Gestion des actifs de la station de pompage pour un coût total de possession le plus bas et une efficacité maximale

Gestion des actifs de la station de pompage pour un coût total de possession le plus bas et une efficacité maximale

16-11-2022

Les opérations d'eau et d'assainissement subissent une pression croissante pour atteindre des objectifs ambitieux en matière de prestation de services, de conformité réglementaire et de résilience dans la gestion d'une infrastructure vaste et vieillissante. Avec un capital limité, ils doivent trouver des moyens de prolonger la durée de vie des actifs vitaux, de donner la priorité à la rénovation et de repousser les menaces de cybersécurité. Pour relever ces défis, beaucoup recherchent des économies sur les coûts d'entretien et d'exploitation de l'énergie des stations de pompage, qui consomment environ 75 % du budget d'une station de pompage typique.

La résolution de ces problèmes nécessite un accès rapide aux données de performance et leur manipulation, qui sont disponibles pour l'industrie de l'eau grâce à la transformation numérique qui s'opère actuellement à l'échelle de l'industrie. La transformation numérique promet d'exploiter les volumes d'informations émergeant dans le sillage des opérations industrielles et de les appliquer à l'amélioration des opérations. Pour ce faire, il ajoute de l'intelligence et de la connectivité à des actifs auparavant isolés, synchronise le contrôle et les communications entre eux et partage des informations avec des applications analytiques. À la base de l'architecture se trouvent les pompes, moteurs, entraînements et autres actifs qui deviennent de plus en plus intelligents et connectés.

Amélioration de la station de pompage

Pour les stations de pompage, une approche structurée de la numérisation signifie une plus grande capacité à maîtriser les coûts. Cela pourrait réduire les coûts énergétiques des stations de pompage en permettant un fonctionnement plus proche des courbes cibles en tirant parti de l'équipement le plus efficace et des périodes à moindre coût tout en faisant correspondre les points de consigne ou en optimisant les charges sur les factures d'énergie pour éviter les charges de puissance et les pénalités de facteur de puissance. 

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IMAGE 1 : Répartition typique du budget d'une station de pompage (Images avec l'aimable autorisation de Schneider Electric)

Réduction des coûts

La numérisation pourrait réduire les coûts de maintenance en permettant un fonctionnement de la pompe plus proche des meilleurs points d'efficacité (BEP) en :

  • éliminant l'inspection grâce à une surveillance avancée

  • augmenter la maintenance de routine avec la surveillance de l'état pour identifier les points de défaillance en attente avant qu'ils ne surviennent

  • protéger les actifs en éliminant le fonctionnement dans des conditions de faible débit

La numérisation pourrait contribuer à la réduction globale des coûts opérationnels grâce à une surveillance améliorée en temps réel par rapport aux points de performance cibles ; faire varier les vitesses du moteur pour atteindre les objectifs établis ; et la synchronisation des performances de la pompe dans le contexte plus large de l'installation de pompage. Ce contexte peut impliquer des systèmes hydrauliques, des stratégies de contrôle de pompe ou des fonctions de contrôle auxiliaires comme le dosage de la chloration.

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IMAGE 2 : Une surveillance améliorée minimise le stress car les pompes peuvent fonctionner plus près des niveaux d'efficacité optimaux.

Fiabilité et optimisation des actifs, plus excellence de la maintenance 

Un accès détaillé et rapide aux informations permet aux performances d'atteindre de nouveaux niveaux. Ceci comprend:

  • application rentable de la maintenance conditionnelle

  • amélioration des conditions générales de fonctionnement

  • réduction de la fréquence et, par conséquent, des coûts de main-d'œuvre des inspections

Magnetic pump
IMAGE 3 : Surveillance numérique et suivi des performances de la pompe 

1. Maintenance basée sur l'état

Les turbines sont parmi les premières pièces de pompe à disparaître et une fois que l'érosion et la corrosion commencent, elles s'accélèrent. L'analyse peut fournir des informations sur l'indice de santé de la pompe et les pertes de capacité, qui peuvent être directement corrélées à la consommation d'énergie telle que rapportée par les compteurs d'énergie. La surveillance de l'aspiration de la pompe avec des transmetteurs de pression peut envoyer des alertes lorsque l'aspiration de la pompe descend en dessous d'un certain niveau.

2. Amélioration des conditions de fonctionnement

En plus de surveiller les conditions de la pompe, l'amélioration des conditions de fonctionnement de la pompe améliore l'intervalle entre les pannes (MTBF) en réduisant les forces axiales qui contribuent à raccourcir la durée de vie des joints et des roulements.

3. Réduire la fréquence des inspections

Lorsque les informations sur le fonctionnement de la pompe sont limitées ou peu fiables, une inspection manuelle fréquente est nécessaire pour identifier la nécessité d'une intervention de maintenance. La surveillance numérique continue des actifs et des variables opérationnelles clés peut réduire la fréquence et les coûts de main-d'œuvre associés aux inspections manuelles. Avec des outils numériques modernes, vous pouvez suivre les variables électriques, les variables mécaniques et les variables hydrauliques des moteurs et des pompes et recevoir des alertes lorsque les performances dérivent des seuils établis.

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IMAGE 4 : L'architecture d'amélioration des performances qui a permis à cette station d'épuration d'économiser 12 % d'opex au cours de la première année de mise en œuvre avec un retour sur investissement en moins de trois mois. 

Étude de cas

Ce projet a débuté par le déploiement de l'architecture pour collecter et analyser les données d'exploitation. À l'aide d'instruments déjà installés sur chacune des trois pompes de la station, des spécialistes de l'industrie de l'eau ont configuré des compteurs d'énergie, des entraînements intelligents sur les moteurs ainsi que des capteurs de pression et de débit pour surveiller les points clés du processus.

Le logiciel SCADA et les automates au niveau de la couche de contrôle en périphérie ont supervisé l'échange de données et la logique de production et se sont connectés à un boîtier de périphérie industriel de l'Internet des objets (IIoT) sur les réseaux PROFINET et Modbus TCP. Le boîtier périphérique IIoT était hébergé dans la salle de contrôle de l'usine et fournissait des données au conseiller en performances de pompage hébergé dans le cloud.

Retour sur investissement 

Après environ trois mois de surveillance de l'installation espagnole, les conclusions suivantes ont été tirées :

  • Il n'était pas nécessaire de remplacer les anciennes pompes. L'impact de l'usure et de la corrosion pourrait être géré grâce au réglage de la boucle de contrôle. Il a toutefois été recommandé que l'installation remette à neuf les roues et les bagues d'usure.

  • Les modifications apportées au contrôle de la vitesse de la pompe ont amélioré les performances et réduit la facture énergétique. Le contrôle de la variation de vitesse avec les variateurs était plus efficace que l'exécution de la boucle de contrôle dans l'automate.

  • La nécessité d'inspecter toutes les deux semaines a été éliminée.

  • L'automatisation de la commutation de la vanne de chloration a réduit les coûts d'exploitation d'environ 5 300 $.

La mise en œuvre de toutes les recommandations, à l'exception de la remise à neuf de la turbine et de l'anneau de réparation et des avertissements du système d'ozone automatisé, a permis d'économiser près de 22 000 $ par an, ce qui représente 12 % des dépenses d'exploitation.

Réduire les dépenses d'exploitation grâce à la performance des actifs

  • 8 300 $ par année en frais d'énergie réduits

  • 3 500 $ par an en frais d'entretien en suspendant la nécessité d'inspecter toutes les deux semaines

  • 10 000 $ par an en économies d'exploitation, applications, informations et alertes en automatisant l'option de vanne de chloration (marche/arrêt)

  • 12 % d'économies d'exploitation

Bien que l'exemple précédent concernait l'eau potable, la même architecture de base peut être appliquée aux pompes dans presque tous les contextes. Par exemple, le même utilisateur exploite une usine de traitement des eaux usées et un réseau de collecte d'eau et a engagé un spécialiste de la gestion de l'énergie pour atteindre des objectifs similaires à sa station de relevage.

Des ajustements de vitesse variable similaires ont été effectués en fonction de la surveillance, de l'augmentation des performances de pompage, de la réduction de la consommation d'énergie, de l'usure et des vibrations. La surveillance a également révélé la nécessité de réduire la taille des écrans d'eaux usées pour empêcher les gros objets d'augmenter l'usure de la pompe. Le total des économies supplémentaires s'élevait à plus de 21 000 $ (représentant 14 % d'opex).

L'obtention de tels résultats implique trois étapes fondamentales :

  • Évaluer les opérations en cours pour évaluer. 

  • le rendement potentiel et fixer des objectifs d'amélioration.

  • Mettre en œuvre les améliorations et suivre les progrès par rapport aux objectifs sur quelques mois.

  • Ajustez les performances en conséquence.

Les opérations atteindront éventuellement un point où les objectifs seront constamment atteints, mais le processus ne devrait pas s'arrêter là. Les opérations d'eau et d'eaux usées devront toujours aller au-delà des objectifs initiaux pour s'adapter à l'évolution des circonstances économiques et des réalités physiques.  

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