Cement - Siemens

La technologie radar pour la
mesure de niveau au secours
des cimenteries
Le Sitrans LR560 fait ses preuves tout
au long de la chaîne de production de
la cimenterie St Mary de Bowmanville,
Canada. Le Sitrans LR560, qui fonctionne à une fréquence de 78 GHz
avec un angle de faisceau de quatre
degrés, fournit des mesures exactes et
fiables dans des conditions de poussières extrêmes.
lièrement difficile pour la mesure de
niveau : conditions de poussières
extrêmes, hautes températures et
forte usure mécanique. La plupart des
capteurs de mesure de niveau étant
installés en haut des silos (dont certains mesurent près de quatre-vingts
mètres), il est difficile d'y accéder,
surtout lorsqu’il n’y a pas d’ascenseur.
Le Groupe de cimenterie St. Marys
est une filiale à 100% de Votorantim
Cimentos, entreprise familiale internationale de cimenterie ayant son siège à
Sao Paulo, au Brésil. Son site canadien
de Bowmanville, près de Toronto, a
une production annuelle de l’ordre de
1,8 million de tonnes de clinker et de
1,2 million de tonnes de ciment Portland. Fondé à la fin des années 1960,
c’est actuellement l’un des sites les plus
modernes d’Amérique du Nord.
Par le passé, la maintenance des transmetteurs de niveau était coûteuse ; elle
comprenait principalement le nettoyage
ou le remplacement des capteurs dans
le cadre d'interventions d'entretien programmées ou non programmées.
Au cours des 40 dernières années, ce
site a expérimenté diverses technologies de mesure de niveau avec des
résultats mitigés. Une cimenterie
présente un environnement particu-
Défis
Siemens travaille depuis plus d’un siècle avec l’industrie de la production de
ciment, lui fournissant des instruments
de process de tous types. L'entreprise
connaît donc bien les problèmes que
pose la mesure de niveau dans les
cimenteries. En raison du fort pouvoir
abrasif et de la forte masse volumique
des matériaux solides utilisés, les trans-
Cement
Answers for industry.
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La cimenterie St. Marys de Bowmanville est l’un des sites de production de ciment les plus modernes en Amérique du Nord. Le Sitrans LR560 est
conçu pour supporter les hautes températures et les niveaux extrêmes de poussières et n’a aucun mal à mesurer le silo en flux continu de 80 mètres
de haut. Il fournit aux opérateurs des tendances de données en temps réel.
metteurs à contact présentent un certain
nombre d’inconvénients dans les cimenteries : usure excessive, maintenance importante, rupture des câbles qui tombent dans
la matière. Un câble qui tombe dans une
cuve risque de causer des dommages au
dispositif d’alimentation situé sous le silo,
d’où des frais importants de réparation,
voire une interruption de la production.
Par ailleurs, les cycles de remplissage, qui
s’accompagnent d’un fort dégagement de
poussières représentent un challenge pour
les instruments de mesure de niveau à
ultrasons car le signal, fortement affaibli,
se perd. Enfin, la haute température des
matériaux stockés dans les silos (clinker
par exemple) réduit considérablement le
choix des capteurs utilisables.
Pour les solides, Siemens a introduit la
technologie radar 25 GHz au début des
années 2000. Technologie sans contact,
le radar met à profit des ondes électromagnétiques se déplaçant à la vitesse de
la lumière pour déterminer la distance par
rapport à la cible. Le radar, qui est pratiquement insensible aux fortes concentrations
de poussières et aux hautes températures,
est bien adapté à l’industrie cimentière.
Si l’on considérait autrefois qu’elle était
chère et difficile à régler, la technologie
radar 2 fils à alimentation en boucle est
aujourd’hui d’un bon rapport qualité/prix,
facile à mettre en service et utilisable d'un
bout à l'autre du processus. Depuis le stockage de la farine crue jusqu'au produit fini,
en passant par l'homogénéisation et les
refroidisseurs de clinker, le radar 25 GHz
est devenu la technologie de mesure la
plus utilisée dans les cimenteries au niveau
mondial. Dans les années qui viennent, le
nouveau radar 78 GHz à haute fréquence
remplacera probablement la technologie
2
25 GHz car son antenne est plus petite et
son faisceau plus étroit, ce qui réduit les
coûts de mise en service et améliore encore
les performances.
Silo d’homogénéisation
Le silo d’homogénéisation est l'application
qui pose le plus de problèmes pour la
mesure de niveau. Au printemps 2000,
Siemens a testé son premier Sitrans LR
sur ce type de silo en Amérique du Nord.
Haut de quatre-vingts mètres, ce silo est à
flux continu, c’est-à-dire qu'il est alimenté
en permanence par de multiples aéroglissières, ce qui crée un environnement
extrêmement poussiéreux : une source
lumineuse installée en haut du silo n’est
pas visible au-delà de cinq mètres.
Le silo à flux continu alimente directement la production. Le contrôle de niveau
est essentiel car ce silo sert à obtenir un
mélange homogène à partir de la matière
première ; pour garantir une qualité
homogène, le niveau ne doit pas trop
baisser. Le silo est aéré en permanence
pour faciliter le mélange et la surface est
fluidisée. Le silo est simultanément rempli
et vidé en permanence, ce qui complique
les mesures de niveau. Celles-ci servent
non seulement à contrôler le niveau dans
le silo et à optimiser la qualité mais aussi
à planifier les quantités de production et à
programmer les périodes d’interruption.
Malgré l’importance cruciale de ce processus, il était autrefois impossible d’obtenir
une mesure fiable en continu. La cimenterie a essayé des systèmes à fil à plomb et
à ultrasons, sans succès. La présence de
turbulences dans la cuve provoquait la rupture de l’extrémité du fil à plomb et même
les capteurs à ultrasons les plus puissants
ne parvenaient pas à mesurer à plus de dix
mètres. Il est apparu que la technologie
radar de Siemens constituait la solution
parfaite pour cette application particulièrement délicate.
Un transmetteur radar deux fils Sitrans
LR560 FMCW (ondes continues à modulation de fréquence) fournit désormais
des données continues et fiables sur
les matières se trouvant dans le silo. Le
Sitrans LR560 est le premier transmetteur
radar fonctionnant à une fréquence de
78 GHz, plus élevée que celle des autres
transmetteurs radar. Le Sitrans LR560, qui
utilise des ondes électromagnétiques à
une fréquence de 78 GHz (micro-ondes)
dispose d’une plage de mesure de 100
mètres (328 ft) et est insensible aux poussières du silo. L’obtention de tendances de
mesure de niveau fiables est un élément
d’optimisation du rendement qui permet
en outre d'améliorer la qualité du produit
en raison d'un maintien plus précis du
niveau dans le silo.
Silos de matières premières
La farine crue utilisée pour la production du
ciment Portland est principalement composée de calcaire, de cendre, de sable et de
fer. Ces différentes matières premières sont
efficacement mesurées par le radar. Le silo
de sable est maintenant efficacement contrôlé par un transmetteur de niveau Sitrans
LR560. La mesure de l’angle de talutage
du sable dans un silo est un véritable défi,
même pour les transmetteurs radar
25 GHz car les signaux réfléchis ont tendance à se disperser. Dans cette application,
le Sitrans LR560 à 78 GHz présente, une fois
encore, des avantages certains. Le place-
La fiabilité du contrôle de niveau
réalisé par le Sitrans LR560 assure un
contrôle efficace en temps réel du
processus de production.
ment du capteur était peu évident en raison
de la présence d’un élément de structure
à proximité. Cette obstruction métallique
n’a toutefois aucunement gêné le Sitrans
LR560 qui dispose d’un faisceau étroit ;
aucun réglage n’a été nécessaire.
Le transmetteur Sitrans LR560 a une
antenne lentille de petit diamètre avec un
faisceau d’émission de quatre degrés qui
évite les obstructions des parois du silo ainsi
que les autres interférences. Il est donc possible de l'installer quasiment n'importe où
en haut du silo. Comme il fonctionne à une
fréquence de 78 GHz, il émet une courte
longueur d'onde et fournit une réflexion
exceptionnelle du signal à partir de solides
présentant un angle de talutage marqué,
comme c'est le cas du sable.
Niveau du silo de clinker
A la cimenterie St. Marys, le clinker est soit
stocké sur site, dans deux silos de 70 mètres
(229 pieds) soit transféré dans deux silos
situés sur les docks pour être chargé sur des
bateaux. Au moment du chargement dans
les silos, le clinker est encore très chaud et
extrêmement poussiéreux. Les hautes températures et la poussière posaient problème à
la technologie à ultrasons utilisée précédemment. La cimenterie dispose actuellement
de quatre transmetteurs radar Sitrans LR qui
contrôlent le niveau dans les silos de clinker.
Le surremplissage du silo de clinker, qui pose
un problème de sécurité, est totalement
exclu avec les transmetteurs radar.
Contrôle des refroidisseurs de
clinker
Le clinker sort du four à des températures
supérieures à 1000 ºC (1800 ºF) et doit
être refroidi avant d’être transféré dans les
silos de clinker sur des convoyeurs classiques en caoutchouc. Le clinker circule
sur une grille métallique tandis que l’air
est envoyé par dessous pour le refroidir. La hauteur du clinker sur la grille du
refroidisseur influe non seulement sur le
taux de production de l’usine mais aussi
sur la qualité et l’homogénéité du produit
final. Cette hauteur est traditionnellement
déduite d’une mesure secondaire. Les deux
mesures secondaires les plus couramment
utilisées sont :
• la pression hydraulique sur la grille (la
pression est d'autant plus élevée qu'il y a
de matière en mouvement sur la grille)
• la pression de l’air de refroidissement
(plus la contre-pression est élevée, plus il
y a de matière).
Le recours à une méthode de mesure
secondaire pour évaluer la hauteur du lit
de clinker présente l’inconvénient de ralentir la réponse. En effet, il y a forcément
un temps de décalage entre la mesure
inférée et l’appareil de contrôle. De plus,
l’exactitude est aussi compromise, l’effet
secondaire mesuré étant rarement linéaire
et rarement reproductible. Jusqu’ici, il
s’avérait difficile de mesurer directement la
hauteur du clinker en raison des températures extrêmement élevées du produit et
de l’atmosphère à la hauteur du four.
Avec un guide d’onde, le SITRANS LR560 supporte les températures de 1000 °C (1800 °F) observées sur le refroidisseur de clinker.
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Siemens travaille depuis plus d’un
siècle avec l’industrie cimentière,
lui fournissant des instruments
de process à tous les stades de la
production, notamment pour la
mesure de débit, de niveau, de
pression, de température et pour
le pesage.
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Pour obtenir un meilleur contrôle et
abaisser les coûts, la cimenterie St. Marys
a maintenant adopté la technologie radar
et mesure le niveau du clinker directement
sur le lit de refroidissement. Comme le
niveau du clinker est contrôlé directement,
les mesures sont immédiates et il n’y a
plus de décalage. De plus, étant directe, la
mesure directe est plus fiable qu’une valeur
obtenue par interférence à partir d’une
source secondaire. Enfin, cette solution est
moins coûteuse puisqu’elle fait l’économie
de l’appareil de mesure secondaire.
L’extrême température du four est ramenée
à des niveaux nominaux à la hauteur du
transmetteur radar par le biais d’une extension de tuyau d’une longueur d’un mètre.
Grâce à son angle de faisceau très étroit, le
Sitrans LR560 78 GHz fonctionne efficacement dans ce tuyaux d’extension.
Avantages
Le Sitrans LR560 fait ses preuves tout
au long de la chaîne de production de
Siemens AG
Industry Sector
Sensors and Communication
76181 Karlsruhe
Allemagne
www.siemens.com/sitranslr560
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la cimenterie St. Marys de Bowmanville.
Le Sitrans LR560, qui fonctionne à une
fréquence de 78 GHz avec un angle de faisceau de quatre degrés, fournit des mesures
exactes et fiables dans des conditions
de poussières extrêmes, à de très hautes
températures et sur les longues portées qui
sont courantes dans l’industrie cimentière.
Grâce à la fiabilité du contrôle des niveaux
de stock, il est désormais possible de
planifier efficacement la production
et de réguler les niveaux des matières
premières. La fiabilité de contrôle des
niveaux, par exemple sur le silo à flux
continu, permet, en outre, d’améliorer
la qualité du produit. La supervision du
niveau du clinker sur le lit de refroidissement permet aussi d'abaisser les coûts tout
en augmentant la sécurité. En outre, les
frais de maintenance ont été considérablement réduits, parfois même éliminés, et
contrairement à la technologie à contact
du fil à plomb, la technologie radar ne
présente aucun risque de rupture et de
chute d'un câble dans la matière.
Sous réserve de modifications sans préavis.
Disponible au format PDF uniquement
© Siemens AG 2011
Le Sitrans LR560 est facile à installer et à
mettre en service. En suivant l’assistant
graphique de démarrage rapide,
l’utilisateur est vite en mesure de faire
fonctionner le Sitrans LR560 qui fournit
directement des mesures de niveau précises et fiables sans nécessiter de réglage.
En outre, la fiabilité et le besoin minime de
maintenance ont considérablement réduit
les risques encourus par les employés qui
n’ont plus besoin de monter quotidiennement en haut des silos.
“Le dernier modèle radar de Siemens, le
Sitrans LR560, s’est avéré très fiable et très
robuste dans nos applications de mesure
de silos les plus difficiles. La conception
compacte et légère de cette unité 2 fils
réduit les frais d'installation tout en fournissant des mesures de silo en temps réel qui
sont particulièrement précieuses pour notre
production. Nous avons déjà mis cette unité
sur le cahier des charges de projets futurs
nécessitant une mesure de silo” précise
Kevin Hodgins, Responsable électricité à la
cimenterie St. Marys de Bowmanville.
Les informations dans cette brochure contiennent
des descriptions générales et des caractéristiques qui
ne s'appliquent pas forcément sous la forme décrite
au cas concret d'application ou qui sont susceptibles
d'être modifiées du fait du développement constant
des produits. Les caractéristiques souhaitées de
performance ne nous engagent que si elles sont
expréssement convenues à la conclusion de contrat.
Toutes les désignations de produits peuvent être des
marques ou des noms de produits de Siemens AG
ou de sociétés tierces agissant en qualité de fournisseurs, dont l'utilisation par des tiers à leurs propres
fins peut enfreindre les droits de leurs propriétaires
respectifs.