Les réacteurs continus à réservoir agité (CSTR) sont largement utilisés dans l’industrie chimique. Leurs systèmes d’agitation sont essentiels pour maintenir des conditions de process homogènes, mais leurs composants mécaniques peuvent également présenter des défauts susceptibles d’entraîner des arrêts non planifiés.
Le Rotating Machinery Manager est une solution IIoT conçue pour la surveillance conditionnelle et la maintenance prédictive des machines tournantes. Dans une application de l’industrie chimique, cette solution a permis d’identifier un défaut mécanique sur l’agitateur d’un réacteur avant que celui-ci n’entraîne des dommages plus importants.
Pourquoi la fiabilité des agitateurs est-elle essentielle dans les réacteurs chimiques ?
Un réacteur continu à réservoir agité permet de maintenir un environnement de réaction stable et homogène. Les matières premières sont introduites en continu et mélangées grâce à une agitation permanente, tandis que le produit issu de la réaction est évacué simultanément.
Au cœur du système se trouve un agitateur mécanique, généralement entraîné par un moteur électrique relié à un axe central et à des éléments d’agitation.
La fiabilité de ce système est particulièrement importante dans des applications telles que la fermentation et la synthèse chimique.
Lors de la fermentation, une agitation efficace permet de répartir uniformément les nutriments et l’oxygène.
Dans les procédés de synthèse chimique, une agitation homogène contribue à maintenir une température et des concentrations régulières dans l’ensemble du réacteur.
Quels sont les principaux risques pour un système d’agitation ?
Les agitateurs sont exposés à différents risques mécaniques.
Les fluides présentant une viscosité élevée ou les mélanges contenant une forte proportion de matières solides peuvent entraîner une surcharge du moteur.
Un mauvais alignement de l’axe peut provoquer des vibrations, du bruit et une usure accélérée des paliers.
Dans les réacteurs sous pression, une fuite peut également entraîner des risques pour la sécurité ou la contamination du process.
Lorsque ces défauts entraînent une mauvaise agitation, ils peuvent affecter directement le déroulement de la réaction et provoquer des arrêts de production coûteux.
Surveillance IIoT des agitateurs
Une entreprise chimique exploitant plusieurs réacteurs continus à réservoir agité pour la production d’intermédiaires chimiques a mis en place le Rotating Machinery Manager afin d’améliorer la surveillance de ses équipements.
La solution utilise une sonde multipoint capable de mesurer :
- les vibrations ;
- les ultrasons ;
- la température.
La sonde est certifiée pour une utilisation en zones dangereuses, communique sans fil via LoRaWAN® et est conçue pour offrir une longue autonomie.
Les données de mesure sont transmises à un tableau de bord central permettant aux opérateurs de surveiller à distance l’état de fonctionnement des réacteurs.
Un moteur d’analyse basé sur l’intelligence artificielle permet d’identifier rapidement les anomalies et leurs causes potentielles.
Une sonde multipoint collecte les données de mesure tandis qu’un outil d’analyse numérique permet de surveiller l’état des agitateurs et d’anticiper les besoins de maintenance.
Quels défauts peuvent être détectés ?
Le Rotating Machinery Manager peut identifier des signes de défauts mécaniques tels que :
- l’usure des paliers ;
- une lubrification insuffisante ;
- une surchauffe ;
- la cavitation ;
- un mauvais alignement.
L’edge computing permet de traiter les données issues des capteurs, tandis que les analyses basées sur l’intelligence artificielle détectent les anomalies et fournissent des indications sur leurs causes potentielles.
Les équipes de maintenance disposent ainsi d’informations permettant d’intervenir plus tôt, de réduire les arrêts non planifiés et de prolonger la durée de vie des équipements.
Cas pratique : des dommages importants évités
La solution de surveillance a démontré son intérêt lorsque le palier inférieur situé à l’intérieur de l’un des réacteurs continus agités a présenté des signes d’usure avancée.
Le système a détecté l’anomalie et déclenché une alerte précoce.
L’équipe de maintenance a alors arrêté le réacteur afin d’inspecter l’équipement.
Le palier inférieur était fortement endommagé. Grâce à la détection anticipée du défaut, celui-ci n’a pas eu le temps de se propager jusqu’au palier mécanique supérieure, ce qui aurait entraîné des dommages plus critiques et plus coûteux.
Ce cas illustre la manière dont la maintenance prédictive des agitateurs peut aider les équipes de maintenance à intervenir avant qu’un défaut mécanique ne provoque une défaillance plus importante.
Les avantages pour les exploitants de CSTR
Le Rotating Machinery Manager peut être installé sans modification majeure de l’installation et est compatible avec de nombreux types de machines, quel que soit leur âge.
Sa technologie sans fil permet également son installation en zones dangereuses, tandis que la surveillance à distance limite la nécessité pour les opérateurs d’accéder directement aux équipements.
Les principaux avantages sont :
- réduction des arrêts non planifiés ;
- amélioration de la sécurité et de la conformité ;
- optimisation des performances de l’installation ;
- amélioration de l’efficacité énergétique ;
- réduction des coûts de maintenance.
Comment mettre en place la solution de surveillance ?
La mise en œuvre comprend généralement plusieurs étapes :
- inspection de l’installation et identification des emplacements appropriés pour les capteurs ;
- installation d’une sonde multipoint avec les homologations ATEX nécessaires ;
- mesure de la puissance du signal et configuration du réseau ;
- installation d’une passerelle LoRaWAN® ;
- configuration du tableau de bord et du système d’alarme ;
- analyse continue des vibrations, des ultrasons et de la température ;
- analyse conjointe des causes profondes des anomalies détectées.
Conclusion : améliorer la disponibilité grâce à la maintenance prédictive
La maintenance prédictive des agitateurs dans les réacteurs continus à réservoir agité peut contribuer à réduire les arrêts non planifiés, les risques pour la sécurité et les coûts liés aux défaillances.
En combinant IIoT, technologie multipoint et analyses assistées par intelligence artificielle, les anomalies mécaniques peuvent être identifiées avant qu’elles n’évoluent vers des défauts plus graves.
Ce cas d’application dans l’industrie chimique montre comment une surveillance continue de l’état des équipements peut améliorer leur disponibilité et permettre aux équipes de maintenance d’intervenir au bon moment.
FAQ
1. Qu’est-ce que la maintenance prédictive des agitateurs ?
La maintenance prédictive repose sur la surveillance continue de l’état de fonctionnement d’un agitateur afin de détecter des changements ou des anomalies avant qu’ils ne provoquent des défauts mécaniques importants.
2. Quels paramètres peuvent être surveillés sur un agitateur ?
Le Rotating Machinery Manager utilise une sonde multipoint pour mesurer les vibrations, les ultrasons et la température.
3. Quels défauts d’un agitateur peuvent être détectés ?
La solution peut identifier des signes d’usure des paliers, de lubrification insuffisante, de surchauffe, de cavitation ou de mauvais alignement.
4. La solution peut-elle être utilisée en zone ATEX ?
Oui. La sonde multipoint peut être installée avec les homologations nécessaires pour les applications en zones dangereuses.
5. Quels sont les avantages de la maintenance prédictive pour les réacteurs chimiques ?
Elle peut contribuer à réduire les arrêts non planifiés, améliorer la sécurité, diminuer les coûts de maintenance et augmenter la disponibilité des équipements.
Note
Des informations complémentaires sur le Rotating Machinery Manager sont disponibles dans la brochure produit et sur le site WIKA.
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