Dans le domaine du transfert de fluides, les problèmes multiples et parfois complexes nécessitant la prise en compte d’éléments extrêmement variés, en fonction du lieu d’implantation, du type d’énergie disponible, des équipements existants et des développements futurs, font que ce secteur est prédisposé à l'utilisation de robinets actionnés en fonction d’un cycle déterminé ou d’une programmation pré-définie.
Les fonctions à assurer sont généralement de trois types :
Sectionnement
La fonction « Sectionnement » est réalisée par des robinets dont la caractéristique principale est d’être toujours soit complètement ouverte, soit complètement fermée.
Sécurité
La fonction « Sécurité » est réalisée par des robinets dont la fonction est de couper le débit en cas d'avarie sur le réseau de distribution. Cette fonction nécessite l'utilisation d’un actionneur à accumulation d’énergie afin de permettre la manœuvre du robinet en toutes circonstances.
Régulation
La fonction « Régulation » permet de régler à l'aide d'un robinet équipé d’un actionneur approprié, soit un débit, soit un niveau.
Le choix de la motorisation est fonction de l'énergie disponible sur le site, de la localisation des robinets et de la fonction à assurer.
L’énergie est principalement d’origine :
- hydraulique, dans le cas de matériel immergé de façon permanente ou accidentelle et pour les robinets à fonction de sécurité de diamètre important,
- pneumatique ou électrique, dans les installations industrielles ou agricoles.
Le choix de l’automatisme est généralement conditionné par la motorisation, mais il est souvent le résultat d'un dosage de trois types d'énergie ; c’est ainsi que l'on rencontre des ensembles comprenant des pupitres de contrôle, des armoires de relayage électrique, des centrales hydrauliques et des panneaux de distributions électriques, hydrauliques ou pneumatiques.
Les systèmes électriques ont pour avantage d’être facilement modifiables du fait de la mise en œuvre de systèmes électroniques modulaires. C’est souvent ce matériel qui est choisi pour de petites installations (arrosage, régulation de niveau de réservoir entre 2 seuils), ou sur de très gros robinets de sectionnement nécessitant un temps de manœuvre important (vannes d'entrée de condenseurs de centrales électriques).
Enfin, dans le cadre d’applications spéciales, il convient d’employer du matériel exploitable en atmosphère dangereuse nécessitant l'usage d’armoires pressurisées, antidéflagrantes ou l'utilisation de composants relevant des techniques de la sécurité intrinsèque. Ces systèmes sont de plus en plus utilisés sur les transports de matières dangereuses (produits chimiques, gaz, produits pétroliers).
De même la protection de la source d’énergie conduit parfois à regrouper l'ensemble centrale – armoire de commande – bloc de distribution dans des armoires étanches. Ceci est le cas lorsque l'installation est soumise aux intempéries, aux vents de sable, aux ambiances marines ou corrosives ou très humides.
Nous examinerons ci-après des exemples de réalisations récentes, d’une part de robinets de sécurité et d’autre part de robinets de sectionnement et de régulation mettant en œuvre les techniques les plus modernes.
ROBINETS DE SÉCURITÉ
Ce sont souvent des vannes de garde de conduites de gros diamètres, ou des vannes assurant une fonction de clapet en sortie de pompe. La solution généralement adoptée pour leur commande est du type électrohydraulique à contrepoids, à relevage hydraulique par vérin.
La puissance nécessaire à la commande de ces ensembles lourds conduit à utiliser une énergie dont la puissance massique est élevée, ce qui est le cas des systèmes hydrauliques.
1er exemple.
Dans le cas de la station de pompage d'eau de mer de réfrigération du complexe de production d’éthylène de Raslanuf en Libye, deux ensembles commandent huit vannes de DN 1500 équipées d’actionneurs à contrepoids. Il s’agit de protéger contre le dévirage les pompes situées en amont de chaque robinet.
Afin de permettre la fermeture, même en cas de panne d’énergie hydraulique ou électrique, le choix s'est arrêté sur un actionneur à contrepoids, chaque actionneur étant équipé de deux contrepoids de masse appropriée. Le relevage des vannes et l’ouverture du robinet se font par vérin hydraulique.
La fermeture du robinet doit répondre à deux impératifs apparemment contradictoires : couper le débit rapidement et éviter les coups de bélier.
La solution adoptée est une fermeture en deux temps : de 90° à 35°, la vitesse de fermeture est rapide et assure la coupure de l’essentiel du débit ; de 35° à 0°, la fermeture lente permet de réaliser l’arrêt total du débit, l'étanchéité et d'éviter les coups de bélier. Les vitesses de chaque phase de fermeture sont réglables sur une plage assez large.
L'ambiance marine, la présence de vapeurs corrosives, l’humidité relative élevée, la fréquence des vents de sable, nous ont conduits à assister la protection de chaque centrale, de coffrets électriques de commande et de postes de distribution par une armoire étanche.
2e exemple.
Des systèmes identiques aux précédents servent à la protection des conduites forcées et des vannes de garde de turbine de la centrale hydro-électrique E.D.F. de Soulcem. La vanne de tête de conduite forcée (DN 1800) et la vanne de garde de la turbine (DN 1250) sont équipées d’actionneurs à contrepoids ; chaque vanne possède sa propre centrale hydraulique et son armoire de commande.
L'asservissement de chaque vanne comprend un système de contrôle de dérive entraînant la remise en route de la centrale hydraulique dès que le robinet tend à se refermer sans ordre, sous l'action des contrepoids par suite de fuites internes ou externes sur le circuit hydraulique. Si la centrale hydraulique ne peut maintenir relevées les masses (rupture de tuyauterie ou fuite importante), une alarme se déclenche ainsi que la fermeture des robinets. Un système de ventouse protège la conduite contre les effets de dépression ou surpression consécutifs à la fermeture d'un des robinets. En cas de rupture de conduite, un capteur de débit à seuil fixe provoque la fermeture de la vanne de tête de conduite.
Les actionneurs ont été calculés de façon à permettre d’absorber les efforts importants engendrés par le couple hydrodynamique créé sur le papillon par un débit à gueule bée.
La longueur des réseaux d'adduction d'eau, leur transit dans des zones non desservies en énergie et le risque, en cas de rupture de canalisation, d’inondation de zones urbaines à forte densité de population ou de coupure de trafic sur une voie routière ou une voie ferrée, nécessitent ces systèmes de protection particuliers, coûteux en énergie.
3e exemple.
Le Service des Eaux de la Ville de Givors a mis en place sur une canalisation DN 600, un robinet muni d'un actionneur hydraulique à fermeture par cartouche pyrotechnique pour protéger une route à grande circulation et la voie ferrée Paris/Marseille.
L'ouverture de la vanne se fait à l'aide d'une pompe à main. La rupture de canalisation est détectée par un capteur de débit à seuil. Le dépassement du seuil d’alarme entraîne la perforation de la pastille obturatrice d'une bouteille d’azote à l'aide d’une cartouche pyrotechnique ; l'azote à 150 bars est envoyé dans la chambre « fermeture » du vérin et provoque la fermeture du robinet. L’énergie électrique est fournie par des batteries.
Les systèmes d’allumage peuvent être soit autonomes (détecteur de survitesse et batterie), soit à déclenchement commandé à distance à l'aide d’émetteurs radio ou de signaux envoyés par câble de télétransmission.
ROBINETS DE SECTIONNEMENT ET DE REGULATION
Dans les réseaux de distribution industriels, le choix de la commande (pneumatique ou électrique) est essentiellement fonction de l'énergie disponible.
Toutefois, il faut signaler que l’air comprimé présente l'avantage de pouvoir être utilisé pour la commande d’ensembles situés en zones dangereuses (explosives) en lieu et place de composants électriques anti-déflagrants.
Dans tous les cas il est cependant nécessaire de disposer d'une réserve d'air comprimé afin de prolonger certains états après disparition du courant. Ce sont des systèmes relativement simples et légers, nécessitant toutefois un air de commande traité et des longueurs de tuyautage relativement peu importantes (si l'on souhaite obtenir un temps de réponse raisonnable).
Les systèmes de régulation utilisent souvent cette énergie ; le positionnement du robinet est simple à
réaliser et les composants disponibles sur le marché sont nombreux.
La commande électropneumatique permet elle aussi de multiples combinaisons et élimine les problèmes de temps de transmission des ordres. C'est ainsi que l'interface électricité/air autorise l'automation complète de phases de traitement à l'aide de séquenceurs, d'automates programmables ou de calculateurs industriels.
L'électricité, synonyme de propreté, de rapidité, et disponible dans grand nombre d’endroits, constitue un auxiliaire incomparable, compte tenu des possibilités de traitement d'information sous toutes ses formes.
Ainsi, pour régler la position d'un robinet à distance, on peut utiliser une commande par impulsion sur un bouton poussoir classique ; toutefois, lorsque la distance atteint plusieurs kilomètres, les pertes en ligne peuvent rendre la tension insuffisante pour permettre d'assurer la commande des relais, ce que l'on évite en augmentant le diamètre des câbles de liaison ; on peut aussi obtenir un résultat satisfaisant en utilisant des câbles de faible diamètre du type téléphone pour transmettre les signaux de commande qui sont alors décodés dans l'armoire de contrôle du robinet.
Il faut noter que dans les réseaux d'irrigation, les canalisations sont souvent longues à se remplir ; pour assurer un fonctionnement correct des pompes pendant cette opération, il faut soit disposer de robinets à temps de manœuvre très élevé, soit asservir l'ouverture des robinets à un ou plusieurs capteurs de pression.
1° exemple.
Les robinets DN 200 à DN 800, situés au refoulement des pompes d'irrigation de la Station d'Irrigation de Kirkuk en Irak, possèdent une commande électropneumatique à ouverture pilotée par automate programmable. Leur fermeture est obtenue en utilisant une réserve d'air et un système de logique entièrement pneumatique. Le robinet se met en position ouverte pendant un temps réglable après disparition du courant ou arrêt de la pompe, puis se referme.
2° exemple.
Pour son alimentation en eau potable, la ville de St-Étienne utilise entre autres deux réservoirs distants l'un de 10 km, l'autre de 25 km de la station. Chaque conduite de sortie de réservoir est munie d'un robinet de sectionnement, d'un robinet de réglage, d'un débitmètre et d’un comparatif à seuil. La conduite centrale est munie d'un débitmètre.
En période de réglage, la vanne est positionnée à partir de la station centrale. L’opérateur suit l'indication de débit qui lui est donnée sur un indicateur enregistreur. Le seuil du comparateur est asservi à l'indication et lorsque le débit voulu est atteint, il passe en phase « opération ». Le robinet et l’asservissement du comparateur sont verrouillés en position. De la sorte, le débit peut varier en fonction de la demande ou de la charge en amont du robinet. S'il dépasse un certain seuil, le comparateur donne l'ordre de fermeture au robinet de sectionnement.
3° exemple.
Nous avons fourni le système de télécommande électrohydraulique des quatre pétroliers de 550 000 tonnes, construits ce jour aux Chantiers de l'Atlantique à St-Nazaire. Leur longueur (414 m), le grand nombre de robinets situés dans les citernes ont conduit à placer les organes de distribution dans des caissons étanches sur le pont principal, ce qui permet d’amener les collecteurs principaux à proximité des vannes et d’éviter les grandes longueurs de tuyauteries de faible diamètre, sources de pertes de charge importantes.
Par contre, cette solution a nécessité des dispositions particulières de composants en raison de la présence du danger d’explosion dû aux vapeurs de pétrole.
Notre choix s’est donc orienté vers des distributeurs hydrauliques à pilote alimenté par un générateur à sécurité intrinsèque (au lieu de composants anti-déflagrants) en raison de leur maintenabilité plus aisée, des possibilités d’intervention directe (même avec des installations sous tension) ainsi que de la réduction du poids et de l'encombrement des constituants.
De même, sur des installations terrestres, la protection contre l'incendie des bacs de stockage de produits pétroliers ou gazeux nécessite généralement l'emploi de composants anti-déflagrants car les grandes distances existant entre les postes de commande et les postes de distribution ne permettent pas toujours l'installation de composants à sécurité intrinsèque.
4° exemple.
Pour la Compagnie Industrielle et Maritime (CIM), les panneaux sont du type électropneumatique anti-déflagrant ; ils sont situés dans des chambres à proximité des bacs de stockage ; des réservoirs d’air comprimé permettent la manœuvre des vannes en cas de coupure sur la canalisation d’alimentation du système en air comprimé.
5ᵉ exemple.
La multiplication des sites de production de pétrole loin de tout lieu de stockage aisé, le coût de pose d'oléoduc entraînent le développement du stockage flottant (reconversion de pétroliers) et de bouées de chargement en mer.
Pour TOTAL, nous avons réalisé deux systèmes identiques permettant la commande par radio de l’ouverture ou de la fermeture des robinets situés sur la table tournante d'une bouée.
Les composants électriques sont soit anti-déflagrants (moteur de la centrale, flash de signalisation de mouvement de vannes, électro-distributeurs...), soit à sécurité intrinsèque (composants radio...) et logés dans des coffrets anti-déflagrants. L'énergie électrique est fournie par des batteries. Celles-ci servent à alimenter le flash, les organes de distribution et la radio ; le moteur de la centrale hydraulique est chargé d’assurer la recharge des accumulateurs oléo-pneumatiques. L'autonomie du système est de trois mois.
Les impératifs en matière de sécurité laissent prévoir dans les années à venir un accroissement significatif de la demande en systèmes de complexité croissante, faisant appel aux techniques d’avant-garde.
Dans ces nouvelles perspectives, nous sommes d'ores et déjà équipés pour prendre en charge l'étude et la fourniture d’ensembles complets répondant à tous les besoins de cette nature.
