Production Maintenance N° 66

MAINTENANCE EN PRODUCTION
SPÉCIAL INTERMAINTENANCE
Échangeur de chaleur
de la soupape d’aspiration à 100 % rétablirait la pression et le
débit à des niveaux normaux.
Dans la démonstration et pour illustrer l’intérêt du jumeau numérique
basé sur la physique, le débit de la soupape d’aspiration a
été intentionnellement réduit de 50%. Les lectures des capteurs
sur le produit physique ont immédiatement indiqué l’existence
d’un problème. Par exemple, la pression d’entrée, la pression
de sortie et le débit à travers la pompe ont considérablement
diminué, tandis que le niveau sonore de la pompe a dépassé les
valeurs normales. Mais les lectures des capteurs n’ont fourni que
des informations de diagnostic minimales, et il
n’était pas possible d’inspecter l’intérieur de la
pompe à comprendre pourquoi elle vibrait. De
plus, les lectures des capteurs ne permettent pas
de déterminer quels auraient été les résultats
avec des mesures différentes. Les ingénieurs
ont proposé un jumeau numérique basé sur la
physique afin de relever ces défis. Les lectures
des capteurs de l’unité de démonstration ont
été transmises par Internet et utilisées comme
conditions limites pour la simulation système,
au niveau des composants.
Le modèle de simulation a immédiatement
commencé à présenter les mêmes symptômes
que le modèle physique, notamment une pression
et un débit réduits. Alors que les ingénieurs
ne pouvaient voir le produit physique que de
l’extérieur, le jumeau numérique leur permettait de regarder à
l’intérieur du produit virtuel et de comprendre ce qui se passait.
Le jumeau numérique a ainsi révélé la cavitation du fluide à
l’intérieur de la pompe. Il s’est clairement avéré que le bruit et
les vibrations étaient dus au développement et aux chocs de la
zone soumise à la cavitation. Les ingénieurs ont ensuite utilisé
le jumeau numérique pour évaluer l’impact de la modification
des conditions de fonctionnement. Après avoir testé l’effet de
différents réglages de soupape, ils ont déterminé que l’ouverture
DANS LE PÉTROLE ET LE GAZ, UN EXEMPLE
D’APPLICATION SUR UN ÉCHANGEUR DE CHALEUR
Le concept de jumeau numérique va bien au-delà de ce simple
exemple pour englober des ressources vastes et complexes
telles que les raffineries de pétrole. Par exemple, les échangeurs
de chaleur sont couramment utilisés dans de nombreuses
installations du secteur du pétrole, du gaz et des procédés.
Dans cet exemple, le jumeau numérique d’un échangeur de
chaleur a été utilisé pour simuler divers modes de défaillance
de ce type de dispositif. Ceci a été réalisé dans le cadre d’une
simulation multiphysique d’échangeurs de chaleur soumis à
diverses conditions de débit et de fonctionnement.
L’objectif était d’utiliser la technologie de simulation traditionnelle,
bien acceptée et bien établie, complétée par des modèles
d’ordre réduit (ROM) rapides et précis pour aider à déterminer
la cause des défaillances et leur emplacement, et à tester leurs
scénarios d’atténuation. La dynamique des fluides numérique
(CFD) a modélisé l’encrassement et la corrosion des surfaces des
échangeurs de chaleur telles que les tubes, les déflecteurs et les
boîtiers. Les effets des conditions de fonctionnement telles que
les débits d’entrée ont également été mis en
évidence sur les caractéristiques du transfert
thermique et les modes de défaillance. Les
« Un algorithme
d’apprentissage
automatique peut prévoir
le nombre de jours de
fonctionnement restants
avant la défaillance
d’un système hydraulique
de pompe »
résultats de la CFD (charges thermiques et
hydrodynamiques) ont alors été transférés
aux solveurs FEA pour analyser la durée
de vie en fatigue et la déformation des surfaces
métalliques. Ces modes de défaillance
ont ensuite été connectés à l’installation
numérique de niveau système via des ROM
développés pour cette application afin de
procéder à une optimisation opérationnelle.
Les jumeaux numériques offrent une
vision élargie du cycle de vie du produit,
de la conception au fonctionnement, en
passant par la fabrication. L’intégration
de la conception, de la fabrication et du
fonctionnement profite à la fois aux coûts d’investissement et
d’exploitation, et permet d’amener les préoccupations opérationnelles
en amont dans le cycle de développement du produit
et de créer une boucle de rétroaction pour modifier la
conception future du produit tout en produisant de la valeur
en termes d’optimisation de l’exploitation et des performances
des dispositifs actuels déjà déployés. ●
Par Dr Ahmad Haidari,
Global Industry Director, Energy and Power Industries at Ansys Inc.
66ı PRODUCTION MAINTENANCE • N°66 • juillet-août-septembre 2019