Analyse de données pour l'industrie de l'eau
MECO smartANALYTICS™est un outil de profilage et d'analyse des données qui connecte et analyse les données des usines de purification de l'eau afin d'améliorer l'efficacité et la fiabilité opérationnelles. Les données collectées sont profilées par rapport aux normes de conception et à d'autres usines sur le terrain. MECO smartANALYTICS™permet aux ingénieurs de MECO de recommander les meilleures pratiques opérationnelles pour s'assurer que chaque usine fonctionne de la manière la plus efficace et la plus avantageuse en termes de coûts.
George V. Gsell est le président de Mechanical Equipment Company (MECO), l'un des principaux fabricants d'équipements techniques pour la purification de l'eau. L'entreprise a 90 ans d'histoire et une large base de produits pour le dessalement et la purification de l'eau. M. Gsell nous fait part de ses réflexions sur MECO smartANALYTICS™, le Big Data et l'eau.
Le big data et l'IoT sont appliqués sur les pompes, les compteurs d'eau et d'autres composants industriels. MECO a investi dans l'analytique pour les systèmes d'eau. Pourquoi ? Quel impact l'application du big data peut-elle avoir sur la purification de l'eau ?
Le big data permet notamment de garantir la fiabilité et la qualité de l'approvisionnement en eau. Je suppose que la plupart des gens pensent à l'eau du robinet de leur municipalité lorsqu'il est question de purification de l'eau. Certes, l'eau du robinet est une ressource importante, mais dans toute l'industrie, la purification de l'eau provenant de sources non traditionnelles et destinée à d'autres usages est exceptionnellement importante. Dans certains cas, l'eau du robinet n'est pas disponible ou sa qualité est insuffisante. Par exemple, si vous étiez sur un navire de la marine ou une plate-forme pétrolière offshore, entourés par l'océan, vous sauriez que les usines de dessalement situées sous le pont sont essentielles non seulement pour l'approvisionnement en eau potable de l'équipage, mais aussi pour les systèmes d'exploitation du navire, qui exigent un niveau de pureté très élevé. La logistique des services de base devient beaucoup plus difficile, et l'approvisionnement en eau douce ne va pas de soi. Un autre exemple est la fabrication de médicaments vitaux dans l'industrie biopharmaceutique, où l'eau ultra-pure est l'ingrédient principal. Dans ces applications et industries, telles que la production d'énergie, l'alimentation et les boissons, l'eau est considérée comme un élément essentiel. Sa qualité et la fiabilité de son approvisionnement sont d'une importance vitale. L'eau est purifiée par des machines ou des systèmes, et il n'y a pas d'alternative facilement disponible. Une défaillance dans l'approvisionnement ou la qualité de l'eau peut avoir des conséquences importantes.
Quels sont les facteurs qui influencent la fiabilité d'un système et qui peuvent entraîner des problèmes de disponibilité ou de qualité ?
Les machines et les systèmes utilisés pour produire de l'eau peuvent être complexes et nombre d'entre eux fonctionnent dans des conditions difficiles. Quel que soit le procédé utilisé, les systèmes de purification de l'eau destinés à diverses industries nécessitent l'utilisation de matériaux coûteux, tels que des membranes spécialisées, des aciers inoxydables de qualité supérieure, du titane et d'autres alliages. Pendant leur fonctionnement, les machines sont soumises à l'encrassement dû aux matières colloïdales et organiques contenues dans l'eau brute, ainsi qu'à l'entartrage dû aux minéraux. L'eau brute est normalement concentrée et parfois évaporée à des températures élevées. Des nettoyages sont souvent nécessaires et peuvent utiliser des acides, des caustiques, des détergents ou des oxydants, qui sont tous préjudiciables à l'équipement au fil du temps et peuvent avoir un impact sur l'environnement. La corrosion, la maintenance et les temps d'arrêt sont des problèmes à résoudre. Une maintenance de routine est nécessaire et le big data nous aidera idéalement à prévoir et à répondre aux besoins de nos clients au lieu de réagir à un appel téléphonique ou à un courriel.
Différentes techniques sont utilisées pour fabriquer de l'eau pure. Des membranes sous haute pression sont parfois utilisées, et dans d'autres applications, des évaporateurs, des unités d'échange d'ions ou des filtres à particules sont les principaux composants. Chaque procédé utilise également une série d'éléments auxiliaires essentiels, tels que des pompes à haute pression, des dispositifs de récupération d'énergie, des compresseurs, des systèmes d'injection de produits chimiques, des pompes de transfert, des vannes, des contrôleurs logiques programmables (PLC) et d'autres composants. Un problème avec l'un des éléments auxiliaires entraîne souvent un problème à l'échelle du système, qui peut être le précurseur d'un problème plus grave lié à la qualité de l'eau ou à la fiabilité du système. L'acquisition de données est parfois utilisée pour la surveillance de routine et l'analyse des tendances. Dans ce cas, la surveillance et l'intervention de l'opérateur sont généralement très importantes. Les écarts par rapport aux conditions normales de fonctionnement génèrent des alarmes qui entraînent parfois un arrêt de l'installation. L'analyse des données offre un moyen plus proactif d'exploiter un réseau d'eau de la meilleure manière possible. Nous examinons d'importantes quantités de données pour détecter les petits changements qui sont révélateurs d'un problème futur.
La terminologie de MECO pour l'application du big data est smartANALYTICS™. Cela a-t-il une signification ou est-il similaire à d'autres applications de composants que nous venons de mentionner ?
Notre application n'est pas celle d'un composant mais d'un système composé de nombreux composants. La compréhension, non seulement du fonctionnement des composants, mais aussi de l'interaction entre ces composants et le système dans son ensemble, est la clé de smartANALYTICS™. Nous avons des conceptions de systèmes standard, donc être capable de cartographier et de refléter la performance réelle d'un système par rapport à ses critères de conception et à notre expérience avec d'autres systèmes similaires nous aide, nous et le client, à nous informer.
Outre la fiabilité et la qualité, quelles " autres choses " que vous avez référencées le big data et MECO smartANALYTICS™peuvent-ils impacter ?
L'efficacité opérationnelle est un domaine sur lequel nous nous concentrons, car les coûts d'exploitation de la purification de l'eau sont plus importants que le coût initial de l'usine. La durabilité est un autre domaine dans lequel nous espérons avoir un impact. L'interaction avec les clients est également importante. Grâce aux analyses, aux rapports et au dialogue, nous avons un lien plus fort et un partage des connaissances avec nos clients sur la base de données et d'expériences.
Pouvez-vous nous donner un exemple de la façon dont smartANALYTICS™est utilisé sur les usines d'eau MECO ?
Aujourd'hui, nos paramètres de conception détaillés sont bien documentés. L'analyse des données d'exploitation par rapport à ces informations de conception peut permettre de détecter les problèmes avant qu'ils ne surviennent. Par exemple, un système intelligent connaît la consommation d'énergie d'un moteur ainsi que sa vitesse, sa tension, son ampérage, sa température et son niveau de vibration. Plus important encore, un système intelligent sait ce que ces paramètres devraient être dans différentes conditions. Ils peuvent être profilés par rapport à la conception et à d'autres systèmes similaires sur le terrain, de sorte que les anomalies peuvent être identifiées et diagnostiquées. Une détection précoce permet d'éviter des interruptions imprévues plus coûteuses et de prolonger la durée de vie de l'installation jusqu'à ce que la maintenance puisse être programmée.
Nous connaissons également la pression différentielle et la fréquence de régénération attendues d'un élément filtrant particulier en fonction de certaines conditions d'eau brute et de nos paramètres de conception. Un écart par rapport aux performances attendues peut être dû à un changement dans l'alimentation en eau brute, ou peut indiquer un problème de qualité ou de quantité d'un produit chimique injecté en amont. En règle générale, un système de purification de l'eau comporte de multiples opérations unitaires et il incombe à l'opérateur de veiller à ce qu'elles fonctionnent toutes correctement pour que le système soit efficace. Nous nous concentrons exclusivement sur la purification de l'eau. C'est tout ce que nous faisons. Cela signifie que nous pouvons fournir une expertise et des services à nos clients de manière efficace.
Quel est l'impact de smartANALYTICS™sur les besoins en main d'œuvre et pensez-vous qu'il remplace le besoin d'opérateurs ?
La marine américaine, par l'intermédiaire de l'Office of Naval Research, a financé des programmes de développement de systèmes avancés de dessalement à bord des navires qui, idéalement, utiliseront l'analyse de données pour soutenir le fonctionnement autonome des systèmes de dessalement à bord des navires. L'objectif est de réduire considérablement l'implication du marin dans le fonctionnement de l'unité de dessalement et d'éliminer la maintenance associée à l'équipement pendant le déploiement. Bien que cet objectif semble raisonnable, il n'est pas facile à atteindre compte tenu des paramètres et des contraintes d'exploitation à bord d'un navire de la marine et des rigueurs du dessalement de l'eau de mer. Nous n'avons pas réussi à réduire l'intervention normale de l'opérateur, mais il est certain qu'un jour nous espérons avoir un impact. Les attentes actuelles pour les applications industrielles, du point de vue de MECO, sont que nous puissions être prédictifs afin de planifier la charge de travail et d'être plus réactifs aux besoins au lieu d'être réactifs.
Comment la participation de MECO contribue-t-elle au fonctionnement des usines ?
En tant que fabricant du système, nous disposons des connaissances et de l'expertise en interne pour les opérations de routine, y compris une connaissance pratique de la chimie de l'eau et des fonctions spécifiques de l'unité. Même si nous n'avons pas fabriqué le système, nous sommes en mesure de compléter les équipes internes qui sont peut-être à bout de souffle ou qui souffrent d'une certaine rotation. La formation des opérateurs est l'une des façons dont nous avons transféré nos connaissances pour aider les utilisateurs de leurs systèmes. Notre expertise interne est dérivée d'une large base de systèmes installés, et nous pouvons utiliser cette base de données et d'expérience pour mieux servir les clients sur le fonctionnement des usines individuelles. De petites variations dans les données peuvent être inférieures à une limite d'alarme et passer inaperçues aux yeux d'un opérateur, mais l'écart peut correspondre à une variable connue du fabricant, qui a accès à une plus grande population d'usines.
MECO a fait la promotion de son programme smartANALYTICS™comme source d'amélioration en matière de durabilité. Pouvez-vous nous en dire plus à ce sujet ?
Nos clients maximisent-ils les taux de récupération de l'eau et minimisent-ils la consommation d'énergie de leurs usines ? Nous voulons prolonger la durée de vie des membranes jetables et réduire la consommation de produits chimiques utilisés pour les nettoyages. La récupération globale de l'eau et, par conséquent, la quantité d'eau rejetée dans les déchets au cours du processus de purification peuvent être fonction d'un certain nombre de facteurs, notamment la qualité de l'eau brute, la dégradation ou l'encrassement des membranes et des résines, les problèmes mécaniques ou d'autres questions. L'analyse des données peut être utilisée pour maximiser la récupération de l'eau là où elle pourrait autrement passer inaperçue et, par conséquent, réduire l'empreinte hydrique d'une installation. Des économies d'énergie et de maintenance peuvent être réalisées non seulement en augmentant la récupération de l'eau, mais aussi en prolongeant les opérations et en réduisant le nombre de démarrages et d'arrêts. Si nous pouvons améliorer les opérations de manière à consommer moins de filtres et de membranes, cela signifie moins de déchets pour l'environnement. Il en va de même pour la consommation de produits chimiques, qu'ils soient utilisés dans le cadre d'un fonctionnement normal ou de nettoyages de maintenance. Je pense que le partage des meilleures pratiques et des informations basées sur des données concrètes peut avoir un impact significatif sur les initiatives de développement durable. D'un point de vue environnemental, une usine de production d'eau a un impact relativement important par rapport à de nombreux autres processus industriels.
Enfin, pouvez-vous nous faire part de votre vision du big data en ce qui concerne la purification de l'eau à l'avenir ?
Les vendeurs au détail et les sociétés émettrices de cartes de crédit connaissent mes habitudes de consommation et utilisent ces données non seulement pour me vendre des produits susceptibles de m'intéresser, mais aussi pour me protéger contre le vol et la fraude. La technologie est là, et elle aura un impact significatif sur l'industrie de l'eau. Dans l'idéal, nous verrons l'analyse des données avoir un impact sur les problèmes plus vastes de l'eau que sont la pénurie, la contamination et la durabilité.