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En anglais
RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est de fournir les informations nécessaires à l’élaboration des schémas de procédé. Selon l’étape de développement ou d’industrialisation du procédé, plusieurs schémas et plans sont utilisés. Parmi eux, le schéma de procédé est primordial car il décrit l’enchaînement des opérations unitaires qui constitue le procédé: sont donc représentés les flux de matière, les équipements principaux, les boucles de régulation principales et les conditions opératoires. Les symboles graphiques des équipements courants sont fournis dans cet article.
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This article provides the information required for designing process schemes. Several diagrams and drawings are used, depending on the development or industrialization stage of a process. Among these, the process flow diagram is important: it shows the sequence of unit operations that make up the process; material flow, main equipment, main control loop and process conditions are included. The graphic symbols for commonly used equipment items are given.
Auteur(s)
-
Fabrice GIROUDIERE : Chef du département Process Design, Direction conception modélisation procédés - IFP Énergies nouvelles, Solaize, France -
INTRODUCTION
Comme l'a dit Napoléon Bonaparte, « un bon croquis vaut mieux qu'un long discours ». Aussi, pour décrire efficacement un procédé de production ou de transformation, le recours à des schémas avec une symbolique adaptée et comprise par les différents interlocuteurs d'un projet est essentiel. Dans l'industrie on appelle « procédé » les outils et méthodes utilisés pour réaliser un produit en suivant plusieurs opérations élémentaires. Par outils, il faut comprendre appareils ou équipements qui permettent de réaliser une partie des opérations. Les méthodes sont à la fois l'ordre dans lequel ces opérations doivent s'enchaîner et à la fois les conditions opératoires à utiliser. Le schéma de procédé (« process flow diagram ») rassemble ces informations de manière synthétique sur un même document en utilisant un langage graphique symbolique, qui doit être commun et universel pour être compris de tous.
Le langage des schémas doit être commun aux différents métiers scientifiques qui contribuent à la conception et au développement du procédé : chimie, biochimie, physico-chimie, génie chimique, instrumentation, mécanique... mais aussi à tous les acteurs de l'entreprise, quels que soient leurs activités ou leur niveau d'exécution et de décision.
Le langage des schémas doit être universel. Les symboles graphiques, même s'il n'existe pas de norme internationale unique, doivent être suffisamment clairs et proches les uns des autres pour être utilisés et compris par tous les métiers, recherche, ingénierie, production, fabrication d'équipements... quelle que soit la langue parlée d'origine.
Les schémas sont en effet au cœur des méthodes de conception, de dimensionnement et de réalisation. Ils font partie intégrante du processus d'industrialisation, du laboratoire à l'usine, de la conception à l'exploitation et doivent être les outils employés par tous les intervenants. La qualité de ce mode de représentation est un des facteurs clés de succès des échanges entre acteurs quelle que soit l'étape de développement, d'industrialisation ou d'opération.
Cet article apporte un éclairage sur l'usage des différents schémas tout au long de la vie d'un projet depuis l'idée jusqu'à l'unité industrielle en passant par les différentes phases de développement. Il propose une méthode d'élaboration et aborde les questions d'optimisation. Enfin, il essaye d'initier chacun au langage des schémas de procédés.
Après une brève présentation du processus d'industrialisation d'un produit et du procédé pour l'obtenir, afin de se placer dans le contexte industriel, la contribution des différents schémas est décrite. Enfin, les deux ensembles de schémas suivants sont analysés plus en détail :
-
le schéma bloc ou schéma fonctionnel (« block diagram »). Il permet de décrire les étapes chimiques et physiques du procédé et les flux matières et thermiques depuis les matières premières jusqu'au produit fini ;
-
le schéma de procédé ou schéma de circulation ou schéma des conditions opératoires (« process flow diagram » ou « process flow sheet ») ;
Ces deux types de schéma précèdent les schémas d'implantation et les schémas de tuyauterie et instrumentation avec les fiches de spécification.
Pour plus de détails sur ces deux derniers schémas et sur ces fiches de spécification, consulter l'article [AG 3 200].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 2000 par Michel AUROY
DOI (Digital Object Identifier)
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Schéma procédé
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3. Schéma bloc
Le schéma bloc, ou schéma fonctionnel, est un document fondamental de la voie d'accès décrivant l'ensemble des enchaînements ou étapes (réaction, séparation, mise en forme...) qui conduisent des matières premières au produit fini.
Il est construit d'après un graphisme très simple constitué de blocs rectangulaires et de traits. Chaque bloc représente une fonction à assurer, d'où souvent le nom de bloc fonctionnel donné à ce schéma. Les traits, munis de flèches pour indiquer le sens de l'écoulement, représentent les flux de matières d'entrée, de sortie et de liaisons.
C'est un document qui permet de donner une vision claire des étapes et des paramètres essentiels du procédé, en partant des grandes lignes pour, progressivement, identifier et définir toutes les étapes (figure 4 puis figures 5 et 6).
Dans le cas d'un procédé continu, on précise à chaque bloc les paramètres de marche, les débits des flux, leur nature, les charges thermiques (figure 6). On peut noter et souligner également les paramètres sensibles ou critiques et, en particulier, les éléments qui caractérisent les « verrous » ou « points durs » à résoudre pour développer le procédé.
Dans le cas d'un procédé discontinu (ou section de procédé), chaque étape est décrite à l'aide d'un diagramme séquentiel précisant le déroulement des opérations qui sont effectuées à cette étape, en fonction du temps et en précisant les quantités mises en jeu (figure 7). Le contenu des diagrammes séquentiels varie en fonction de l'avancement des études. Nécessairement très simplifié au début et ne tenant compte que des durées globales par phase, le schéma s'enrichit, incluant temps de chargement et de déchargement, profils réactionnels, profils thermiques, profils rhéologiques...
Au début de l'industrialisation d'un procédé, le schéma bloc est l'outil le plus pratique pour analyser et concevoir une voie d'accès. Tout choix d'équipement est en général prématuré ; il nécessite des données dont...
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Schéma bloc
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COOPER (R.-G.) - Winning at new products. - 2e édition : Accelerating the process from idea to launch, Addison – Wesley Publishing Company (1997).
-
(2) - MOULIJN (J.A.), MAKKEE (M.), VAN DIEPEN (A.E.) - Chemical process technology. - 2nd ed., Wiley, New-York (2013).
-
(3) - JOLY (J.-F.), GIROUDIERE (F.), BERTONCINI (F.) - Innovation in process development : from catalyst to industrial process. - Catalysis Today, p. 218-219 (2013).
-
(4) - TRAMBOUZE (P.), EUZEN (J.P.) - Les réacteurs chimiques, de la conception à la mise en œuvre. - Technip, Paris (2002).
-
(5) - BARON (H.) - The oil and gas engineering guide. - Technip, Paris (2010).
-
(6) - AUSTIN (D.-G.) - Chemical engineering drawing symbols. - George Godwin, Limited. Londres (1979).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1 Logiciels commerciaux de simulation de procédé
Aspen Plus® https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-plus
Aspen HYSYS® https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-hysys
ProSim® http://www.prosim.net/fr/index.php
PRO/II ®/Provision® http://www.iom.invensys.com/FR/Pages/SimSci-ProcessEngSuite.aspx
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NF EN ISO 10628 (2015), Schémas de procédé pour l'industrie chimique et pétrochimique. Partie 1 : Spécification des schémas de procédé. Partie 2 : Symboles graphiques
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Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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