Cas d’application
Un simple changement dans le contrôle du niveau d’alimentation de la chaudière, pour une amélioration significative
Nous constatons une meilleure efficacité énergétique de la chaudière et de l’utilisation du gaz, ainsi qu’une amélioration de la qualité de la vapeur et du contrôle du niveau. Aucun échec. Aucun problème à signaler.
Le contexte
La production commerciale de whisky repose en grande partie sur la vapeur. Cela ne fait pas exception à la distillerie William Grant & Sons, à Girvan en Écosse, qui produit plus de 100 millions de litres d’alcool par an.
« Nous utilisons la vapeur pour tous les aspects de la cuisson du blé », explique Scott Curran, responsable de l’équipe de maintenance. Chaque semaine, William Grant & Sons moud et transforme 5 000 tonnes de céréales de différentes manières, en fonction du procédé de brassage. Nous utilisons la vapeur pour préchauffer toute l’eau, explique-t-il, et nous avons également recours à l’injection directe de vapeur pour une partie du processus de cuisson. Lorsque le malt ou les céréales cuits arrivent dans les colonnes de distillation, ils doivent être réchauffés à nouveau afin d’extraire les vapeurs contenant l’alcool.
« Il faut donc générer une grande quantité de vapeur pour ce processus », explique Scott Curran. « Une demande très, très élevée. »
Auparavant, William Grant & Sons rencontrait un problème de qualité de la vapeur. « C’est un problème majeur. Sur la plupart des sites, plus la qualité de la vapeur est élevée, moins il y a de rétention d’eau dans la vapeur. » Ainsi, avec une vapeur de haute qualité, « on obtient un parcours plus propre vers le produit ou le circuit de chauffage et un meilleur transfert de chaleur. On observe moins de condensats.»
Scott explique que les problèmes chez William Grant & Sons étaient dus au contrôle de niveau de l’alimentation de la chaudière. « Si nous avons un mauvais contrôle du côté de la chaudière, nous faisons alors passer du liquide ou davantage de vapeur d’eau dans la conduite que ce qui est nécessaire dans cette vapeur. À un certain moment, cet excès doit s’évacuer, et nous constatons des coups de bélier ainsi qu’un retour important de condensat. Nous avons même vu de l’eau s’écouler dans la conduite, ce qui peut avoir un impact majeur. »
Il explique que ce manque de contrôle crée non seulement d’énormes inefficacités, mais aussi beaucoup de tracas pour les opérateurs de l’usine, qui doivent gérer le niveau manuellement.
« On essaie de gérer ce problème et de se préparer au retour de la vapeur, qui devrait circuler de manière stable et régulière. Les opérateurs ne devraient pas avoir cette responsabilité. Tout ce que nous pouvons entreprendre pour résoudre ce problème à la source, plutôt que sur le terrain, constitue un avantage majeur. »
Il ajoute : « Plus le contrôle du niveau est précis, meilleure est la qualité de la vapeur. Et plus c’est économe en énergie, moins cela a d’impact sur l’usine. »
Trois des chaudières à vapeur de la distillerie de William Grant & Sons à Girvan, en Écosse.
La solution
Scott a trouvé la solution par hasard.
« Je ne regardais pas la qualité de la vapeur à ce moment-là », dit-il. « Je me concentrais sur le taux élevé de défaillance de nos vannes d’alimentation en eau des chaudières. Elles ne duraient qu’environ six mois. »
Sur la suggestion de James Mason, planificateur régional pour William Grant & Sons travaillant pour ERIKS, une entreprise spécialisée dans la gestion de magasins techniques sur site, Scott Curran a participé à un événement Grundfos iSOLUTIONS à Birmingham, au Royaume‑Uni. Grundfos iSOLUTIONS utilise une connectivité intelligente entre les pompes, les capteurs, les systèmes de contrôle et systèmes SCADA afin d’optimiser les performances d’une application.
Scott explique qu’il a rencontré Søren Mortensen, responsable des applications chez Grundfos, lors de cet événement. « Il me faisait une démonstration de ce que je pensais être un simple contrôle continu pour n’importe quelle boucle de puissance. Nous en utilisons partout sur le site. Mais lorsqu’il m’a dit que c’était destiné à une chaudière, cela a été un véritable déclic pour moi. »
Scott ajoute : « Je me suis toujours demandé pourquoi nous utilisions encore ce contrôle statique avec les vannes d’alimentation en eau des chaudières, alors qu’avec la technologie moderne, une sortie 4‑20 mA pilotant un variateur de vitesse permet de contrôler n’importe quel niveau dans n’importe quelle installation, de manière très précise et stable, tout en facilitant le diagnostic ? »
Cette conversation a conduit à un projet pilote Six Sigma Yellow Belt sur l’une des chaudières de William Grant & Sons, afin d’évaluer son efficacité réelle.
« William Grant & Sons cherche à pérenniser son activité, en travaillant sur l’énergie, les coûts, les économies et l’amélioration générale de la productivité du site.», explique James Mason d’ERIKS. « Évidemment, c’est la voie à suivre, et ils ont adopté cette approche. »
Chez William Grant & Sons, Grundfos a remplacé les pompes CR à vitesse fixe utilisées pour l’alimentation des chaudières par des pompes Grundfos iSOLUTIONS CRIE équipées de variateurs de vitesse intégrés. Ils ont également retiré la vanne de régulation du circuit d’alimentation de la chaudière. La pompe CRIE régule le niveau dans les chaudières à vapeur en ajustant sa vitesse selon la demande. Parallèlement, les pompes Grundfos utilisent les fonctions intégrées du variateur, c’est-à-dire la détection de dépassement de limite et la sortie relais de signal, pour piloter une vanne de bypass et garantir le flux à travers l’économiseur lorsque le brûleur fonctionne mais que la chaudière ne demande pas d’eau. Tout le contrôle est assuré par le variateur, au moment précis, afin de garantir un fonctionnement sûr et efficace de la chaudière tout en réduisant la complexité.
Les pompes CRIE de Grundfos (en rouge juste à gauche du centre) sont équipées de variateurs de vitesse intégrés. Celles-ci remplacent les vannes de régulation habituelles du système de contrôle d’alimentation de la chaudière. Les pompes adaptent leur vitesse en fonction de la demande.
Le résultat
Six mois après l’installation, Scott souligne que normalement, il aurait déjà dû remplacer une vanne défaillante sur la chaudière. Aucun signe de défaillance n’a été constaté. En fait, c’est tout le contraire.
« La quantité d’améliorations que nous pouvons obtenir grâce à un changement aussi minime est vraiment impressionnante », dit‑il. « Nous constatons une meilleure efficacité énergétique de la chaudière et de l’utilisation du gaz, ainsi qu’une amélioration de la qualité de la vapeur et du contrôle du niveau. Nous pouvons mieux maîtriser l’accumulation en haut de la chaudière. Aucun échec. Aucun problème à signaler. Moins de tracas pour les opérateurs. La flexibilité est considérable. »
Il explique que, rien qu’au niveau de la consommation de gaz de la chaudière, les premières analyses indiquent des économies comprises entre 1,4 % et 6 %.
« Rien que par la façon dont les chaudières fonctionnent, il s’agit d’une amélioration énorme », dit‑il. « La pompe peut fournir davantage que ce dont la chaudière a besoin. C’est là tout l’avantage de ce système. Nous n’avons plus les problèmes d’inondation et de refroidissement de la chaudière rencontrés auparavant. Et cela se traduit par des économies d’énergie et une meilleure qualité de vapeur.
Il ajoute que William Grant & Sons produit sa propre électricité sur site, donc, même si les économies sont importantes, elles n’ont pas autant de poids que celles réalisées sur le gaz.
« Mais nous constatons environ 40 % d’économies d’énergie rien que sur cette seule pompe », dit‑il. « Et cela équivaut à environ 5 000 GBP (5 600 EUR) par an. Il y a également un impact positif sur le coût des pièces de rechange, puisque la pompe utilisée est plus petite. Tous ces aspects ont un impact, sans parler de la fiabilité.
« Il faut aussi voir les choses du point de vue de mon équipe de maintenance. Il faut que la maintenance soit simple et rapide. Ils ne veulent pas avoir à dépanner un équipement quotidiennement. Donc, selon moi, cette solution coche toutes les cases », déclare Scott Curran.
« Je pense que tout le monde devrait adopter cette approche. Je ne vois aucune raison de ne pas le faire », ajoute‑t‑il. « Et si quelqu’un en trouve une, qu’il me contacte, s’il vous plaît. »
Michael Rasmussen, responsable des applications chez Grundfos, auprès de l’une des nouvelles pompes CRIE utilisées pour le contrôle du niveau d’alimentation de la chaudière chez William Grant & Sons.
Produits fournis par Grundfos :
Pour le contrôle du niveau d’alimentation de la chaudière chez William Grant & Sons, Grundfos a fourni ses pompes CRE 15-8, équipées de variateurs de vitesse intégrés et de fonctions intelligentes.