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Meilleures pratiques concernant les lignes d’instrumentation de process

Mesures du process – Meilleures pratiques concernant les lignes d’impulsion

9 juillet 2019 | Chuck Erml, responsable produit

Lorsque l’on souhaite mesurer une pression, un débit ou un niveau dans un process, la sécurité et l’exactitude des mesures sont toujours au centre des préoccupations. Du point de dérivation au transmetteur, l’exactitude des mesures dépend du bon fonctionnement de chaque composant dans la boucle d’instrumentation. Or, alors que les ingénieurs et les techniciens concentrent souvent leur attention sur le transmetteur, l’exactitude des données transmises par celui-ci dépend de ce qui lui parvient du process par la ligne d'impulsion. 

Il est souvent difficile de savoir qu'une ligne d'instrumentation de process ne fonctionne pas correctement. Si vous vous concentrez uniquement sur le transmetteur, vos chances de résoudre le problème sont minces si l’origine de ce problème se situe au niveau de la ligne d'impulsion.

Il convient donc de bien connaître les problèmes qu'il est possible de rencontrer dans une ligne d'impulsion, y compris les problèmes d’agencement et de conception générale, pour s’assurer d’obtenir des mesures exactes. Les ingénieurs comme les techniciens trouveront dans cet article des pratiques éprouvées permettant de garantir le bon fonctionnement des lignes d’impulsion.

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Schéma-type d'une ligne d'impulsion pour mesurer les variables d’un process


Choix des matériaux

Pour chacun des éléments constitutifs d’une ligne d'instrumentation de process – vannes d'interface de ligne de process (VIP), lignes d'impulsion et manifolds –, des choix importants concernant les matériaux doivent être faits, qui pourront avoir une incidence sur l’exactitude des mesures.

Souvent, le choix de l’alliage sera déterminé par le fluide du process, les conditions ambiantes et la pression/température du système.   L’acier inoxydable – ou un alliage métallique aux caractéristiques supérieures – est largement préféré dans la plupart des applications pour sa résistance à la corrosion. Pourtant, dans de nombreuses installations industrielles, on continue à utiliser l'acier au carbone pour les vannes d'interface de lignes de process, pour la tuyauterie et même pour certains manifolds. Il existe quelques applications caractérisées par une faible humidité dans lesquelles on pourra éventuellement utiliser de l'acier au carbone, mais, dans la plupart des autres applications, cela constitue un risque. Le tartre qui s'accumule généralement sur l'acier au carbone peut se détacher, être entraîné vers l'aval et se loger dans le siège d'une vanne en empêchant celle-ci de se fermer complètement. Cela aura alors des conséquences sur l’exactitude de l’étalonnage du transmetteur ou sur l’exactitude des mesures effectuées par celui-ci. Si vous utilisez des composants en acier au carbone dans la boucle d'instrumentation, ceux-ci nécessitent une surveillance très étroite afin de s'assurer que l'entartrage n'a pas d'incidence sur le fonctionnement des vannes du système. Vous pouvez apprendre comment choisir le matériau résistant à la corrosion adapté à votre application en suivant la  formation à la physique des matériaux formation à la physique des matériaux proposée par Swagelok.

L’uniformisation pour simplifier la maintenance 

Si votre objectif est d’uniformiser la conception de vos systèmes de mesure, il existe des pratiques bien établies que vous pouvez appliquer. Si les ingénieurs ont mis au point une multitude de variantes de ces systèmes au fil du temps, il s’avère que nombre d’entre elles ne sont pas idéales pour ce qui est de la fiabilité et de l’exactitude des mesures. Les besoins de maintenance de chaque système sont différents, ce qui complique la tâche des équipes chargées d’assurer cette maintenance.

Idéalement, tous les systèmes de mesure devraient être conçus selon un ensemble cohérent de critères, comprenant notamment les montants consacrés aux temps d'arrêt, à la maintenance et à l’exactitude des mesures. Un résultat optimal implique souvent un degré élevé d'uniformisation. Par exemple, avant l’uniformisation, une raffinerie pourra compter jusqu'à 30 configurations différentes pour les lignes d'instrumentation de process. Après uniformisation, ce nombre pourra descendre à six, chaque configuration contenant les mêmes composants de base : un transmetteur, un manifold et des vannes d'isolement. Les variations concerneront essentiellement les tubes et le type de vanne d'isolement utilisé (vanne DAP, vanne pour manomètre, etc.), qui dépendent eux-mêmes du fluide, de la température, de la pression et de l'emplacement du transmetteur ou du manomètre.

Avec l'uniformisation, beaucoup de choses deviennent plus simples, notamment la maintenance, le montage, la formation et les diagnostics. Le système gagne également en fiabilité. De plus, le nombre de pièces de rechange à stocker sera moindre, d'où une diminution des frais généraux.

Vanne d'interface de ligne de process (VIP)

La vanne d'interface de ligne de process est la première vanne sur le trajet vers le transmetteur. Traditionnellement, la VIP la plus utilisée était un robinet-vanne ou une vanne à boisseau sphérique unique. Tous deux continuent d'être utilisés aujourd'hui, en particulier aux États-Unis, mais le meilleur choix consiste à utiliser une vanne double arrêt et purge (DAP), un dispositif  composé de deux vannes d'isolement séparées par un purgeur.

La principale raison qui justifie l'utilisation de ce dispositif est la sécurité. Si vous avez besoin d'arrêter l'écoulement dans la ligne d'instrumentation pour procéder à des opérations de maintenance, il vous suffit de fermer les deux vannes d'arrêt et d'ouvrir le purgeur. Si pour une raison quelconque la première vanne d'arrêt fuit, la deuxième empêche la pression de monter ou le fluide de s'accumuler dans la ligne d'instrumentation. 

Il est possible de fabriquer un dispositif double arrêt et purge en assemblant trois vannes distinctes ou d'acheter un dispositif unique et intégré, ce dernier contribuant à limiter la taille et le poids du système. Innovant, le dispositif DAP intégré est adapté à tous les fluides, mais lorsque des vannes à boisseau sphérique sont utilisées, il est particulièrement approprié pour des fluides dont la viscosité est élevée.

Lignes d'impulsion

Les lignes d'impulsion relient la VIP au manifold et au transmetteur. Comme tous les composants destinés à l'instrumentation de process, elles ont pour but de faire parvenir au transmetteur des informations précises sur les conditions qui règnent dans le process. Trois objectifs principaux entrent en jeu dans la configuration des lignes d'impulsion :

  • Prévenir la corrosion, l'entartrage ou l’obstruction
  • Réduire le nombre de points de fuite potentiels
  • Maintenir la température à l'intérieur d'une certaine plage ou assurer une protection contre le gel

La meilleure façon d’atteindre les deux premiers objectifs consiste à utiliser des tubes et des raccords fabriqués dans un alliage adapté comme l’acier inoxydable, à la place de tuyaux et de raccords filetés en acier au carbone. Les tubes en acier inoxydable peuvent être cintrés et mis en forme, ce qui réduit le nombre de liaisons mécaniques. Lorsque des raccordements sont nécessaires, des raccords pour tubes de qualité et de type serrage mécanique à deux bagues résisteront mieux aux cycles thermiques et aux vibrations que des raccords coniques filetés classiques.

Le troisième objectif, maintenir la température dans un intervalle déterminé, est réalisé en chauffant les lignes d'impulsion. Vous pouvez isoler vos lignes d'impulsion vous-même en procédant à un traçage sur site ou acheter des tubes déjà isolés recouverts d'une gaine en polymère. Des faisceaux de tubes préisolés prêts à l'emploi sont disponibles sous forme de serpentins. Avec les faisceaux de tubes préisolés, il est important de se conformer aux instructions fournies par le fabricant pour assurer l'étanchéité de l'isolant lors du raccordement ou de la découpe des faisceaux.

Manifold

Le manifold est constitué d'un ensemble de vannes dont le corps a été usiné dans un bloc de métal, généralement de l'acier inoxydable. Monté sur le transmetteur, le manifold assure une fonction essentielle, à savoir, isoler le transmetteur pour permettre au personnel de procéder à son étalonnage ou à son entretien.

La qualité et la fiabilité d'un manifold sont deux critères particulièrement importants. Lors d'une procédure d'étalonnage ou en fonctionnement normal, au moins une des vannes du manifold se trouve en position fermée. Si la fermeture n'est pas parfaite, le transmetteur peut produire une mesure inexacte.

Vous avez besoin d’aide pour détecter des problèmes dans une ligne d'instrumentation de process ? Des ingénieurs de terrain expérimentés de Swagelok peuvent visiter vos installations, évaluer vos systèmes, puis vous conseiller sur des améliorations qui vous permettront d’optimiser vos activités.

DEMANDER À FAIRE ÉVALUER UN SYSTÈME FLUIDE

Le couplage manifold-VIP : une possibilité

Maintenant que nous avons examiné en détail la ligne d'instrumentation, penchons-nous sur une option qui permet de simplifier encore davantage la conception. Il s'agit d'une solution simple que vous pouvez utiliser si votre application le permet.

Les coûts d'installation et d'entretien des lignes d'impulsion peuvent être relativement élevés, notamment à cause des problèmes que posent des tuyaux bouchés, des fuites éventuelles, le contrôle de la température et la corrosion. Cette option – le « couplage manifold-VIP » – permet d’éliminer les lignes d'impulsion. La vanne d'interface de ligne de process et le manifold deviennent une seule unité sur laquelle le transmetteur est monté directement. L'ensemble est ensuite fixé sur la ligne de process. Si de nombreux ingénieurs apprécient cette solution, il existe toutefois des limites à l’utilisation d’un tel assemblage compact.

Une de ces limites est la température. L’objectif de la configuration traditionnelle avec lignes d'impulsion est de protéger le transmetteur des températures élevées qui règnent dans la ligne de process. Avec un assemblage compact, il se peut que le transmetteur ne puisse pas fonctionner à seulement quelques centimètres d'une ligne de process trop chaude.

L'accès constitue une deuxième limite. Si vous devez pouvoir accéder au transmetteur pour l'étalonner, celui-ci doit être accessible. Monter un assemblage compact sur une ligne de process située à 15 mètres de hauteur n'est donc pas une solution viable.

Le dernier obstacle est le coût initial d’un assemblage compact. Cette solution exige un investissement de départ, mais elle peut s’avérer moins onéreuse à long terme. Si vous avez la possibilité d’adopter cette solution, nous vous conseillons de le faire. 

Conclusion

Si vous tenez à obtenir des mesures exactes et investissez pour cela dans un transmetteur haut de gamme, vous devez accorder la même importance à votre ligne d’instrumentation. L’exactitude des mesures dépend tout autant du transmetteur que de la qualité des composants utilisés dans la ligne d’instrumentation, y compris la manière dont ceux-ci sont installés et entretenus. Uniformiser votre installation en utilisant autant que possible des raccords et des lignes d’impulsion identiques, ainsi que des composants fiables, pour vos lignes d’instrumentation vous permettra d’améliorer la fiabilité et l’exactitude des mesures. Cette plus grande exactitude vous apportera de nombreux avantages en termes de temps, d'efficacité et de rentabilité.

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