Les exigences critiques sont un air comprimé propre, sec, stable et disponible de manière fiable. Pour l'instrumentation et les contrôles des usines pilotes, l'air doit être exempt d'huile, refroidi et séché afin que l'humidité ne se condense pas dans les tubes et n'endommage pas les instruments pneumatiques. Le système doit utiliser une configuration de compresseur appropriée, une prise d'air extérieur, une filtration et un séchage, un réservoir d'air pour absorber les fluctuations de la demande et une régulation de pression locale au niveau de chaque instrument.
L'air instrument est un utilitaire de système de contrôle, pas simplement de l'air d'usine. Sa qualité et sa pression doivent rester conformes aux exigences des instruments connectés, car la contamination, la condensation ou l'instabilité de la pression peuvent entraîner un contrôle imprécis, des actionneurs défaillants ou un comportement de processus dangereux.
Pourquoi la qualité de l'air instrument est importante
Prévenir les défaillances liées à l'humidité
L'air comprimé sort du compresseur chaud et contient souvent une quantité importante de vapeur d'eau. En refroidissant dans le réservoir et la tuyauterie de distribution, cette vapeur peut se condenser et pénétrer dans les vannes de régulation, les positionneurs, les tubes et autres instruments.
L'air doit donc être refroidi et séché avant la distribution. Des points de drainage et une élimination appropriée de l'humidité sont également nécessaires partout où des condensats peuvent s'accumuler.
Contrôler la contamination par l'huile
Le transfert d'huile peut encrasser les instruments pneumatiques, interférer avec le fonctionnement des vannes et contaminer les processus. La solution privilégiée est un compresseur sans huile ou un système correctement sélectionné conçu pour empêcher l'huile de pénétrer dans le réseau d'air instrument.
Les filtres à brouillard ou coalescents peuvent réduire le transfert d'huile, mais ils ne doivent pas être automatiquement considérés comme équivalents à un compresseur sans huile. Les filtres nécessitent un dimensionnement, un entretien et un remplacement corrects ; leurs performances dépendent également du compresseur en amont et du niveau de qualité de l'air requis.
Fournir une filtration appropriée
Le train de traitement de l'air doit éliminer les particules et les aérosols résiduels avant que l'air n'atteigne les contrôles sensibles. La filtration doit être adaptée au type de compresseur, au sécheur, à la contamination attendue et aux exigences des fabricants d'instruments.
L'objectif n'est pas simplement d'avoir un air qui semble propre. Il s'agit d'un air qui reste propre et sec tout au long du fonctionnement normal, y compris pendant les périodes de demande changeante.
Concevoir pour une pression stable
Utiliser un réservoir d'air
Un réservoir tampon, ou réservoir d'air, est un élément clé du système. Il lisse le cycle du compresseur et les pics de demande à court terme, aidant à prévenir les chutes de pression lorsque plusieurs dispositifs pneumatiques fonctionnent simultanément.
Le réservoir fournit également une capacité de stockage limitée lors des interruptions transitoires. Il ne remplace pas une capacité de compresseur, un séchage, une filtration ou une réponse définie en cas de défaillance de l'utilitaire appropriés.
Établir la pression de distribution
Une configuration courante d'usine pilote maintient la pression de distribution près de 100 psi avant de réduire la pression localement. Cette valeur est une référence pratique, pas une exigence universelle ; la pression finale doit être basée sur les instruments, actionneurs, tubes connectés et les spécifications de l'équipement applicable.
La pression doit être réduite au niveau ou à proximité de chaque instrument de processus avec un régulateur approprié. La régulation locale permet à différents dispositifs de recevoir la pression dont ils ont besoin sans faire fonctionner tout le réseau d'utilités à une pression inutilement élevée.
Éviter les fluctuations de pression
Les vannes de régulation et les actionneurs pneumatiques peuvent créer une demande rapide et intermittente. Le compresseur, le réservoir, la tuyauterie et les régulateurs doivent être sélectionnés de manière à ce que ces événements ne provoquent pas de changements de pression inacceptables au niveau des instruments critiques.
Les usines pilotes ont souvent des configurations de fonctionnement variables, la conception doit donc prendre en compte la demande simultanée maximale crédible plutôt que seulement la consommation moyenne.
Localiser et organiser le système d'utilités
Prendre l'air d'admission à l'extérieur
L'admission du compresseur doit prélever l'air à l'extérieur du bâtiment lorsque cela est pratique. Cela réduit le bruit du compresseur et évite de comprimer de manière répétée l'air ambiant conditionné.
L'emplacement de l'admission doit néanmoins être choisi pour éviter les sources de contamination proches, telles que les rejets d'échappement ou les zones où les vapeurs de processus peuvent s'accumuler. La protection de l'admission et la résistance aux intempéries font partie de la conception de l'installation.
Garder l'équipement de traitement accessible
Les compresseurs, réservoirs, filtres, sécheurs, drains et régulateurs nécessitent une inspection et un entretien. Ils doivent être installés là où les opérateurs et le personnel de maintenance peuvent y accéder en toute sécurité sans perturber les activités non liées de l'usine pilote.
Les drains de condensats et les éléments filtrants sont des points de maintenance particulièrement importants. Un système qui ne respecte ses spécifications de conception que lorsque ses filtres et drains sont entretenus n'est pas fiable en pratique à moins que cette maintenance ne soit gérée.
Séparer la qualité de l'utilitaire de la qualité de l'air de processus
L'air instrument et l'air de service général ne doivent pas être supposés avoir des exigences de qualité identiques. L'air utilisé pour les contrôles pneumatiques peut nécessiter un contrôle nettement meilleur de l'humidité et de l'huile que l'air utilisé pour des tâches utilitaires non critiques.
Si un système commun sert aux deux objectifs, la conception doit garantir que la demande de service général ou la contamination ne compromettent pas l'alimentation en air instrument.
Soutenir le fonctionnement sûr de l'usine pilote
Traiter la défaillance de l'air comme un danger de processus
La perte d'air comprimé peut amener les vannes de régulation et les actionneurs à se déplacer vers leurs positions de sécurité, à rester là où ils sont ou à devenir indisponibles. Le comportement requis dépend du processus et doit être pris en compte dans la conception du contrôle et de la sécurité.
Les fonctions critiques doivent donc avoir des réponses définies en cas de basse pression d'air ou de perte totale d'air. Ces réponses doivent s'aligner sur l'analyse des risques du processus et le comportement prévu des fonctions instrumentées de sécurité.
Valider les alarmes et les verrouillages
Les usines pilotes doivent tester les alarmes de basse pression, les verrouillages de contrôle et d'autres fonctions de protection associées à l'utilitaire d'air comprimé et au processus. Les tests doivent confirmer que le système détecte les conditions anormales et produit la réponse de sécurité prévue.
Ceci est particulièrement important dans les établissements d'enseignement et de recherche, où l'équipement peut être utilisé par des utilisateurs ayant différents niveaux d'expérience.
Inspecter la protection contre la pression
Le réservoir et les autres composants pressurisés nécessitent une protection contre la surpression et une inspection appropriées. Les dispositifs de décharge de pression doivent être accessibles et inclus dans le programme d'inspection et de maintenance de l'installation.
Un système d'utilité fiable n'est pas seulement celui qui maintient la pression pendant le fonctionnement normal. Il doit également être conçu et entretenu pour limiter les conséquences de conditions de pression anormales.
Comprendre les compromis
Compresseurs sans huile versus filtration en aval
Les compresseurs sans huile réduisent le risque que l'huile pénètre dans l'alimentation en air à la source, mais ils peuvent impliquer des considérations différentes en matière d'achat, de fonctionnement ou de maintenance. Les compresseurs qui utilisent de l'huile nécessitent une séparation et une filtration efficaces, et les filtres en aval ne peuvent pas être traités comme des garanties sans entretien.
Le choix doit être basé sur la qualité de l'air requise, la sensibilité des instruments, la capacité de maintenance du cycle de vie et les conséquences de la contamination.
Pression plus élevée versus fonctionnement efficace
Faire fonctionner le système de distribution près de 100 psi peut fournir une marge utile pour la régulation locale, mais une pression plus élevée n'est pas automatiquement meilleure. Une pression excessive peut augmenter la consommation d'énergie, les pertes par fuite et la contrainte sur les composants.
Utilisez la pression de distribution stable la plus basse qui satisfait l'équipement connecté et les performances transitoires requises.
Utilité centralisée versus équipement local
Un système centralisé simplifie la distribution et peut prendre en charge plusieurs unités pilotes, mais une défaillance peut affecter toute l'installation. Les compresseurs locaux ou le traitement d'air dédié peuvent améliorer l'indépendance pour certains équipements, tout en augmentant le nombre d'équipements et l'effort de maintenance.
La configuration appropriée dépend de la criticité du processus, du nombre d'utilisateurs et des conséquences de la perte d'un utilitaire commun.
Standardisation et maintenabilité
La standardisation des régulateurs, filtres, capteurs et équipements de contrôle de processus associés lorsque cela est techniquement approprié simplifie la formation des opérateurs et la gestion des pièces de rechange. Cela rend également la maintenance préventive plus cohérente sur l'ensemble des unités de l'usine pilote.
La standardisation ne doit pas outrepasser les exigences spécifiques aux instruments. Les pièces communes ne sont précieuses que lorsqu'elles restent adaptées à la pression, à la qualité de l'air et aux conditions de service requises.
Comment appliquer cela à votre usine pilote
La conception finale doit être vérifiée par rapport aux exigences des fabricants d'instruments et à l'évaluation de la sécurité du processus.
- Si votre objectif principal est la qualité de l'air : Utilisez une source sans huile ou un système d'élimination de l'huile correctement conçu, puis refroidissez, séchez et filtrez l'air avant qu'il n'atteigne les instruments.
- Si votre objectif principal est la stabilité de la pression : Fournissez un réservoir d'air de taille adéquate, dimensionnez le compresseur et la tuyauterie pour la demande simultanée de pointe, et régulez la pression localement au niveau de chaque instrument.
- Si votre objectif principal est la fiabilité : Utilisez un système accessible avec des filtres et des drains maintenables, une prise d'air extérieur et des réponses définies en cas de basse pression ou de perte totale d'air.
- Si votre objectif principal est la sécurité des opérateurs et du personnel : Validez les alarmes, les verrouillages, les dispositifs de décharge de pression et les réponses de sécurité intégrée dans le cadre du programme de sécurité et de mise en service de l'usine pilote.
- Si votre objectif principal est le coût du cycle de vie : Standardisez les composants compatibles et les pratiques de maintenance sans compromettre les exigences de qualité de l'air ou de pression des instruments individuels.
Un système d'air instrument bien conçu donne à l'usine pilote une base de contrôle stable : de l'air propre pour la précision, de l'air sec pour la fiabilité et une pression fiable pour un fonctionnement sûr.
Tableau récapitulatif :
| Exigence | Approche recommandée | Avantage |
|---|---|---|
| Qualité de l'air | Utiliser un compresseur sans huile ou un système d'élimination de l'huile conçu avec une filtration appropriée | Protège les instruments de la contamination par l'huile et les particules |
| Contrôle de l'humidité | Refroidir, sécher et drainer l'air comprimé avant la distribution | Prévient la condensation, la corrosion et la défaillance des instruments |
| Stabilité de la pression | Dimensionner le compresseur, la tuyauterie et le réservoir pour la demande simultanée de pointe | Réduit les chutes de pression pendant le fonctionnement des actionneurs et des vannes |
| Régulation locale | Installer des régulateurs de pression près des instruments individuels | Adapte la pression d'alimentation aux exigences de l'équipement |
| Fiabilité du système | Fournir des filtres, drains, alarmes accessibles et des réponses définies en cas de basse pression | Soutient la maintenabilité et un fonctionnement fiable |
| Protection de sécurité | Protéger les réservoirs avec des dispositifs de décharge de pression et valider les alarmes et verrouillages | Limite les risques liés à une pression anormale et soutient l'arrêt en toute sécurité |
| Configuration de l'utilitaire | Évaluer les compresseurs centralisés versus locaux en fonction de la criticité du processus | Équilibre la couverture à l'échelle de l'installation, l'indépendance et l'effort de maintenance |
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