Quand la résistance aux températures est le maître-mot : un pipeline sur le cercle polaire arctique

Utilisation dans le cercle polaire arctique

Résistance aux températures extrêmes

Forer dans le cercle polaire arctique pour extraire du gaz : pas une mince affaire. Les conditions climatiques sont plus que rudes, des températures de moins 60 ° Celsius ne sont pas rares. La société énergétique russe Gazprom recherchait un partenaire capable de fournir des actionneurs et des commandes compatibles avec ces températures extrêmes. Le système d'actionneur et de commande pneumatique à protection anti-déflagrante GBVA de Festo a immédiatement répondu aux exigences strictes et est depuis utilisé le long de nombreux pipelines situés dans le Grand Nord.

La société russe Gazprom est le plus grand producteur de gaz naturel au monde et approvisionne notamment le marché allemand. Gazprom prévoit d'augmenter considérablement sa production d'ici 2020. À cette fin, de nouveaux gisements sont viabilisés dans des régions éloignées aux conditions climatiques extrêmes. Par exemple, un système d'approvisionnement uniforme pour l'extraction, le transport et l'exportation de gaz naturel est actuellement mis en place en Sibérie orientale et en Extrême-Orient.

Gazprom a approché Festo à la recherche d'une solution personnalisable et de vannes de gaz résistant aux conditions les plus rudes. Nous avons développé, spécialement pour Gazprom, un système d'actionneur qui fonctionne avec fiabilité à des températures ambiantes allant jusqu'à moins 60 degrés Celsius. Il s'agit du système d'actionneur et de commande pneumatique à protection antidéflagrante GBVA pour les vannes à boisseau sphérique, qui est utilisé depuis 2014 le long du gazoduc russe. Il y a si bien fait ses preuves que de nombreux autres exploitants de sites l'utilisent désormais également.

Quand l'accent est mis sur la durabilité

Plus les conditions de fonctionnement sont difficiles, plus vous devez être strict lorsque vous sélectionnez les composants de votre système. Les températures extrêmes, les substances explosives et les sites éloignés imposent à Gazprom des exigences particulièrement strictes en termes de fiabilité du système de commande. En bref, rien ne peut défaillir. La distance qui sépare le site du poste de maintenance le plus proche est trop grande et le terrain est si difficile qu'il faudrait des jours, voire des semaines, pour obtenir des pièces de rechange.

Ensuite, il y a le froid : avec des températures allant jusqu'à moins 60 degrés Celsius, il n'est pas si facile de remplacer un distributeur, par exemple. Les pièces de liaison sont fortement givrées, tandis que des substances dangereuses s'écoulent dans les conduites. Les gens ne peuvent sortir qu'avec des vêtements de protection contre le froid de plusieurs centimètres d'épaisseur. Un ouvrier qualifié est donc immobile dans ces conditions. Les vannes ne sont donc actionnées manuellement qu'en cas d'urgence absolue. Le fait qu'un système de commande puisse se bloquer ne devrait pas poser de problème : la technologie de vanne requise par Gazprom devrait facilement s'adapter à un couple de rupture pouvant atteindre 120 000 Nm.

Un large catalogue d'exigences

La principale exigence de Gazprom pour notre système était la sécurité : elle devait être robuste (à l'intérieur et à l'extérieur), parfaitement résistante aux températures, durable, efficace, économe en énergie, et utilisable manuellement en cas d'urgence. Pour qu'il ne soit pratiquement jamais nécessaire de procéder à l'entretien et à la maintenance, les dommages mécaniques, tels que les coups de bélier, doivent être exclus. Chaque distributeur devait également fonctionner avec le niveau de pression nécessaire au cas d’utilisation. Notre solution devait également être configurable et ajustable pour différents domaines d'application, par exemple pour la taille du pipeline. Enfin et surtout, Gazprom voulait des essais de fonctionnement de notre actionneur de vanne dans des conditions réelles.

Basse température : vanne à boisseau sphérique, automatisée pneumatiquement

Le package solution complet de Festo

Le GBVA (Gas Ball Valve Actuator) développé par nos soins constitue une solution complète d'actionneur de vanne destinée à contrôler les fluides dangereux dans les pipelines et à fonctionner à des températures extrêmes. Tous les composants sont protégés contre les explosions (classification ATEX : II 2 GD EEx d IIC T5). La solution est simple en termes d'assemblage, de réglage, de contrôle, de maintenance et de fonctionnement.

Actionneurs pneumatiques à protection antidéflagrante

Le principe de commande est basé sur des vérins quart de tour DAPS. Des distributeurs VSNZ permettent de faire passer le servovérin en mode de commande locale en toute sécurité. Les barres de protection empêchent les commutations accidentelles. Il s'agit là d'une exigence importante pour l'équipement des sites de production particulièrement dangereux. De plus, les distributeurs pilotes MGXDH sont utilisés dans leurs versions à protection antidéflagrante.

Les raccords et les tuyaux sont en acier inoxydable antigel. La commande est intégrée, et donc protégée. L'actionneur de vanne a un couple élevé (jusqu'à 120 000 Nm) et est donc idéal pour un fonctionnement intensif. Des heures d'ouverture et de fermeture contrôlées garantissent un mouvement doux pour le matériau et évitent les frappes à vide ou les coups de bélier.

La pression de gaz admissible à l'entrée du système est de 413 bar. Cette valeur est réduite à 2,5–8 bar par un manodétendeur, puis envoyée aux chambres de l'actionneur. Le fonctionnement est également possible avec une pression minimale de 2,5 bar.

Nous avons équipé le système GBVA / DAPS d'une vanne de sécurité. Elle protège l'actionneur de vanne pneumatique contre les pressions excessives : le distributeur possède un ressort dont la force contre la pression de l'équipement. Le fluide de fonctionnement s'écoule alors sous le siège de la vanne.

Gamme d'utilisations extrêmement large

Lors du développement du système GBVA / DAPS, nous avons tout fait pour rendre le plus grand nombre de configurations et de versions possibles. En fonction de la taille de la conduite et des exigences, des solutions présentant différentes tailles d'actionneurs peuvent être utilisées : actionneurs DAPS de DN 400 à DN 1200 en tant qu'actionneurs à simple effet (avec ressort de rappel) ou à double effet.

Des tests et examens pratiques réussis

En raison de l'étendue des sites de Gazprom, nous avons pris en compte différentes conditions climatiques lors du développement du système : les températures les plus basses du cercle arctique, l'activité sismique de l'Extrême-Orient et les nombreuses pluies et chutes de neige en Russie européenne. Des auditeurs indépendants ont prouvé la durabilité du système GBVA sur le site d'essais de Gazprom par de nombreux tests d'endurance :

  • Test sismique : l'ensemble de l'unité avec distributeur et actionneur a été soumis à des chocs dynamiques de 9 points sur l'échelle MSK.
  • Test de protection contre les flammes : le système GBVA / DAPS a été exposé à une flamme nue d'une température de +1000 °C pendant 30 minutes.
  • Test de résistance au gel : la disponibilité opérationnelle est restée inchangée, même dans une chambre de refroidissement à -65 °C. La classe de protection contre la poussière/l'humidité IP66 a été confirmée.

Les tests internes de Gazprom ont en outre confirmé ces résultats.

Solution modèle pour basse température

Festo a répondu aux exigences et souhaits particuliers du client et a fourni à Gazprom une solution qui garantit un fonctionnement fiable dans des conditions extrêmes et une grande flexibilité dans les régions reculées. À la demande du client, nous avons équipé le système GBVA/DAPS d'un réservoir d'air comprimé conçu pour le nombre de commutations requis. Ceci permet de garantir une disponibilité opérationnelle, même en cas de chute de la pression du gaz dans la ligne commandée par impulsions.

L'entraînement pneumatique à piston nécessitant peu d'entretien fonctionne sans décalage et s'arrête immédiatement dès que la commande de fonctionnement est désactivée ou que la position finale est atteinte. Ce principe de fonctionnement permet d'éviter d'endommager l'appareil en cas de dysfonctionnement. En raison du mécanisme d'étrier, la caractéristique de couple du plateau tournant est parabolique et très proche de la caractéristique de couple des organes d'isolement. Ceci permet de réduire les charges transférées de l'actionneur de vanne au distributeur.

Nous avons conçu les chambres de travail de l'actionneur de vanne de sorte qu'elles ne soient mises sous pression que lors de la commutation. Ainsi, le risque de fuite est considérablement minimisé, aspect particulièrement important pour le gaz naturel. Cette solution renforce la sécurité de l'ensemble du système et augmente la durée de vie de l'actionneur, car les distributeurs ne sont pas sous pression constante.

Toujours opérationnel, même en cas d'urgence

Dans les cas où la pression du gaz n'est pas suffisante pour fermer ou ouvrir la vanne d'arrêt à boisseau sphérique, le fonctionnement manuel d'urgence est possible grâce à la molette de réglage. Il peut être actionné via un vérin hydraulique, qui est actionné au moyen d'une pompe à main hydraulique.

L'air comprimé, le gaz naturel ou l'azote peuvent être utilisés comme fluide de service pour l'actionneur de vanne pneumatique. La pression de conduite du gazoduc peut également être utilisée comme énergie d'entraînement pour la vanne via la tuyauterie.

Sur base des actionneurs de vanne à double effet, nous avons également développé une variante qui assure la fermeture/l'ouverture d'urgence en cas de panne d'alimentation en courant ou en air comprimé.

L'histoire du succès continue

Les actionneurs de vannes pneumatiques de la série GBVA/DAPS connaissent le succès dans l'industrie du gaz depuis 2006. Depuis lors, nous avons mis en œuvre de nombreux projets de différentes tailles et concepts. Nous sommes actifs depuis longtemps non seulement pour l'industrie du gaz, mais aussi pour les raffineries et les terminaux pétrochimiques.

Actionneurs de vannes d'arrêt d'urgence

Nous avons développé les actionneurs de vannes GBVA pour une utilisation au sein des systèmes ESD (Emergency Shutdown) : dès qu'une alarme d'arrêt d'urgence se déclenche, l'actionneur de vannes se met en position sûre. La vitesse de coupure peut être réglée selon les besoins. Les fonctions « normalement fermé » et « normalement ouvert » peuvent être implémentées à l'aide de ressorts de rappel mécaniques. Nous proposons en option les actionneurs de vannes GBVA/DAPS avec fonction de test de course partielle (PST = Partial Stroke Test). Cette fonction permet de tester les distributeurs sans arrêt complet. Les actionneurs et commandes sont conformes SIL 2/SIL 3. Sur demande, nous pouvons vous fournir la certification SIL correspondante pour une utilisation au sein de votre système ESD.

Systèmes d'actionneur et de commande autonomes

De plus, nous avons développé une version qui s'alimente en électricité de manière autonome avec un panneau solaire et/ou une éolienne et stocke cette énergie dans des batteries. La charge est stabilisée et contrôlée par un contrôleur de charge solaire. Vous pouvez consulter les données des paramètres et les visualiser à distance via une IHM (Human Machine Interface). Un appareil portable est utilisé pour le paramétrage. Il est également possible d'ouvrir ou de fermer les vannes d'arrêt à distance (50–1200 Nm). Le contrôle et la collecte des données s'effectuent via le contrôleur СРХ. Un modem GSM transmet et reçoit les données. Ce système se distingue également par une maintenance minimale et une fiabilité opérationnelle à basses températures.

PAO Gazprom

16 rue Namjotkina
117997 Moscou, GSP-7
Russie

www.gazprom.de

Qui doit le savoir ?

N'hésitez pas à obtenir l'avis de vos spécialistes avant de choisir Festo. Vous pouvez facilement transmettre nos solutions et exemples d'application via ce lien.

Servovérin dans le test de refroidissement
Vue d'ensemble