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Application à un procédé

exothermique industriel

5.1 Introduction

Dans ce chapitre nous allons considérer un procédé de fabrication industrielle d'un produit

chimique, dont l'installation est représentée en gure 5.5 en page 143. Cette application est

tirée d'une installation de la société Rhône-Poulenc.

La nomenclature de représentation de l'installation est la suivante :

¿ la gure 5.1 représente les diérents types de vannes utilisées

Fig. 5.1 ¿ Liste des vannes utilisées dans l'application

¿ la gure 5.2 représente les diérents types de capteurs/actionneurs utilisés

Fig. 5.2 ¿ Liste des capteurs utilisés dans l'application

¿ la gure 5.3 représente les diérents types de connexions utilisées

141

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.3 ¿ Liste des connexions utilisées dans l'application

¿ la gure 5.4 représente les composants restants

Fig. 5.4 ¿ Liste des autres composants utilisés dans l'application

¿ la numérotation des diérents composants de l'installation a été entièrement reprise par

rapport à l'installation originale. La nomenclature utilisée est celle d'un découpage en

diérentes sections : par exemple, tous les composants se rattachant à la section 33 seront

étiquetés 33???.

Le principe de fonctionnement de l'installation est le suivant :

→ les vannes XV 26036, XV 22307 et XV 24308 servent à introduire dans le réacteur R33030

respectivement les additifs 1, 2 et 3.

→ la fabrication du produit ni est le lieu d'une réaction chimique exothermique à fort

pouvoir calorique.

Pour fournir un produit ni conforme aux normes de qualités ainsi que pour éviter l'em-

ballement de la réaction, le réactif est propulsé par la pompe P33040 vers l'échangeur

E33040, où il sera en contact indirect avec de l'eau froide de manière à abaisser sa tem-

pérature.

L'arrivée d'eau froide dans le système est assurée par la vanne XY SV 33027.

Un système d'asservissement permet de réguler la quantité d'eau froide arrivant dans

l'échangeur pour ajuster la température du milieu réactionnel, via le capteur de tempé-

rature TI33051 et l'actionneur FIC33052 de commande de la vanne CV 33053 :

¿ Si la quantité d'eau froide est trop faible, la réaction risque de s'emballer et d'augmenter

la pression dans le réacteur

¿ Si la quantité d'eau froide est trop forte, le produit ni ne répondra pas aux normes de

qualité et sera donc perdu

→ Pour éviter un emballement de la réaction, un système d'évacuation d'urgence du produit

est prévu. Le capteur de débit d'eau froide FI33053 commande la fermeture de la vanne

XV 33041 pour protéger l'échangeur et l'ouverture de la vanne de purge XV 33021 si le

débit d'eau froide maximal permis par l'installation a été atteint.

→ Pour réguler la pression, un système d'asservissement est monté sur le réacteur. Le

capteur de pression PIS33003 et l'actionneur PIC33007 :

142

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.5 ¿ Schéma du procédé de fabrication exothermique

¿ Si la pression est trop forte, la vanne associée à l'actionneur PIC33007 s'ouvre pour

éviter l'explosion du réacteur

¿ Si la pression est trop faible, le produit ni ne répondra pas aux normes de qualité et

sera donc perdu

On peut aussi noter la présence d'une soupape de sécurité mécanique PSV 33009.

143

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

5.2 Analyse de l'application

Dans cette section, un cas concret d'évaluation des risques est proposé. Dans un premier

temps, le procédé industriel décrit précédemment sera modélisé structurellement, comporte-

mentalement puis fonctionnellement.

Ensuite, à partir d'hypothèses sur les valeurs des variables mesurées, les procédures de diagnos-

tic, pronostic puis mise en sûreté vont être appliquées.

On considérera que les additifs sont déjà présents dans le réacteur. Autrement dit, la partie

¿Alimentation¿ du réacteur n'est pas étudiée (ceci pour réduire la complexité des schémas et

des analyses).

5.2.1 Modélisation structurelle, fonctionnelle et comportementale

Modélisation structurelle

En analysant l'installation, on constate qu'un découpage en sous-systèmes est possible. Ce

découpage correspond aux diérentes fonctions globales qui ressortent de l'installation : le siège

de la réaction, le circuit de refroidissement, le circuit d'eau froide, l'asservissement en tempé-

rature et en pression ainsi que le système de sûreté en cas de débit d'eau froide trop faible. On

distinguera donc les sous-systèmes numérotés :

1. le réacteur R33030, les tuyaux sortant dessus et sous le réacteur, ainsi que la soupape de

sécurité PSV 33009

2. la pompe P33040, la partie de l'échangeur E33040 contenant le milieu réactionnel, les

tuyaux allant du réacteur à l'échangeur ainsi que la vanne XV 33041

3. le circuit d'eau froide avec les vannes XY SV 33027 et CV 33053, la partie ¿eau froide¿ de

l'échangeur ainsi que les tuyaux d'évacuation de l'eau froide réchauée

4. l'asservissement de purge du réacteur et de protection de l'échangeur en cas de débit

d'eau froide insusant, i.e. le capteur FI33053 et les liaisons avec les vannes XV 33021

et XV 33041.

5. l'asservissement en température matérialisé par le capteur TI33051 et l'actionneur

FIC33052 ainsi que les liaisons

6. l'asservissement en pression, représenté par le capteur de pression PIS33003 et l'action-

neur PIC33007

7. les utilités (apport en air, eau, et électricité)

8. l'environnement, composé des bâtiments, de la faune et ore environnantes, des habita-

tions extérieures, des habitants, etc.

9. l'opérateur chargé de superviser le procédé

Ce découpage est représenté en gure 5.6.

144

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Reactor

R 33030

Heat exchanger

E

33040

P330

40

XV33041

XV33021

XYSV33027

CV 33053

Scrubber

Scrubber

Cold water

TI

33051

FIC

33052

PIS

33003

PIC

33007

FI

33053

PSV 33009

Sous - système 1

Sous - système 2

Sous - système 3

Sous - système 4

Sous - système 5

Sous - système 6

Fig. 5.6 ¿ Découpage en sous-système de l'installation

Modélisation comportementale

La modélisation comportementale proposé dans cette partie s'appuie sur le découpage struc-

turel du point précédent. Les diérentes ressources et les variables permettant leur description

sont représentés par la gure 5.7 :

¿ les variables sont représentées par des cercles avec leur intitulés à l'intérieur

¿ les contraintes décrivant le comportement sont représentées par des rectangles avec l'in-

titulé des ressources (contraintes détaillées ultérieurement)

145

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.7 ¿ Variables décrivant le comportement de chacune des ressources de l'application

Les contraintes décrivant les comportements de chacune des ressources pour chacun des

sous-systèmes dénis précédemment sont représentées par les gures 5.8, 5.9, 5.10, 5.11, 5.12

et 5.13. Pour simplier les représentations, les modes physiquement impossibles n'ont pas été

intégrés aux gures.

146

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.8 ¿ Représentation des contraintes du sous-système 1

Ainsi la gure 5.8 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 1 avec

les variables suivantes :

¿ Vj représentant la présence (Vj = OUI) ou l'absence (Vj = NON) d'un débit d'air

¿ Li représentant la présence (Li = OUI) ou l'absence (Li = NON) d'un débit du milieu

réactionnel

¿ Pin caractérisant la pression dans le réacteur par rapport au seuil Psecure qui est la pression

maximale permise par la soupape :

¿ Pin < Psecure ⇒ Pin = Normale

¿ Pin ≥ Psecure ⇒ Pin = Sup

147

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

La gure 5.9 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 2 avec les

variables suivantes :

¿ Li représentant la présence (Li = OUI) ou l'absence (Li = NON) d'un débit du milieu

réactionnel

¿ Ek représentant la présence (Ek = OUI) ou l'absence (Ek = NON) d'un débit d'eau

Fig. 5.9 ¿ Représentation des contraintes du sous-système 2

Fig. 5.10 ¿ Représentation des contraintes du sous-système 3

148

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

La gure 5.10 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 3 avec les

variables suivantes :

¿ Ek représentant la présence (Ek = OUI) ou l'absence (Ek = NON) d'un débit d'eau

¿ Db1 caractérise le débit en sortie de la vanne 4. Il est fonction du degré d'ouverture de la

vanne 4 et du débit amont D1

Fig. 5.11 ¿ Représentation des contraintes du sous-système 4

La gure 5.11 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 4 avec les

variables suivantes :

¿ Li représentant la présence (Li = OUI) ou l'absence (Li = NON) d'un débit du milieu

réactionnel

¿ I5 représentant la présence (Ij = OUI) ou l'absence (Ij = NON) de courant

¿ D1 caractérisant le débit d'eau froide par rapport au seuil Dmax qui est le débit d'eau

froide maximal permit par l'installation :

¿ D1 < Dmax ⇒ D1 = Dok

¿ D ≥ Dmax ⇒ D1 = Dfaible

¿ A2 caractérisant la position des la vanne 2 et 3 :

149

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

¿ A2 = PasRisque ⇒Vanne 3 fermée et Vanne 2 ouverte

¿ A2 = Risque ⇒Vanne 3 ouverte et Vanne 2 fermée

La gure 5.12 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 5 avec les

variables suivantes :

¿ T1 caractérisant la température du milieu réactionnel par rapport à l'intervalle de tempé-

rature préconisé [Tinf , Tsup] :

¿ T ∈ [Tinf , Tsup] ⇒ T1 = Normale

¿ T < Tinf ⇒ T1 = Faible

¿ T > Tsup ⇒ T1 = Forte

¿ I1, I2 caractérisant l'intensité du courant en sortie du régulateur de température RegT et

en sortie du Fil2 :

¿ pour faire baisser la température, le régulateur envoie une intensité I ∈ [4mA, 20mA] ⇒

I1 = I+

¿ pour faire augmenter la température, le régulateur envoie une intensité I ∈

[−20mA,−4mA] ⇒ I1 = I−

¿ pour ne rien modier, le régulateur envoie une intensité I = 1mA ⇒ I1 = 1

¿ enn, I = 0mA ⇒ I1 = 0 si aucune tension n'est présente

¿ A1 caractérisant la position de l'action de l'actionneur D sur la vanne 4 :

¿ A1 = PasOrdre ⇒Pas de changement

¿ A1 = Diminue ⇒Diminution de l'ouverture

¿ A1 = Augmente ⇒Augmentation de l'ouverture

¿ A1 = PasAction ⇒Aucune action engagée

Fig. 5.12 ¿ Représentation des contraintes du sous-système 5

150

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

La gure 5.13 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 6 avec les

variables suivantes :

¿ Vl représentant la présence (Vl = OUI) ou l'absence (Vl = NON) d'un débit d'air

¿ P1 caractérisant la pression dans le réacteur par rapport au seuil Pmax qui est la pression

maximale permise sur le réacteur, sous peine de risque d'explosion :

¿ P1 < Pmax ⇒ P1 = Normale

¿ P ≥ Pmax ⇒ P1 = Trop

¿ I3 et I4 représentant la présence (Ij = OUI) ou l'absence (Ij = NON) de courant

Fig. 5.13 ¿ Représentation des contraintes du sous-système 6

Modélisation fonctionnelle

L'analyse fonctionnelle de l'installation a été réalisée à partir du découpage en sous-

systèmes.

151

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Les fonctions sont indexées sous la forme ij où i est le numéro du sous-système et j le numéro

de la fonction dans la sous-système.

De la même manière, les modes de défaillance sont indexés sous la forme ijk, avec i le numéro

du sous-système, j le numéro de la fonction et k le numéro du mode de défaillance de la fonction.

Pour chacun des sous-systèmes, les fonctions et leurs modes de défaillances associés sont

les suivants :

¿ Pour le sous-système 1, composé du Réacteur, de la Soupape, du Tuyau 2, de la Vanne

1 et du Tuyau 3 :

Ressources Fonctions Modes de défaillance

Toutes 11 Résister aux chocs 111 Ne pas résister aux chocs

Toutes 12 Résister à la pression 121 Ne pas résister à la pression

Toutes 13 étre étanche 131 Ne pas être étanche

Réacteur 14 Contenir la solution chimique 141 Ne pas contenir la solution chi-

mique

Soupape 15 S'ouvrir en cas de surpression

151 Ne pas s'ouvrir en cas de sur-

pression

152 S'ouvrir intempestivement

Soupape

16 Laisser passer la vapeur 161 Ne pas laisser passer la vapeur

Tuyau 2

Tuyau 3

Vanne 1

¿ Pour le sous-système 2, composé de la Vanne 2, de la Vanne 3, de la Pompe, du Tuyau

9, de l'échangeur et du Tuyau 5 :

152

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Ressources Fonctions Modes de défaillance

Pompe

21 Pomper la solution à la bonne

vitesse

211 Ne pas pomper la solution

212 Pomper la solution trop vite

213 Pomper la solution trop lente-

ment

Tuyau 9, Tuyau 5 22 Renvoyer la solution dans le ré-

acteur

221 Ne pas renvoyer la solution

Tuyau 9, Tuyau 5 23 Contenir la solution durant le

transfert

231 Ne pas contenir la solution

Toutes 24 étre étanche 241 Ne pas être étanche

Vanne 2 25 Purger la solution

251 Ne pas purger la solution

252 Purger la solution intempestive-

ment

¿ Pour le sous-système 3, composé de l'échangeur, du Tuyau 7, de la Vanne 4, du Tuyau

8 et du Tuyau 6 :

Ressources Fonctions Modes de défaillance

Echangeur 31 Refroidir la solution chimique

311 Ne pas susamment refroidir la

solution

312 Trop refroidir la solution

Tuyau 7, Vanne 4,

Tuyau 8

32 Contenir et acheminer l'eau

froide

321 Ne pas contenir l'eau froide

Tuyau 6 33 évacuer et contenir l'eau réchauf-

fée

331 Ne pas évacuer l'eau réchauée

¿ Pour le sous-système 4, composé du Régulateur D, du Fil 3 et du Capteur D :

153

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Ressources Fonctions Modes de défaillance

Régulateur D 41 Mesurer le débit d'eau froide

411 Ne pas mesurer le débit d'eau

froide

412 Sur-estimer le débit d'eau froide

413 Sous-estimer le débit d'eau

froide

Régulateur D,

Capteur D

42 Envoyer les informations à l'opé-

rateur

421 Ne pas envoyer les informations

à l'opérateur

Vanne 3

43 Fermer la vanne pour protéger

l'échangeur

431 Ne pas fermer la vanne de pro-

tection

432 Fermer intempestivement

Vanne 2

44 Ouvrir la vanne de purge en cas

de débit d'eau faible

441 Ne pas ouvrir la vanne de purge

442 Ouvrir la vanne de purge intem-

pestivement

¿ Pour le sous-système 5, composé du Régulateur T, du Fil 2 et de l'Actionneur D :

Ressources Fonctions Modes de défaillance

Régulateur T, Ac-

tionneur D

51 Envoyer les informations à l'opé-

rateur

511 Ne pas envoyer les informations

à l'opérateur

Régulateur T

52 Mesurer la température de la

solution

521 Ne pas mesurer la température

522 Sur-estimer la température

523 Sous-estimer la température

Actionneur D

53 Réguler le débit d'eau en

fonction de la température

531 Ne pas réguler le débit

532 Demander un débit trop fort

533 Demander un débit trop faible

¿ Pour le sous-système 6, composé du Fil 1, Vanne 1, Tuyau 2, Tuyau 3 et du Régulateur

P

:

154

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Ressources Fonctions Modes de défaillance

Régulateur P 61 Mesurer la pression interne

611 Ne pas mesurer la pression

612 Sur-estimer la pression

613 Sous-estimer la pression

Régulateur P 62 Laisser passer la vapeur 621 Ne laisser passer la vapeur

Vanne 1

63 Réguler la pression dans le

réacteur

631 Trop baisser la pression

632 Ne pas baisser la pression

¿ Pour le sous-système 7 : les Utilités

Fonctions Modes de défaillance

71 Alimenter le système en électricité

711 Ne pas fournir d'énergie

712 Fournir trop d'énergie

713 Ne pas fournir assez d'énergie

72 Alimenter le système en eau froide 721 Ne pas fournir d'eau froide

Les résultats de l'analyse AMDEC sont donnés dans les tableaux suivants. Pour simplier

l'écriture, les fonctions ont été remplacées par leur index.

155

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

11 111 Ne pas résister aux

chocs

131 Ne pas être étanche

12 121 Ne pas résister à la

pression

Explosion réacteur

13 131 Ne pas être étanche Réacteur perforé

FM1(Reacteur)

14 141 Ne pas contenir la

solution chimique

Réacteur non étanche

131

15

151 Ne pas s'ouvrir en

cas de surpression

Soupape bloquée fer-

mée FM2(Soupape)

- Explosion Réacteur

152 S'ouvrir intempes-

tivement

Soupape bloquée ou-

verte

16

161 Ne pas laisser

passer la vapeur

Tuyau 2 bouché

FM1(Tuyau2) Explosion du réacteur

Tuyau 3 bouché

FM(Tuyau3)

Vanne 1 bloquée fermée

FM1(V anne1)

156

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

21

211 Ne pas pomper la

solution

Pompe défectueuse

FM(Pompe)

711 Ne pas fournir

d'énergie

221 Ne pas renvoyer la

solution

311 Ne pas refroidir la

solution

212 Pomper la solution

trop vite

Emballement de la

pompe

312 Trop refroidir la so-

lution

213 Pomper la solution

trop lentement

Pompe défectueuse 713 Pas assez de cou-

rant

311 Ne pas refroidir la

solution

22 221 Ne pas renvoyer la

solution

Tuyau 5 bouché

FM(Tuyau5)

211 Ne pas pomper la

solution

Explosion de l'échan-

geur

23 231 Ne pas contenir la

solution

241 échangeur non

étanche

311 Ne pas refroidir la

solution

24 241 Ne pas être étanche échangeur bouché

FM(Echangeur)

231 Ne pas contenir la

solution

25

251 Ne pas purger la so-

lution

441 Ne pas ouvrir la

vanne de purge

Explosion Réacteur

252 Purger la solution

intempestivement

442 Ouvrir la vanne

de purge intempestive-

ment

157

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

31

311 Ne pas refroidir la

solution

Tuyau 8 bouché

FM(Tuyau8)

721 Pas d'alimentation

en eau froide

Explosion Réacteur

Vanne 4 bloquée fermée

FM1(V anne4)

211 Ne pas pomper la

solution

Tuyau 7 bouché

FM(Tuyau7)

321 Ne pas contenir

l'eau froide

Tuyau 6 bouché

FM(Tuyau6)

331 Ne pas évacuer

l'eau réchauée

Tuyau 6 bouché

FM(Tuyau6)

331 Ne pas évacuer

l'eau réchauée

531 Ne pas ré-

guler le débit

(FM1(ActionneurD))

533 Demander un débit

d'eau trop faible

412 Sur-estimer le débit

d'eau froide

213 Pomper trop lente-

ment

158

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

231 Ne pas contenir

la solution durant le

transfert

432 Fermer la vanne

de protection intempes-

tivement

312 Trop refroidir la

solution

413 Sous-estimer le dé-

bit d'eau froide

212 Pomper trop vite

532 Demander un débit

d'eau trop fort

531 Ne pas ré-

guler le débit

(FM2(ActionneurD))

32

321 Ne pas contenir

l'eau froide

échangeur perforé

FM(Echangeur)

311 Ne pas refroidir la

solution

Tuyau 8 perforé

Tuyau 7 perforé

33 331 Ne pas évacuer

l'eau réchauée

Tuyau 6 bouché

FM(Tuyau6)

311 Ne pas refroidir la

solution

159

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

41

411 Ne pas mesurer le

débit d'eau froide

Capteur D défectueux

711 Ne pas fournir

d'énergie

431 Ne pas fermer la

vanne de protection

441 Ne pas ouvrir la

vanne de purge

412 Sur-estimer le débit

d'eau froide

Capteur D défectueux

432 Fermer la vanne

de protection intempes-

tivement

442 Ouvrir la vanne

de purge intempestive-

ment

413 Sous-estimer le

débit d'eau froide

Capteur D défectueux

431 Ne pas fermer la

vanne de protection

441 Ne pas ouvrir la

vanne de purge

42 421 Ne pas envoyer les

informations à l'opéra-

teur

Capteur D défectueux

43

431 Ne pas fermer la

vanne de protection

Régulateur défectueux

FM(CapteurD)

411 Ne pas mesurer le

débit d'eau froide

Explosion de

l'échangeur

Vanne 3 bloquée ou-

verte FM2(V anne3)

413 Sous-estimer le dé-

bit d'eau froide

160

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

432 Fermer

intempestivement

Régulateur défectueux

FM(CapteurD)

412 Sur-estimer le débit

d'eau froide

311 Ne pas refroidir la

solution

Vanne 3 bloquée fermée

FM1(V anne3)

Fil 3 défectueux

FM(Fil3)

44

441 Ne pas ouvrir la

vanne de purge

Régulateur défectueux

FM(CapteurD)

411 Ne pas mesurer le

débit d'eau froide

251 Ne pas purger la

solution

Vanne 2 bloquée fermée

FM2(V anne2)

413 Sous-estimer le dé-

bit d'eau froide

Fil 3 défectueux

FM(Fil3)

442 Ouvrir la vanne de

purge intempestivement

Régulateur défectueux 412 Sur-estimer le débit

d'eau froide

252 Purger la solution

intempestivement

Vanne 2 bloquée ou-

verte FM1(V anne2)

161

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

51 511 Ne pas envoyer les

informations à l'opéra-

teur

Capteur T défectueux

52

521 Ne pas mesurer la

température

Capteur T défectueux 711 Ne pas fournir

d'énergie

531 Ne pas réguler le

débit

522 Sur-estimer la tem-

pérature

Capteur T défectueux

FM1(CapteurT)

532 Demander un débit

trop fort

523 Sous-estimer la

température

Capteur T défectueux

FM2(CapteurT)

533 Demander un débit

trop faible

53

531 Ne pas réguler le

débit

Fil 2 défectueux

FM(Fil2)

521 Ne pas mesurer la

température

311 Ne pas refroidir la

solution

532 Demander un débit

trop fort

Actionneur

D défectueux

FM2(ActionneurD)

523 Sous-estimer la

température

312 Trop refroidir la so-

lution

533 Demander un débit

trop faible

Actionneur

D défectueux

FM1(ActionneurD)

522 Sur-estimer la tem-

pérature

311 Ne pas refroidir la

solution

162

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

61

611 Ne pas mesurer la

pression

Capteur P défectueux 711 Ne pas fournir

d'énergie

Explosion du réacteur

612 Sur-estimer la pres-

sion

Régulateur

P défectueux

FM2(RegulateurP)

631 Trop baisser la

pression

613 Sous-estimer la

pression

Régulateur

P défectueux

FM1(RegulateurP)

632 Ne pas baisser la

pression

62 621 Ne pas laisser pas-

ser la vapeur

FM(Tuyau2),

FM(Tuyau3)

63

631 Trop baisser la

pression

Vanne 1 bloquée ou-

verte FM2(V anne1)

612 Sur-estimer la pres-

sion

632 Ne pas baisser la

pression

Vanne 1 bloquée fermée

FM1(V anne1)

613 Sous-estimer la

pression

Explosion du réacteur

Tuyau 2 bouché

FM(Tuyau2)

Tuyau 3 bouché

FM(Tuyau3)

Fil 1 coupé FM(Fil1)

163

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fcts Modes de défaillance Causes Eets

Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance

71

711 Ne pas fournir

d'énergie

Panne fournisseur

d'énergie

211 Ne pas pomper la

solution

Câble rompu 411 Ne pas mesurer le

débit d'eau froide

521 Ne pas mesurer la

température

611 Ne pas mesurer la

pression

712 Fournir trop de

courant

Orage

713 Ne pas fournir assez

de courant

213 Pomper la solution

trop lentement

72 721 Ne pas fournir

d'eau froide

Canalisation rompue 311 Ne pas refroidir la

solution

164

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Pour terminer, les résultats de l'AMDEC sont représentés sous forme de Graphe Causal de

Dysfonctionnement, permettant ainsi de visualiser les relations de cause à eets tout en intégrant

les informations supplémentaires qu'apportent les portes logiques. La gure 5.14 représente une

partie de cette arbre de défaillance.

165

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.14 ¿ Extrait de l'arbre de défaillance du système

166

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

5.2.2 Diagnostic - Pronostic - Mise en sûreté

On suppose que les variables suivantes sont mesurées : E1, E6, V1, V4, P1, T1, A1, L8, L4,

D1, L1 et L3.

En utilisant la méthode des graphes bipartis [staroswiecki et al., 2000], on trouve les tests

donnés dans le tableau 5.1.

Tab. 5.1 ¿ Tests de diagnostics réalisables sur l'application

Soupape Réacteur Echangeur Reg P Reg T Act D Reg D Tuyau 1

Test 1 x x

Test 2 x

Test 3 x

Test 4 x

Test 5 x

Test 6 x

Tuyau 2 Tuyau 3 Tuyau 4 Tuyau 5 Tuyau 6 Tuyau 7 Tuyau 8 Tuyau 9

1 x x

2

3

4 x x x

5 x x

6 x

Vanne 1 Vanne 2 Vanne 3 Vanne 4 Fil 1 Fil 2 Fil 3 Pompe

1 x x

2 x

3 x x x

4 x

5 x

6

Diagnostic

On considère les informations suivantes :

¿La pression dans le réacteur est normale P1 = Normale et aucun débit de vapeur n'est présent

en sortie de l'échappement de régulation de pression V4 = NON. On observe un débit de

liquide réactionnel en sortie du réacteur L3 = OUI ainsi qu'en entrée du réacteur L1 = OUI

et en amont de la pompe L4 = OUI, mais pas en sortie de la vanne de purge L8 = NON.

Concernant l'eau froide, un débit est présent en entrée de l'installation E1 = OUI avec une

valeur conforme D1 = Dok et un débit d'eau réchauée est présent en sortie de l'échangeur

167

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

E6 = OUI. Par contre, la température du milieu réactionnel est en hausse et dépasse le seuil

Tsup (T1 = Forte). Cependant, l'action demandée par l'actionneur D contrôlant le débit d'eau

froide est de réduire le degré d'ouverture de la vanne 4 (A1 = Diminue)¿.

Quelle est l'origine de cette défaillance ? Quelles peuvent être les conséquences de cette

défaillance à court et long terme ?

Ces questions légitimes d'un opérateur face à une défaillance trouveront des éléments de

réponse en suivant les procédures de diagnostic et de pronostic décrites dans les chapitres

précédents.

étape 1 : Recherche des diagnostics minimaux

L'analyse diagnostique nous conduit à considérer le test 1 du tableau 5.1 comme faux,

les autres tests étant vrais.

Les diagnostics minimaux sont donc dénis par :

D = {{RegT}, {Fil2}, {ActD}}

étape 2 : Complétion des diagnostics

En propageant les diérents modes de défaut possibles des diagnostics dans le Graphe

Causal de Dysfonctionnement (gure 5.14 en page 166) de l'installation, aucun diagnostic

incomplet n'apparaît. Ceci provient du fait qu'aucun mode de défaut (valide) n'est la consé-

quence des diagnostics dans le graphe.

étape 3 : Elimination des diagnostics physiquement impossibles

¿ En propageant les diérents modes de défaut possibles des diagnostics dans le graphe, on

s'aperçoit que le mode de défaut du Fil2 (FM(Fil2)) conduit au mode de défaillance

¿Ne pas réguler le débit¿ fm1(RgulerLeDebit).

Or, la contrainte fonctionnelle de la fonction ¿Réguler le débit¿ (gure 5.16), issue de

l'analyse fonctionnelle de cette même fonction (gure 5.15), montre que les contraintes

associées au mode de défaillance fm1 possèdent toutes la valeur PasAction pour la

variable A1, qui, par hypothèse vaut Diminue.

En conclusion, {Fil2} n'est pas un diagnostic cohérent.

Concernant les autres diagnostics, aucune incohérence n'est relevée.

¿ En propageant les valeurs des variables mesurées aucun diagnostic physiquement impos-

sible n'est relevé parmi les diagnostics restant.

Les diagnostics restant sont donc :

D = {{RegT}, {ActD}}

168

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.15 ¿ Analyse fonctionnelle de la fonction ¿Réguler le débit¿

Fig. 5.16 ¿ Contrainte fonctionnelle de la fonction ¿Réguler le débit¿

étape 4 : Détermination des modes de défaut

La recherche des modes de défaut s'eectue à nouveau en utilisant la propagation des

169

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

valeurs :

¿ Considérons le premier diagnostic {RegT}. La propagation des valeurs donnée en gure

5.17 permet de déterminer que le Régulateur de Température est dans le mode de défaut

FM1(RegT) correspondant au mode de défaut ¿Mal étalonné (seuil trop élevé)¿.

Fig. 5.17 ¿ Anage du diagnostic {RegT}

¿ Considérons maintenant le second diagnostic {ActD}. La propagation des valeurs don-

née en gure 5.18 permet de déterminer que l'actionneur est dans le mode de défaut

FM1(ActD), correspondant au mode de défaut ¿Mal réglé (diminue intempestivement le

débit¿.

Fig. 5.18 ¿ Anage du diagnostic {ActD}

170

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.19 ¿ Recherche des modes prédits et des risques

171

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Pronostic/Mise en sûreté

Supposons que les diagnostics minimaux [Reiter, 1987] et les modes des ressources en dé-

faut [struss & Dressler, 1989] soient les mêmes que ceux précédemment établis. A partir de ces

diagnostics, il est possible de pronostiquer les modes de défaillance et modes de défauts futurs

de l'installation. Pour cela, nous allons analyser le Graphe Causal de Dysfonctionnement.

En propageant tour à tour les diagnostics (gure 5.19 en page 171), on s'aperçoit qu'ils

conduisent aux mêmes modes, dont voici la liste :

¿ 522 ¿Sous-estimer la température¿

¿ 533 ¿Demander un débit trop faible¿

¿ 311 ¿Ne pas refroidir la solution chimique¿

Ce qui a pour conséquence le risque : ¿Explosion du réacteur¿.

Pour éviter une telle conséquence, les éléments suivants du systèmes doivent être opérationnels :

¿ La purge de la solution (en empêchant l'apparition du mode de défaillance 441 ¿Ne pas

ouvrir la vanne de purge¿)

¿ La soupape de sécurité mécanique (en empêchant l'apparition du mode de défaillance

151 ¿Ne pas s'ouvrir en cas de surpression¿)

Pour ajouter de l'information à cette analyse, nous allons chercher maintenant à évaluer la

probabilité de ce risque, compte tenu des diagnostics.

Le mode de défaillance ¿Ne pas refroidir la solution chimique¿ est la conséquence directe des

diagnostics. Sa FPE est donc dénie par :

FPE(NePasRefroidirSolution) = (1, [tdiag,+∞)

où tdiag est la date où le diagnostic a été eectué.

La FPE du mode de défaillance ¿Ne pas s'ouvrir en cas de surpression¿ est la même

que celle du mode de défaut FM2(Soupape) donnée en gure 5.20. En eet, l'expression

booléenne est donnée par fm151 ¿Ne pas s'ouvrir en cas de surpression¿= FM2(Soupape).

Fig. 5.20 ¿ FPE du mode de défaut FM2(Soupape)

172

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

La FPE du mode de défaillance ¿Ne pas ouvrir la vanne en cas de purge¿ est donné en gure

5.21. Elle provient de l'analyse de la coupe minimale associée à ce mode, dénie par : fm444. ¿Ne

pas ouvrir la vanne en cas de purge¿= FM(V anne2)+FM2(CapteurD)+FM(Fil3)+fm711.

Fig. 5.21 ¿ FPE du mode de défaillance ¿Ne pas ouvrir la vanne en cas de purge¿

En conséquence, le FPE de la conjonction de ces modes est déterminée graphiquement donnée

par la gure 5.22 en page 174.

En conclusion, en supposant que la pression est correctement régulée, la probabilité que le

réacteur explose, dans ce contexte, est évaluée à 0, 18/an.

5.3 Conclusion

A partir de ce procédé exothermique, les diérentes méthodes proposées dans les chapitres

précédents ont été appliquées. Grâce aux outils de modélisation du chapitre 2 et des outils

de diagnostics proposés dans la chapitre 3, il est possible de déterminer les éléments a priori

en défaut en précisant leur mode de défaut et en évitant des diagnostics incohérents et/ou

physiquement impossibles. A partir de ces diagnostics, en analysant le Graphe Causal de Dys-

fonctionnement, il est alors possible de mettre en exergue les futurs modes de défaillance et/ou

de défaut du système ainsi que les points du système à surveiller pour éviter ces risques.

173

Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel

Fig. 5.22 ¿ FPE représentant la conjonction des trois modes amont du mode de défaut ¿Réacteur

explosé¿

Euh j'en pense rien

1- bonjour ! ! ! (c'est vrai que ce mot est très difficile à taper )

2- avec un titre de topic aussi explicite, tu vas sans doutes attirer les réponses que tu attends

3- bravo, tu sais faire des copier-coller !!

j'ai pas lu mais pour faire bref quelle est la question

Euuhhhhh .... Toujours rien.

Je pense qu'il y a des fuites aux niveaux des vannes XV 22307 et XV 24308, donc le réacteur va explosé. Dans 5, 4, 3, 2, 1 BOUMMMMMM

Je l'avais dis?......

Je trouve que la 67e ligne demande quelques précisions

A part ça, l'ensemble me parait juste. Tu peux donc te lancer sans problème. Attention tout de même au moment d'appuyer sur le détonnateur

Beurk ça me fait penser au génie chimique xD.

je ne suis pas d'accord avec ta conclusion !!

kécéquecetopikalakon ?