ETUDE DE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIERE A TUBES D’EAU ET ELABORATION D’UN PLAN DE MAINTENANCE GENERALE

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE -oOoINSTITUT SUPERIEUR DE TECHNOLOGIE D’ANTANANARIVO

Rapport de Stage de Fin d’Etudes en vue de l’obtention du diplôme

DE TECHNICIEN SUPERIEUR DE L’ INSTITUT SUPERIEUR DE TECHNOLOGIE D’ANTANANARIVO Dans Dans l a spécialit é : Génie Génie Ind Indus ustri tri el en Maintenance Maintenance Présenté Présenté par Vialà RAZAFINDRAIBE RAZAFINDRAIBE ETUDE DE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIERE A TUBES D’EAU ET ELABORATION D’UN PLAN DE MAINTENANCE GENERALE

Soutenu le 09 Novembre 2013 devant le jury composé de : Docteur Guy Marie RAKOTO RAZAFINDRAZATO RAZAFINDRAZA TO

Président

Monsieur Jaona RAZAKAMALALA RAZAKAMA LALA

Examinateur d’Entreprise

Monsieur Romuald RANDRIANARIVONY RANDRIANARIV ONY

Examinateur Pédagogique

Monsieur Arizaka RASOLOFO

Rapporteur ROVA 2013

Etude de fonctionnement fonctionnement de la chaudière à tube d’eau d’eau et élaboration d’un plan de maintenance générale

AVANT AV ANT-PROPOS PROPOS :

La formation en technicien supérieur dans la filière maintenance industrielle se termine après deux ans par la présentation d’un rapport de stage de fin d’études. Ce rapport aura un thème choisi par l’étudiant ou défini par l’entreprise d’accueil dans laquelle il fera son stage. Ce stage sera encadré par un enseignant de l’Institut et un examinateur professionnel ayant pour responsabilité l’encadrement du travail du stagiaire.

Ce présent rapport sera à la disposition du département maintenance de la société CODAL et pourra être utilisé comme source de documentation et aide à la gestion de la maintenanc maintenance. e.

Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel et Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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REMERCIEMENTS

Avant toute chose je tiens à remercier Dieu qui nous offre temps, santé et moyens et qui durant ce stage m’a bénéficié de sa grâce en m’aidant dans l’accomplissement de mes activités à Lui Seul soit la gloire en toute chose. J’aimerais aussi présenter des remerciements aux personnes qui ont contribués de manière directe ou non à l’accomplissement de ce stage de fin d’études, je cite particulièrement : Directeur Général de l’IST-t(Monsieur Le Docteur Josoa RAMAMONJISOA) Directeur

de

Département

Industriel

(Monsieur

Le

Docteur

José

ANDRIAMAMPIANINA) ; Chef de la Filière GIM (Monsieur Arizaka Rasolofo) ; Messieurs Les membres du jury ; Les enseignants de l’IST-t ; Je souhaite aussi adresser les mêmes sentiments à la Société CODALqui m’a accueilli lors de ce stage et qui ont contribué à l’encadrement de ce stage, dont : Le Directeur Général de la Société CODAL (Monsieur Jacques BRUNOT) Le Chef de Département maintenance de la Société CODAL (Monsieur Jaona RAZAKAMALALA) Les employés ayant collaborés pour fournir des explications pour compléter les connaissances. Atous les membres de ma famille, sans qui je n’aurais jamais atteint ce stage, je leur fait part de ma reconnaissance profonde pour tout le soutien qu’ils ont apporté.


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Etude de fonctionnement de la chaudière à tube d’eau et élaboration d’un plan de maintenance générale

TABLES DES MATIERES

AVANT-PROPOS : .........................................................................I REMERCIEMENTS .......................................................................II TABLES DES MATIERES ...............................................................III GLOSSAIRE ............................................................................... VI ACRONYMES .......................................................................... VIII NOTATIONS ET UNITES ............................................................... X LISTE DES TABLEAU ................................................................... XI TABLE DES ILLUSTRATIONS ....................................................... XII INTRODUCTION GENERALE .......................................................... 1 CADRAGE DES TRAVAUX ................................................................................. 2

I. I.1-

PRESENTATION DE L’IST ...........................................................................

3

I.1.1-

Forme Juridique : ................................................................................. 3

I.1.2-

L’établissement : .................................................................................

3

I.1.3-

Organigramme de l’IST : .......................................................................

4

I.1.4-

Les études menant au DTS : .................................................................

5

I.1.5-

L’ETUDIANT : .......................................................................................

8


Page III


LA SOCIETE CODAL ..................................................................................

8

I.2.1-

HISTORIQUE : ......................................................................................

8

I.2.2-

STATUT JURIDIQUE/RAISON SOCIALE : ...................................................

9

I.2.3-

ACTIVITE PRINCIPALE : .........................................................................

9

I.2.4-

ORGANIGRAMME GENERALE : .............................................................

11

Presentation du problème .....................................................................

12

I.3.1-

Problème général : ............................................................................

12

I.3.2-

objectifs ...........................................................................................

12

ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES .........................................................................

13

la maintenance industrielle ....................................................................

14

I.2-

I.3-

II.

II.1-

II.1.1II.2-

LA CHAUDIERE ......................................................................................

24

II.2.1-

PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE LA CHALEUR : .................................

24

II.2.2-

caracteristiques de La vapeur D’EAU : .................................................

26

II.2.3-

Les chaudières industrielles: ..............................................................

28

Le brûleur ............................................................................................

35

II.3-

III.

introduction à lafonction maintenance dans une INDUSTRIE: ................. 14

II.3.1-

FONCTIONNEMENT DU brûleur : ........................................................

II.3.2-

La combustion :

II.3.3-

Séquences de démarrage d’un brûleur : ..............................................

35

............................................................................... 46

Etudes de l’existant .....................................................................................


Page IV

50 52


III.1-

IV.

La chaudière de la société CODAL ...........................................................

53

III.1.1-

les caractéristiques de la chaudière a tubes d’eau de codal .................. 53

III.1.2-

Le fonctionnement général d’une chaudière à tubes d’eau FIELD : ........ 56

III.1.3-

Maintenance de la chaudière : ..........................................................

58

Proposition de plan de maintenance relative à la chaudière ............................. 61

IV.1-

Les activités de maintenance générale de la chaudière .............................. 62

IV.1.1-

But de la maintenance d’une chaudière : ...........................................

62

IV.1.2-

Le dossier technique : ......................................................................

62

IV.1.3-

Le dossier machine : ........................................................................

62

LEs documents DE MAINTENANCE ..........................................................

69

IV.2.1-

Elaboration : ...................................................................................

69

IV.2.2-

Organisation : .................................................................................

69

IV.2-

Conclusion ...............................................................................72 V.

annexes. ………………….………………………………………………………………………………………………a1

V.1- Liste des annexes………………………………………………………………………a2 V.2- L’installation……………………………………………………………………………a3 V.3- Les activites de maintenance ………………………………………………………….a5 V.4- Fiches de maintenance………………………………………………………………a11

Références bibliographiques ..........................................................


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GLOSSAIRE Ai r th éoriqu e : volume d’air requis pour une combustion complète. Egalement

appelée air stœchiométrique. An al ys e de gaz : Détermination des constituants des gaz de combustion. Brûleur : Appareil qui introduit le combustible et l’air dans un foyer a la vitesse et a

la turbulence désirées pour maintenir une combustion appropriée. Combustion c omplète : Oxydation complète de tous les constituants combustibles

et utilisant tout l’oxygène fourni. Défaillance : cessation partielle ou totale d’un dispositif a accomplir sa fonction

requise. Enthalpie : Mesure de l’énergie thermique par unité de matière. L’enthalpie

s’exprime en KJ/Kg . Excès d’air : Air excédentaire fourni pour la combustion afin d’obtenir une

oxydation complète. Fumée : Petitesparticules de gaz de carbone ou de suie provenant d’une

combustion incomplète. Gaz de comb usti on : Produits gazeux d’une combustion. Maint enance : Ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un

bien dans un état spécifie ou en mesure d’assurer un service déterminé. Panne : défaillance entraînant la cessation de l’aptitude d’un bien à accomplir une

fonction requise.


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Pouvoir calori fiq ue inferieure (PCI) : Pouvoir calorifique supérieure diminué de la

valeur de la chaleur latente de vaporisation de la vapeur d’eau contenue dans les produits de combustion. Pouvoir

calori fiq uesupérieure

(PCS) : Quantité

de chaleur recueillie en

refroidissant les produits de la combustion complète d’une quantité unitaire de combustible jusqu’à la température initiale du combustible et de l’air. Purge : Vidanged’une partiede l’eau de la chaudière pour réduire la concentration

ou évacuer la boue. Regis tre : Appareil utilisé dans un brûleur pour régler la direction du débit d’air de

combustion. Rendement : Rapport de la sortie et de l’entrée. Le rendement de la chaudière est

le rapport entre l’énergie absorbée par l’eau et la vapeur a la chaleur dans le combustible brûlé. Surface de chauff e : Surface d’échange de chaleur d’une chaudière, entre les gaz

produits lors de la combustion et l’eau.


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ACRONYMES CODAL : Comptoir Industriel de produits alimentaires. CA : Conseil d’administration DG : Direction Générale CODIS: Conseil de Discipline COP : Conseil d’Orientation et de Perfectionnement CC : Conseil de Classe DAA : Direction des Affaires Administratives et Financières SAP : Service Administratif et du Personnel SF : Service Financier SDP : Service pour le Développement Pédagogique et les Affaires Estudiantines ST : Service Technique SC : Service Communication SI : Service Informatique DLM : Division Logistique et Maintenance DDB : Division de Documentation et Bibliothèque Com : Comptabilité Fin : Finances Sco : Scolarité APU : Activités Para-Universitaires DP : Division Pédagogique


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DGC : Département du Génie Civil SDG : Secrétariat du Département Génie Civil Lab I : Laboratoire Informatique LabT : Laboratoire de Topologie LabG : Laboratoire de Géologie TP : Travaux Publiques Bat : Bâtiment CCI : Construction Civile et Infrastructure GC : Génie Civil DGI : Département du Génie Industriel SGDI : Secrétariat du Département du Génie Industriel Lab P : Laboratoire de Physique Lab H : Laboratoire d’Hydraulique GIM : Génie Industriel en Maintenance GIP : Génie Industriel en Production GBM : Génie du Biomédical GSA : Génie des Systèmes Automatisés SA : Société Anonyme. EN : Norme Européenne.


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NOTATIONS ET UNITES Bar : unité de mesure de pression. Degré Celsiu s : Unité de mesure de température . Gallon (US) [gal ]: unité de mesure servant à la détermination du volumesoit égale

à3,785 [litres ]. Joule[J ] : Unité de mesure de l’énergie ou c haleur. Tonne [t ] : Unité de mesure de masse équivalenteà 1000 [kg ]. Pbruleur : puissance instantanée du bruleur [ kW ]. q fuel ; débit du gicleur [gal/h ].


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LISTE DES TABLEAU TABLEAU II-1 MISE EN PLACE DE DOCUMENT D'INFORMATION DE MAINTENANCE. ........................................... 23 TABLEAU II-2 TYPES DE VAPEUR........................................................................................................................... 27 TABLEAU II-3 TAUX DE GAZ PRODUITS LORS DE LA COMBUSTION. ...................................................................... 48 TABLEAU II-4 POUVOIR CALORIFIQUE INFERIEUR (PCI) DE QUELQUES COMBUSTIBLES USUELS EN KCAL/KG. ..... 49 TABLEAU III-1 DESCRIPTION DE LA CHAUDIERE FIELD DE LA SOCIETE CODAL....................................................... 54 TABLEAU III-2 DESCRIPTION DES TUBES D’EAU. ................................................................................................... 54 TABLEAU III-3 TABLEAU DESCRIPTIF DU BRULEUR ............................................................................................... 55 TABLEAU III-4TABLEAU DES TACHES DE MAINTENANCE DE LA CHAUDIERE ACTUELLE. ........................................ 60


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TABLE DES ILLUSTRATIONS FIGURE 1 ORGANIGRAMME DE L'IST ...................................................................................................................... 4 FIGURE 2EXPORTATION. ...................................................................................................................................... 10 FIGURE 3 ORGANISATION DE LA SOCIETE CODAL................................................................................................. 11 FIGURE 4 COURBE DECRIVANT LA DUREE DE VIE D'UN EQUIPEMENT. ................................................................. 16 FIGURE 5 LES FORMES DE MAINTENANCE INDUSTRIELLE. ................................................................................... 17 FIGURE 6 FONCTIONNEMENT D'UNE CHAUDIERE ................................................................................................ 29 FIGURE 7 UNE CENTRALE DE CHAUFFERIE. .......................................................................................................... 30 FIGURE 8 VUE EN COUPE D'UNE CHAUDIERE A TUBES DE FUMEES ...................................................................... 32 FIGURE 9VUE D’UNE CHAUDIERE A TUBES D’EAU A FAISCEAUX RECTILIGNES. .................................................... 33 FIGURE 10 VUE D’UNE CHAUDIERE VERTICALE A FAISCEAUX VERTICALES. .......................................................... 33 FIGURE 11 PHOTO D’UN BRULEUR. ...................................................................................................................... 35 FIGURE 12 FONCTIONNEMENT D’UN BRULEUR. .................................................................................................. 35 FIGURE 13 COMPOSANTES D’UN BRULEUR.......................................................................................................... 36 FIGURE 14 MOTEUR AVEC POMPE. ...................................................................................................................... 37 FIGURE 15 EXEMPLE D’ENGRENAGES DE POMPE. ................................................................................................ 37 FIGURE 16 PRINCIPE D’UNE POMPE A ENGRENAGES. .......................................................................................... 37 FIGURE 17 PHASES D’EXCITATION D’UNE ELECTROVANNE. ................................................................................. 38 FIGURE 18 GICLEUR. ............................................................................................................................................ 38

FIGURE 19VUE ECLATEE D’UN GICLEUR. .............................................................................................................. 39 FIGURE 20ANGLE DE PULVERISATION D’UN GICLEUR. ......................................................................................... 41 FIGURE 21 DIFFERENTES REPARTITION DU FUEL LORS DE SA PULVERISATION..................................................... 42 FIGURE 22 MARQUAGE D’UN GICLEUR. ............................................................................................................... 42 FIGURE 23 REGISTRE D’AIR. ................................................................................................................................. 43 FIGURE 24 DEFLECTEUR. ...................................................................................................................................... 44 FIGURE 25 REGULATION DE LA FLAMME. ............................................................................................................ 44 FIGURE 26 COMBUSTION DU GAZ NATUREL. ....................................................................................................... 47 FIGURE 27COMBUSTION DU MAZOUT. ................................................................................................................ 47 FIGURE 28L’INSTALLATION DE LA CHAUDIERE DE CODAL, ................................................................................... 56


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FIGURE 29 ETAPES DE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIERE ............................................................................. 57 FIGURE 30 ORGANIGRAMME DE LA MAINTENANCE. ........................................................................................... 58


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INTRODUCTION GENERALE

Pour obtenir un état de fonctionnement satisfaisant pour un équipement quelconque d’une industrie de production il faut exécuter sur lui diverses opérations qui permettent de maintenir un état stable de fonctionnement. Ces opérations vont d’une étude technique théorique, passent par des méthodes d’organisation des tâches, se suivent procédures administratives et commerciales et aboutissent aux interventions pratiques. Toute cette démarche peut varier d’un bien à un autre mais sûrement ont le même but, celui d’obtenir la meilleure rentabilité du bien en question. La tâche qui m’a été confiée au cours de ce stage fut de proposer une liste des tâchesde maintenance généralede la chaudière selon des échéanciers réguliers. Cette amélioration va alors réduire les charges en coût sur la chaudière. Une étude de cette ampleur s’étend sur plusieurs domaines et faire une analyse détaillée de chacune des aspects requérant cette amélioration sortirait du cadre de cette étude. L’étude sera, par conséquent, limitée à l’optimisation du système de chauffage de l’eau de chaudière. Toutefois on énoncera aussi les activités de maintenance générale à appliquer à la chaudière, ce rapport comprendra donc : 

Une étude bibliographique comprenant : o

Une description de la fonction maintenance

o

L’étudede fonctionnement de la chaudière et de ses composants

o

Une introduction à la détermination du rendement d’une chaudière

o

Une vision plus en détail du système de chauffage et de ses organes



Une analyse présentant l’état actuel de l’équipement et sa maintenance.



Des propositions de mesures maintenanceseront énoncés en fin de ce rapport.

Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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I. CADRAGE DES TRAVAUX


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I.1- PRESENTATION DE L’IST I.1.1-

FORME JURIDIQUE :

Nom : Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo [IST-T] Statut Juridique : Etablissement public à caractère administratif Financement : Budget autonome Adresse : Ampasampito-Route Toamasina Antananarivo 101

Téléphone : 22 414 23 Fax : 22 405 43

Email : [email protected]

I.1.2- L’ ETABL ISSEMENT : L’institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo (IST/T) est un établissement d’enseignement supérieur technologique et professionnel, qui forme des techniciens Supérieurs, et des Ingénieurs à Madagascar. Il contribue également à la formation continue à caractère technique et professionnel, pour le niveau postsecondaire. La forme et la structure actuelle des IST sont l’aboutissement d’une évolution marquée par deux décrets. En effet, les IST sont crées et organisées par le décret n°2001-172 du 28 février 2001. D’après ces textes, l’IST est défini comme « établissement public à caractère administratif, à vocation culturelle, scientifique et technologique, doté de la personnalité morale et jouissant de l’autonomie pédagogique, administrative et financière ».


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Ces Techniciens Supérieurs se doivent d’avoir des connaissances pratiques et technologiques dans leur spécialité, soutenues par des connaissances de base suffisantes. Le statut d’Ecole-Entreprise de ce fait est reconnu aux IST.

I.1.3-

ORGANIGRAMME DE L’IST :

Figure 1 Organigramme de l 'IST


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Diplôme de Technicien Supérieur (1ère et 2ème année) Diplôme de Technicien Supérieur Spécialisé (3ème année) Master (4ème et 5ème année) Laboratoire Secrétariat Direction Service Division des services Différents conseils

I.1.4-

LES ETUDES MENANT AU DTS :

Le diplôme de Technicien Supérieur (DTS) sanctionne les études suivies dans les IST, avec mention de la spécialité.

Trois Département offrent huit (8) filières de formation au sein de l’IST : Le Département génie civil :

Filières Bâtiment ; etTravaux Publics. Le département du Génie Industriel :

Filière Génie Industriel et Maintenance ; et Génie Industriel et Production. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Le Département du Génie Management et du Commerce :

du

Filières Gestion des Petites et Moyennes Entreprises ; Finances et Comptabilité ; Marketing et Commerce ; et Gestion de Transport et Logistique.

L’obtention du D.T.S permet à leur titulaire l’accès à une responsabilité élargie dans les Entreprises et dans les Sociétés. Le programme de l’IST/T à vocation professionnelle est essentiellement tourné vers la formation d’hommes d’action capables de gérer les entreprises existantes pour les rendre plus performantes, d’innover pour les rendre plus performantes, d’innover pour assurer leur développement à long terme, et de créer sa propre unité. Le programme de l’IST/T a également pour but de développer, à partir de l’expérience acquise et des ressources locales, une approche technologique visant à doter les entreprises malgaches de techniciens, de gestionnaires et de commerciaux capables d’identifier leur préoccupations spécifiques et de gérer efficacement dans un contexte socioculturel malgache.

Le programme de l’IST insiste particulièrement sur la nécessité du renforcement simultané de trois aspects chez ses futurs diplômés : La maîtrise des techniques, de l’existante aux plus modernes, en passant par les plus adaptées et appropriées, L’acquisition des attitudes garantes du succès dans l’action (esprit d’entreprise, ambition, goût du risque mesuré, capacité d’organisation et de travail, pragmatisme), Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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L’acquisition des attitudes comportementales nécessaires pour la conduite harmonieuse et efficace des hommes dans le cadre des organisations socioéconomiques

(maturité,

connaissance

des

déterminants

culturels

du

comportement individuel et de la dynamique des groupes). Un Conseil d’orientation et de Perfectionnement (COP), organe consultatif, donne son avis technique, pour un volume de neuf cent heures d’enseignement environ par année. Des stages en entreprise viennent compléter la formation et on en distingue trois (3) types :



Le stage d’impr égnation d’ une semaine au début des études,



Le stage ouvrier ou empl oyé de deux moi s à la fin de la pr emière année,



Et le stage de fin d ’études de deux mois.

Un rapport de stage est à soutenir devant un jury à la fin des études et concrétise l’accès des jeunes techniciens de l’IST/T dans le monde professionnel. Tout au long de cette formation, des relations personnalisées sont entretenues entre les Entreprises, les étudiants et les enseignants, grâce à des interventions sur site, des visites, des conférences et des séminaires et ateliers. Les enseignants sont assurés par des enseignants d’enseignement supérieur, des enseignants des lycées professionnels, et des professions d’Entreprise et/ou de Sociétés. Le régime des études est du type LMD (Licence Masters Doctorat). L’admission à l’IST/T se fait par voie de concours étendu sur tout le territoire national. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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I.1.5- L’ ETUDIANT : Trois types d’étudiants suivent les enseignements à l’IST/T : 

L’étudiant bachelier de l’enseignement secondaire ;



L’étudiant présenté par l’entreprise ;



L’étudiant étranger.

Le concours d’entrée à l’Institut est ouvert au trois types d’étudiants cités précédemment, et le programme du concours est basé sur celui du Baccalauréat de l’enseignement secondaire technique selon la spécialité ou la filière désirée, reconnu à Madagascar. Toutes les activités pédagogiques sont obligatoires et un suivi systématique d’assiduité est assuré par les services d’encadrement au sein de l’administration de l’institut. Une bourse d’études, équivalente à celle qui est en vigueur dans les autres établissements d’enseignement supérieur malgache, est octroyée à l’étudiant malgache, non présenté par une Entreprise ou une Société. Un service de Médecine Préventive de tous les étudiants est assuré par l’Institut et une infirmerie est montée à cet effet au sein même de l’établissement. Une bibliothèque est à la disposition des étudiants pour les aider dans leurs travaux personnels. Un conseil de discipline (CODIS) est monté au sein de l’Institut pour toute affaire le requérant.

I.2- LA SOCIETE CODAL I.2.1-

HISTORIQUE :

Lasociété CODAL S.A, Société Anonyme est une société familiale créée en 1949 par Jacques BRUNOT. A cette époque, elle s’est orientée vers la production de Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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produit alimentaire comme la charcuterie. Elle a aussi importé diverses conserves et fournitures pour l’alimentation. En 1960 : L’Entreprise étend ses activités dans le domaine des produits

laitiers. La fabrication de charcuterie a été abandonnée car le nouveau local ne s’y prêtait pas. 1964 : La Société CODAL a commencé la plantation et la production de

poivre vert. 1972-1974 : La politique menée dans le pays ne permet plus à l’entreprise

d’importer autant qu’auparavant. 1989 : La fabrication de charcuterie est reprise. De nouvelles gammes de

produits commencent alors à affluer tant au niveau confiture que charcuterie.

I.2.2-

STATUT JURIDIQUE/RAISON SOCIALE :

NOM : CODAL ou Comptoir Industriel de Produit Alimentaire Statut : Société Anonyme (S.A) Capital : 99 000 000 Ariary Siège social : Rue RAVONINAHITRIARIVO

Ankorondrano Antananarivo 101 Boîte Postale : 1 426 TANA 101

I.2.3-

ACTIVITE PRINCIPALE :

L’activité principale de la société CODAL est la production de conserves telles que : 

Confitur e, jus, fruits ou sirop ;



Charcu terie, foie gras ;



Condiments, export ation de baie rose ; Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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

Légumes ;

Production de charcuterie fraîche : fumaison, viande de porc fraîche, viande salée. I.2.3.1-

Point de vent e :

Les points de vente se situent à Antananarivo et à Tamatave. I.2.3.2-

Expor tatio n :

Depuis les années 60, CODAL exporte vers une quinzaine de pays, en Europe, ainsi qu’au Japon, aux Etats Unis, au Canada, en Afrique du Sud, etc.

Figure 2Expor tation.


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I.2.4-

ORGANIGRAMME GENERALE : Président Directeur Général

Direction générale administrative

Département

Département

Département

Administration

Commercial

Agent Administratif

Département

Logistique

Département

Production

Technique

Jardinier

Gardien

Maître

Resp.

Charcutier

Usine

Resp. Administratif

Livreur Ménagère

Resp. Transit Commercial

s e r è i r v u O

s e v a l c o t u A

s e r è i r v u O

n e i c i r t c e l E

n e i c i n a c é M

Facturière

Planton

Secrétariat

Comptable

Manœuvres

Manœuvres

Figure 3 Organisation de la société CODAL


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r e i l ô T

r u e n r u o T


I.3-

PRESENTATION DU PROBLEME I.3.1I.3.1-

PROBLEME PROBL EME GENERAL :

Une grande partie des équipements de production dans la société CODAL sont raccordés au réseau de vapeur. Par conséquent la chaudière est en constant fonctionnement. La chaudière consomme une quantité importante de carburant. Connaissant ainsi ce que représente la chaudière en matière de coût, la maintenance se doit de bien gérer le rendement de cetteinstallation.Cela implique la mise en application de documentation relative à la maintenance qui assurera un fonctionnement efficient de l’installation. Une étude de l’installation doit normalement précéder une telle initiative. Les résultats de cette étude amèneront aux stratégiesadéquates à mettre en place. A cet effet, des mesures sont déjà prises par le service maintenance par le suivi de la consommation de la chaudière en termes de carburant. Les activités de maintenance sont aussi régularisées et enregistrées. Il existe aussi des documents entre les mains du service de maintenance sur les spécifications de l’installation. Toutefois, à cause de la quantité de tâches de la maintenance, on note que la maintenance de la chaudière est en grande partie curative. Voilà pourquoi le service maintenance a offert aux stagiaires la responsabilité d’étudier ce problème plus en détail et d’établir un rapport sur leur travail.

I.3.2- OBJECTIFS . La mise en œuvre de plan de maintenanc maintenance e pour améliorer le fonction fonctionnement nement de la chaudière est le principal but du présent ouvrage. Ce plan de maintenance sera composé d’ensemble d’activités destinésà augmenter la durée de vie des organes de l’installation et de maintenir un état de fonctionnement acceptable. Par la même occasion, la sécurité des biens et personnes est assurée.

Rapport de stage de fin d’études-Génie d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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II. ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES


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II.1-

LA MAINTENANCE INDUSTRIELLE

II.1.1- INTRODUCTION INTRODUCTION A L AFONCTION MAINTENANCE DANS UNE INDUSTRIE: II.1. II.1.1. 1.11-

Intr odu cti on :

Une entreprise œuvrant dans le domaine industriel possède nécessairement un service s’occupant de la maintenance de ses équipements. Le service maintenance, se focalisant sur la disponibilité des matériels de production permet à la production de s’occuper plus en détail de sa fonction primaire. Les diverses méthodes de gestion et l’évolution de la technique font de la maintenance un acteur à part entière du développement de l’entreprise. On peut affirmer qu’il n’y a ni qualité ni productivité sans la maintenance. II.1. II.1.1. 1.22-

Quelques défin iti ons :

Le terme « maintenance », forgé sur les racines latines « manus » et « tenere », est apparu dans la langue française au XIIe siècle. L’étymologiste Wace a trouvé la » (celui qui soutient), utilisée en 1169 : c’est une forme archaïque forme « mainteneor » (celui

de

« mainteneur ».

AFNOR AFN OR X 60-010 donne la définition suivante : « la maintenance comme

l’ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien dans un état spécifié ou en mesure d’assurer un service déterminé ». II.1. II.1.1. 1.33-

Origi ne et évolu tio n :

La maintenancen’est pas un nouveau domaine mais existait toujours sous un aspect purement curative on parlait surtout de dépannage d’entretien ou de bricolage. Il s’agit d’effectuer des tâches qui maintiennent un matériel en marche. Rapport de stage de fin d’études-Génie d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Ce fut aux temps de l’évolution de l’industrie que le besoin des notions telles que la prévention de pannes, adhère aux activités d’entretien. L’industrie sans cesse à la recherche d’une meilleure productivité trouve dans les divers domaines tels : la technique, la gestion, les mathématiques, les sciences, l’informatique … La maintenance devient une activité essentielle à la survie et au développement de l’industrie. La fonction maintenance prend alors une dimension telle que le terme « entretien »ne suffit plus à l’englober. La fonction maintenance industrielle, actuellement, s’active pour pouvoir répondre aux normes qui permettront aux produits de franchir des frontières géographiques. Ces normes, rédigées par des organisations internationales ou régionales, sont des recueils d’exigences de qualité de produit, de processus de fabrication et des textes relatifs au respect de la sécurité de l’hygiène et de l’environnement. En somme on peut voir le service de maintenance comme un prestataire de service interne à l’entreprise dont les activités varient en selon la demande son principal client la production. II.1.1.4-

Cycle de vi e d’u ne machi ne :

Pour les systèmes mécaniques, le taux de défaillance est variable. Son évolution en fonction du temps est traduite par la courbe de baignoire mettant en évidence : La période de rodage où apparaissent les défaillances sont dues à des défauts de fabrication ou à des phénomènes à évolution rapide. Le taux de défaillance décroît avec l’âge. Cette période est variable suivant le type d’équipement. La période de fonction normale qui présente n taux de défaillance sensiblement constant. La période de dégradation. Elle est caractérisée par un taux de défaillance croissant. Elle correspond à l’apparition des défaillances dues à l’usure ou fatigue. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Figure 4 Courbe décrivant la dur ée de vie d'un équi pement.

II.1.1.5-

Les fo rmes de maint enance :

Les activités diverses d’un service de maintenance se résument aux quelques définitions suivantes.


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MAINTENANCE INDUSTRIELL E

Ensemble des actions permettant de maintenirou de rétablir un bien dans un état spécifique ou en état d’assurer un service déterminé au moindre coût.

PREVENTIVE

CURATIVE

Maintenance effectuée selon Maintenance effectué après défaillance

des critères prédéterminés dans l’intention de réduire la probabilité de défaillance ou la dé radation du service rendu

Corrective Intervention définitive et limitée de maintenance après défaillance

Palliative Action sur un bien en vue de le remettre provisoirement en état de fonctionnement

Systématique

Maintenance effectuée selon un échéancier établi dans le temps ou le nombre d’unités d’usage.

Conditionnelle

Maintenance subordonnée à un type d’événement prédéterminé (mesure, diagnostic …)

Figure 5 Les for mes de maintenance indu str ielle. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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5.1- La maintenance préventive :

La maintenance préventive consiste à intervenir sur un équipement avant que celuici ne soit défaillant, afin de tenter de prévenir la panne. On interviendra de manière préventive soit pour des raisons de sûreté de fonctionnement (les conséquences d’une défaillance sont inacceptables), soit pour des raisons économiques(coût global réduit) ou pratiques suivant les heures de disponibilité de l’équipement. Selon la norme AFNOR X 60 010, « la maintenance préventive est unr maintenance effectuée selon des critères prédéterminés, dans l’intention de réduire la probabilité de défaillance ou la dégradation du service rendu ». La maintenance préventive possède trois aspects : Maint enance Préventive Systématique ; Maint enance Préventiv e Conditio nnelle ; Maint enance préventive prévision nelle ou prédicti ve. 1.a.

La maintenance préventive syst ématiqu e :

La norme AFNOR X 60 011 définit la maintenance préventive systématique comme « Maintenance effectué selon un échéancier (planning) établi selon le temps ou le nombre d’unité d’usage ». C’est la forme la plus rigide de la maintenance préventive. Elle est effectuée suivant un échéancier établi en fonction du temps de fonctionnement ou un nombre de cycles. Elle présente comme avantage de réduire les risques de panne au minimum le plus possible. L’échange de pièces encore en bonne état, la multiplication d’arrêt de maintenance, les démontages et remontages fréquents créent des dégradations, entraîne un surcoût non justifié. On a recourt à ce type de maintenance lorsque le coût de préparation systématique est très bas par rapport à un coût déroulant d’une panne.


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a. Objectif de la maintenance syst ématique :

La maintenance systématique se pratique quand on souhaite procurer à un équipement une sécurité de fonctionnement quasi absolue en remplaçant suffisamment tôt les pièces ou organes victimes d’usure ou de dégradation. Cette recherche garantie de fonctionnement conduit à remplacer des pièces dont l’usure ou la dégradation est incomplète. C’est un procédé qui coûte cher et que seule la nécessité d’une sécurité de haut niveau peut justifier sa mise en œuvre. b. Application :

Les équipements auxquels est appliquée cette maintenance sont : Aux équi pemen ts do nt la pann e risq ue de pr ovoq uer des accident s graves ; Aux équi pem ents pr ésentant un coû t de défaillance élevé du fait des pertes de production ; Aux équipem ents so um is à la légis lation et aux règlement s tec hni ques de sécurit é. c. Organisation de la maintenance systématiqu e :

La maintenance systématique appliquée à un équipement, recouvre deux aspects : Le contenu des i nterventions Leur périodicité

Ces éléments sont fréquemment fixés par :


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Le constructeur dans le guide d’entretien Les normes en vigueur Le service maintenance elle-même après une étude préétablie de l’équipement d. Déroul ement

d’un e

int ervention

de

maintenance

systématique : Inspection : un e fiche d’i nspecti on est établie permet de déterminer l’état de l’équipement Interventions :

Conduites avec support : →

Du guide d’entretien ;

→

Des gammes-types d’entretien systématique.

Elle consiste en général à : 

Remplacer les pièces d’usure ;



Changer les pièces



Réviser entièrement ou partiellement l’équipement

Inspections et interventions. 1.b.

La maintenance de condu ite :

L’entretien de conduite est à caractère préventif, conditionnel ou systématique (graissage, nettoyage, petites interventions) appliqué périodiquement sous forme d’une surveillance permanente des équipements. Cette surveillance prend principalement la forme de rondes, effectuées par un agent du service maintenance du service maintenance ou, le plus souvent par l’opérateur. Dans ce dernier cas, on applique la maintenance autonome, appelée encore management participatif. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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a. Visite systématiqu e :

Les visites sont effectuées selon un échéancier établi suivant le temps ou le nombre d’unité d’usage. A chaque visite, on détermine l’état de l’organe qui sera exprimé soi par une valeur de mesure soit par une appréciation visuelle. b. Ronde ou visit e en marche :

La visite systématique effectué pendant le fonctionnement permet d’optimiser l’arrêt machine. Pour ce type de maintenance, on suit l’évolution de la dégradation ou de l’usure pour éviter les démontages indésirables. 1.c.

Maint enance préventive condi tion nelle :

D’après la norme AFNOR X 60 011 , la maintenance préventive conditionnelle est la « maintenance subordonnée à un type de traitement prédéterminé, révélateur de l’état de dégradation du bien ». La maintenance conditionnelle se traduit par une surveillance des points sensibles de l’équipement exercée au cours de visite préventive. Ces visites permettent d’enregistrer un degré d’usure, un jeu mécanique, une température, une pollution etc. On ne décide de travaux de remise en état que si les paramètres contrôlés mettent en évidence l’imminence d’une défaillance. II.1.1.6-

Les mo yens en pos sessi on de la maint enance : 6.1- Les moyens matériels :

La maintenance doit posséder des outils adaptés aux équipements et aux opérations qu’elle effectue. La maintenance, pour bien réussir sa mission, se doit de doter de moyens performants suivant son budget. Ces éléments peuvent occuper une place particulière dans le magasin de stockage dont l’organisation fait partiedes activités de maintenance. Il existe deux catégories de matériels : Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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1.a.

Les pièces de rechang es :

Ce sont des composants élémentaires des équipements de production qui peuvent remplacer ses semblables par échanges standards si ces derniers sont défectueux. Ces composants sont aussi utilisés en cas de remplacements d’organes encore opérationnelles mais dont l’état a franchit un seuil pouvant détériorer l’équipement entier. On parle alors d’échanges standards. Les interventions dans ce cas sont essentiellement préventives.(Par exemple les filtres, les joints, …) Il peut aussi s’agir de petits éléments consommables à faible coût et de courte durée d’usage fréquemment utilisés par la maintenance dans divers interventions curatives. (À titre d’exemple on peut citer les colles, les baguettes de soudure, les …) A titre d’exemple, on peut citer les boulons, les filtres 1.b.

Les outi ls diagnost ic et de réparation :

Toutes interventions de la maintenance sont accompagnées d’utilisation de matériels de diagnostic et de réparation. Ces outils sont préalablement Les outils de diagnostic sont utilisés pour reconnaître et apprécier l’état d’un bien. Ils sont utilisés à la fois lors d’intervention préventive et curative. Les outillages et équipement de maintenance qui servent dans les interventions pratiques. 6.2- Les supports documentaires de la maintenance : 2.a.

Les docum ents sur les matériels :

Ces documents sont l’ensemble des informations de base sur les spécifications techniques et l’entretien des équipements. Elles sont en fournies par le constructeur ou fabricant. Le service de maintenance utilise ce document à titre de référence pour toute activité qu’elle effectue sur l’équipement. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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2.b.

Les docum ents rédigés par le service de maintenance:

Suivant l’organisation de la maintenance, certaines informations sont jugées importantes et seront enregistrées selon un ordre préétablies. Ces informations peuvent être des notifications simples qui ne contiennent que des informations de base comme la date et l’intervenant par exemple. La mise en application de cette mode d’enregistrement doit résulter des questions : PAR QUI ?

Qui est autorisé à rédiger le document ?

QUI ?

Qui va le lire ?

QUOI ?

Quelles informations doit-on inclure dans ce document ?

QUAND ?

A quel moment la rédaction du document devait-il se faire ? Dans quelles circonstances ?

COMMENT ?

De quelle manière seront enregistrées les informations (supports, ordre, technique, esthétique)

Où ?

A quel endroit sera-t-il rédigé ?

POURQUOI ?

Quelles sont les raisons qui exigent l’enregistrement de ces informations ?

Tableau II-1 Mise en place de document d'in form ation de maintenance.

On décide d’appliquer la méthode après avoir analysé ces paramètres ainsi que les dérangements que cela engendrera.On peut citer à titre d’exemple : 

Les fiches historiques : document renfermant les informations sur l’ensemble des interventions sur un équipement ;



Les fiches de stock : document informant la sortie et la rentrée des pièces d’un magasin ;



Les rapports d’intervention : document rédigé après exécution d’une opération. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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II.2-

LA CHAUDIERE

II.2.1- PRODUCTION ET DISTRIBUTION DE LA CHALEUR : II.2.1.1-

Intr odu cti on :

Le chauffage, le stockage et conditionnement, la production d’électricité sont des domaines cités parmi tant d’autres où l’on peut observer l’utilisation de la chaleur. Pouvoir produire et distribuer de la chaleur fut un défi relevé par lesscientifiques de ces derniers siècles et poursuit son évolution jusqu’à aujourd’hui. Le domaine industriel estun bénéficiaire des précédentes recherches sur ce sujet car cela permit l’ouverture à de nouvelles opportunités de marché. II.2.1.2-

La pr odu cti on de ch aleur :

Le mode d’obtention de la chaleur peut varier selon les besoins et moyens des utilisateurs. Le moyen le plus commun d’obtention d’énergie calorifique reste la combustion. Cette réaction chimique entre l’oxygène et un combustible généré par une étincelle est exothermique. On distingue principalement : La combust ion de comb ustibl es solides (bois, charbons, bagasse,…) ; La combust ion ut ilisant des c ombusti bles liquid es (fuel, mazout, pétrole,…) ; La comb ust ion ut ili sant des gaz (gaz naturel, propane, butane, biogaz, …) ;

Il existe aussi d’autres méthodes afin d’obtenir de la chaleur comme : Le chauffage électrique par des résistances ; L’utilisation de pompe à chaleur. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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II.2.1.3-

La transmis sion et dist rib utio n de la chaleur :

La chaleur est transmise d’un corps à un autre de trois façons différentes : Par conduct ion : les deux corps sont en contact direct, Par convecti on : un fluide sépare les deux corps ; Par rayonnement : l’espace entre les deux corps est gazeux ou vide.

La production de chaleurétant définitivement résolue, le secteur industriel a pour définition « produireen grande quantité » desproduits des critères sont ainsi posés dans le stockage et le transport de cette énergie en grande quantité. A ce besoin s’ajoute les spécifications de production et les exigences des normes. La distribution aux moyens de fluides caloporteurs fut undes choix des industriels. On distingue : 3.1- L’utilisation de réseaux de vapeurs :

Ce mode de distribution est le plus fréquemment observé en industrie et également pour le chauffage central dans les foyers. La vapeurest obtenue par chauffage dans des chaudières et rejoint ensuite des tuyauteries calorifugéesconnectés sur les lieux de consommation.Elle est alors condensée dans des échangeurs (calandres double enveloppes, serpentins). Elle restitue alors sa chaleur latente de vaporisation ainsi qu’un peu de chaleur sensible. Pour s’adapter aux différents niveaux de température requis à différents points du procédé, une usine possède généralement plusieurs niveaux de vapeur à des pressions différentes, permettant un étalement de la température de condensation sur toute la gamme de température requise. 3.2- Par chaleur sensible ou les réseaux de fluides thermiques:

Cette méthode consiste à faire circuler un fluide chaud de la source de chaleur (une chaudière par exemple) jusqu’au lieu de consommation (un échangeur). Le fluide à utiliser sera déterminé par la température d’utilisation. Cela peut être de l’eau ou de l’huile à point d’ébullition élevée. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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II.2.2- CARACTERISTIQUES DE LA VAPEUR D’EAU : II.2.2.1-

Défini tion s et caractéristiqu es : 1.1- Définition :

La vapeur d’eauest de l’eau à l’état gazeux. On parle aussi de vapeur d’eau même s’il ya mélange de gaz eau et de liquide eau. Cependant la vapeur d’eau présente différentes phases suivant la quantité d’eau à l’état gazeux et d’eau à l’état liquide(brouillard) contenue dans la vapeur. 1.2- Obtention et caractéristiques :

A mesure que l’eau chauffe, sa température augmente et atteint u point d’ébullition. Cette chaleur est appelée chaleur sensible. Lorsque le point d’ébullition est atteint, l’ajout supplémentaire de chaleur entraîne la transformation d’une quantité d’eau en vapeur ; le mélange de vapeur et d’eau demeure toutefois à la température d’ébullition. A la pression atmosphérique, le point d’ébullition de l’eau survient à 100°C. La chaleur qui transforme l’eau en vapeur à une température d’ébullition, elle est appelée chaleur latente. 2.a.

Titr e de la vapeur :

C’est la quantité de vapeur sèche que contient une unité de masse d’une vapeur. Ce nombre, notée x , est adimensionnel. 2.b.

Chaleur latente de vaporis ation :

La température à laquelle l’eau commence à bouillir s’appelle température d’ébullition. Cette température dépend surtout de la pression à laquelle l’eau est chauffée. La quantité de chaleur nécessaire pour transformer l’eau en vapeur (ou encore la quantité de chaleur restituée par la vapeur en retournant à l’état liquide).


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2.c.

Chaleur totale de vaporisati on ou enthalpie de vapeur

saturée :

C’est la somme des deux termes (chaleur sensible + chaleur latente de vaporisation) qui donne « la chaleur totale de vaporisation » égale à l’enthalpie de la vapeur noté : J s . II.2.2.2-

Types de vapeur :

Il existe plusieurs types de vapeur utilisé dans le domaine industriel : Dénomination

Caractéristiques

La vapeur saturée humide

Vapeur accompagnée de son liquide générateur.

Lors de l’ébullition de l’eau de la chaudière.

La vapeur saturé sèche

Vapeur composée essentiellement d’eau à l’état gazeux.

Vapeur saturée humide dont on a réduit la quantité d’eau liquide par purge.

Vapeur saturée sèche élevée à haute température.

La vapeur saturée retourne vers la chaudière par des conduits appelés surchauffeurs.

La vapeur surchauffée

Modes d’obtention

Tableau II-2 Types de vapeur.

II.2.2.3-

Utili satio n de la vapeur:

Les réseaux de vapeur d’eau sont utilisés par des industries œuvrant dans divers secteurs, on peut citer par exemple : L’agro -alimentaire : Les industries de fabrication alimentaires utilisent les réseaux

de vapeur humide pour cuire les produits ; Le textile : La vapeur sert dans la fabrication et traitement des tissus ; La production d’énergie : la production d’énergie électrique dans les centrales

nucléaires, le fractionnement de pétrole par la vapeur saturée. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Le chauffage central : les foyers individuels utilisent aussi la vapeur comme

source de chaleur dans la cuisson de la nourriture, pour se laver, pour le maintien de la chaleur dans un bâtiment.

II.2.3- LES CHAUDIERES INDUSTRIELLES: II.2.3.1-

Présentatio n et his to ri que:

Une chaudière est un organe de chauffage d’un liquide transporteur de chaleur ou de production de vapeur énergétique. C’est au premier siècle après Jésus-Christ qu’apparurent pour la première fois l’idée d’utiliser de la vapeur à des fins motrices, dans l’ouvrage intitulé « Pneumati ca » de l’inventeur et mathématicien Héron d’Alexandrie.

Il y décrivit un éolipyle, une turbine à vapeur de composant d’une chaudière connectée par deux tubes creux aux pôles d’une sphère creuse tournant librement. Cette sphère était munie de deux buses biseautées par lesquelles sortait la vapeur, entraînant la rotation de la sphère. Il en est également fait mention dans des ouvrages du moyen Age et de la renaissance. Mais aucune invention pratique n’a été construit jusqu’à ce que

l’architecte et inventeur italien Giovanni Branca conçoive une

chaudière dont la vapeur, en s’échappant, frappait les pales d’une roue et faisait tourner cette dernière. La première véritable machine à vapeur, construite par l’ingénieur Thomas Savery en 1698, utilisant deux cuves de cuivre remplies alternativement par de la vapeur sortant d’une chaudière. Le moteur de Savery fut plus tard utilisé pour pomper l’eau présente dans les galeries de mines. L’inventeur Français Denis Papin avait également, dans un mémoire rédigé en 1687, proposé une théorie de la machine à vapeur à piston. La première ne fut construite qu’en 1712 par l’inventeur britannique Thomas Newcomen .

L’inventeur écossais James Watt iaméliora le moteur à vapeur de Newcomen en y incorporant

le

progrès

le

plus

significatif,

les


cuves

sphériques

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ou


cylindriqueschauffées par en dessous par un feu ouvert. La chaudière de Watt, construite en 1785, se composait d’un caisson horizontal encastré dans la brique, avec des conduits pour faire circuler les gaz de combustion chauds sur la chaudière. Watt qui fut l’un des premiers ingénieurs à parvenir aux propriétés thermodynamiques par approximation de la vapeur d’eau utilisant la soupape de sécurité à levier, des manomètres de pression et des robinets pour contrôler le flux d’eau et de vapeur dans ses chaudières. II.2.3.2-

Princ ipe de fon cti onn ement d’u ne chaud ière industrielle:

La combustion est un mélange de combustible et d’air brûlant pour produire de l’énergie calorifique. Le foyer est un espace clos à l’intérieur de la chaudière dans lequel a lieu la combustion. La chaleur fournie par la flamme de combustion et le gaz chaud chauffe l’eau d’alimentation et la transforme en vapeur ou en eau chaude. La vapeur ou l’eau chaude sont des fluides caloporteurs utilisés selon les exigences de l’installation.

Figure 6 Foncti onnement d'un e chaudière


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II.2.3.3-

Compo sant s d’u ne centr ale de ch aufferi e :

Les principaux composants d’une chaudière illustrés dans la figure ci-dessous sont : 

Une bâche alimentaire qui contient l’eau d’alimentation



Une pompe d’alimentation en eau



Un économiseur qui fait passer l’eau d’alimentation

à travers la

cheminée d’évacuation de la fumée pour la réchauffer 

Un foyeravec brûleur (système de production de vapeur non représenté) ;



Réseau vapeur avec soupapes de protection (doublées conformément à la réglementation) ;



Analyseur d’oxygène sur les fumées pour le réglage de l’excès d’air ;



Cheminée pour rejet des fumées.

Figure 7 Une centrale de chaufferie. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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II.2.3.4-

Caract érist iq ues d’u ne ch audière :

Pour connaître une chaudière on a besoin des informations techniques suivantes : 4.1- Son timbre ou pression maximum d’utilisationexprimée en bars

Le timbre est la pression maximum de service. Ce timbre est attribué par le constructeur et vérifiée par le service des mines après un examen de l’équipement. Tout appareil générateur et récepteur de vapeur sont soumis au timbrage hormis : Les générateurs dont la capacité est inférieure à 25l ; Les récipients dont la capacité est inférieure à 100l ; Les cylindres et les enveloppes de machines motrices. 4.2- Sa température de saturation en °C : [t s ]

La température à laquelle la vapeur commence à être saturée est appelée « température de saturation ». La quantité chaleur suffisante pour porter l’eau à cette température est appelée « chaleur sensible » .

4.3- Sa production de vapeur exprimée en Kg/h :

C’est la quantité de vapeur produite par une chaudière pendant une heure. 4.4- Son rendement thermique en % :

Le rendement d’une chaudière est donné par la formule suivante :

(II.1)


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II.2.3.5-

Les typ es de chaud ières :

Il existe deux grands groupes de chaudières : les chaudières de récupération qui permettent de valoriser l’énergie thermique d’un fluide chaud qui doit être refroidi et les chaudières à combust ion , dans lesquelles un combustible est brûlé de manière à transférer l’énergie nécessaire. 5.1- Les chaudières à combustion :

Les chaudières à combustion sont conçues en fonction des caractéristiques du fluide caloporteur ou du fluide à vaporiser, ainsi que de celles du combustible à brûler. Il existe deux catégories de chaudières : 1.a.

Les chaud ières à tub e de fum ée :

Une chaudière est dite à tubes de fumée lorsque la flamme en partant du foyer principal circule dans des tubes pour chauffer l’eau de la chaudière.

Figure 8 Vue en co upe d'un e chaudière à tubes de fumées


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1.b.

Les chaudières à tubes d’eau :

Dans une chaudière à tubes d’eau c’est l’eau qui circule à l’intérieur des tubes. Les chaudières à tubes d’eau présentent deux variantes sur le marché actuel:

Figure 9Vue d’un e chaudière à tubes d’eau à faisceaux rectili gnes.

Figure 10 Vue d’une chaudière vertic ale à faisceauxvertic ales.


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5.2- Les chaudières de récupération :

Les chaudières de récupération ont, elles aussi, des caractéristiques très variées, dictées par les processus industriels auxquelles elles sont associées. Elles produisent soit de la vapeur de chauffe, utilisée en d’autres points de l’installation qui nécessitent un apport de chaleur, soit de la vapeur à usage énergétique, dont la détente dans des turbines permet d’entraîner certaines machines, telles que des compresseurs, des pompes ou alors des alternateurs connectés à un transformateur pour la production d’électricité.


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II.3-

LE BRULEUR

Figure 11 Photo d’u n brûl eur.

II.3.1- FONCTIONNEMENT DU BRULEUR : Le brûleur fioul a pour fonction de mélanger dans des proportions correctes : l’air comburant et le fuel combustible. II.3.1.1-

Fonct ion nement d’u n brû leur :

Figure 12 Fonctio nnement d’un br ûleur.


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II.3.1.2-

Compo sant s d’u n br ûleur :

Un brûleur fonctionnel se compose des éléments cités ci-dessous :

Figure 13 d’un brûl eur.

Composantes

1. Moteur.

8. Gicleur.

2. Boîte de contrôle.

9. Réchauffeur.

3. Transformateur.

10. Cellule photosensible.

4. Electrodes.

11. Electrovanne.

5. Ventilateur.

12. Pompe et régulateur de pression.

6. Volute. 7. Déflecteur


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2.1- Le Moteur : 1.a.

Rôle :

Le moteur du brûleur a pour rôle de mettre en mouvement la pompe et l’aspirateur d’air. Figure 14 Moteur avec pompe.

2.2- Le circuit de pompage : 2.a.

La pom pe à fuel:

Figure 15 Exemple d’ engrenages de p ompe.

Le fuel est amené vers la chambre de chauffage par une pompe (on utilise généralement une pompe à engrenages). La pompe, étant équipée d’un régulateur de pression qui renvoie l’excès de fuel vers le réservoir, a également pour mission de maintenir le fuel à une pression suffisante à sa pulvérisation.

Figure 16 Principe d’ une pom pe à engrenages.


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2.b.

Le régulateur de pression :

la pression d'alimentation du gicleur est assurée par un ressort d'équilibrage. Le surplus de fuel est renvoyé vers le réservoir par la sortie. 2.c.

L’électrov anne :

L’électrovanne libère le combustible au moment déterminé par la programmation. 1. Bobinage 2. Armature 3. Noyau mobile 4. Clapet de fermeture 5. Siège du clapet 6. Corps de vanne 7. Ressort 8. Partie métallique amagnétique

Figure 17 Phases d’excitati on d’ uneélectrovanne. 2.d.

Le gicl eur :

La pulvérisation du fuel a pour objectif d'augmenter la surface de contact entre le fuel et l'air comburant. Cela permet une évaporation plus importante du fuel à sa surface et favorise son mélange avec l'air.

Figure 18 Gicleur. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Par exemple, 1 litre de fuel pulvérisé à 7 bars donne 15 à 20 milliards de Gouttelettes et représente une surface de contact avec l'air de 500 m². Un gicleur est composé de 4 éléments. L'obus conique et la pression de la pompe engendrent la rotation du combustible avant sa pulvérisation par le trou du corps de gicleur.

Figure 19Vue éclatée d’un gicl eur.

Un gicleur est caractérisé par trois valeurs : •

le débit nom inal en [gal/h],

•

l'angle de pulvérisatio n en [deg],

•

le mode de pulvéri sation.

Ces données sont reprises d'une part sur la fiche d'entretien annuel du brûleur et sur le marquage du gicleur même. a. Le débit :

Le débit nominal du gicleur est donné jusqu'à présent en [gal/h] . Le débit est fonction du diamètre de l'orifice du corps. Il est donné pour les conditions de référence : •

pressio n de la pompe : 7 [bars],

•

visc osit é : 4,4 [mm²/s],

•

densité relative : 0,83 (rapport de la masse volumique du fuel (à 15°C) et de la

masse volumique de l'eau (à 4°C)).


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Sachant que : 1 [gal/h] = 3,78 [litres/h]

On peut connaître le débit réel du gicleur installé et donc la puissance réelle du brûleur par les formules :

(II.2) (II.3)

Où : •

qfuel = le débit réel du gicleur [litres/h]

•

qgicleur = débit nominal du gicleur [gal/h]

•

p = pression d'alimentation du gicleur [bars]

•

Pbrûleur = puissance installée du brûleur [kW]

Conformément à la norme européenne EN 293, le débit nominal des gicleurs sera désormais donné en [kg/h], pour une pression de 10 [bars] et une masse volumique de 840 [kg/m³]. Dans ce cas, on peut connaître le débit réel du gicleur par la formule :

(II.4)

Attention cependant, ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleurs particuliers dits "à retour" dont le débit dépend non seulement de la pression d'alimentation, mais aussi de la pression de refoulement du gicleur même.


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b. L'angle de pulvéri sation

A la sortie du brûleur, les gouttelettes de fuel se répartissent suivant un cône. L'angle d'ouverture du cône est donné par le fabricant du gicleur.

Figure 20Angle de pulvéri sation d’ un gicl eur.

Les angles les plus courants sont : •

pou r u ne press io n d' essai de 7 bars (méthod e US) : 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°

•

pou r une p ressi on d'ess ai de 10 bars (norm e EN) : 60°, 70°, 80°, 90°, 100°

L'angle de pulvérisation conditionne en partie la forme de la flamme. Plus l'angle est petit, plus la flamme sera longue et effilée. A l'inverse, un angle important fournit une flamme courte mais large. Notons qu'en pratique, l'angle de pulvérisation augmente avec la pression d'alimentation. De même, lorsque la pression d'alimentation augmente, la taille des gouttelettes diminue, ce qui favorise le contact entre l'air comburant et le combustible et donc améliore la combustion. c. Composition du cône

En fonction de la puissance du brûleur, la composition du cône de pulvérisation est différente. Le cône est généralement creux (toutes les gouttelettes sont réparties sur la périphérie du cône) ou semi-plein (périphérie plus épaisse) pour les grosses puissances (P > 250 kW). Il est généralement plein (tout le volume du cône est rempli de gouttelettes) pour les plus petites puissances. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Répartition

Répartition

"cône creux".

"cône semi-creux".

Répartition "cône plein".

Figure 21 Différentes réparti tion du fuel lor s de sa pulvéri sation. d. Marquage d’un gicleur :

La nor me EN293 prévoit un double marquage des gicleurs (marquage US et marquage EN) :

Figure 22 Marquage d’un g icleur.

L'index en chiffre romains indique le type de répartiti on du cône pulvéris é I.

= répartit ion pl eine (très dense),

II.

= répartit ion semi-pleine,

III.

= répartit ion semi-creuse,

IV.

= répartit ion creuse (peu dense).


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2.3- Alimentation en air :

L’alimentation en air est assurée par un ventilateur qui puise dans l’air ambiant de la chaufferie. Ce ventilateur doit assurer le débit d’air nécessaire à la combustion en surpassant la résistance rencontrés par l’air jusqu’à la flamme, la résistance que rencontrent la flamme et les fumées dans la chambre de combustion. La vitesse de rotation du ventilateur ne pouvant varier, un registre d’air règle le débit d’air qui garantit une combustion correcte (la quantité d’air nécessaire pour brûler 1 litre de fuel est d’environ 10 à 12,5 m 3). Ce registre s’installe à l’aspiration ou au refoulement du ventilateur.

Figure 23 Regist re d’air .

2.4- L’ensemble allumeur : 4.a.

Le transf ormateur :

Le transformateur composé de deux bobinages élève la tension d’alimentation délivré par le réseau à une haute tension et en dessus selon le type de brûleur. 4.b.

La tête de comb usti on :

La tête de combustion du brûleur est constituée d'un embout ou gueulard qui guide la flamme. Celle-ci est allumée au moyen d'électrodes alimentées en haute tension, créant un arc électrique.


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Figure 24 Déflecteur.

La flamme est maintenue en position grâce au déflecteur. En effet, le flux d'air autour de ce dernier crée une dépression qui maintient la flamme en position.

Figure 25 Régulation de la flamme.

Le réglage de la tête de combustion, c'est-à-dire des distances (a et b) entre le gicleur, le déflecteur et l'embout, est essentiel au bon fonctionnement du brûleur en répartissant les débits d'air primaire (passant au centre du déflecteur) et d'air secondaire (passant à la périphérie). 2.5- Dispositifs de sécurité :

Un contrôle continu de la flamme du brûleur est nécessaire pour arrêter ce dernier immédiatement en cas de défaut : •

si la flamme n'apparaît pas quand le combustible est libéré,

•

si la flamme disparaît en cours de fonctionnement,


Page44


•

si une flamme parasite apparaît alors que le brûleur est en phase de démarrage.

De plus, le défaut doit être signalé par une alarme, qui avertit un technicien chargé du dépannage. Le but est d'éviter de pulvériser du fuel dans une chaudière sans le brûler. On risquerait d'inonder le foyer (et même la chaufferie) et l'allumage intempestif pourrait provoquer une explosion. 5.a.

Cellul e phot orésist ante

Actuellement, la détection de la flamme fuel se fait fréquemment par cellule photorésistante. La cellule photorésistante réagit directement à la lumière émise par la flamme. Cette réaction est pratiquement instantanée, ce qui permet une commande rapide du système de sécurité. La cellule est constituée par un semi-conducteur dont la résistance varie en fonction inverse de son éclairement : ce matériau a la propriété de ne permettre le passage du courant que lorsqu'il est éclairé. Il est commode de vérifier l'efficacité d'une telle cellule par la mesure de sa résistance dans l'obscurité et, par exemple à la lumière d'une lampe de poche. En règle générale, les cellules photorésistantes sont destinées à la surveillance des flammes fuel (flamme jaune à infrarouge) et moins à la surveillance des flammes gaz, qui émettent plus de rayons ultra-violets. 5.b.

Cellul e phot oélectriqu e

La cellule photoélectrique est sensible au rayonnement lumineux situé dans le spectre visible. Lorsqu'elle est soumise à ce rayonnement une tension apparaît à ses bornes. La cellule se comporte comme un générateur de courant : tout incident annule le signal émis et provoque la mise en sécurité du brûleur. Les cellules photoélectriques ne sont utilisées que pour les flammes fuel. Leur principal inconvénient est un vieillissement rapide.


Page45


II.3.2-

LA COMBUSTION :

II.3.2.1-

Définit io n :

La combustion peut être définie comme la réaction chimique qui a lieu lors de la combinaison entre l’oxygène et une matière combustible . Cette réaction est exothermique c’est-à-dire qu’elle se produit avec un dégagement de chaleur. Cette chaleur est utilisée pour chauffer l’eau de la chaudière. II.3.2.2-

Réacti on de com bus ti on :

La réaction de combustion pour les produits du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O). Les combustibles sont multiples (gaz, pétrole, bois, charbon, ...) mais ils ont un point commun : celui de contenir principalement des hydrocarbures, c’est –à-dire des combinaisons multiples de carbones et d’hydrogènes, représentées par la formule général :

(II.5)

L’équation générale de la réaction s’écrit :

(II.6)

Il existe aussi d’autres matières comme le dioxyde de souffre (SO 2) contenue dans les matières qui peuvent aussi être oxydés. Par exemple la combustion du méthane s’écrit ainsi : (II.7)

2.2- Particules en jeu lors de la combustion : Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page46


Le dessin ci-après montre les particules en jeu lors d’une réaction de combustion :

Figure 26 Combus tion du gaz naturel.

Figure 27Combusti on du m azout.

La quantité de gaz lors de cette combustion peut être estimée selon le tableau ciaprès en supposant qu’au niveau énergétique 1m 3 de gaz équivaut à 1litre de fuel. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page47


Quantité de com bust ibl e

Gazcarbon iqu e

Eau

1 m3 de gas

2 kg CO2/m 3

1,68 kg/ litre

1 litre de fuel

2,7 kg CO2/m 3

1,68 kg/ litre

Tableau II-3 Taux de gaz produi ts l ors de la combu sti on.

II.3.2.3-

Le combustible :

3.1- Pouvoir calorifique :

La combustion est dite complète lorsque tous les éléments inflammables ont été oxydés. Dans ce cas, tout le potentiel de chaleur de réaction a été obtenu. Il représente le pouvoir calorifique du combustible, exprimé en Kj/Kg . Il existe deux types de Pouvoir Calorifique : PCS : (Pouvoir Calorifique Supérieur) C’est l’énergie thermique libérée par la

combustion d'un kilogramme de combustible. Cette énergie comprend la chaleur sensible, mais aussi la chaleur latentede vaporisation de l'eau, généralement

produite par la combustion. Cette énergie peut être entièrement récupérée si la vapeur d'eau émise estcondensée, c'est-à-dire si toute l'eau vaporisée se retrouve finalement sous forme liquide. Se mesure facilement en laboratoire à l’aide de la bomb e calori métriqu ede Mahler . PCI :(Pouvoir Calorifique Inférieur) marque le potentiel de chaleur théorique

contenu dans le combustible. Et c’est le pouvoir calorifique que l’on devrait utiliser en pratique mais il n’existe pas d’instruments fournissant le PCI. On doit se contenter de le calculer avec le PCS.

Le pouvoir calorifique de chaque combustible varie suivant sa composition : PCI de quelques combustibl es utilisés fréquemment Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

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Bois ordi naire

2500 kcal/kg

Bois filao

3200 kcal/kg

Charbon

6000 – 8000 kcal/kg

Gasoil ou m azout

8500 – 10700 kcal/kg

Butane

10000 – 11000 kcal/kg

Tableau II-4 Pouvoi r calor ifi que inféri eur (PCI) de quelques c ombus tibl es usuels en Kc al/kg.

3.2- Autres Composants d’un combustible :

Les combustibles contiennent d’autres traces d’éléments dont la combustion est nocive pour l’environnement. Le principal est le soufre dont l’oxydation fournira du SO2 et du SO3. Ce dernier, en combinaison avec l’eau, formera l’acide sulfurique qui provoque les pluies acides lors de la montée des fumées dans les nuages. 3.3- Choix du combustible :

Pour choisir le bon combustible à utiliser dans le chauffage de chaudière il faut considérer le PCI qui est un facteur économique au niveau de la quantité de combustible. Il faut aussi voir d’autres paramètres qui influent sur l’efficacité de la combustion comme la puissance de la chaudière, le transport, la manutention, le climat, ... Par exemple le bois peut être meilleur combustible que le gasoil malgré son PCI inférieur dans le cas où le débit de gasoil diffusé par un brûleur ne s’adapte pas à la puissance demandée par la chaudière. Ceci engendre un mauvais contrôle de la consommation de gasoil. En somme le PCI est insuffisant comme critère de qualification d’un combustible.


Page49


II.3.2.4-

Quantit é d’air nécessaire :

La quantité d’air nécessaire pour brûler 1m3 de combustible dépendra de celui-ci mais il est mieux d’avoir un ordre de grandeur. « 1 m3 de gaz naturel ou de fuel requiert environ 10 m3 d’air à 15 °C ».

A cette quantité dite « stœchiométrique », c’est-à-dire requise par l’équation de la réaction, s’ajoute un léger excès pour s’assurer que toutes les molécules de combustible soit bien en contact avec l’oxygène. En effet il faut prévoir que certaines molécules de fuel à environ 20% vont traverser le foyer sans se lier au combustible. On travaille donc avec un excès d’air comburant qui s’élève par exemple pour la combustion du fuel à environ 20%. Il faut donc prévoir 12 m3 d’air pour brûler 1 litre de fuel. Lors de la combustion, lorsque la quantité d’air est insuffisante la combustion est dite incomplète. Celle-ci se traduit par la production d’imbrûlés (suies qui encrassent la chaudière).

II.3.3- SEQUENCES DE DEMARRAGE D’UN BRULEUR : Les séquences de fonctionnement d'un brûleur sont les suivantes : •

Préventil ation ou prébalayage : mise en marche du moteur du ventilateur

pour amorçage du tirage de la cheminée, évacuation éventuelle de gaz dans le circuit des fumées. Pour les brûleurs de plus de 300 kW, le prébalayage s'effectue à l'aide du ventilateur et dure au minimum 15 secondes. Pour les brûleurs de moins de 300 kW, le prébalayage peut se faire par tirage naturel vers la cheminée, avec une durée minimale de 5 secondes. •

Préallumage : simultanément mise sous tension du transformateur.

•

Mise à feu : quelques secondes après, ouverture de l'électrovanne du fioul.


Page50


•

Post-allumage : pour permettre à la flamme de se stabiliser, l'étincelle est

maintenue un court instant après l'apparition de la flamme. •

Régime de fonctionnement : après l'apparition de la flamme, mise hors

tension du circuit d'allumage. •

Ar rêt : dès satisfaction des besoins calorifiques, arrêt du brûleur par mise hors

tension du moteur du ventilateur et de l'électrovanne. Pour automatiser ces opérations, il faut un moyen fiable pour chronométrer la durée des séquences, qui doivent se répéter fidèlement pendant des années. Les coffrets actuels comportent tous une période de pré et post-allumage. Pour les grosses puissances, il y a en plus une préventilation. II.3.3.1-

Différent s allur es de brû leur s :

Selon leur mode de marche, on répertorie 4 modes de fonctionnement des brûleurs fuel : •

en tout ou rien :

•

en 2 all ures,

•

en tout ou peu progressi vement,

•

en modulation.


Page51


III. ETUDES DE L ’ EXISTANT


Page52


III.1-

LA CHAUDIERE DE LA SOCIETE CODAL

III.1.1- LES CARACTERISTIQUES DE LA CHAUDIERE A TUBES D’EAU DE CODAL III.1.1.1-

Caract érist iqu es de la chaud ière à tu bes d’eau de CODAL : 1.1- .Description générale:

Elle se compose d’un corps cylindrique vertical à l’intérieur duquel se trouve un foyer, terminé à sa partie supérieure par une plaque tubulaire. Cette plaque porte en son centre un tube de « cheminée » débouchant à sonextrémité du corps et se trouve percée d’orifices légèrement coniques dans lesquels sont emmanchées des tubes borgnes qui pendent dans le foyer. Dans ces derniers tubes dites tubes « Field », est suspendue un autre tube de petit diamètre ou tube directeur, ouvert aux deux extrémités et dont l’extrémité inférieure ne touche pas le fond du tube.


Page53


1.2- Description technique : 2.a. 2.a.

La ch audière :

Type

Chaudière à tubes d’eau verticale FIELD

Installation

Fixe

Volume

2,25 m 3

Nature du fluide

Vapeur d’eau saturée humide

Timbre

6 bars

Pression effective

4 bars

Surface de chauffe

44 m 2

Température de service

134°C

Production

1 tonne/ heure

Tableau III-1 III-1 Desc Desc rip ti on d e la chaudi ère FIELD FIELD de la sociét é CODAL CODAL

2.b. 2.b.

Les tubes d’eau :

Caractéristiques

Acier étiré sans soudure

Confection

Par soudure

Diamètre

50x60 mm

Nombres

124 unités

Tableau III-2 Description des tubes d’eau.


Page54


2.c. 2.c.

Le brûl eur :

Le brûleur de la chaudière présente les caractéristiques techniques suivantes :

BRULEUR FRANCIA FP 90 MOTEUR

Ventilé 2 CV triphasé 220/380 V

COFFRET DE CONTROLE

Programmateur Elesta (FW 39 A 22)

TRANSFORMATEUR TRANSFO RMATEUR D’ALLUMAGE

220 V – 5000V à 7000V

CONTACTEUR CONTACT EUR MOTEUR

PETERCEM x 16 220 Volts

MOTEUR REDUCTEUR

Commande volet d’air CROUZET

POMPE

M 15 RR 10 bars

CONSOMMATION CONSOMMATI ON MOYENNE

400 L/ jour

Tableau Tableau IIIIII-3 3 Tableau Tableau descript if du b rûl eur


Page55


III.1.2- LE FONCTIONNEMENT GENERAL D’UNE CHAUDIERE A TUBES D’EAU FIELD : III.1 III.1.2 .2.1 .1--

L’i nst allatio n :

Ce schéma illustre la disposition actuelle de l’installation : Figure 28L’install ation de la chaudi ère de COD CODAL, AL,


Page56


Figure 29 Etapes de fonct ionnement d e la chaudière Ouverture vanne d’alimentation en eau de la JIRAMA

Appoint en eau de la bâche

Non

Oui

Niveau bâche haut atteint

Arrêt automatique de l’appoint en eau ET Mise en marche de la pompe

Purge de la chaudière Remplissage de la chaudière Non

Oui

Niveau Chaudière haut

Arrêt automatique pompe alimentaire Chauffage de l’eau dans la chaudière Non Niveau de pression effective atteint

Oui

Arrêt automatique chauffage et Ouverture vanne de distribution de la vapeur Distribution de la vapeur dans lesréseaux

Retour des condensats


Page57


III.1.3- MAINTENANCE DE LA CHAUDIERE : III.1.3.1-

Organig ramme de la maint enance actuell e :

La maintenance au sein de l’entreprise est organisée de la manière suivante :

Figure 30 Organigramme de la maintenance.


Page58


III.1.3.2-

Docum ents assoc ié à la maint enance de la chaudière :

Les documents techniques propres à la chaudière n’ont pas été trouvés car la chaudière est de fabrication ancienne il y a aussi d’autre part les changements au niveau du personnel dans le service maintenance. Malgré cela le personnel de maintenance a établi un dossier

qui intègre les

caractéristiques de la chaudière. Il contient : 

Une image de la chaudière ;



Les caractéristiques générales de la chaudière :



Un schéma du circuit d’allumage ;



Une description générale des composants ;



Les types de maintenance appliquée à la chaudière ;



Les caractéristiques techniques des tubes d’eau donnée par tests de contrôle exécuté par une entreprise sous-traitant (BATPRO) ;



Une description de la maintenance de la chaudière ;



Un schéma de la disposition des tubes dans la chaudière ;



Des notes sur le suivi du niveau de gasoil.


Page59


Travaux de maintenance Matériel

Tâches

Purge

Périodes

Opérateurs

Moment

Agent de maintenance

Pendant la marche

Agent de maintenance de CODAL contrôlé par agent étranger de la société.

En dehors des périodes de production


Au moment de la marche

Par heure

Vérification fuites ; Vérification vannes

chaudière

Vérification fonctionnement flotteur, Révision générale

Semestrielle

Ponçage et nettoyage des tuyauteries Vérification flamme Vérification et enregistrement du niveau de gasoil

brûleur

Purge et nettoyage du décanteur ;

Permanent

hebdomadaire

Lors panne

Agent de production

d’une

Ponçage et annuelle peinte des parois de réservoirs et des tuyauteries Tableau III-4Tableau des t âches de main tenance de la ch audièr e actuell e.


Page60


IV. PROPOSITION DE PLAN DE MAINTENANCE RELATIVE A LA CHAUDIERE


Page61


IV.1-

LES ACTIVITES DE

MAINTENANCE GENERALE DE LA CHAUDIERE

IV.1.1- BUT DE LA MAINTENANCE D’UNE CHAUDIERE : La maintenance de la chaudière a pour but : •

d’assurer la sécurité de l’installation et du personnel ;

•

d’assurer un fonctionnement sans défaut

•

d’augmenter la durée de service de l’installation car une chaudière entretenue permet de réduire sa consommation de 8 à 12% alors qu’une chaudière mal entretenue élève jusqu’à cinq fois plus de pannes qu’une chaudière normale et sa durée de vie décroît de moitié ;

•

de suivre les réglementations.

IV.1.2- LE DOSSIER TECHNIQUE : Les dossiers techniques des machines sont très pauvres, seules quelques informations ont été enregistrées auprès du personnel de l’entreprise. Tout de même, ces informations recueillies nous permettent d’élaborer un plan de maintenance préventive.

IV.1.3- LE DOSSIER MACHINE : La chaudière possède peu de documents relatifs à l’installation. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page62


IV.1.3.1-

Fréquence d’ent reti en :

Selon la périodicité du travail d’entretien, on distingue : •

Les entretiens journaliers : J;

•

Hebdomadaires : H;

•

Mensuels : M;

•

Trimestriels : T;

•

Semestriels : S;

•

An nu els : A.

1.1- Entretiens journaliers : 1.a.

Sur le brû leur :

Nettoyage de : 

Des systèmes d’atomisation,



La cellule photoélectrique,



L’électrode d’allumage. a. Sur le circuit du gasoil :

Vérification des fuites b. Sur ce cir cuit d’eau :

Vérification des fuites ; Graissage des pompes d’alimentations. Sur le circuit de contrôle et de sécurité. c. Sur le circ uit de contr ôle et de sécurit é :

Contrôle de la sécurité contre le manque d’eau ; Contrôle contre le manque d’air. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page63


1.b.

Entretiens mensuels :

a. Sur le brûl eur :

Vérification du bon fonctionnement. Contrôle des fuites. b. Sur les pompes:

Vérification du bon fonctionnement (bruit, sens de rotation, ventilation, etc. ...) c. Sur les dispositi fs de régulation : 

Examen visuel général ;



Contrôle des réglages ;



Contrôle et réglage des horloges. d. Sur l’armoire et le coff ret de comm ande

Examen visuel général. 1.c.

Entretien tri mestriel :

a. Sur la chaudière :

Relevé des températures de fumée et départ/ retour d’eau ; Analyse des fumées ; Mesure de rendement. b. Sur le brûl eur :

Entretien général comprenant : Nettoyage des filtres ; Nettoyage et réglage du gicleur et électrodes ; Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page64


Contrôle et régulation ; Réglage des débits d’air de combustion ; Vérification des appareils de sécurité ; Vérification des dispositifs d’allumage ; Contrôle des pressions ; Contrôle de la teneur en CO, CO 2 ; Contrôle de la température des fumées. c. Sur les pompes :

Mesure des pressions d’aspiration et de refoulement et comparaison aux précédentes ; Examen de l’état des manchons élastiques ; Mesure de l’intensité absorbée et de la tension d’alimentation du moteur. d. Sur les dispositi fs de régulation :

Contrôle de fonctionnement par action des potentiomètres ; Contrôle des appareils d’indication des valeurs limites ; Contrôle des appareils de signalisation et de sécurité (pressostat, flotteurs) ; e. Sur l’armoir e et le coffret de comm ande :

Contrôle des lampes de signalisation et remplacement si nécessaire ; Contrôle des alarmes et report d’alarme ; Vérification des relais thermiques, relais temporisés, organes de coupure, etc. ... f. Sur les robi netteries et vannes :

Serrage et réfection des presse-étoupe. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page65


1.d.

Entretien semestriel :

a. Sur les robinetteri es et vannes :

Vérification visuelle générale ; Manœuvre d’ouverture et de fermeture. 1.e.

Entr etien annuel :

a. Sur la chaudière :

Nettoyage et ramonage du foyer et des parois. b. Sur les pompes :

Dépoussiérage, contrôle et resserrage des connexions (plaque à bornes). c. Sur les dispositi fs de régulation :

Contrôle d’étanchéité des vannes. d. Sur l’armoir e et le coffret de comm ande :

Dépoussiérage ; Nettoyage des contacts et entrefers ; Contrôle d’isolement ; Essai mécanique des disjoncteurs ; Vérification de la tenue de terre. e. Sur les robinetteri es et vannes :

Examen des disconnecteurs ; Nettoyage et peinture. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion Vialà RAZAFINDRAIBE

Page66


1.f.Révisi on générale de l a chaud ière :

Il s’agit ici : 

de repérer les pièces, les sous ensembles ou ensembles de pièces pouvant provoquer une panne qui déstabilise la chaudière entière ;



de vérifier le bon fonctionnement des organes et circuits électriques ;



de procéder au nettoyage de l’intérieur de la chaudière (ramonage des tubes, détartrage ...) a. Ramonage des tub es

Il est nécessaire de nettoyer la partie extérieure du tube qui est en contact avec la fumée. Le ramonage a pour but d’améliorer l’échange calorifique entre le tube et l’eau. b. Détartrage :

Les tartres entraînent la mise hors service des équipements de sécurité (flotteur, limiteur de pression, ...) Détartrage : Nettoy age acide :

Ce mode de détartrage est conseillé, vu que l’épaisseur du tartre est déjà importante. Opératio ns pr éalables : 

Démontage de tous les accessoires (robinet soupapes, niveau d’eau, ...) ;



Boucher tous les orifices par brides fermées ;



Prévoir des tamis à différentes mailles ;



Prévoir une bâche dont le volume total est environ deux fois celui de la chaudière.


Page67


Mode opératoire :

Traitement préalable pendant une douzaine d’heures avec du carbonate de Sodium Na2CO3 : 6,6g/l sous pression atmosphérique avec circulation de la solution ; Vidange de la bâche avec de la concentration en Na 2CO3 ; Détartrage des carbonates de Ca, Mg et dépôts siliceux : o

Solution d’Acide chlorhydrique (HCl) et de fluorure de Sodium plus un inhibiteur (métasolicate de Sodium) à 60 mg/l ; 10% de HCl ; 8% de NaF ;

o

Introduction par le trou d’homme de la solution acide à température modérée (60 à 70°C) ;

o

Il faut faire circuler le produit de nettoyage pendant une heure environ. c. Réparation des vannes et tuyauteries :

Dans le circ uit d ’eau :

On doit procéder à la réparation des fuites ;cela évite une perte sur le débit d’aspiration ou de refoulement d’eau. Dans le circ uit d e vapeur :

Les fuites au niveau des vannes et des conduites de vapeur, devraient être éliminées pour éviter les pertes inutiles.


Page68


IV.2-

LES DOCUMENTS DE MAINTENANCE IV.2.1- ELABORATION :

Le planning de la maintenance est un programme dans lequel le travail est décomposé en plusieurs tâches élémentaires. Ces tâches seront représentées dans un tableau avec leur périodicité.

IV.2.2- ORGANISATION : Pour appliquer cette maintenance, il est nécessaire de : 

Mettre en place des fiches de maintenance ;



Former les ouvriers ; o

Sur le plan technique général,

o

Sur la maintenance de la chaudière en particulier,

o

Sur l’utilisation éventuelle de ces fiches. IV.2.2.1-

Mise en place de dif férentes fi ches de maintenance :

1.1- Les fiches de maintenance :

Ces fiches sont d’une grande importance car elles permettent de suivre l’évolution de l’état de la chaudière et ainsi permettre son amélioration générale : 

Historique des pannes et des interventions



Processus de visite préventive



Rapport d’intervention


Page69


1.2- Usage des fiches : 2.a.

Histor ique des pannes :

Cette fiche contient les informations techniques sur les précédentes pannes de la chaudière ainsi que les interventions effectuées pour remettre l’installation en état. Le technicien qui se chargera de la maintenance pourra voir cet historique et mieux gérer les pannes répétitives. Normalement cette fiche est attribuée aux appareils ou organesnécessitant un suivi détaillée pour faciliter les prochaines interventions ainsi que contrôler les variations divers de son fonctionnement. Elle est rédige a chaque intervention après une panne par l’intervenant(e) et se répertorie avec le dossier technique de l’appareil. 2.b.

Processus de visi te préventive :

Ce processus procure les opérations à effectuer ainsi que des outillages nécessaires pour la visite ; elle permet ainsi d’accélérer le travail de l’opérateur en lui évitant toutes pertes de temps due à la détermination des outillages nécessaires. Elle est rédigée par un agent spécialisé ou expérimenté de la société et peut être utilise par tout les agents de maintenance. Cette fiche peut être accompagnée, dans certains cas, d’une gamme d’intervention décrivant en détails les étapes de l’intervention à faire. 2.c.

Résul tat de visi te préventive :

Cette fiche présente les différentes anomalies constatées sur la chaudière, les réglages effectués et les travaux à effectuer selon la situation. Elles sont rédigés afin d’observer l’évolution de l’état d’un matériel ou d’un ensemble. Son usage s’applique lors de visite générales. La maintenance conditionnelle se sert de ces données afin d’ordonner ses activités.


Page70


2.d.

Rappor t d’in tervention :

Ce rapport permet de révéler les défauts constatés sur le circuit ou sur la machine, les causes, les réparations effectuées, les outillages horsstandards utilisés ainsi que les différentes remarques sur l’intervention. IV.2.2.2-

Formati ons ouv rièr es :

La formation ouvrière est très importante pour la maintenance de la chaudière. Ces ouvriers doivent avoir une notion de base solide sur la chaudière et la maintenance, et une formation sur l’utilisation des différentes fiches de maintenance. Cette formation sur l’utilisation des différentes fiches de maintenance. Cette formation conduira à l’amélioration de la qualité de service de maintenance ainsi qu’à l’augmentation du taux de disponibilité.


Page71


CONCLUSION

En fin de rapport les activités de maintenance sont rendues plus efficientes par l’utilisation de documentations techniques établies après une étude de l’installation. Les rôles et missions de la maintenance industrielle ont été‘ présentés en premier lieu comme de s’assurer de la disponibilité du bien, de la sécurité des biens matériels et humainset la mise en application des réglementations en vigueur. Il dispose pour arriver à ces fins de différents moyens et des techniques bien coordonnées. La chaudière a premièrement été décrite comme une installation fournissant de la vapeur en grande quantité limitée par les caractéristiques d’utilisation. Cette vapeur, obtenue par chauffage de l’eau dans un récipient, sera distribuée par des réseaux de tuyauteries et se termine dans les sites d’utilisation. Le bruleur est le système qui fournit la chaleur par combustion du gasoil pulvérisé et mélangé avec l’air. Lesactivités de maintenance sont surtout composées de la révision générale de l’installation et des opérations de vérifications, de contrôle et de réglages. Ces activités seront rassemblées selon leur moment de réalisation dans des documents de planning de maintenance qui ordonnera chaque opération de maintenance à leur fréquence de mise en œuvre. Selon la nature des activités, des fiches de maintenance seront rédigées en avant, pendant ou après les taches. On y décrira le déroulement des interventions et l’état de l’installation. Par manque d’informations et de temps on n’a pas pu faire une étude plus élargie sur les causes des défaillances et de la baisse de l’efficacité de l’installation c’est-à-dire du rendement. Néanmoins, cette étude permet de gérer les défaillances considérées comme les plus importantes de la chaudière.


Page72


V. ANNEXES

Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel et Maintenance-20ème promotion

a1


V.1-

LISTE DES ANNEXES

Annexe A La Chaudière à tubes d’eau de CODAL.

a3

Annexe B Un brûleur FRANCIA FP 90.

a4

Annexe C Planning de maintenance de la chaudière.

a5

Annexe D Planning de maintenance du bruleur

a6

Annexe E Planning de maintenance de la pompe

a7

Annexe F Planning de maintenance de l’armoire électrique

a8

Annexe G Planning de maintenance attribué aux robinetteries et vannes.

a9

Annexe H Planning de maintenance des appareillages de régulation.

a10

Annexe I Fiche de Processus de visite préventive.

a11

Annexe J Fiche de rapport d’intervention.

a12

Annexe K Historique des pannes

a13

Annexe L Déroulement de la formation.


a14

a2


V.2-

L’INSTALLATION

An nexe A La Chaudi ère à t ub es d’ eau de CODAL. Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel et Maintenance-20ème promotion

a3


An nexe B Un br ûl eur FRANCIA FP 90.


a4


V.3-

LES ACTIVITES

DE MAINTENANCE J = Journalier

M=Mensuel

T=Trimestriel

A =Annuel

H=Hebdomadaire

B =Bimensuel

S=Semestriel

C=Conditionnel

CHAUDIERE NATURES DES OPERATIONS

FREQUENCES

J

H

M

B

T

S

A

C

X

Purge de la chaudière Vérification générale visuelle

X

Relevé des températures

X

An alys e des fumées

X

Mesure de rendement

X

Nettoyage et ramonage du foyer et des foyers et des parois

Visite intérieure

X

X

An nexe C Pl anni ng de mai nt enanc e de la chaud ière.


a5


An nexe D Pl anni ng de mai nt enance du br ul eur

B R U L E U R NATURE DES OPERATIONS

FREQUENCE J

Contrôle du fonctionnement

bon

H

M

B

T

S

A

X X

Contrôle des fuites

X

Remplacements des joints Entretien général •

Nettoyage des filtres

X

Nettoyage et réglages du gicleur et électrodes

•

•

•

•

•

•

•

Contrôle des débits d’air de combustion Vérification des appareils de sécurité Vérification des dispositifs d’allumage Contrôle pressions

des

Contrôle de la teneur en CO, CO2 Contrôle de température fumées

SB

la des


a6


X

Nettoyage et peinture extérieure

POMPES NATURE DES OPERATIONS

FREQUENCE J

Contrôle du bon fonctionnement Mesure des pressions d’aspiration et d e refoulement et comparaison aux précédents

H

M

B

T

S

A

SB

X

X

Examen de l’état des manchons élastiques Dépoussiérage, contr ôle et resserr age des connexions (plaques à bornes)

X

X

Netto yage et protection antirouille, peinture

X

Purge du corps de pompe

X

An nexe E Pl anni ng de mainten anc e de la pom pe


a7


An nex e F Pl ann ing de mai nt enanc e de l ’arm oi re élect ri qu e

ARMOIRE EL ECTRIQUE NATURE DES OPERATIONS

FREQUENCE J

H

M

B

T

S

A

SB

X

Examen visuel général Contrôle des lampes de signalisation et remplacements s i nécessaire Contrôle des alarmes et report d’alarme

X

X

Dépoussiérage

X Netto yage des contacts et entrefers

X X

Resserr age des connexions et des fixations Vérific ation des relais th ermiques, relais tempori sés, organes de coupure,

X

Contrôle d’isolement

X

Essai mécanique des disjoncteurs

X

Vérification de la tenue de terre

X


a8


ROBINETTERIE ET VANNES FREQUENCE NATURE DES OPERATIONS

J

M

B

T

S

Contrôle vis uelle générale

X

Manœuvre d’ouverture

X

Serrage et réfectio n des presse-étoupe

A

SB

X

Netto yage et protection antirouille, peinture

X

Examen des disconnecteurs

X

An nexe G Pl anni ng de mainten anc e attri bu é aux robi net teries et van nes.


a9


REGULATION FREQUENCE NATURE DES OPERATIONS

J

H

M

Contrôle vis uelle générale

X

Contrôle des réglages

X

B

T

Contrôle de fonct ionnement par action des potentiomètres

X

Contrôle des appareils d’indication de valeurs l imites

X

S

X

Contrôle des appareils de signalisation et de sécurité Contrôle et réglage des horloges

A

X

Contrôle d’étanchéité des sièges de vannes

X

An nexe H Pl anni ng de mai nt enance des app areillages de régul ation .


a10

SB


V.4-

FICHES DE MAINTENANCE

PROCESSUS DE VISITE PREVENTIVE MATERIEL

MARQUE

DOCUMENT

.............................................

...............................................

...........................................

OBJET :...................................................................................................................................... N°

OPERATIONS A EFFECTUER

OUTILLAGE

An nexe I Fi che de Pro cessus de vi site pr évent ive.


a11


BT N°

RAPPORT D’INTERVENTION

…………

Noms : ………………………………………… …………………………………………………... MATERIEL ……………………

MARQUE

TYPE

……………………

……………………

PARC

N°……

Défauts constates ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Causes ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Réparations effectuées ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Outillages utilisées ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Conclusion de l’’intervention ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Durée de l’intervention ………… h ……….min

Début ……..h……….min

An nexe J Fiche de rapp ort d’i nt erven tion.


a12


An nex e HISTORQUE DES PANNES ET DES INTERVENTIONS

EQUIPEMENT DATES

MARQUE

BT N°

d’entretien

PARC

Méthodes d’entretien Désignation des travaux exécutés

Méthodes

TYPE

1. Dépannage 2. réparation

1 2

3

4

5

6

Heures d’arrêt machine

u . c u a r a l e e n d c e E P y H M

a13

Historique

N° …….

Temps passé

3. entretien de conduite 4. entretien préventif conditionnel


K

des

Coût s l e a g t O a . l o l i T M t u O

5. entretien systématique 6. améliorations

pannes l a t o T


Formations

Contenu

Cours théorique sur le fonctionnement de la chaudière Formateur

Supports de cours

Responsable technique de l’atelier

FORMATION SUR LE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIERE

Documents techniques

Niveau attendu Reconnaître les différentes parties de la chaudière et leur rôle.

Sources bibliographiques divers

Interventions pratique sur la chaudière Evaluateur

déroulement

Compétence attendu


Assistance d’un agent au cours d’une intervention.

Exécuter les différentes tâches de maintenance liée à la chaudière

EXAMEN : Un examen théori que et prati que sera effectué en fin de formation

Instructions sur la maintenance spécifique a la chaudière Formateur

FORMATION SUR LA MAINTENANCE

Supports de cours

Responsable technique de l’atelier

Documents techniques Sources bibliographiques divers

Niveau attendu Reconnaître les différents documents de maintenance et leur utilisation. Pouvoir effectuer les interventions de maintenance spécifique a la chaudière

EXAMEN : Un examen théoriqu e et pr atique sera effectué en fin de for mation

An nexe L Déroul ement de la for mat ion . Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel et Maintenance-20ème promotion

Annexe 14


REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1]

Sitraka RABEKIJANA « Etude et élaboration d ’une docum entation techni que pour la maintenance de la chaudière » , Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme de technicien Supérieur en Maintenance Industrielle Promotion Fy 2009.

[2]

Marie-Noël le DUMONT «Simulation et Aide au Dimensionnement des Chaudières de Récupération » Travail présenté pour l’obtention du grade de Docteur en Science de l’Ingénieur, Département de chimie Appliquée, Faculté des Sciences Appliquées .

[3]

Energie Mines et ressour ces Canada « Appareillages de chaufferie » ; Série de la Gestion de l’Energie.

[4]

S. Poncet “Cours de thermodynamique” IUT de Marseille, départementGénie Thermique et Energie: année201314.

[5]

Monsi eur Romuald RANDRIANARIVONY. « Prod ucti on de la vapeur », Cours faisant partie d’une unité d’enseignement de la Formation Initiale en Maintenance Industrielle a l’IST, Deuxième année2013,

Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion


La date du 14 Octobre 2013 http://www.codal-madagascar.com

http://www.energieplus-lesite.be La date du 15 Octobre 2013 http://fr.wikiversity.org/wiki/Changements_d%27%C3%A9tats/Vaporisation_et_condensat ion

Site webd’innovatherm.

Rapport de stage de fin d’études-Génie Industriel en Maintenance-20ème promotion

« E TUDE

DE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIERE A

TUBES D’EAU ET ELABORATION D ’UNPLAN DE

MAINTENANCE GENERALE »

RESUME : La maintenance d’un matériel tel la chaudière qui est le principal fourniss eur de chaleur dans la production doit faire l’objet d’une documentation technique. L’établissement d’uneliste ordonnée d’intervention de maintenancede cette chaudièrea été précédée d’ une étudedu fon cti onnement de cette inst allation, du brûl eur et une documentation sur les bases de la maintenance industr ielle. Les différentes fiches de maintenance nécessaires au bon déroulement des interventions et au suivi de l’état des équipements seront trouvées dans ce rappor t à titr e d’annexes. Ce document sera à la disposition du service maintenance de la sociétéet sera compri se dans la documentation d e la chaudière.

Génie Industriel enMaintenance

Mots-clés : Brûleur, chaleur, chaudière,

documentation, intervention, Maintenance industrielle.

ETUDE DE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIERE A TUBES D’EAU ET ELABORATION D’UN PLAN DE MAINTENANCE GENERALE

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