Énergie et électricité Centrales Thermiques

Optimisation du Système de Pompage d'Eau d'Alimentation (BFP) pour Centrale Thermique

Mise à jour: 2026-02-10

Définition du Problème

Défis de l'Industrie

01 Fluctuations fréquentes de la charge réseau nécessitant un fonctionnement cyclique des tranches thermiques
02 Consommation parasitaire élevée des auxiliaires, en particulier les pompes d'alimentation de chaudière (jusqu'à 3-5% de la production brute)
03 Vieillissement des équipements entraînant une baisse du rendement isentropique des pompes

Points de Douleur Spécifiques

Pertes d'énergie significatives dues au laminage par vannes de régulation à charge partielle
Usure prématurée des composants hydrauliques (roues, volutes) due à la cavitation ou à la recirculation interne
Maintenance coûteuse des coupleurs hydrauliques existants (problèmes d'huile, glissement)

Analyse de l'État Actuel

"Les pompes actuelles fonctionnent à vitesse fixe ou via des coupleurs hydrauliques à faible rendement à charge partielle. La régulation du niveau ballon est assurée par des vannes de contrôle d'alimentation, générant une chute de pression (Delta P) excessive. L'analyse vibratoire indique des niveaux proches des seuils d'alarme ISO 10816-3 zone C."

Impact sur la performance

Facteur De Puissance

> 0.95 au point de connexion commun (PCC)

Niveaux De Vibration

< 2.5 mm/s RMS (Conforme ISO 10816-7 Catégorie I)

Disponibilité Du Système

≥ 99.5%

Économie D'énergie (Charge Partielle 60 80%)

20% - 30% de réduction de la puissance absorbée par rapport au laminage

Marge Npsh NPSHa > NPSHr + 0.6m (minimum) sur toute la plage de fonctionnement

Type De Variateur Topologie Multi-niveaux (Source de tension) avec redresseur actif (AFE) pour faible distorsion harmonique

Tension D'alimentation 6.6 kV ou 11 kV (selon réseau auxiliaire)

Vérification Technique

Cette solution a été validée par Équipe Technique Atlamech selon les normes suivantes :

Voir les détails

Portée Technique

Remplacement ou rétrofit du système d'entraînement des pompes d'alimentation (BFP) par Variateurs de Vitesse (VFD) Moyenne Tension
Mise à jour de la logique de contrôle pour passer d'une régulation par laminage à une régulation par vitesse variable
Analyse de la dynamique des fluides (NPSH) pour garantir la sécurité à bas régime

Normes de Conformité

API 610 (Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries)

IEEE 519 (Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems)

IEC 61508 (Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-related Systems)

ISO 10816-7 (Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts)

Stratégie de mise en œuvre

Phase 1 (Semaines 1-4) : Audit énergétique, relevés de courbes Q-H in situ et analyse vibratoire. Phase 2 (Semaines 5-12) : Ingénierie de détail, dimensionnement des VFD et études d'intégration électrique. Phase 3 (Arrêt programmé) : Installation physique des variateurs, modification de la tuyauterie de décharge si nécessaire, câblage. Phase 4 (Semaine N+1) : Commissioning à froid, tests de protection, et montée en charge progressive avec tuning des boucles PID.

Livrables Clés

Étude de faisabilité hydraulique et électrique (Harmoniques IEEE 519)

Spécifications techniques des VFD et moteurs

Schémas P&ID et logiques de contrôle (SAMA diagrams) mis à jour

Rapport de validation de performance post-commissioning

Notes de Consultation

Considérations Hydrauliques Critiques

L'introduction de la vitesse variable modifie la courbe du système. Il est impératif de vérifier la Marge NPSH disponible à basse vitesse, car la pression statique à l'aspiration reste constante (niveau du dégazeur) mais les pertes de charge diminuent. Une analyse de la vitesse critique de l'arbre est requise pour éviter les résonances sur la nouvelle plage de fonctionnement (généralement 40-100% de la vitesse nominale).

Stratégie de Contrôle

La boucle de régulation doit passer à un contrôle à 3 éléments (Niveau ballon, Débit vapeur, Débit eau). Le VFD contrôlera le débit principal, tandis que la vanne de régulation d'alimentation doit être maintenue en position quasi-ouverte (ex: 90-95%) pour minimiser les pertes de charge, n'intervenant dynamiquement que lors des transitoires rapides.

Sécurité et Redondance

Pour les systèmes critiques, le VFD doit inclure une fonction de by-pass automatique (DOL) synchronisé ou une redondance N+1 des pompes. Les protections de niveau bas ballon (SIL 2/3) doivent rester indépendantes du système de contrôle de procédé (DCS).

Taxonomie de l'Infrastructure

Pompes centrifuges multi-étagées type 'Barrel' (BB5)

Variateurs de fréquence (VFD) Moyenne Tension refroidis par eau ou air

Systèmes de surveillance conditionnelle (Vibration, Température paliers)

Modèles d'Application Typiques: Conversion de pompes à vitesse fixe (DOL) vers vitesse variable (VSD) Remplacement de turbines à vapeur d'entraînement (pour les petites unités) par moteurs électriques VFD pour démarrage rapide Implémentation du contrôle par pression glissante (Sliding Pressure Control)

Domaines de Connaissances

Conception et optimisation des centrales thermiques Optimisation du Rendement et Fiabilité des Pompes Alimentaires de Chaudière (BFP)

Résumé des Relations d'Ingénierie

Composants Techniques Utilisés

Variateur de Vitesse Moyenne Tension

Contraintes d'Ingénierie

Marge NPSH

Logique d'Optimisation Centrale

Contrôle à 3 éléments, Régulation par vitesse variable

Résumé des Cas de Mise en Œuvre

Résumé du projet

Rétrofit VFD sur Système de Pompage d'Alimentation Chaudière

Échelle du Système

Groupe de pompes centrifuges multi-étagées haute pression entraînées par des moteurs asynchrones moyenne tension (6.6 kV), alimentant une unité thermique soumise à des cycles de charge fréquents.

Conditions d'Exploitation

Fonctionnement cyclique imposé par le réseau, nécessitant une modulation de charge comprise entre 60% et 100% de la capacité nominale continue (MCR), avec des exigences strictes de stabilité du niveau ballon.

Contraintes de Mise en Œuvre

Maintien impératif de la marge de cavitation (NPSHa > NPSHr + 0.6m) lors de la réduction de vitesse et limitation de la distorsion harmonique totale (THD) selon la norme IEEE 519 pour protéger le réseau auxiliaire.

Cluster de Connaissances Techniques

Conception et optimisation des centrales thermiques

Ce cluster technique couvre la conception, l'optimisation et l'intégration des centrales thermiques dans le secteur de l'énergie, en mettant l'accent sur les cycles thermodynamiques, le contrôle des émissions et la compatibilité avec les énergies renouvelables selon les normes ISO et IEC.

Cycles thermodynamiques et rendement énergétique

Analyse des cycles de Rankine et Brayton avec optimisation du rendement thermique selon les normes ISO 13600.

Optimisation du Rendement et Fiabilité des Pompes Alimentaires de Chaudière (BFP)

Grappe thématique technique centrée sur l'amélioration de l'efficacité énergétique, la disponibilité opérationnelle et la maintenance des circuits d'eau d'alimentation haute pression dans les centrales thermiques.

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