de l’air ambiant pour éviter l’hydrolyse enzymatique du saccharose par l’invertase car la betterave est produit facilement périssable. Les betteraves sont amenées par voie hydraulique vers l’atelier de lavage. Au cours de son acheminement vers le silo, la betterave déchargée subit un nettoyage mécanique par le biais d’un décrotteur à rouleaux ondulés, ceci permet de la séparer des terres et radicelles (petites racines). 4. lavage (lavoir : La betterave à destination du traitement est abattue par des lances sous pression puis soulevée par des pompes centrifuges vers la station de lavage où elle subit les opérations suivantes : ➢ ➢ ➢ ➢ Désherbage (élimination des herbes et racines non décolletées). Epierrage (élimination des pierres venant avec la betterave). Lavage sous pression. Rinçage à l’eau décantée et javellisée. 8 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 5. coupe-racines & diffusion : La betterave ainsi lavée est découpée en lanières fines appelées cossettes dans des machines coupes racines à couteau afin de favoriser les échanges de matière de sucre. La diffusion est le phénomène par lesquelles deux solutions de concentration différentes juxtaposées ou par exemple séparées par une membrane, s’échange par osmose la membrane. Après découpage, les cossettes sont préchauffés avec du jus de circulation, ensuite elles sont introduites dans un diffuseur, énorme cylindre de 40mètres de long, 36 compartiments, dans lequel elles circulent à contre-courant avec l’eau chaude à 7075°C (eaux acidifiées+eaux de presses). Le sucre va peu diffuser de la betterave vers l’eau par phénomène d’osmose. On obtient, d’une part un jus de diffusion contenant 13-14 % de sucre et 2 % d’impuretés. Seulement 25% de ce jus est soutirée vers la station de l’épuration et le reste est un jus de circulation. D’autre part et dans le sens du déplacement des cossettes, on obtient les pulpes humides (cossettes épuisées) contenant encore du sucre. 9 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Les pulpes humides sont ainsi pressées pour en extraire le us restant appelé eaux des presses, et après chauffage par un échangeur de chaleur à plaques (pour éviter leurs dégradations) sont introduites avec les eaux diffusion. Elles pulpes pressés sont alors séchées, et ensuite pressées dans presses à granuler pour donner des bouchons appelés pellets destinés à l’alimentation du bétail. Le PH du jus soutiré doit être maintenu au voisinage de la valeur optimale de 5.8 à 6. 6. Epuration : Le jus sortant de « Diffusion » contient environ 15% de sucre et toutes les impuretés solubles contenues dans les betteraves. Pour éliminer les impuretés, il faut soumettre le jus à une purification. L’agent d’épuration employé est la chaux, produite par calcination de pierres calcaires dans un « four à chaux », puis transformée en lait de chaux. Ce lait, mélangé au jus de diffusion, amorce la séparation des impuretés, mais ne permet pas de leur décantation. Le « jus chaulé » doit encore être soumis, dans les appareils à carbonater, à l’action du gaz carbonique récupéré par aspiration au sommet du four à chaux. La chaux précipite alors sous forme de carbonate de chaux, dont les grains entraînent les impuretés les plus fines. Impuretés et chaux sont éliminés par filtration. La chaux chargée d’impuretés, appelées écumes, constitue le meilleur amendement calcaire pour les terres agricoles. 7. Décalcification : Le jus filtré de deuxième carbonatation n’étant pas exempt de sels calcium, une décalcification s’avère nécessaire pour «éviter l’entartrage de l’évaporation. En effet, le jus passe à travers une résine riche en sodium et libère le calcium par une réaction de substitution montré par le schéma suivant : R-Na2 + Ca2 2Na+ + R-Ca 10 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Après saturation, la résine est régénérée à l’aide solution de chlorure de sodium à 26%(saumure). 8. Evaporation : En sucrerie l’évaporation est la phase de fabrication qui suit immédiatement l’épuration et qui a pour but de concentrer le jus épuré par l’évaporation de la plus grande partie de l’eau qu’il contient. Le jus à 14 ,5 brix est transformé sirop (ou jus dense) à un brix entre 65 à 70 par évaporation. Description des appareils d’évaporation et leur fonctionnement : La SUNABEL de ksar el kebir a une poste d’évaporation à 5 effets : Chaque effet est constitué par une chambre de vapeur traversée par un faisceau tubulaire vertical. En service, la vapeur de chauffage se condense à l’extérieur des tubes, tandis qu’à l’intérieur des tubes, le jus en ébullition se concentre. L’échange de chaleur se fait entre la vapeur et le jus parce que la température de la vapeur est supérieure à la température du jus. Les tubes en aciers inoxydables sont minces pour assurer une transmission de chaleur rapide. La vapeur n’incruste pas les tubes, le jus par contre est incrustant c’est la raison pour laquelle la vapeur passe à l’intérieur des tubes est accessible pur nettoyage mécanique ou chimique. 11 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Le jus entre de façon continue dans la partie inferieure de l’appareil, il est uniformément réparti sous la plaque tubulaire grâce à un répartiteur, et il grimpe bouillonnant dans les tubes sous forme d’une émulsion de jus et de vapeur. Cette émulsion débouque à la partie supérieure du tube dans une vaste chambre appelée calandre dans laquelle s’effectue la séparation du jus concentré et de la vapeur formée à ses déponas. Le jus retombe finalement sur la plaque tubulaire supérieur et se rassemble dans un tube central de grand diamètre, au bas du quel se trouve un orifice de sortie. L’ébullition est intense dans une caisse d’évaporation et la quantité de jus qu’ille contient et relativement minime. Malgré les grandes dimensions de l’appareil, le niveau du jus attendrait à peine le tiere inferieur des tubes, ce niveau s’appelle le niveau statique. La vapeur formé par l’ébullition du jus est évacué e au sommet de la calandre apres avoir traversé e une série de chicanes appelée dissecteur qui récupère les gouttelettes de jus entrainées. Au dessous de la plaque tubulaire inferieur ; il ya deux orifice pour évacué les eaux condensée provenant de la vapeur de chauffage. La vapeur de chauffe contient une proportion plus au moins important de gaz (air ; ammoniac, on hydride carbonique) qui ne sont pas condensable. Si on ne les extrait pas de la chambre de chauffage .celle-ci se remplit peu à peu de ses gaz et par conséquent la vapeur n’entre plus et toute l’évaporation cesse pour cela chaque caisse possède 2 orifices dans la plaque tubulaire supérieure par les quelle ces gaz sont évacués à l’air libre. Le jus épuré est porté à une température de 119 °C dans une série de réchauffeurs afin d’augmenter la rentabilité de l’évaporation du 1er effet et avoir un brix convenable. 9. Cristallisation : 12 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Cette opération pour but de séparer et de purifier le sirop obtenu par évaporation du jus. L’opération consiste à faire passer le saccharose à l’état solide tandis que les autres impuretés restent en solution. Le sirop termine sa concentration dans des chaudières ou « cuite » fonctionnant sous vide pour éviter une caramélisation trop intense. Le sirop est amené au-delà de sa limite de solubilité, à l’état de « sursaturation » ; à ce stade, un cristal de sucre plongé dans le sirop se met à grossir. Si l’on évapore encore un peu plus d’eau, le sucre va cristalliser spontanément. Pour bien contrôler le processus, on ajoute dans le sirop « sursaturé » des petits cristaux sous forme de sucre en solution vont venir s’y « agglutiner » et les faire grossir. Une étape de malaxage permet d’achever le grossissement des cristaux tout en refroidissant l’ensemble. On sépare les cristaux du sirop non cristallisé par essorage dans une grosse centrifugeuse (‘turbinage’) qui tourne à 1500 tours/minute. En vaporisant alors de l’eau chaude dans les centrifugeuses, on parvient à chasser le sirop coloré qui adhère à chaque cristal de sucre (opération de clairçage). Dans cette étape on obtient donc : 1er jet on obtient : - Sucre blanc : envoyé vers un sécheur refroidisseur qui consiste à évaporer le maximum d’eau restant dans le sucre pour favoriser les conditions de stockage (humidité admissible 0,002 - 0,003). 13 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude - Egout pauvre : il représente l’eau mère de la masse centrifugation. Il constitue la liqueur standard du 2ème jet. cuite séparée par - Egout riche : c’est l’égout récupéré après clairçage à l’eau du sucre dans les centrifugeuses. Vu sa pureté élevée il est recyclé vers les bacs d’attente du 2ème jet 2ème jet on obtient : – Sucre II : envoyé vers le malaxeur de refonte du 1er jet. – Egout pauvre 2ème jet : constitue la liqueur standard du 3ème jet. 3ème jet on obtient : - Sucre 3ème jet : il est recyclé vers le 2éme jet. - Mélasse : valorisée comme support de fermentation pour la production de levures de boulangerie, d’alcool, etc.… 10. Essorage : La masse cuite est essorée par La force centrifuge développée par les turbines sépare les cristaux en les retenant dans un panier perforé, des restes d’eau sucrée appelée eau-mère ou égouttures’. Les centrifugeuses tournent à 1.200 tours /min les cristaux de sucre restent dans le tamis, tandis que les eaux mères s’en échappent. Les cristaux parfaitement purs et blancs sont dirigés vers le séchage. Les eaux-mères ou égouts composés d’eau de sucre et de quelques impuretés contiennent encoure beaucoup de sucre. Elles sont soumises à une nouvelle cuisson avec formation de cristaux et à un nouvel essorage : c’est le 2ème jet. 14 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 11. Conditionnement : Le sucre blanc cristallisé après centrifugation est séché dans un tambour en contre courant avec de l’air chaud puis refroidi en contre courant avec l’air ambiant. Après, il est stocké dans des silos journaliers alimentant les différentes ensacheuses 50kg et conditionneuses 1 et 2kg. 15 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude LA PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE LA CHAUDIERE : Eau de la chaudière Description de la chaudière Description du circuit d’eau à l’intérieur de la chaudière Il y a plusieurs technique de production d’énergie électrique et seulement la source d’énergie qui change et Les sécurités de la chaudièrela même et les différents la partie de centrale électrique elle reste sources d’énergie mécanique sont : Sécurité principale de chaudière Sécurité secondaire chaudière ➢ Dans une centrale hydraulique, c’est l’eau en mouvement qui fournit LA CENTRALE ELECTRIQUE l’énergie mécanique à la turbine puis à l’alternateur. Description de la chaudière INTRODUCTION Définition ➢ Dans une centrale éolienne, c’est le vent en mouvement quiélectrique Les composants principaux d’une centrale fournit l’énergie mécanique à la turbine (= les pales) puis à l’alternateur. Turbine Alternateur triphasé ➢ Dans une centrale thermique à flamme, l’énergie thermique fournie par les Transformateur combustibles fossiles produit la vaporisation de l’eau. C’est le vapeur d’eau en mouvement qui fournit l’énergie mécanique à la turbine puis à: Le fonctionnement de la centrale électrique l’alternateur Le fonctionnement de centrale Bilan énergétique Remarque : Il existe autre type des centrales. La sécurité de centrale 16 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude L’alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique et On peut traduire cette conversion par un ce diagramme. A. LA CHAUDIERE : I. Description de la chaudière La vapeur est une source d’énergie, très utile pour le fonctionnement de plusieurs unités au sein de l’usine SUNABEL. Elle est utilisée pour différentes fins : Alimentation en énergie électrique des machines tournantes (pompes, compresseurs…) Vapeur d’atomisation du fuel (fours, brûleurs) Mise sous vide de certaines enceintes Traçage (des lignes de produit) Dégazage physique Fournir de la chaleur à certains produits visqueux 17 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Accélérer le mouvement de séparation des produits dans la colonne de séparation. Ainsi que le barbotage dans les ballons pour élimination des impuretés. Donc la chaudière s'avère d'une importance primordiale au sein d'une telle industrie. 1. Eau de la chaudière : L’eau destinée à l’alimentation des chaudières ne peut être utilisée à son état brut, que ce soit de l'eau potable ou de l'eau naturelle (marine, fluviale…), elle se charge de sels minéraux, de gaz dissous et de micro-organismes vivants, elle n’est donc jamais chimiquement pure. L'eau utilisée à SUNABEL est l'eau potable, elle est déminéralisée pour éviter les phénomènes suivants : • Corrosion des parties en acier par la présence de l’oxygène O2 et d’un PH faible. • Formation de dépôts à la surface des tubes vaporisateurs dus à la présence de duretés et de matières en suspension. Cette formation de dépôts donne lieu à une surchauffe du métal ce qui peut engendrer des éclatements. • Primage (entraînement des vésicules liquides dans la vapeur) favorisé par une salinité et une alcalinité importante. • Entartrage (formation de dépôts durs et adhérents sur des surfaces chaudes) par la précipitation de sels dont la solubilité varie en sens contraire de la température. Ces sels sont principalement les carbonates de calcium et de magnésium issus de la décomposition thermique des bicarbonates correspondants, largement présents dans les eaux naturelles. • Encrassement des turbines causé par les dépôts de silice sur les aubages lors de la détente de la vapeur. 1. Description de la chaudière : Une chaudière est une enceinte fermée d’une capacité métallique étanche et résistante dont le rôle est de transformer l’eau traitée en vapeur à une pression et température bien déterminées sous l’action de la chaleur fournie par la combustion. La chaudière comprend essentiellement: a. L'économiseur : Il s’agit d’un serpentin dans lequel passe l’eau d’alimentation de la chaudière avant de pénétrer dans les ballons et dans lequel elle est préchauffée en utilisant la chaleur des fumées (L’eau circule à contre courant avec les gaz de combustion). Il a pour but de récupérer une partie des calories restant dans les gaz de combustion, pour élever la température de l’eau d’alimentation. L’eau préchauffée peut atteindre des valeurs de l’ordre de 250 ºC. L’économiseur permet une augmentation du rendement thermique et une suppression de contraintes thermiques dans le métal du ballon, que provoquerait une eau froide. L’économiseur est un échangeur de chaleur à circulation d’eau inverse par rapport à celle des gaz de combustion. L’échange de la chaleur se réalise par convection. b. La chambre de combustion : 18 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude La chambre de combustion est une enceinte dans laquelle se développent les flammes des brûleurs. Les murs latéraux et le plafond de la chambre de combustion sont garnis des tubes vaporisateurs. L’échange thermique réalisé entre ces tubes et les gaz de combustion se fait par rayonnement. La température de cette chambre de combustion atteint 1200 ºC. Les tubes sont en acier ordinaire car la différence de température entre l’eau et le métal exposé à la radiation est voisine de zéro. Chaque chaudière comporte deux brûleurs au fuel-oil pulvérisé par de la vapeur moyenne pression 15 bars (ils peuvent fonctionner aussi avec le fuel gaz de la raffinerie). c. Les brûleurs : Chaque chaudière est équipée d’un nombre de brûleurs qui est en fonction de ses dimensions. SUNABEL dispose de chaudières de deux brûleurs. Ils ont pour fonction de mélanger le combustible avec l’air et de fournir de l’énergie thermique grâce à la combustion du mélange obtenu. Les gaz chauds produits circulent le long des parois de la chaudière remplie d’eau qui constituent des échangeurs thermiques et ils libèrent leur énergie. La proportion des combustibles utilisés est en fonction de leur coût, de leur disponibilité et des limites imposées pour la protection de l’environnement. L’oxygène nécessaire à la combustion est amené au combustible par l’air. Le processus de combustion réagit avec une très grande sensibilité au dosage de l’air. ➢Si l’oxygène est amené en trop faible quantité, la combustion est incomplète et les imbrûlés se dirigent vers la cheminée. Il en résulte un prix de combustible élevé et pollution de l’environnement. ➢Si une trop grande quantité d’O2 est mélangé au combustible, il en résulte un mauvais rendement et un dégagement de chaleur inutile dans l’environnement. d. Le vaporisateur : Il comprend les parties suivantes : ➢ Le réservoir collecteur (ballon supérieur) : Il s’agit d’une enceinte cylindrique placée à la partie supérieure de la chaudière dans laquelle se trouvent réunies la phase liquide et la phase vapeur de l’eau du générateur. De ce fait, la température de l’eau est à la température de saturation, correspondant à la pression qui règne dans cette enceinte. Il s’établit dans le réservoir un plan d’eau dont le niveau est maintenu à une valeur constante (50%). Au dessus de ce plan, ce trouve la vapeur saturée ou humide qui, par l’intermédiaire de séparateurs et sécheurs se dégage vers l’échangeur de surchauffe. ➢ Le réservoir distributeur (ballon inférieur) : 19 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Il fonctionne à 100% d’eau, placé à la partie inférieure de la chaudière (ballon cylindrique inférieur CCI). ➢ Tubes de chute : Ces tubes ne sont pas chauffés, ils relient le réservoir collecteur au réservoir distributeur et permettent la circulation de l’eau vers ce dernier. ➢ Faisceau de tubes vaporisateurs : Il relie le réservoir distributeur au réservoir collecteur. Il assure la fin de l’échauffement de l’eau (quand l’économiseur n’est pas vaporisant) et la production de la vapeur. Les vaporisateurs sont généralement constitués par les écrans soudés de la chaudière mais doivent parfois être complétés par des faisceaux, notamment dans le cas des chaudières à faible pression. C’est dans ce faisceau que se produit la vaporisation de l’eau. e. La surchauffeur : La vapeur obtenue à la sortie du ballon supérieur est de la vapeur saturée (humide), le but du surchauffeur est d’augmenter la température de la vapeur sans changer sa pression afin d’éliminer les traces d’eau liquide. Il comprend deux parties : un surchauffeur primaire et un surchauffeur secondaire, comportant entre eux un système de régulation de température par désurchauffe. Nappe supérieure Collecteur d'entrée Nappe inférieure Fumées 1 boucle de 2 tubes en parallèle Collecteur de sortie La température finale de la vapeur est ainsi régulée par action sur le débit d’eau de désurchauffe, tout en contrôlant le débit de vapeur. f. Le désurchauffeur : Destiné à refroidir la vapeur surchauffée afin que sa température reste dans les limites imposée par la résistance des matériaux aux températures élevées ainsi que de respecter la température désirée (380°C) par injection d’eau pulvérisée entre les deux surchauffeurs. 20 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Eau d'injection Stage de fin d’étude Vapeur Pulvérisation en gouttelettes Schéma du désurchauffeur 1. Description du circuit d’eau à l’intérieur de la chaudière : L’eau arrivant des pompes alimentaires est introduite dans le réservoir collecteur (ballon cylindrique supérieur). Le débit de cette eau est régulé par une vanne en fonction du niveau dans le réservoir collecteur qui doit rester à 50% et du débit de vapeur. La pression peut également être contrôlée. Une circulation naturelle s’établit entre le réservoir collecteur et le réservoir distributeur (ballon cylindrique inférieur) par les tubes de chute, et entre le réservoir distributeur et le réservoir collecteur par les tubes de vaporisation. La vapeur saturée, recueillie dans le réservoir collecteur, passe par un dispositif séparateur et par un filtre placé tous les deux dans ce dernier. Elle est ensuite dirigée vers la surchauffeur. Suivant la température obtenue de la vapeur après passage dans la surchauffeur, elle subit ou non une désurchauffe. 21 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Coupe de la chaudière I. Les sécurités de la chaudière : Dans le contexte d’assurer la marche normale de la chaudière et de garantir sa protection contre des incidents pouvant intervenir au cours du déroulement de son activité, des sécurités sont mises en place pour prémunir contre les disfonctionnements de la chaudière On distingue quatre blocs de sécurité à savoir : ➢ La sécurité principale, ➢ La sécurité secondaire, ➢ La sécurité principale fuel oïl, ➢ La sécurité principale fuel gaz, Cette dernière sécurité sera omise pour deux raisons : la première est que le combustible utilisé en ce moment à SUNABEL est le fuel oïl et la seconde est que la sécurité fuel oïl et celle fuel gaz sont identiques abstraction faite de la pression qui n’existe qu’au niveau du fuel oïl. 1. Sécurité principale chaudière : Il s’agit de sécurités intervenant pendant le démarrage et au cours du fonctionnement normal de la chaudière. Elles engendrent le déclenchement total de la chaudière pendant toutes les phases de fonctionnement en cas d’anomalies. 22 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude a. Niveau ballon très haut : Lorsque le niveau d’eau dans le ballon supérieur atteint 65%, la vapeur produite est humide, ce qui représente le risque de casser les ailettes des turbines à cause des gouttelettes d’eau contenues dans la vapeur à une pression de 30 bars, d’où l’intérêt de cette sécurité. La vapeur humide présente aussi le risque d’explosion des barillets de stockage à cause du contact entre la vapeur sèche et la vapeur humide. b. Niveau ballon très bas : Lorsque le niveau d’eau atteint 30%, la chaudière se déclenche pour éviter de brûler les tubulures en contact direct avec la flamme des brûleurs. c. Niveau ballon très très bas : Pour accroître la fiabilité de la sécurité de niveau et vu que le niveau d’eau bas de la chaudière présente plus de risque que le niveau haut, un deuxième capteur de niveau est placé à 25% du ballon supérieur. d. Débit air combustion bas : Lorsque le débit d’air est bas, la combustion n’est pas totale, il y a par conséquent perte de fuel dans la fumée. Si la quantité de fuel non brûlée est importante, elle est accumulée dans le foyer de la chaudière, et présente le risque d’explosion. e. Arrêt d’urgence local: En cas d’anomalie constatée sur le site de la chaudière, un arrêt d’urgence permet l’arrêt total de la chaudière. 23 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude f. Arrêt d’urgence salle de contrôle : Il existe aussi un arrêt d’urgence dans la salle de contrôle mis à la portée du superviseur. g. Vitesse basse de ventilation : Si la vitesse de rotation du ventilateur est basse, l’air comburant n’est pas suffisant à la combustion totale du fuel. 1. Sécurité secondaire chaudière : Le but de ces sécurités est d’empêcher le démarrage de la chaudière dans de mauvaises conditions. Elles n’interviennent pas pendant le fonctionnement normal de la chaudière. A. Température basse fuel oïl: La viscosité du fuel doit être convenable à la combustion. Pour cela, sa température doit être égale à 120°C. Si ce n’est pas le cas, la chaudière ne démarre pas. B. Niveau ballon haut : Si le niveau d’eau du ballon pendant le démarrage est supérieur ou égal à 60%, le déclenchement de la chaudière par la sécurité principale « niveau ballon très haut 65% » risque de se faire rapidement. Pour une sécurité optimale, il existe un capteur de niveau dédié à cette sécurité différent de celui de la sécurité principale. A.LA CENTRALE ELECTRIQUE : I. Définition : Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel destiné à la production d'électricité. Les centrales électriques transforment différentes sources d'énergie naturelle en énergie électrique afin d'alimenter en électricité les consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointains. Le réseau électrique permet de transporter puis de distribuer l'électricité jusqu'aux consommateurs. Généralement On peut dire que la centrale électrique est l’ensemble turbine-alternateur, Peuvent transformer l’énergie mécanique (liée au mouvement) en énergie électrique. II. Les composants principaux d’une centrale électrique: Les composants principaux d’une centrale électrique est la turbine l’alternateur et le transformateur. 24 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 1. Turbine : Une turbine à vapeur est constituée d'un grand nombre de roues (une centaine pour un modèle de puissance) portant des ailettes. La vapeur sous pression traverse d'abord les roues de petit diamètre avant d'atteindre les roues de plus grand diamètre. La turbine tourne alors en entraînant l’alternateur qui lui est accouplé. 2. Alternateur triphasé : ➢ Définition : Un alternateur triphasé est un générateur qui transforme l’énergie mécanique en électrique. 25 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude ➢ Caractéristique d’un alternateur : Les caractéristiques de l'alternateur sont les suivantes : • fréquence de rotation nominale : nN • tension nominale aux bornes d'un enroulement : Vn • fréquence nominale :f = 50 Hz • puissance utile nominale : Pu • D'autre part, les phases de l'alternateur sont couplées en étoile avec neutre. ➢ Principe de fonctionnement : Une bobine est constituée d'un fil de cuivre isolé par un vernis et enroulé en de nombreuses spires. Il existe des bobines plates (cadres), des bobines longues (solénoïdes), des drôles de bobines (bobines de déflexion de tubes cathodiques d'un téléviseur par exemple). Si l'on déplace un aimant près d'une bobine (ou si l'on déplace une bobine dans le champ magnétique d'un aimant), une tension électrique est induite (créée) aux bornes de la bobine. C'est le phénomène d'induction électromagnétique. Le signe de la tension dépend du sens de déplacement de l'aimant et du sens du champ magnétique. En faisant tourner régulièrement un aimant près d'une bobine, la tension induite est alternative. Elle est tantôt positive tantôt négative. C'est le principe de l'alternateur. Pour augmenter l'effet magnétique, les bobines sont munies de noyaux en fer doux et les aimants sont remplacés par des électro-aimants alimentés par un courant d'excitation. On appelle inducteur l'électro-aimant qui produit le champ magnétique et induit la bobine dans laquelle la tension est créée. En général on préfère déplacer l'inducteur à l'intérieur de l'induit fixe, l'isolation de l'induit étant ainsi plus facile pour les tensions élevées (10 à 15 kV) ➢ Fonctionnement d'un alternateur : Pour que l'alternateur puisse fonctionner, il faut que le rotor se comporte comme un aimant. Ainsi, l'inducteur est : 26 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude _ soit un aimant permanent, _ soit on crée artificiellement un aimant en alimentant l'inducteur avec une alimentation continue. _ Si on ne dispose pas d'une alimentation continue externe pour alimenter l'inducteur, on crée l'alimentation directement avec la machine; on parle alors de machine auto-excitée. L'induit est composé de 3p bobines chacune décalées entre-elles de . Le rotor (aimant naturel ou artificiel) crée le flux. Lorsque le rotor tourne, chaque bobine est soumise à un flux magnétique variable et il se crée alors une tension alternative sinusoïdale e(t) aux bornes de chaque enroulement du stator. 1. Transformateur : 27 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Transformateur triphasé ➢ Rôle d'un transformateur : Un transformateur sert à modifier la valeur efficace d'une tension alternative. Il peut l'abaisser ou l'élever. ➢ Caractéristiques techniques : – – – – ➢ puissance apparente nominale : Sn tension de court-circuit : Ucc fréquence : F = 50 Hz groupe de couplage : DyN11 Description d'un transformateur : La transformation peut se faire avec un transformateur triphasé ou avec trois transformateurs monophasés. 28 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Transformateur monophasé Un transformateur est constitué de 2 bobines de fil de cuivre isolé montées sur une armature en fer doux. • Remarque: Le fer doux est du fer pur, alors que l'acier est un alliage de fer et de carbone. Le fer doux et l'acier s'aimantent lorsqu'ils sont placés dans le champ magnétique d'une bobine, mais lorsqu'on interrompt le courant dans la bobine, le fer doux cesse d'être aimanté alors que l'acier conserve son aimantation. La bobine d'entrée est appelée primaire, celle de sortie, secondaire. Les 2 bobines sont indépendantes. Il n'existe aucune liaison électrique entre elles. L'armature en fer doux passe à l'intérieur des bobines et se referme à l'extérieur. Elle est constituée de plaques superposées pour diminuer les pertes. Le fil de cuivre est isolé par un vernis transparent qui pourrait laisser croire que le fil est nu. ➢ Fonctionnement d'un transformateur : En déplaçant un aimant près d'une bobine, on crée une tension variable dans la bobine (voir alternateurs). La tension induite dans la bobine est due à la variation du champ magnétique de l'aimant que l'on déplace. 29 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Ici, c'est la variation du champ magnétique créé par le courant variable circulant dans la bobine primaire qui induit une tension variable dans la bobine secondaire. • Remarque: Un transformateur ne fonctionne pas en courant continu (pas de variation du champ magnétique), de même qu'un alternateur ne fournit aucune tension si on ne le fait pas tourner. Si le primaire est soumis à une tension alternative, le secondaire sera soumis à une tension alternative de même fréquence. La tension efficace obtenue au secondaire dépend du nombre de spires des bobines. III.Le fonctionnement de la centrale électrique : 1. Le fonctionnement de centrale : La centrale électrique est le noyau de la production de l’énergie électrique. La vapeur surchauffée est à 380°C et à 30 bar à l ‘entrée de la turbine, et sort avec une température de 150°C, la chaleur extraite permet de faire tourner la turbine avec une vitesse de 8077tr/min et la vitesse à l’entrée d’alternateur est 1500 tr /min c’est une vitesse constante à l’aide d’un réducteur par ce que l’alternateur est une machine synchrone et d’après cette énergie mécanique l’alternateur va la transformer en énergie électrique. 2. Bilan énergétique : 30 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Cette centrale thermique permet de produire : ➢ Puissance active ➢ ➢ P=4 ,4 MW Puissance réactive Q=3,1 MVAR Puissance apparente S= KV courant I=288 A ➢ tensionV=5,5 ➢ ➢ fréquence f=50 Hz =0,87 ➢ facteur de puissance cosφ 1. La sécurité de centrale : Avant de démarrage la centrale il faut vérifier que : ➢ Le réservoir d’huile plein au niveau requis. ➢ Le régulateur de vitesse au point zéro. ➢ La pompe à huile auxiliaire opérationnelle à des intervalles fréquents ➢ ➢ ➢ ➢ et réguliers. La vanne d’admission de vapeur et les soupapes de réglage étant fermées. Le rotor de la turbine tourne librement à l’aide de la clef prévue à cet effet. Les purges de vapeur sont ouvertes. pompe à courant continu en position auto Et pour démarrer la centrale il faut suivre les étapes suivantes : ➢ Ouvrir le petit by-pass à l’entrée de la turbine avec précaution ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ jusqu’à ce que la température atteigne 200 degré environ. Cette température est lue sur le thermomètre d’admission de la turbine. Elle doit être atteinte après une durée minimale de chauffe une heure et demie afin d’éviter les chocs thermiques. A la sortie de la turbine la température doit être comprise entre 80 et 100 degré fermer à ce moment là la vanne petite by-pass et s’assurer que la pression est tombée à zéro bar. Ouvrir la vanne à fermeture rapide d’entrée vapeur jusqu’au repère préconisé (Indiqué sur le corps de la vanne) Ouvrir les soupapes de réglage Tourner la turbine manuellement avec la clef préconisée à cet effet. 31 EST de Fès Année universitaire 2008/2009 Stage de fin d’étude ➢ Ouvrir la vanne d’échappement sortie turbine ➢ Ouvrir de façon à décoller la vanne de by-pass très doucement et progressivement jusqu’à ce que la turbine commence à tourner ➢ En réglant la vitesse environ au delà de 500tr/mn ➢ Très attentivement faire des inspections autour de la turbine afin de déceler d’éventuelles anomalies (frottements, bruits anormaux, fuites d’huile ou de vapeur… etc.) ➢ Augmenter la vitesse progressivement à 1500 tr/min et la maintenir pendant 20min environ pour le conditionnement du rotor. ➢ Contrôler les températures du palier et de l’huile à la sortie du refroidisseur. Régler si nécessaire Une fois la température d’admission s’est stabilisée 200 à 230 degré, porter la vitesse à 3600tr/min en agissant sur l’admission de vapeur avec un intervalle de 10 à 15 min environ entre les manœuvres. ➢ Augmenter la vitesse à 4000tr/min en surveillant le fonctionnement des Soupapes par l’intermédiaire du régulateur pilote qui doit se mettre en Position fermeture. Procéder à la permutation de la vanne grand by-pass par la vanne principale d’entrée vapeur. ➢ A 6000tr/mn arrêter la pompe auxiliaire d’huile et mettre son sélecteur sur la position automatique. ➢ porter la vitesse à 8077 tr/mn par intervalle de 10 mn en agissant sur le commutateur du Variateur de Vitesse sur tableau et fermer les purges de vapeur. 32 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude LES TRAVAUX EFFECTUES La maintenance au niveau de l’usine: Maintenance préventive : Maintenance corrective I. la maintenance au niveau de l’usine: L’asservissement Les contrôles des machines Le variateur de vitesse Année universitaire 2008/2009 Interventions 33 EST de Fès Nouvelles connaissances Les moteurs Les installations La chaudière Stage de fin d’étude La maintenance est l‘ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien dans un état spécifié ou en mesure d’assurer un service déterminé. Il ya deux type de maintenance. ➢ Maintenance préventive se fait avant la panne. ➢ Maintenance corrective se fait après la panne. 1. Maintenance préventive : La durée de mon stage est divise en deux parties : ➢ Avant le démarrage de l’usine : c’est la durée de l’entretien des machines dans cette partie la maintenance préventive elle est appliquée au niveau de toute les machines d’usine. ➢ Pendant le démarrage de l’usine : pendant le fonctionnement la maintenance préventive elle est applique selon la priorité des machines. 1. Maintenance corrective : Ce type de maintenance est plus utilise pendant le fonctionnement de l’usine. II.nouvelles connaissances : Durant la période de mon stage j’ai appris des nouvelles connaissances au milieu de travail et parmi ses connaissances on trouve : 1. l’asservissement : Cette option elle est plus utilisée pour les bondes de stockage et sa but principale est de faire alimenter les moteur des bondes un par rapport a l’autre et voila le schéma de commande et de puissance de ces moteur. 34 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Schéma de Commande et de Puissance du Magasin de Sucre 35 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude 2. les contrôles des machines : C’est un système de surveillance qui gère l’état des machines, à pour but principale d’assurer l’état de bon fonctionnement des machines avec des appareilles spéciales et parmi ces appareilles on trouve : a. le mégohmmètre : ➢ définition : Un mégohmmètre est un instrument de mesure destiné à mesurer la résistance d'isolement électrique enter deux bornes et entre une borne et la masse. ➢ Principe : Le mégohmmètre génère une tension continue importante (de quelques centaines de volts à plusieurs kV). L'appareil possède généralement une limitation de courant à quelques mA. Cet appareil est utilisé pour mesurer l'isolement d'un équipement électrique tel que, par exemple 36 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude une machine électrique, des câbles d'énergie, des isolateurs, des parafoudres ainsi que tout équipement ou installation susceptible de présenter un danger pour la sécurité en cas de défaut b. La pince ampéremétrique : ➢ Définition : La pince ampèremétrique est un appareil de mesure qui permet de mesurer 'intensité de courant électrique sans s'insérer dans le circuit.et de vérifier la nature du système (triphasé équilibré ou non) et de mesurer la tension la puissance et le cosφ . ➢ Principe : La pince ampèremétrique est une sorte de transformateur électrique dont le primaire est constitué par le conducteur dont on veut connaître le courant et le secondaire par un enroulement bobiné sur un circuit magnétique formé par les deux mâchoires de la pince. Elle sert à mesurer des courants alternatifs élevés sans insérer quoique ce soit dans le circuit. Elle ne peut pas mesurer les courants continus. 3. Le variateur de vitesse : a. Définition : Un variateur de vitesse est un dispositif électronique destiné à commander la vitesse d'un moteur électrique. 37 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude b. Principe de fonctionnement : Dans un moteur à courant alternatif, la vitesse mécanique du rotor est liée à la fréquence des courants au stator. Ce lien mathématique rend possible une commande de la vitesse du rotor par la commande de la fréquence du courant au stator. C'est ce que l'on appelle la condition de synchronisme qui s'exprime différemment selon que l'on considère une machine synchrone ou une machine asynchrone. Pour une machine synchrone, la condition de synchronisme est : Avec : • • • Ns, la vitesse de synchronisme en tours par minute f, la fréquence d'alimentation en hertz p, le nombre de paires de pôles Pour une machine asynchrone, la condition de synchronisme est : Avec : ➢ g, le glissement en % ➢ Ns, la vitesse de synchronisme en tours par minute ➢ N, la vitesse de l'arbre (vitesse réelle) en tours par minute Ainsi, il existe une relation directe entre le pilotage de la fréquence du courant au stator et la vitesse mécanique du rotor qui permet, pour toute vitesse mécanique souhaitée, de fixer la fréquence statorique correspondante. C'est sur ce principe que se base le fonctionnement du 38 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude variateur de vitesse : commander une vitesse de rotation mécanique en commandant la fréquence du courant statorique. III. Interventions: Durant la période de mon stage j’ai fait plusieurs interventions avec mon équipe concernant les moteurs les installations et la chaudière… 1. Les moteurs : Les moteurs les plus utilise dans l’usine COSUMAR sont des moteurs asynchrone et les causes principales qui permet de faire une intervention pour ces moteurs sont : ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Défaut d’alignement Défaut de roulement Surcharge mécanique Vibration Mouvais couplage 2. Les installations : Les installations électriques sont l’ensemble des composants électrique qui peuvent alimenter et commander une machine et les causes principales qui permettent de faire une intervention pour ces installations sont : ➢ Problème sur un composant (fusible contacteur relai thermique……) ➢ Mouvais serrage d’un fil ➢ Mouvais contacte due à la poussière 2. La chaudière : La chaudière est la partie la plus important dans l’usine et les interventions sont court et pas nombreuse et les causes principales de ces interventions sont : ➢ ➢ ➢ ➢ L’économiseur Arrêt d’une pompe Arrêt d’une vanne Arrêt d’un moteur 39 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès Stage de fin d’étude Le stage technique est une occasion pour s’auto évaluer, pour exploiter nos connaissances, et pour améliorer l’expérience qui devient la condition et le facteur nécessaire que l’employeur exige pour l’embauche. D’après la modeste expérience que j’ai effectué j’ai constaté que le domaine de l’industrie n’est pas du tout facile comme ont croyaient avant mes il faut doubler les efforts pour y réussir. 40 Année universitaire 2008/2009 EST de Fès