L'Optimisation d'Energie Elect - ELMAALMY Youness_3555

Université Sidi Mohammed Ben Abdellah Faculté des Sciences et Techniques www.fst-usmba.ac.ma

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Année Universitaire : 2015-2016



G I

Master Sciences et Techniques en Génie Industriel

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES Pour l’Obtention du Diplôme de Master Sciences et Techniques

L’Optimisation L’Optimisation d’énergie électrique du service du service production

Lieu : HOLCIM Maroc - Cimenterie de Fès-Ras ElMa Référence : /16-MGI

Présenté par:

ELMAALMY Youness

Soutenu Le 18 Juin 2016 devant le jury composé de:

-

Mr. D.TAHRI (encadrant) Mr. K.RAHAT (encadrant) Mr. F.GADI (examinateur) Mr. M.HAMMOUMI (examinateur)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------Faculté des Sciences et Techniques Techniques - Fès 2202 – Route Route d’Imouzzer – FES FES  B.P. 2202 – 212 (0) 35 60 29 53 Fax : 212 (0) ( 0) 35 60 82 14 


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Stage effectué à : Holcim Maroc - Cimenterie de Fès-Ras ElMa 

G I

Mémoire de fin d’études pour l’obtention du Diplôme du Diplôme de Master Sciences et Techniques

Nom et prénom: ELMAALMY Youness Année Universitaire : 2014/2015 Titre: L’Optimisation d’énergie électrique du zone de la cuisson

Résumé Face à la hausse du prix de l’énergie et des dépenses énergétiques, la gestion de la consommation énergétique s’avère de plus en plus indispensable pour les entreprises. C’est le cas de HOLCIM, qui a mis l’efficacité énergétique au cœur de ses préoccupations. Dans ce cadre, il m’a été proposé de faire faire une étude sur l’optimisation de la consommation d’énergie électrique de l’usine Dans un premier temps, j’ai déterminé les principaux consommateurs d’énergie de l’usine. Ensuite j’ai étudié et analysé les causes de la surconsommation énergétique, et puis j’ai fait des recommandations afin de remédier aux pertes énergétiques engendrées par les causes étudiées précédemment. proposés reste faible par par rapport aux aux pertes énergétique énergétiquess d’où l’ intérêt du travail. Finalement, des solutions solutions proposés Mots clés: surconsommation énergétique, consommation électriques spécifiques, dépenses énergétiques.

Abstract Faced to the rising of energy prices and energy expenditures, management of energy consumption is increasingly essential for companies. This is the case of HOLCIM, which put energy efficiency at the heart of its concerns. In this context, it was proposed to conduct a study on optimizing the consumption of electric within the plant HOLCIM. First, I will determine the main consumers of energy from the plant, after I had studied the causer of energy consumption, then I had done the recommendations for constricted the loss of energy that confined by the causes study.



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Stage effectué à : Holcim Maroc - Cimenterie de Fès-Ras ElMa 

G I

Mémoire de fin d’études pour l’obtention du Diplôme du Diplôme de Master Sciences et Techniques

Nom et prénom: ELMAALMY Youness Année Universitaire : 2014/2015 Titre: L’Optimisation d’énergie électrique du zone de la cuisson

Résumé Face à la hausse du prix de l’énergie et des dépenses énergétiques, la gestion de la consommation énergétique s’avère de plus en plus indispensable pour les entreprises. C’est le cas de HOLCIM, qui a mis l’efficacité énergétique au cœur de ses préoccupations. Dans ce cadre, il m’a été proposé de faire faire une étude sur l’optimisation de la consommation d’énergie électrique de l’usine Dans un premier temps, j’ai déterminé les principaux consommateurs d’énergie de l’usine. Ensuite j’ai étudié et analysé les causes de la surconsommation énergétique, et puis j’ai fait des recommandations afin de remédier aux pertes énergétiques engendrées par les causes étudiées précédemment. proposés reste faible par par rapport aux aux pertes énergétique énergétiquess d’où l’ intérêt du travail. Finalement, des solutions solutions proposés Mots clés: surconsommation énergétique, consommation électriques spécifiques, dépenses énergétiques.

Abstract Faced to the rising of energy prices and energy expenditures, management of energy consumption is increasingly essential for companies. This is the case of HOLCIM, which put energy efficiency at the heart of its concerns. In this context, it was proposed to conduct a study on optimizing the consumption of electric within the plant HOLCIM. First, I will determine the main consumers of energy from the plant, after I had studied the causer of energy consumption, then I had done the recommendations for constricted the loss of energy that confined by the causes study.


Dédicace Merci à Dieu, le tout puissant, qui a éclairci ma voie par le savoir, et qui m’a armé par

la foi. En témoignage de ma reconnaissance pour vos encouragements, j’ai le grand plaisir de

dédier ce travail : Aux deux âmes les plus chères du monde : A celle qui a attendu avec patience les fruits de sa bonne éducation, ma précieuse MAMAN, source d’amour et de tendresse. A celui qui m’a indiqué la bonne voie, mon très cher PERE, po ur son affection, son

amour, son soutien moral et matériel et surtout ses consignes prodigieuses. prodigieuses. ‘Que dieu vous prête bonne santé et longue vie ! ‘

A mes frères : Mes frères et tous les l es membres de famille pour leur l eur soutien et encouragement durant mes études. Je vous aime très fort et je vous souhaite une longue vie pleine de réussite et de bonheur. A Tous mes professeurs : Pour leurs soutiens et leurs directives au court de toute l’année universitaire.

A Toute l’équipe de HOLCIM :

Mes profonds respects à vous tous pour les efforts méritoires que vous avez consentis tout au long de la période de mon stage. A Tous mes amis : Qu’avec eux, j’ai partagé les moments de souffrance et de joie.

A tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin et que je ne trouve pas l’occasion de les

nommer. ELMAALMY Youness

Remerciements Je tiens à remercier les membres du jury d’avoir accepté de juger ce travail, en particulier Mr Driss TAHRI qui m’a encadré et m’a porté conseil

durant ma période de stage. Je voudrai présenter mes vifs remerciements à tous les professeurs du département du génie industriel, et à ceux qui ont contribué de près ou de loin à ma formation et à la réussite de mon parcours d’étude au sein de la faculté des

sciences et techniques. Je remercie aussi Mr. Chetabi le Directeur de la cimenterie de Fès Ras-ELMA, de m’avoir accueilli et m’a donné l’opportunité d’effectuer un stage au sein de la société, ainsi que Mr. K.Rahat , pour tout le temps qu’il a pu

me consacrer en dépit de leur nombreux engagements professionnels, ainsi que pour tous leurs précieux conseils et avis. Mes remerciements vont également à Mr Bajja , pour m’avoir fourni les données nécessaires à la réalisation de ce projet. Je remercie aussi tous les chefs d’équipes et tout le personnel de l’entreprise, qui ont contribué à l’élaboration de ce projet pendant mon stage, et qui m’ont donné toutes les facilités nécessaires pour conclure mon travail.

SOMMAIRE

Dédicace ......................................................................................................................... 1 Remerciements ............................................................................................................... 2 Liste des figures .............................................................................................................. 5 Liste des tableaux ........................................................................................................... 6 Liste abréviations............................................................................................................ 7 Introduction générale...................................................................................................... 1 Chapitre I : Présentation du groupe HOLCIM ............................................................... 2 I.

Présentation du Groupe Holcim ............................................................................. 3

II. Holcim Maroc......................................................................................................... 3 1. Répartition du capital de Holcim Maroc ............................................................. 3 2. Activité ................................................................................................................ 4 3. Historique ............................................................................................................ 4 4. Cadre juridique : .................................................................................................. 5 III.

Usine de Fes-Ras El MA ..................................................................................... 6

1. Situation géographique et accessibilité ............................................................... 6 2. Activité ................................................................................................................ 6 3. Organigramme ..................................................................................................... 7 IV.

Généralités et processus de fabrication de ciment ............................................... 7

1. Description du Processus de fabrication de la cimenterie de Fès Ras El MA: .... 7 1.1. Généralités : ................................................................................................. 7 1.2. Les étapes de fabrication du ciment : ........................................................... 8 Chapitre II : Description du circuit du broyage et la zone de cuisson :........................ 12 1. Introduction ....................................................................................................... 13 2. Circuit de broyage ............................................................................................. 13 2.1. Présentation du broyeur cru (figure 7 page 24) .......................................... 14 3. Présentation du circuit d’air comprimé ............................................................. 16 4. Présentation de la zone cuisson ......................................................................... 17 4.1. La zone cuisson : ........................................................................................ 17 Chapitre III : Gestion énergétique de la zone cuisson .................................................. 20 Problématique :............................................................................................................. 21 I.

Ressources énergétiques : ..................................................................................... 22

1. Énergie électrique : ............................................................................................ 22 2. Energie pneumatique (air comprimé) : .............................................................. 23 II. Etude de la consommation énergétique ................................................................ 23 1. Introduction ....................................................................................................... 23 2. Consommation électrique spécifique ................................................................ 24 2.1. Four ............................................................................................................ 24 2.2. Broyeur cru................................................................................................. 26 III.

Causes de la surconsommation énergétique ...................................................... 28

1. Diagramme d’Ishikawa ..................................................................................... 28 2. Analyse des causes ............................................................................................ 29 2.1. L’humidité .................................................................................................. 29 2.2. La Finesse de mélange ............................................................................... 30 2.3. Usure du broyeur ........................................................................................ 30 2.4. Les arrêts .................................................................................................... 31 2.5. Les airs faux ............................................................................................... 36 2.6. Les fuites d’air comprimé .......................................................................... 36 IV.

Recommandations pour améliorer l’efficacité énergétique ............................... 37

1. Solutions pour réduire les pertes énergétiques .................................................. 37 1.1. L’humidité : ................................................................................................ 37 1.2. La granulométrie de la matière .................................................................. 37 1.3. L’usure du broyeur ..................................................................................... 38 1.4. Des arrêts.................................................................................................... 39 1.5. Les airs faux ............................................................................................... 41 1.6. Les f uites d’air comprimé .......................................................................... 43 2. Le gain ............................................................................................................... 43 Conclusion générale ..................................................................................................... 45 Bibliographie ................................................................................................................ 46 Webographie................................................................................................................. 46

Liste des figures Figure 1: L’implantation

de HOLCIM dans le monde ................................................... 3

Figure 2: Répartition du capital de Holcim Maroc........................................................ 4 Figure 3: Cimenterie de Fès-Ras ElMa .......................................................................... 6 Figure 4: Organigramme de l’usine Holcim -Fès Ras ElMa (mis

à jour en 2014) ......... 7

Figure 5: Schéma illustrant la chaine de production de la cimenterie Fès-Ras ElMa .. 11 Figure 6: circuit de broyage de ciment ......................................................................... 14 Figure 7: broyeur cru à galets ....................................................................................... 16 Figure 8: circuit d'air comprimé ................................................................................... 17 Figure 9: tour de préchauffage ..................................................................................... 18 Figure 10: four rotatif ................................................................................................... 18 Figure 11: compresseur KAESER DSD171................................................................. 23 Figure 12: diagramme représentant la consommation électrique spécifique du four ... 26 Figure 13: daigramme représentant la consommation électrique du broyeur cru ........ 27 Figure 14: Diagramme d'Ishikawa ............................................................................... 28 Figure 15: matrice de risque du broyeur cru ................................................................ 33 Figure 16: matrice de risque du four ............................................................................ 35

Liste des tableaux Tableau 1: cadre juridique de HOLCIM Maroc. ........................................................... 5 Tableau 2: plaque singnalitéque du compresseur ......................................................... 23 Tableau 3 : consommation d'énergie électrique spécifique du four ............................. 25 Tableau 4: consommation d'énergie électrique spécifique du broyeur cru .................. 27 Tableau 5: tableau représentant l'énergie influencé par chaque cause ......................... 29 Tableau 8:solutions adopté au niveau du broyeur cru .................................................. 40 Tableau 9: solutions adopté au niveau du four ............................................................. 41 Tableau 10:paln d'action pour réduire les airs faux ...................................................... 42

Liste abréviations AFR : Alternative Fuels and Raw materials, (Valorisation de materiaux et Combustibles Alternatifs). BPE : Béton Près à l’Emploi.

CES : Consommation Electrique Spécifique. CIOR : Cimenterie de l’Oriental.

CMM: Condition Monitoring Matrix. CPJ : Ciment de Portland avec ajout. FMEA: FailureMode and EffectsAnalysis. ODI : Office pour le Développement Industriel. SNMC : Société Nationale des Matériaux de Construction.

Introduction générale Les cimenteries sont de grosses consommatrices d’énergie électrique. Ces dernières années, les cimenteries ont fait d’importants efforts pour réduire cette

consommation et

alléger les coûts de production avec des équipements moins énergivores ainsi que des matières premières de substitution. Mais cette évolution a créé des contraintes qui doivent être maîtrisées pour satisfaire aux exigences de qualité et de productivité. La fabrication du ciment est un procédé complexe et gourmand en énergie. L’étape la

plus importante est la transformation des minerais de calcaire, du schiste, du sable et du fer en clinker dans le four de cuisson. Le but de ce projet est d’optimiser la consommation de l’énergie électrique de la ligne de cuisson ; et spécifiquement celle du broyeur cru et du four en tenant compte de tous les paramètres influençant cette énergie et d’essayer de trouver l’effet de chacun de ces

paramètres sur la consommation électrique. Puis proposer des solutions pour diminuer cette dernière. Ce travail traitera en détail le rôle de chaque paramètre ainsi que son optimisation pour garder une bonne réactivité du clinker ainsi qu’une meilleure qualité du cim ent.

Mon rapport sera organisé selon le plan suivant : Le premier chapitre consiste à présenter l’organisme d’accueil; une description de son processus de fabrication, ainsi que les différentes qualités de ciment produites par Holcim. le second sera réservé à la présentation, de façon détaillée du circuit de broyage et la zone de cuisson (four rotatif) ainsi que le principe de fonctionnement de ces derniers. Finalement, le troisième chapitre sera consacré à étudier et analyser les causes, et ensuite on propose des recommandations afin de remédier aux pertes énergétiques considérables. Puis on propose des solutions pour les arrêts imprévus.

Page | 1 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

Chapitre I : Présentation du groupe HOLCIM


I.

Présentation du Groupe Holcim

D’origine suisse, Holcim LTD est un acteur majeur au niveau mondial dans la production de

ciment, granulats et bétons. Holcim compte parmi les leaders de la production de matériaux de constructions car il se concentre sur ses produits de base, en particulier la production et la distribution de ciments et granulats. Actif dans près de 70 pays, le Groupe Holcim offre la plus grande diversité géographique du marché. Présent aussi bien en Europe que dans les pays émergents, sa diversification géographique assure la solidité de son économie. Gérer l’approche locale et globale est au cœur de la dynamique de Holcim. Le Groupe Holcim est un acteur global, mais reste très ancre localement. L’importance des couts de transport, notamment, incite le Groupe à être proche de ses clients.

Figure 1: L’implantation de HOLCIM dans le monde

II. Holcim Maroc 1. Répartition du capital de Holcim Maroc Aujourd’hui Holcim est présente dans différentes régions du Maroc et dispose d’une

capacité annuelle de production de 3,9 millions de tonnes, elle exploite trois cimenteries à Oujda, Fes et Settat, un centre de broyage, d’ensachage et de distribution à Nador, ainsi qu’un centre de distribution à

Casablanca.


Figure 2: Répartition du capital de Holcim Maroc

2. Activité Créée en 1976, Holcim (Maroc) est un groupe spécialisé dans la production et la commercialisation de tous les liants hydrauliques employés dans la construction et les travaux publics, notamment le clinker (produit semi-fini du ciment), le ciment, le béton et les granulats.

3. Historique 1972 : Les gouvernements marocain et algérien, décident de construire une cimenterie à Oujda, dénommée la cimenterie maghrébine (C.I.M.A). Son capital social est de 75 millions MAD, réparti à égalité entre l’Office pour le Développement Industriel

(O.D.I) et la

S.N.M.C, organismes représentant respectivement le Maroc et l’Algérie. Dès le début du lancement des opérations de consultation pour la réalisation de l’unité, la partie algérienne

se retire et le projet C.I.M.A est mis en Veilleuse et placé sous administration provisoire. 1980-1982 : Installation à Fès et à Casablanca de deux centres d’ensachage de capacité respective de 500 000 tonnes par an et 350 000 tonnes par an. 1989 : Installation d’un centre de broyage à Fès d’une capacité de 350.0 00 tonnes par an. 1990 : Début des travaux pour la réalisation d’une ligne complète de production de clinker, à Fès et lancement de l’activité BPE avec l’installation d’une centrale à béton à Fès. 1993 : Démarrage de l’unité de Fès, portant la capacité d e production globale de CIOR à 1,9 millions de tonnes par an. Puis privatisation qui s’est traduite par la cession de 51% de son

capital social au groupe Suisse Holcim (ex-HOLDERBANK). 2001 : Certification ISO 9001 et préparation pour la certification ISO 14001 de la cimenterie de Fès.


2004 : Extension de la cimenterie de Fès. 2008 : Lancement du projet de doublement de capacité de production de l’usine de Fès.

2010 : Lancement du projet de doublement de la capacité de production clinker de la cimenterie de Fès. 2012 : Doublement de la capacité de production clinker de l'usine de Fès. 2014 : Accord de fusion entre Lafarge et Holcim 2016 : fusion entre Lafarge et Holcim

4. Cadre juridique :

Forme juridique

société anonyme de droit privé

Date de création

1976 pour une durée de 99 ans

Activité

production et commercialisation du ciment et matériaux de construction

Capital social

91.000.000 MAD

Registre commercial

24713

N° de production fiscale

512367

Affiliation à la CNSS

1515123

Capacité de production

4.500.000t/an

Tableau 1: cadre juridique de HOLCIM Maroc.


III. Usine de Fes-Ras El MA 1. Situation géographique et accessibilité La cimenterie de Fès est située dans la localité de Ras El Ma à 25KM de la ville de Fès et à 340 KM du port de Nador à partir duquel elle est alimentée en pet coke. La liaison routière avec les autres régions du Royaume se fait à partir de l’autoroute reliant Casablanca et Oujda, tandis que l’accès à la ville de Fès se fait

directement via les localités de Bensouda et de Zlilig. L’usine est raccordée à la voie

ferrée depuis 2005.

Figure 3: Cimenterie de Fès-Ras ElMa

2. Activité L’usine de Fès – Ras

El Ma a été mise en service en 1993 et ne produit sait que du

clinker pendent les trois premières années de son activité. Depuis 1996, l’usine de Fès Ras

El Ma produit et commercialise différentes qualités de ciment. L’unité de production de Fès – Ras

El Ma utilise le Procédé de fabrication à voie sèche

intégrale. L’usine comprend des ateliers de concassage, de broyage, d’homogénéisation et de

stockage de la farine, de cuisson et stockage du clinker, de broyage du ciment et d’ensachage et expédition du ciment. La production s’effectue à partir de matières extraites de la carrière de calcaire et de la carrière de schiste, les deux se situant à proximité de l’usine. L’usine de Fès est dotée des certificats de conf ormité

aux normes ISO 9001 de la

gestion de la qualité, ainsi que la norme relative au management environnemental ISO 14001.


3. Organigramme L’organigramme de la cimenterie de Fès-Ras-El Ma se présente sous la forme suivante :

Figure 4: Organigramme de l’usine Holcim-Fès Ras ElMa (mis à jour en 2014)

IV. Généralités et processus de fabrication de ciment 1. Description du Processus de fabrication de la cimenterie de Fès Ras El MA: 1.1.Généralités : Il existe 4 types de méthodes principales de fabrication du ciment qui varient en fonction de la nature du traitement thermique utilisé.


La voie humide: La matière première, après son concassage est délavée dans l’eau, puis

broyée en humide. La pâte obtenue est homogénéisée, puis alimente le four. Cette méthode est abandonnée pour des raisons d’économie d’énergie. La voie semi humide: La matière est préparée en voie humide, puis séchée avant d’arriver au

four. La voie semi sèche: La farine crue et sèche, passe d’abord dans un gran ulateur

où elle est

humidifiée. La voie sèche: C’est la méthode utilisée par l’usine Ras ElMa en cause de sa rentabilité. La matière première, une fois concassée, est broyée à sec, homogénéisée, et avant l’entrée au

four, elle est chauffée à travers des cy clones (type DOPOL). A l’entrée du four rotatif, la farine est à une température de 900 à 1000°C. Cette voie est plus optimale au niveau énergétique. Le procédé de fabrication du ciment est utilisé à l’usine de Ras El Ma est la

voix sèche.

1.2.Les 1.2. Les étapes de fabrication du ciment : Extraction : La matière première (le calcaire) est extraite d’une carrière proche de l’usine par

explosion, avec une superficie de 112 hectares, cette carrière compte plus d’un siècle de réserves exploitables en calcaire de bonne qualité. Le calcaire est transporté par des dumpers vers un atelier de concassage.

1.2.2. Concassage : L’opération de concassage a pour objectif la réduction de la granulométrie des blocs de pierres en fragments de faibles dimensions ( 25 à 40 mm), cette opération est assurée par un concasseur à marteaux. Ce concasseur est constitué de deux rotors, chaque rotors contient 18 marteaux et il peut traiter jusqu’à 400 tonnes par heure. La matière sortant du concasseur est acheminée vers un hall de stockage par un convoyeur à bande.

Pré-homogénéisation: La pré-homogénéisation est une opération qui consiste à assurer une composition chimique régulière et équilibrée du mélange des matières premières selon la demande. En Page | 8 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

prélevant des échantillons de ce dernier, le laboratoire de l’usine procède à une analyse qui permettra de définir les corrections nécessaires à apporter au mélange des matières premières, ce mélange est nommé le cru.

Un broyeur à galets réduit la matière première (77,5% calcaire + 18% d’argile + 3% de schiste + 1,5% de minerai de fer) à l’état de farine.

Ce résultat est obtenu par de pairs de galets qui écrasent les morceaux sur une assiette rotative jusqu’à ce que cette matière atteigne la finesse souhaitée.

Le transport de la farine du cru par des aéroglisseurs risque de générer des poussières. Le système de dépoussiérage consiste à éliminer les émissions des poussières par l'utilisation l 'utilisation de filtres à manches ou d'électro-filtres d 'électro-filtres pour une meilleure protection de l'environnement. Cuisson : fabrication du clinker : Tout au long de la cuisson, un ensemble de réaction physico-chimique se produit et conduit à l’obtention du clinker.

Différents combustibles sont brûlés, charbon, coke de pétrole, gaz mais aussi des combustibles de substitut ion (valorisation de résidus d’autres industries comme les anciens pneus). La fabrication du clinker clinker passe par les étapes suivantes suivantes : -

L’homogénéisation

-

La tour de préchauffage

-

Le four rotatif

-

Refroidisseur à grilles

-

Le convoyeur clinker

1.2.5. Broyage ciment : Le clinker stocké dans un silo de capacité de 5000 tonnes est broyé avec addition de gypse (7%) pour régulariser le temps de prise du ciment et éventuellement d’un ou deux

constituants secondaires ou ajouts qui donnent au ciment les propriétés spécifiques correspondant correspondant aux différentes qualité du ciment. Les broyeurs utilisés sont : Un broyeur vertical à galets : ce type de broyeur est constitué d’une piste

rotative, deux galets masters et deux galets esclaves, conçu par LOESCHE. Ce broyeur a un un débit de 120 tonnes par heure. Un broyeur horizontal à boulets : ce broyeur a la forme d’un gros cylindre d’un diamètre de 2.8m. Ce type de broyeur peut broyer jusqu’à 25 tonnes par heure.


Ainsi, Les trois catégories du ciment fabriqué par la cimenterie de Fès-Ras ElMa sont composées composées comme suit : CPJ 55 : Le clinker est utilisé avec 90%, Le gypse est utilisé à 7%, La pouzzolane + le calcaire sont utilisés à : 3%. Les résistances élevées élevées du CPJ 55 lui l ui confèrent l'aptitude à être utilisé pour des applications spécifiques telles que les bétons armés fortement sollicités, les bétons précontraints et les bétons à haute performance. Il est adapté aussi aux applications de la préfabrication nécessitant un décoffrage rapide et un durcissement accéléré. CPJ 45 : Le clinker est utilisé avec 67%, La pouzzolane + le calcaire sont utilisés à : 18%. Les cendres volantes sont utilisées à : 8%, Le gypse est utilisé à 7%. Le CPJ 45 est utilisé pour les bétons armés, fortement sollicités et à résistances mécaniques élevées, qui permettent d'obtenir un décoffrage rapide des éléments de structure et des produits préfabriqués. CPJ 35 : Le clinker est utilisé avec 63%, La pouzzolane + le calcaire sont utilisés à : 30%. Le gypse est utilisé à 7%. Le CPJ 35 est adapté à la fabrication des mortiers et des enduits pour la maçonnerie, ainsi que les bétons non armés peu sollicités et à résistances mécaniques peu élevées. Il est aussi utilisable dans le domaine routier pour la stabilisation des sols et des couches des chaussées. A la sortie des broyeurs, le ciment est transféré par voie pneumatique vers trois silos de stockage de capacité de 5000 tonnes pour chaque catégorie du ciment. 1.2.6. Ensachage et expédition : Une fois l e processus de fabrication est terminé, l’ensachage est assuré par quatre installations identiques produisant chacune 90 tonnes par heure. L’expédition se fait de deux manières :


- En sac : Les sacs contiennent généralement 50 Kg de ciment sur lesquels est marquée la classe de résistance du ciment (35, 45 ou 55). - En vrac : la livraison du ciment en vrac se fait sur des citernes. Le ciment est injecté avec l’air dans la citerne jusqu’à ce que le tonnage soit atteint.

La chaine de production du ciment de la cimenterie de Fès Ras El Ma est illustrée par le schéma suivant de la figure 5 :

Figure 5: Schéma illustrant la chaine de production de la cimenterie Fès-Ras ElMa


Chapitre II : Description du circuit du broyage et la zone de cuisson :


1. Introduction Le broyeur à galet de type vertical est un équipement adéquat pour le broyage et le séchage des matériaux humides. Le broyage et le séchage peuvent etre réalisés de manière très efficace avec une seule machine. Plusieurs matériaux peuvent etre broyés dans les broyeurs verticaux à galets : Ciment Cru Le broyeur à galets de type vertical réalise 4 fonctions principales dans une seule machine : Le broyage Le séchage La séparation Le transport

2. Circuit de broyage Le circuit de broyage est composé successivement des éléments principaux suivants : -

Des trémies recevant les matières à broyer (sable, mélange, fer, calcaire, fluorine et schiste)

-

Des doseurs pour le dosage des proportions de matière qui vont composer le clinker

-

Un broyeur vertical pour le broyage des matières entrantes.

-

Un filtre pour la récupération du mélange.

-

Un ventilateur pour la génération d’air pour la circulation de la matière à l’intérieur du circuit du broyage.

-

Un générateur de gaz chaud pour le séchage des matières.


Figure 6: circuit de broyage de ciment

2.1. Présentation du broyeur cru (figure 7 page 24) Les matières premières sont introduites dans le broyeur au moyen d’un sas alvéolaire

-1- et

sont dirigés par la goulotte -2- sur le centre du plateau de broyage -3-. Des corps étrangers contenant du fer sont extraits par séparation magnétique en amont du sas alvéolaire -1- et éliminés à travers une descente de déviation. L‘extraction de pièces

métalliques non-magnétisables est assurée de façon similaire à

l‘aide d‘un détecteur de métal.

Sur le plateau de broyage, la matière à broyer se déplace vers le bord du plateau sous l‘effet de la force centrifuge et parvient dans la zone en rotati on en-des-sous des meules de

broyage -4- Le lit de matière est comprimé et écrasé dans les fentes entre le plateau de broyage tournant et les meules tendues par leurs ressorts hydropneumatiques. Les meules -4- entraînées chacune dans un mouvement de rotation par le lit de matière -5- passant en- dessous d‘elles effectuent chacune en plus des oscillations dans un plan vertical. Ces oscillations produisent des déviations dans la tringlerie constituée par le levier oscillant et les tiges et vérins des tendeurs à ressorts hydropneumatiques -7-. Les

pistons

déplacent

l’huile

hydraulique

des

vérins

dans

les

ressorts


hydropneumatiques comportant des vessies en caoutchouc remplies d‘azote. L‘azote est

comprimé et produit un effet de ressort. Par variation du volume de gaz, la dureté du ressort peut être adaptée aux caractéristiques de rupture de la matière à broyer. La force centrifuge produite par le plateau de broyage en rotation déplace la matière écrasée par les meules audelà du bord extérieur du plateau. Le flux vertical de gaz chaud -9- introduit dans le compartiment de broyage à travers la couronne à aubes -8- Entourant le plateau de broyage -3- saisit la matière écrasée, constituée d‘un mélange de particules plus ou moins fines et comportant notamment des particules de taille encore trop importante, et le transporte dans le séparateur. Le séparateur -10- élimine les grosses particules à partir d‘une taille déterminée par son réglage et les retourne en recirculation interne -11- sur le plateau de broyage -3-, pour un nouveau passage sous les meules. Le produit fini est entraîné par le flux gazeux -12- du broyeur en-dehors Les corps étrangers et des proportions faibles de grosses particules tombent comme rejet à travers la couronne à aubes -8- dans le canal circulaire -16-. Les racleurs -17- solidaires du plateau de broyage en rotation transportent les corps étrangers dans la trémie de rejet -18-. Les matières premières entrant dans la production des ciments sont extraites des carrières avec des teneurs en humidité variables. Dès que la matière à broyer écrasée par les meules déborde du plateau de broyage au-dessus de la couronne à aubes 8, son contenu en humidité s’évapore spontanément

au contact intime avec le flux de gaz chaud. Ainsi la

température du mélange de poussières et de gaz souhaitée à la sortie du broyeur, de l‘ordre de 80 ° à 110 °C, est déjà atteinte dans le compartiment de broyage. Le broyeur est entraîné par un moteur électrique -13- par l‘intermédiaire d’un accouplement flexible -14- et d‘un réducteur de broyeur avec arbre de sortie vertical -15-. Un palier de butée à segments dans la partie supérieure du réducteur reprend les forces de broyage. Avant l‘enclenchement du moteur

du broyeur, les meules de broyage -4- sont soulevées du

plateau de broyage par action hydraulique. Ensuite, le broyeur peut être mis en marche avec un couple de démarrage faible, non seulement quand il est à vide, mais aussi à l’état rempli. Le contact métallique entre les meules et le plateau de broyage est évité par des arrêts mécaniques, indépendamment de ce que le broyeur soit vide ou rempli. Un « entraînement auxiliaire » pour le démarrage à vitesse réduite du broyeur rempli n’est pas nécessaire !


Figure 7: broyeur cru à galets

3. Présentation du circuit d’air comprimé Les installations d’air comprimé comprennent toute une chaine d’éléments, l’air est tout d’abord prélevé de l’atmosphère puis comprimé et ensuite subit un traitement par des

unités spéciales qui lui confère certaines caractéristique pour le bon fonctionnement, avant d’être transporté vers les outils utilisateurs. Les éléments constituant le système sont :

Les compresseurs ; L’échangeur ; Le filtre séparateur d’huile ;

Les purgeurs ; Le réservoir d’air ;

Le filtre à particules ; Le sécheur d’air ;

Le réseau de distribution.


Figure 8: circuit d'air comprimé

4. Présentation de la zone cuisson 4.1. La zone cuisson : Au cours du cycle de fabrication du ciment, la zone cuisson reçoit la farine en amont pour la transformer en clinker en aval, cela ne se fait qu’en passant par plusieurs étapes. On

distingue cinq parties dans la zone:

C’est un réservoir cylindrique qui stock et homogénéise la farine qui provient du

broyeur cru à l’aide d’un élévateur.

La tour de préchauffage contient deux circuits dont chacun comporte cinq cyclones , ils sont disposés sur de différents niveaux, ayant une température qui croît à chaque fois quand ces derniers s’approchent du four. L’objectif est d’arriver à une température de l’ordre de 1000°C de la farine, avant que celle -ci n’entre en vigueur dans le four rotatif, pour une consommation optimale d’énergie.


Cette

température

acquise permet aussi de sécher,

déshydrater

et

décarbonater partiellement la matière crue en réutilisant une

partie

de

l'énergie

calorifique évacuée par les gaz d'exhaure du four. Figure 9: tour de préchauffage

4.1.3. Le four rotatif : C’est un tube cylindrique en acier de 63m de

long muni intérieurement de matériaux

réfractaires. Durant la cuisson le four rotatif est animé par un mouvement de rotation, soumis à une pente de 2° à 3° permettant à la matière de se déplacer facilement vers l’autre extrémité, tout en assurant un transfert de chaleur qui s’élève à 1450°C, à l’aide d’une flamme à sa sortie. Le four se compose de trois zones, la première est la zone de dé-carbonisation, la seconde est la zone de cuisson et la dernière est connue

sous

le

nom

de

clinkérisation.

Figure 10: four rotatif

Après sa sortie du four à une température de 1450°C, le clinker doit passer rapidement par ce refroidisseur qui est doté de huit ventilateurs aspirant de l’air frais qui baissera sa température jusqu’à 100°C. Ce même air, ainsi préchauffé, alimentera le four en oxygène.

Une telle récupération de chaleur assure l'utilisation optimale de l'énergie consommée.


Convoyeur clinker : Il est doté d’un concasseur, qui a pour objectif de rendre la matière plus légère, ainsi la remplir

dans des godets, celui-ci est lié à une chaine qui sert à transporter le clinker vers le silo de stockage.


Chapitre III : Gestion énergétique de la zone cuisson


Problématique : L’industrie cimentière est grosse consommatrice d’énergies thermique et électrique

dont les couts au niveau mondial sont en constante augmentation. Ces récentes années, l es cimentiers ont fait d’importants efforts pour réduire cette consommation et alléger les couts de production avec des équipements moins énergivores. Cette évolution a créé des contraintes qui doivent être maîtrisées pour satisfaire aux exigences de qualité et de productivité. Pour accroitre la performance opérationnelle d’une

cimenterie, dans les limites de ces contraintes changeantes, on doit trouver le bouquet énergétique au meilleur prix, acheter l’énergie électrique au moment opportun et réduire ses

consommations. La surconsommation énergétique menace directement la compétitivité-cout des industries dont les couts énergétiques représentent une grande partie des couts de production, comme c’est le cas à Holcim.

Les fabricants qui sont plus compétitif que leurs concurrents sont ceux qui incluent la gestion de l’énergie dans leurs initiatives en matière

de développement durable. Ils ont la

possibilité d’analyser en temps réel et d’archiver les données de consommation d’énergie, et

plus enclins à investir dans la technologie pour automatiser la gestion de l’énergie. Afin d’assurer une bonne gestion, il est indispensable d’effectuer une étude complète

et de remonter aux causes de la surconsommation énergétique pour trouver des solutions efficaces.


I.

Ressources énergétiques : 1. Énergie électrique : L’usine est alimentée en énergie électrique par deu x

lignes haute tension de 60KV.

L’énergie électrique haute tension est transformée en moyenne tension (5,5 KV) à l’aide de l’un des deux transformateurs de hautes tensions de 10MVA de puissance. Cette salle

alimente par la suite 9 salles électriques repa rties dans l’usine par atelier de production (ces stations sont identifiées de P1 à P9). Ces salles comportent chacune, un transformateur de moyenne tension (5,5 KV -380 V) éventuellement des disjoncteurs moyenne tension (5,5 KV). Les modules électriques de différents équipements alimentés par la salle et des redresseurs pour l’alimentation des modules de contrôle. Par ailleurs, deux onduleurs

alimentent le système de contrôle commande et la station de secours. Salle P1 : Concassage Salle P2 : Broyage cru et transport Salle P3 : Homogénéisation et four Salle P4 : Refroidisseur et manutention clinker Salle P5 : Broyage charbon et fuel Salle P6 : Salle d’éclairage d’usine Salle P7 : Station de pompage Salle P8 : Broyeur BK3, et expédition Salle P9 : Broyeur BK4 La distribution intérieure de l’usine utilise deux tensions différentes. La tension 5,5 KV est utilisée pour l’alimentation des récepteurs de grande puissance et la tension 380V assure l’alimentation des récepteurs les moins puissants pour la commande et l’alimentation

des cartes. L’usine est équipe d’un groupe électrogène de 770 KVA pour alimenter les organes

critiques tels que les onduleurs, le vireur du four, les ventilateurs V1 et V2 du refroidisseur… et en cas de défaut d’alimentation dans une salle

ou en cas de coupures

électriques.


2. Energie pneumatique (air comprimé) : La production de l’air de service est assurée par une station composée de deux centrales d’air comprimé équipées des compresseurs

de type KAESER DSD 171. Une

première centrale pour satisfaire les besoins en air comprimé de l’ensemble des équipements de l’atelier de cuisson. Par ailleurs, cette centrale permet l’alimentation en air comprimé de l’atelier de broyage ciment en cas d’avaries sur la centrale d’air comprimé du broyeur

ciment. La deuxième centrale, équipée de trois compresseurs est réservée exclusivement à l’atelier de br oyage et expéditions du ciment.

Type

DSD 171

Puissance nominale

90 KW

Vitesse moteur nominale

1500 tr/min

Pression de service Max

8,5 bar

Température ambiante

+3 C/ +46 C Figure 11: compresseur KAESER DSD171

Tableau 2: plaque singnalitéque du compresseur

II.

Etude de la consommation énergétique 1. Introduction

Le groupe Holcim fait un suivi journalier de la consommation énergétique au niveau des cinq équipements majeurs de la société à savoir : Le broyeur à galets. Le four rotatif. Le concasseur. Page | 23 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

Le gratteur. Le broyeur ciment. A cause du manque du temps j’étais obligé de choisir seulement deux équipements et

donc je me suis basé sur leurs criticités pour faire ce choix. Selon une étude AMDEC déjà réalisée au sein de la société. Le four et le broyeur cru sont plus critiques; leurs arrêts conduisent à un arrêt de production. Donc, pour cela j’ai décidé de mener cette étude sur ces deux équipements critique :

Le four. Le broyeur cru .

2. Consommation électrique spécifique 2.1. Four Le tableau suivant présente la consommation électrique spécifique de chaque appareil du four pendant la période allant du mois de septembre 2015 jusqu’au mois de février 2016 .


Energie (KWh)

Energie atelier cuisson (KWh)

atelier

refroidisseur Energie four (KWh)

Dates

Production clincker (t)

CES (KWh/t)

4P1-1M1

441VE1.M1

442VE1.M1

422VE1.M1

461EP1.M1

4P1-1M2

471VEB.M1

Auxiliaires

09.2015

276937

347358

240444

368148

181541

226252

109318

386031

2136029

59768,2

43,87

10.2015

348003

425143

297302

442043

237683

289658

135687

461739

2637259

73349,7

44,68

11.2015

260445

326423

203598

317711

164928

223043

102689

317852

1916688

52133,4

45,32

01.2016

626709

426460

287159

458924

224297

288542

127700

438401

2878191

73698,9

44,17

02.2016

498716

413302

315666

447661

222128

277180

123098

385183

2682934

75238,6

41,6

Tableau 3 : consommation d'énergie électrique spécifique du four


CES

objectif visé

46 45 44 43 42 41 40 39 01.09.2015 00:00 01.10.2015 00:00 01.11.2015 00:00 01.01.2016 00:00 01.02.2016 00:00

Figure 12: diagramme représentant la consommation électrique spécifique du four

Interprétation du diagramme

CES

objectif visé

46 45 44 43 42 41 40 39 01.09.2015 00:00 01.10.2015 00:00 01.11.2015 00:00 01.01.2016 00:00 01.02.2016 00:00

Figure 12: diagramme représentant la consommation électrique spécifique du four

Interprétation du diagramme Le diagramme représente les fluctuations de l’énergie électrique spécifique consommée par le four durant les cinq derniers mois en le comparant avec l’objectif visé

43,4 KWh/t (l’énergie qu’on est censé ne pas dépasser pour éviter les pertes). Nous avons remarqué suite à la courbe de tendance que la consommation électrique spécifique augmente pendant les quatre premiers mois surtout pendant le mois octobre et novembre, ce qui est traduit par une surconsommation de l’énergie él ectrique

spécifique, puis elle démunie

pendant le mois de février (arrêt du four).

2.2. Broyeur cru Le tableau suivant présente la consommation électrique spécifique de chaque appareil du broyeur cru pendant la période allant du mois de septembre 2015 jusqu’au mois de février 2016.


Production

Energie broyeur cru (KW)

farine (t)

CES

Tonnage

(KWh/t)

dates 361-MD1

361-

361-

361-VE-

MCC1

MCC2

Relais

Total

Farine cru

01.10.2015

439309,17 471537,12 83652,79

672658,63

1705206

121980,13

13,98

01.11.2015

458116,25 395949,52 64372,84

505900,47

1294397

86813,72

14,91

01.01.2016

651508,03 498771,99 95475,5

722093,81

1734251,99 122645,87

14,14

01.02.2016

658389,76 521699,41 95071,4

731552,58

1754992

14

125377,66

Tableau 4: consommation d'énergie électrique spécifique du broyeur cru

CES

objectif visé

15 14,8 14,6 14,4 14,2 14 13,8 13,6 13,4 01.10.2015 00:00

01.11.2015 00:00

01.01.2016 00:00

01.02.2016 00:00

Figure 13: daigramme représentant la consommation électrique du broyeur cru

Interprétation du diagramme Le diagramme représente les fluctuations de l’énergie électrique spécifique

consommée par le broyeur cru dura nt les quatre mois en le comparant avec l’objectif visé Page | 27 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

14,6 KWh/t (la quantité d’énergie qui ne doit pas être dépassé, pour éviter les pertes). Nous avons remarqué à partir de la tendance de la courbe, que la consommation électrique spécifique est maitrisable pour les mois, octobre, janvier et février contrairement au mois de novembre où j’ai remarqué que la consommation électrique spécifique augmente. Donc dans mon étude je vais mettre le point sur les causes majeures de la surconsommation énergétique. Apres l’analyse des données, j’ai bien remarqué qu’il y’a de l’énergie perdue

durant le

processus de fabrication, et donc il est nécessaire de déterminer toutes les sources de pertes énergétiques.

III. Causes de la surconsommation énergétique 1. Diagramme d’Ishikawa D’après le suivi de la consommation des énergies

électrique et thermique je peux

remarquer que ces dernières se caractérisent par des fortes fluctuations. De ce fait il est inéluctable de remonter aux causes grâce à un diagramme d’lshikawa qui illustre une représentation

bien

structurée

de

l’ensemble

des

causes

qui

entraînent

cette

surconsommation. Le schéma comprend des facteurs causaux identiﬁés et cat égorisés

selon la règle de

5M : Matériel, matière, Milieu, Méthode et main d’œuvre

Figure 14: Diagramme d'Ishikawa


2. Analyse des causes Le diagramme d’lshikawa nous a donné une vision détaillée de l’ensemble des causes

de la surconsommation énergétique en les regroupant suivant 5 catégories. Afin de mener une étude efficace, nous avons choisi parmis l’ensemble des causes exprimés sur le diagramme causes-effet, les causes principales qui influencent le plus sur la consommation énergétique en les regroupent selon 2 catégories: Causes influençant la consommation d'énergie électrique. Causes influençant la consommation d'énergie thermique. énergie électrique

énergie thermique

L’humidité

Usure broyeur Les airs faux Fuites d’air comprimé

La finesse du mélange Les arrêts Tableau 5: tableau représentant l'énergie influencé par chaque cause

Mais je vais m’intéresser seulement aux causes influençant sur la consommation d'énergie électrique.

2.1. L’humidité L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d’eau dans l’air ou dans une substance.

Quand la matière est humide elle devient de plus en plus difficile à broyer que lorsqu'elle est sèche et par conséquent elle exige plus d'énergie électrique. Quand le mélange

utilisé sort directement du hall

il est à une température

relativement basse par rapport aux autres composants, cette variation de température entraîne l'humidité de la farine. Matière humide

Chute de débit

Augmentation de la CES Page | 29

Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

2.2. La Finesse de mélange Le groupe Holcim exige que les granulats du mélange soient d’une taille de 90 microns et que le refus soit entre 12,5% et 13,5% (selon les mesures effectuées par le laboratoire). La finesse du produit fini diffère selon la qualité du produit (clincker), chaque qualité exige une finesse bien déterminée. Quand la taille des particules est plus grande, elles nécessitent plus d'efforts pour le broyage et donc on doit fournir des KWH de plus.

Grande granulométrie

Plus d’efforts

appliqués

Augmentation de la CES

2.3. Usure du broyeur L'usure de la dégradation d'un matériau sous l'effet de sollicitations répétés ou prolongées. Cette déchéance se manifeste au niveau des organes les plus importants dans le processus du broyage tel que les gales et la piste rotative. Plusieurs causes engendrent la dégradation du broyeur à savoir :

Choc thermique : les galets sont soumis à des variations de température plus ou moins brusques au niveau de la couche externe ce qui provoque des contraintes de compression à la surface, et de traction au cœur du matériau.

Corps étrangers : la matière rencontre et transporte, tout au long du processus, des corps étrangers qui ne font pas partie de la composition du mélange, dans la plupart des cas ce sont des corps métalliques ainsi on trouve des roches du mélange, solidifiés et plaqués contre la piste. Présence d’eau: il

sert à stabiliser le lit de la matière sur la plateau de broyage. Pourtant la

quantité de l’eau injectée doit être très faible pour qu’elle n’influence pas les conditions

thermiques du broyeur. Cette eau présente aussi un facteur de dégradation, des chemises des galets et du blindage de la table si elle entre en contact direct avec ces éléments.


L’usure de ces composants (galets, piste) influence directement sur le débit spécifique

et la consommation électrique spécifique du broyeur:

Pratiquement l’impact de l’usure du broyeur s’exprime par l'élargissement de la

distance qui sépare les galets et la piste rotative, ce qui entraine une augmentation de la quantité de matière à broyer qui déborde de l’anneau, et par la suite une diminution de débit

du broyeur et par conséq uent une augmentation de l’énergie électrique spécifique consommée.

Usure du broyeur

Augmentation de la quantité de matière à broyer

Diminution du débit

Augmentation de la CES

2.4. Les arrêts Les arrêts présentent une grande partie des pertes énergétique pour les entreprises. Pour ce faire le groupe Holcim fait un suivi journalier des arrêts pour déterminer les différents arrêts. Dans une entreprise on peut rencontrer 3 types d’arrêts :

Le groupe Holcim exige un arrêt d’optimisation pendant les heures de pointes et super

pointes ; dans la plupart du temps le fonctionnement des équipements se fait entre 23h et 07h sauf le four qui reste toujours alimenté. Le processus de fabrication se trouvera donc arrêté lors des heures ou la consommation d’énergie coute cher.

Très chère : 1,49 DH/KWh durant les heures de super pointes (19h-21h) Chère : 0,9 DH/KWh durant les heures de pointes (18h-19h & 21h-23h) Moins chère : 0,66 DH/KWh durant les heures pleines (07h-18h) Bon marché : 0,73 DH/KWh durant les heures creuses (23h-07h) Page | 31 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

L’arrêt programmé est un arrêt que l’équipe décide d’exécuter afin de réparer ou d’assurer le bon fonctionnement d’un équipement.

Ce type d’arrêt ne cause pas de pertes d’énergie car il est bien planifié à l’avance.

L’un des plus grands soucis que peut conforter une entreprise sont les arrêts imprévus des équipements qui inévitablement engendrent une grande perte d’énergie a u

sein de

l’usine.

Le groupe Holcim fait un suivi journalier des arrêts au niveau des cinq équipements majeurs de la société à savoir :

Le broyeur à galets. Le four rotatif. Le concasseur. Le gratteur. Le broyeur ciment. Mais comme j’ai déjà cité

je vais m’intéresser seulement aux arrêts des deux

équipements critiques : broyeur cru et four.

Broyeur cru Comme première étape de suivi, il fallait décortiquer le broyeur cru pour connaitre tous ses sous équipements. Après ceci, nous avons dressé un tableau FMAE (outil de maintenance préventive) de six colonnes qui contienne : numéro, équipements primaire, sous équipements, mode d’arrêt, cause d’arrêt et risque initiale (voir annexe 1). Ce travail de décortication est réalisé à l’aide d’un logiciel sur

Excel donnée par la

société, mais avec certaines modifications pour l’adapter à la situation actuelle.

Remarque : Pour déterminer le risque initial (sévérité et probabilité) on s’est basé sur l’historique des pannes ainsi que l’expérience de certains personnels.


Après la mise en place des FMEA, on est passé à la deuxième étape de notre étude et qui est le placement de chaque sous équipement dans la case du risque adaptée. Pour le faire on a affecté un numéro pour chaque sous équipements comme il est déjà mentionné dans le tableau du FMEA. Après ce travail, certains sous équipements sont situés dans la zone tolérable et donc ils ne demandent aucune intervention sauf si on vise une amélioration du risque. D’autres se

trouvent dans la zone rouge (zone de risque), ce sont ceux qui nécessitent une solution pour les déplacer vers la zone blanche (zone tolérable). Nous avons obtenu la matrice initiale suivante qui représente le risque initial des sous équipements (voir annexe 1) :

A- très fréquent (fois par 3 mois) B-Modérée (fois par 6 mois) C-occasionnel (une seule fois par 18 27 année) D-remote (une seule fois par 24 25 28 29 10 30 2 ou 3 ans) 31 32 E-unlikely (une seule fois par 1 12 5 ans) 26

13

2

4 5 6 78 9 14 33

16 3

F-impossible (une seule fois par 15 17 19 20 20 ans) 21 22 23 IV : Négligeable

11 III : Modérée

II : Elevée

I : Catastrophique

Sévérité Figure 15: matrice de risque du broyeur cru


Interprétation : On remarque que la situation du risque initiale n’est pas assez catastrophique puisque

la majorité des sous équipements sont situés dans la zone tolérable, cela grâce à un système de surveillance intégré utilisé au sein de HOLCIM, appelé DALOGUE, et qui donne des signes à chaque détection d’une anomalie anormale (vibration, hausse de température, hausse de pression……). Mais ça n’empêche pas l’existence de quelques exceptions de

temps à autre. Selon cette matrice, les éléments objets de notre étude et d’une amélioration sont les suivants : N° 2 : chemise de galets. N° 4/5/6/7 : éléments du moteur (rotor, stator, arbre, collecteur). N° 8/9 : éléments du réducteur (pignons, roulements). N° 11 : les galets. N° 14 : la table du séparateur. N° 33 : le disjoncteur du démarreur.

Four : Pour analyser la situation initiale du four et proposer des solutions pour diminuer le risque, on va passer par les mêmes étapes que le broyeur cru. Comme première étape, et après la décortication des éléments constitutifs du four, on représente le tableau de ce dernier (voir annexe 2). Après la mise en place des FMEA, nous somme passé à la deuxième étape de notre étude et qui est le placement de chaque sous équipement dans la case du risque adaptée. Comme pour le broyeur cru, certains éléments sont situés dans la zone tolérable, d’autres dans la zone de risque. Nous avons obtenu la matrice initiale suivante qui représente le risque initial des sous équipements (voir annexe 2)


A- Très fréquent (une seule fois par 3 31 mois) B- Modérée (une seule fois par 6 mois)

5

C-occasional (une seule fois par 1 4 19 année) D-remote (une seule fois par 2 12 13 14 15 ou 3 ans) 30 32

33

E-unlikely (une seule fois par 5 ans)

11

F-impossible (une seule fois par 20 7 8 ans)

9

2 3 6 10 16 17 18 20

IV : Négligeable III : Modérée

II : Elevée

I : Catastrophique

Sévérité Figure 16: matrice de risque du four

Interprétation : On remarque que la situation du risque initiale n’est pas aussi bonne puisque presque

la moitié des sous équipements critiques du four se situent dans la zone de risque (rouge). Cela nécessite une intervention rapide car le four tout entier est l’élément le plus critique à HOLCIM. Selon cette matrice, les éléments objets de notre étude et d’une amélioration sont les

suivants : N° 2/3 : éléments du réducteur (pignons, roulements). N° 5 : les pièces réfractaires métalliques. Page | 35 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

N° 6 : les galets. N° 9 : les paliers. N° 10 : la virole. N° 11 : les briques. N° 16 : pignon d’attaque. N° 17 : couronne. N° 18 : bandages. N° 20 : transformateur abaisseur. N° 31 : variateur de vitesse du ventilateur DOPOLE 1. N° 33 : variateur de vitesse du ventilateur DOPOLE 2.

2.5. Les airs faux Les mesures aérauliques permettent de dresser un bilan d’entrée et de sortie des flux d’air à différents points.

De ce bilan, nous déduisons la quantité d’air frais inutile ajoutée dans le système via des ouvertures qu’il faut boucher. Cette quantité qui s’appelle –l’air faux -,

a un impact négatif sur le processus de

broyage, puisqu’il limite la capacité de tirage des ventilateurs et donc pénalise la

consommation électrique.

Les airs faux

Plus de tirage par les ventilateurs

Surconsommation d’éner ie

2.6. Les fuites d’air comprimé Les fuites d’air comprimé sont invisibles. Elles n’ont ni couleur, ni odeur. Le sifflement de l’air qui fuit se confond aux bruits ambiants des machines et de l’outillage

pneumatique. Les fuites ne peuvent pas être complétement supprimées dans un réseau industriel d’air

comprimé et représentent souvent une part non négligeable du surplus de consommation énergétique. Ces fuites d’air comprimé empêche le fonctionnement

normal des compresseurs

c.-à-d. les compresseurs n’oscillent plus entre les modes de fonctionnement en charge et à Page | 36 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

vide. Pour compenser ces pertes d’air comprimé dus aux fuites, les compresseurs se mettent

en charge de façon continue, ce qui engendre des pertes énergétiques considérables.

IV. Recommandations pour améliorer l’efficacité énergétique 1. Solutions pour réduire les pertes énergétiques Les

sources

de

surconsommation

étudiées

engendrent

d’importantes

pertes

énergétiques qui se tradu isent par des dépenses considérables d’argent, pour cela il est indispensable de chercher les moyens les plus efficaces afin de remédier à cette problématique et d’assurer la réduction des couts de production.

De nombreuses solutions peuvent réduire de façon significative les consommations électriques d’une cimenterie. Chaque solution envisagée est à valider sur le plan technico économique avec les ingénieurs spécialisés dans l’ensemble des aspects énergétiques, production, qualité et impact sur l’environnement.

Les solutions ne peuvent être que parmi les suivantes : Des actions de maintenance préventive comme déjà vu dans le fichier du groupe CMM : ultra-sons, analyse vibratoire…. Achat des pièces de rechange. Dans notre choix des solutions, on a respecté le budget de la société ainsi que les contraintes liées au stock, c’est pour cela, on a choisi pour certains sous équipements juste des actions de maintenance préventive à cause de leurs couts d’achat trop élevé.

1.1. L’humidité : Il est préférable que le mélange utilisé représentant la matière principale du clincker provienne directement du hall vers le broyeur cru et qu’il ne soit pas stocké pour de longues périodes, et en cas de stockage il est nécessaire qu’il soit stocké dans un hall ouvert.

1.2. La granulométrie de la matière Las agents de mouture agissent sur les surfaces créées lors de la fracturation des particules. Ces surfaces sont chargées électriquement, ce qui engendre l’attraction mutuelle

des petites particules et donc leur ré-agglomération en formant des amas. Page | 37 Rapport de Projet de fin d’Etudes- FSTF

Les agents de mouture sont généralement utilisés à faible dosage, entre 0,02% et 0,05% de la masse du clinker. Ces derniers sont obtenus à partir de bases chimiques (poly carboxylates-polyacrylates) Ces agents de mouture répondent aux trois besoins fondamentaux des cimentiers, à savoir : l’efficacité du broyage, l’amélioration des

performances mécaniques ainsi que des réponses aux problématiques techniques spécifiques. Ils sont introduits soit à l’entrée du broyeur soit directement à l’intérieur. Ils

sont constitués de substances polarisables, fixées par adsorption à la surface des particules. Ceci atténue l’effet des charges de surface en réduisant leur ré-agglomération. Les agents de mouture augmentent ainsi l’ef ficacité

du broyage et de la séparation, ce qui permet un gain

de productivité. La fraction des particules broyées diminue et la répartition granulométrique est plus favorable à un ciment de meilleure qualité. Les agents de mouture permettent donc aux cimentiers d’obtenir la finesse et la qualité de ciment recherchées. Avantages obtenus : Augmentation de débit de production. Réduction de consommation électrique spécifique. Amélioration de la qualité de ciment par une distribution granulométrique plus favorable.

1.3. L’usure du broyeur Afin de réduire les pertes d’énergie électrique dues à l’usure du broyeur, il est

incontournable de chercher des solutions qui vise à prolonger la durée de vie des galets, réduire la vitesse de l’usure par rapport au temps et minimiser les coûts de la

maintenance.

Dans ce carde nos recommandations se résument comme suit : Veiller à ce que de l’eau n’entre pas en contact directe avec les galets et la table lors du fonctionnement du broyeur et qu’il est orienté vers le lit de matière.

Prévoir un système plus efficace pour la détection des pièces métalliques en amont du broyeur. Enlever régulièrement les couches de ciment formées sur la plaque de broyage avant qu’elles n’atteignent des volumes importants.


1.4. Des arrêts L’énergie consommée durant les tranches horaires de super pointes coutent 3 fois plus

que celles consommées durant les heures creuses . Cette tarification incite l’équipe à limiter ses consommations durant les périodes où l’électricité coute plus chère. L’arrêt du

processus de fabrication durant les heures de pointes et de super pointes

représente une optimisation de l’énergie électrique, en revanche le processus de fabrication

reprendrera marche durant les heures pleines et les heures creuses.

Afin de réduire les pertes d’énergie et d’améliorer l’efficacité énergétique, il est

inéluctable de minimiser les pannes et les arrêts imprévus. Pour cela le groupe Holcim place un outil de la maintenance préventive (FMAE & matrice de risque) pour éviter que les équipements tombent en pannes. Dans l’axe qui précède (analyse des causes), j’ai présenté

les différents arrêts qui ont

peuvent être rencontrée dans une cimenterie. Donc il était nécessaire de chercher les solutions pour diminuer la fréquence et la durée des pannes des sous équipements citer dans l’axe précèdent, pour déplacer leurs risques vers la zone tolérable.

Broyeur cru : On a regroupé l’ensemble des solutions dans le tableau suivant :


Tableau 6:solutions adoptées au niveau du broyeur cru

Cout total des actions = 18 MMAD Four On a regroupé l’ensemble des solutions dans le tableau suivant

:


Tableau 7: solutions adoptées au niveau du four

Cout total des actions = 1 MMAD 1.5. Les airs faux Pour calculer le pourcentage de l’air faux j’ai exploité le résultat du dernier bilan thermique du four effectué le 28 février 2016 suivi d’une autre mesure qui a été faite en collaboration avec le service procédant le 18/05/2016 on utilisant un analyseur portable. Pendant cette période et avant de faire le contrôle in situ, j’ai établi une fiche qui précise les points à visiter en commençant tout d’abord par l’aspect sécurité et en s’inspirant du retour d’expérience. Le résultat est présenté ainsi après l’utilisation de la formule suivante :


Date & heure

Mesure (%)

Date & heure

Mesure (%)

%O2_sortieEVS

27/02/2016 11 :20

4,1

27/05/2016 10 :50

4,4

%O2_entréeFour

27/02/2016 11 :20

6

18/05/2016 10 :50

5,8

Air Faux

-11,95

Air Faux

-8,70

Globalement les airs faux sont maitrisés vue que le pourcentage est négatif et qu’il n’y a pas de grand décalage entre les deux mesures. Pourtant, il nous manque une troisième analyse intermédiaire entre ces deux points de mesures qui permet de valider le calcul. Malheureusement on n’a pas pu le faire à cause de l’indisponibilité des instruments de

mesure à 850°C. La visite in-situ à révéler plusieurs constats et remarques. Le traitement de nos remarques fera l ’objet du plan d’action suivant :

Actions

Durée

prévue Fait

ou commentaires

de réalisation

non fait

Etancher les prises d’air des postes de visite

4h

fait

Refaire les joints d’étanchéités des portes de

1j

Non fait

Arrêt du four

Mettre en place un accès facile au joint de la 3j

En cour

Arrêt du four

Non fait

Attente

visite.

gaine gaz sortie C1, pour localiser et étancher la prise d’air Fiabiliser l’analyseur sortie EVS et sortie C4

1j

pour mettre à jour le pourcentage d’air faux

réception d’une

de la tour ainsi que sont archivage sur IP21

nouvelle

canne

d’analyse

Tableau 8:paln d'action pour réduire les airs faux


1.6. Les fuites d’air comprimé Avant de penser aux économies à réaliser sur l’installation d’air comprimé elle -même pour en augmenter le rendement et réduire les frais d’énergie, mieux vaut penser d’abord à

supprimer le terrible gaspillage généré par les fuites. Donc il est primordial de détecter et supprimer les fuites sur le circuit de distribution d’air comprimé. Le taux de fuite sur les

circuits de distribution est en moyenne de 20 à 25 %. Les fuites peuvent représenter entre 40 et 50 de la consommation électrique du compresseur. La suppression de ces fuites est donc une source importance d’économies d’énergie.

Il existe plusieurs méthodes de détection des fuites : Recherche d’un bruit aud ible provoqué par des grosses fuites. Application d’eau savonneuse avec un pinceau sur les zones suspectes.

Utilisation de détecteurs aux ultrasons. Détection des fuites au moyen de gaz traceurs, en utilisant par exemple de l’hélium.

2. Le gain D’après la matrice du risque initial

du four et du broyeur cru, on remarque que presque

tous les sous équipements sur lesquels on a mené cette étude se placent dans la dernière colonne dont la sévérité est I, donc la durée de réparation de la panne dépasse les sept jours. Puisque on travaille juste sur les sous équipements dont la criticité est A, donc si un parmi ces derniers tombent en panne, il y aura un arrêt total de la chaine de production de la même période. Si on prend un temps d’arrêt moyen de dix jours et sa chant

que la production

journalière moyenne du cru est de 2800 tonne/jour, on obtiendra le calcul suivant : 2800 * 10 = 28 000 tonne/jour Donc on aura une perte du cru moyenne de 28000 tonne/jour durant toute la période d’ar rêt. Sachant qu’un kilo du ciment nécessite 0.65 kilo du cru, on aura :

28 000 000 / 0.65 = 43 076 923 kilo ciment

Donc la perte en ciment est de l’ordre de 43 000 tonne durant toute la période d’arrêt.


Sachant qu’un sac

de 50Kg du ciment coute à peu près 80DH, donc 1.6DH/kilo, on aura :

43 000 000 * 1.6 = 68 800 000 DH. Donc l’arrêt d’un seul équipement critique parmi ceux étudiés, conduit à une perte de : 68

MMAD Sachant que le cout généré pour la solution proposée est de 19 MMAD, donc on aura un gain de : 68 - 19 = 49 MMAD Donc si on prend en compte les résultats obtenus en fin de cette étude et on les réalise, on va économiser 49 MMAD (gain théorique).


Conclusion générale Dans le cadre de mon projet de fin d’étude, l’enjeu crucial

est la surconsommation

énergéti que dans l’industrie cimentière. J’ai amené à faire un suivi de la consommation électrique au niveau des cinq consommateurs majeurs, mais a cause du manque du temps j’étais obligé de choisir seulement deux équipements et donc j’ai choisi le broyeur cru

et le

four , ensuite j’ai fait une analyse des données, ainsi j’ai présenté les principales causes de la surconsommation. Dans mon stage technique, j’ai l’occasion d’exploiter un ensemble d’outils a savoir le diagramme d’Ishikawa, la méthode FMA E

et la matrice de risque afin de réussir notre

mission. Ainsi, on a proposé des recommandations afin de réduire les pertes et d’amé liorer l’efficacité énergétique.

Nos solutions proposées se sont des solutions efficaces pour réduire voire éliminé les pertes engendrées par les différentes sources de surconsommation, ces derniers nous a permettre d’avoir économie un gain du

49 MMAD.

Br ef, la réalisation de mon projet nous a montré que l’optimisation de la consommation d’énergie

passe par un travail multidisciplinaire comportant les volets

techniques, administratifs, et commerciaux constituant ainsi un véritable challenge. Je suis persuadé que mes propositions concernant l’optimisation de la consommation énergétiques seront adoptées dans les plus brefs délais, et ce pour assurer une meilleur rentabilité et de faire de ce projet un acteur performant dans l’amélioration de l’efficacité éner gétiques

des

équipements au sein de HOLCIM.


Bibliographie Documents internes de l’entreprise

Webographie http://www.kaeser.com http://www.tomtom-tools.com/index.php/homepage/products http://www.etudier.com/dissertations/Industrie-Du-Ciment-Au- Maroc/121396.html http://doc.abhatoo.net.ma/doc/ http://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_causes_et_effets http://fr.wikipedia.org/wiki/Holcim http://www.holcim.ma/index.php?id=9309


L'Optimisation d'Energie Elect - ELMAALMY Youness_3555

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