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1. Aperçu & Philosophie de Conception
Le Système de Surpression d’Oxygène est conçu avec précision pour convertir l’oxygène basse pression (3–6 bar) provenant de générateurs PSA/VPSA en sortie haute pression (jusqu’à 140 bar) pour le remplissage des bouteilles, entièrement par action pneumatique. En éliminant les entraînements électriques du circuit d’oxygène, il supprime intrinsèquement les sources d’inflammation, simplifie la certification pour le service de l’oxygène et réduit l’entretien associé aux moteurs et aux boîtes de vitesses. Les principes fondamentaux de conception incluent :
• Modularité & Scalabilité : Modules skid interchangeables — conditionnement d’air moteur, surpresseurs à double étage, intercooler, récepteurs, panneau de contrôle — connectés via des brides et colliers à libération rapide pour faciliter les mises à niveau sur site ou l’extension de capacité (par ex. ajout d’un troisième étage de surpresseur).
• Haute Fiabilité : Actionneurs pneumatiques et pistons de surpresseur conçus pour >1 million de cycles ; redondance des joints dynamiques ; soupapes de sécurité et clapets critiques sélectionnés selon MIL-STD-901D pour environnements soumis aux chocs/vibrations.
• Maintenabilité & Accessibilité : Baie de service frontale contenant filtres, soupapes et joints derrière une porte articulée. Tubulures pneumatiques codées par couleur avec raccords rapides réduisant le temps d’entretien à < 2 heures par service de routine.

2. Applications Détaillées
• Médical & Intervention d’Urgence :
  ▹ Remplissage Hospitalier en Gros : Capable de remplir 200 bouteilles de taille K en 8 heures à 140 bar.
  ▹ Unités Mobiles : Variante conteneur ISO combinant compresseur d’air diesel (groupe électrogène 150 kVA) et surpresseur d’oxygène pour un fonctionnement autonome en zones sinistrées.

• Gaz Industriels & Combustion :
  ▹ Découpe/Soudure Oxy-Carburant : Dosage précis de l’oxygène intégré via entrée analogique 4–20 mA au DCS de l’usine, réduisant la consommation de carburant jusqu’à 12%.
  ▹ Procédés d’Oxydation Avancés : Injection d’O2 haute pression dans les réacteurs catalytiques accélérant la dégradation des substances organiques récalcitrantes dans les eaux usées.

• Défense & Aérospatial :
  ▹ Bases Opérationnelles Avancées & Véhicules Blindés : Skid léger sur remorque (~900 kg) permettant le remplissage portable d’appareils respiratoires ; équipé de supports d’ancrage à libération rapide.
  ▹ Bancs & Chambres d’Essai : Fournit de l’oxygène haute pureté aux cellules d’essai de propulsion de missiles ; synchronisé avec les séquences d’allumage via des fonctions de temporisation PLC programmées en usine.

• Laboratoires de Recherche & d’Analyse :
  ▹ Stations de Sondes Cryogéniques : Maintient la pression d’oxygène à ±0,1 bar pour assurer la reproductibilité de la contraction thermique lors d’expériences en basse température.
  ▹ Instrumentation Analytique : Alimentation continue et sans pulsation d’oxygène pour FT-IR, GC/MS et réacteurs plasma nécessitant < 1 ppm de particules et d’huile.

3. Spécifications Techniques

  

    
Paramètre
    
Spécification
  
  

    
Pression d’entrée d’oxygène
    
3,5–6 bar (sortie PSA), nominal 4,3 bar ; protection contre les pointes transitoires jusqu’à 7 bar
  
  

    
Pression de l’air moteur
    
8,5 ± 0,2 bar à 380 SCFM (10,8 Nm³/min) ; qualité ISO 8573-1 Classe 2.4.2
  
  

    
Étages du surpresseur
    
Deux surpresseurs Haskel A-175X : Étape 1 (Ø25 mm × 30 mm), Étape 2 (Ø20 mm × 25 mm)
  
  

    
Pression & Refroidissement Inter-étage
    
40 bar nominal ; intercooler à tubes à ailettes 0,5 m² ; boucle glycol optionnelle pour > 40 °C
  
  

    
Pression de Décharge Max.
    
140 bar (réglage usine ; ajustable 120–140 bar) ; dépassement des transducteurs < 1 bar
  
  

    
Débit de Décharge
    
1 600 NLPM @ 20 bar ; 900 NLPM @ 100 bar ; 700 NLPM @ 140 bar
  
  

    
Volumes des Récepteurs
    
Air : 2 000 L @ 8,5 bar ; Oxygène : 47 L @ 140 bar ; certifié PED 2014/68/UE
  
  

    
Temps de Cycle & Débit
    
0,8 s aller, 0,8 s retour ; ~1,5 min pour remplir une bouteille de 50 L @ 140 bar
  
  

    
Matériaux – Parties en Contact
    
Acier inoxydable 316 L électropoli (Ra ≤ 0,4 µm) ; joints PTFE/NBR selon ISO 10497
  
  

    
Plage de Température de Fonctionnement
    
Système : 0–50 °C ; Ambiance : –20–60 °C ; verrouillage à T > 80 °C
  
  

    
Contrôle & IHM
    
PLC Siemens S7-1200 ; IHM TP700 7″ ; OPC UA, Modbus TCP, Ethernet/IP ; modem 4G optionnel
  
  

    
Précision des Instruments
    
Pression ±0,25 % FS ; Température PT100 ±0,1 °C ; Débit ±1%
  
  

    
Alimentation Électrique
    
230 VAC, 50 Hz, 16 A ; alimentation UPS pour la logique de contrôle
  
  

    
Dimensions & Masse
    
3,0 × 1,5 × 2,2 m ; skid sec 1 200 kg ; points d’ancrage M12
  
  

    
Niveau Sonore
    
< 75 dBA @ 1 m (enveloppement) ; < 65 dBA en enceinte acoustique complète
  
  

    
Certifications & Normes
    
CE/PED 2014/68/UE ; NFPA 99 ; ISO 7396-1 ; MIL-STD-810G ; CGA G-4.1
  


4. Transmission Pneumatique & Performance Thermodynamique
• Intégration du Moteur Pneumatique : Une vanne à tiroir étanche dirige l’air moteur à 8,5 bar vers le piston double effet ; liaison mécanique directe aux pistons du surpresseur, éliminant les boîtes de vitesses.  
• Rejet de Chaleur & Durée de Vie des Joints : Sortie de l’étage 1 ~60 °C ; pic de l’étage 2 ~90 °C. L’intercooler dissipe ~5 kW ; système glycol en boucle fermée optionnel pour environnements à haute température ambiante, préservant la durée de vie des joints.  
• Rendement de Compression : Rapport de compression air → oxygène ~35:1 ; consommation spécifique d’air ~5 Nm³ d’air moteur par Nm³ d’oxygène produit.  
• Contrôle des Pulsations : Réservoir tampon et amortisseur optionnel lissent les pulsations de pression à < 2 %, critique pour les procédés sensibles en aval.  

5. Instrumentation, Logique de Contrôle & Logiciel
• Fonctionnalités PLC :
1. Séquence de Démarrage : Purge du collecteur de remplissage → pré-remplissage à 30 bar → engagement du surpresseur.  
2. Remplissage Automatique : Arrêt au point de consigne ou détection de bouteille pleine ; commutation automatique du port du collecteur.  
3. Test de Fuite & Intégrité : Isolement de la sortie ; surveillance de la chute ≤ 0,5 bar sur 10 min ; enregistrement réussite/échec.  
4. Interverrouillages de Sécurité : Arrêt en sur-température (> 80 °C), perte d’air moteur, inhibition du démarrage si pression du récepteur basse.  

• Capacités de l’IHM :
  ▹ Graphiques en temps réel : pressions entrée/sortie, nombre de cycles, débit d’air moteur, température.  
  ▹ Réglage des paramètres : points de consigne de pression, temps de cycle, seuils de fuite.  
  ▹ Journal des Alarmes/Événements : horodaté, exportable via USB ou partage réseau.  

• Supervision à Distance : VPN sécurisé ; serveur OPC UA publie 200+ tags ; plugin MQTT pour analyse cloud ; alertes SMS/email via module 4G.

6. Matériaux & Protocoles de Propreté
• Préparation pour le Service Oxygène :
  ▹ Nettoyage ultrasonique, soufflage à l’azote haute pureté, cuisson sous vide ; test final d’étanchéité à l’hélium < 1×10−8 mbar·L/s.

• Finitions de Surface :
  ▹ Intérieur Ra ≤ 0,4 μm ; extérieur : apprêt époxy-zinc + couche de finition polyuréthane RAL 7016 (classe de corrosion C4).

• Stratégie de Filtration :
1. Filtre Grossier : Élément en acier inoxydable fritté 5 μm.  
2. Purificateur Fin : Membrane hydrophobe 1 μm.  
3. Piège Catalytique Optionnel : Élimine les vapeurs d’huile résiduelles à < 0,01 ppm.

7. Maintenance & Gestion du Cycle de Vie
• Routine (500 h/6 mois) : Remplacement des filtres ; inspection du coalesceur ; vérification du fonctionnement des vannes ; contrôle visuel des joints.  
• Intermédiaire (2 000 h/2 ans) : Démontage du surpresseur : remplacement des joints ; inspection piston/cylindre ; reconstruction des vannes.  
• Majeure (5 ans) : Recertification des récipients sous pression ; étalonnage des soupapes de sécurité sur banc ; requalification complète du système.  
• Kit de Pièces de Rechange : Annuel : 2 kits de joints, 4 éléments filtrants, 1 soupape de sécurité, 2 transducteurs de pression, batterie PLC ; ~8–10 % du CAPEX/an.

8. Options d’Amélioration & Modules Personnalisés
• Instrumentation Analytique : Analyseur inline de pureté O2 (zirconia ou paramagnétique) avec sortie 4–20 mA et intégration IHM.  
• Collecteur Automatisé de Bouteilles : Commutation des ports motorisée pour remplissages continus de plusieurs bouteilles.  
• Pack Environnemental : Isolation thermique et refroidissement glycol en boucle fermée pour fonctionnement –20 à 50 °C ; contrôle intégré de l’humidité.  
• Réduction du Bruit & des Vibrations : Capot acoustique réduisant le bruit < 60 dBA ; supports à isolation caoutchouc conformes aux limites de vibration ISO 10816.

9. Implantation, Utilités & Exigences du Site
• Dimensions & Montage : Skid 3,0 × 1,5 m ; hauteur 2,2 m ; quatre points d’ancrage M12 ; panneaux latéraux amovibles pour accès.  
• Raccordements :  
  ▹ Entrée d’Air Moteur : Bride ANSI 1½′′ ; purge automatique des condensats.  
  ▹ Ports d’Oxygène : Entrée ¾′′ NPT ; quatre sorties ½′′ NPT avec raccords rapides.  
  ▹ Électrique : 230 VAC, 16 A ; interrupteur local ; UPS pour circuit de contrôle (optionnel).  
• Environnement : Intérieur ou abrité ; température ambiante 0–50 °C ; humidité ≤ 90 % HR sans condensation.  

10. Livraison, Mise en Service & Formation
• Chronologie du Projet :
1. Approbation Ingénierie : 2 semaines pour validation des dessins et spécifications.  
2. Fabrication & FAT : 8 semaines, incluant tests de pression, débit, sécurité et fonctionnalités PLC.  
3. Transport & Installation : 2 semaines de transit ; 3 jours de mise en service sur site.  
• Programme de Formation :
  ▹ Deux jours sur site : aperçu théorique, fonctionnement du système, procédures de maintenance, exercices de dépannage.  
  ▹ Manuels numériques : guide O&M, P&ID, schémas électriques, certificats d’étalonnage.  
• Services de Support :
  ▹ Hotline 24×7 ; diagnostics à distance via VPN ; expédition de pièces de rechange sous 48 h dans le monde entier.  
  ▹ Contrats annuels couvrant maintenance préventive et audits de performance.  

11. Procédures de Sécurité & Mitigation des Risques
• Analyse des Risques : Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (AMDE/FMEA) réalisée sur chaque sous-système pour identifier et réduire les risques tels que défaillance des joints, scénarios de surpression et fuites pneumatiques.  
• Procédures Opératoires Standard (POS) : Incluses pour démarrage, arrêt, dépressurisation d’urgence et maintenance.  
• Mesures de Secours : Soupape de sécurité réglée à 145 bar ; disque de rupture secondaire à 155 bar ; vannes manuelles de purge sur chaque sortie.  
• Sécurité du Personnel : Équipements de protection individuelle certifiés pour oxygène ; points de consignation sur circuits pneumatiques et électriques ; moniteur intégré de concentration en oxygène avec alarme sonore/visuelle si fuite > 0,5 % en volume.

12. Validation de Performance & Tests d’Acceptation en Usine (FAT)
• Protocoles de Test :  
  ▹ Vérification Pression & Débit : Validation de la courbe de débit de sortie à 20, 60, 100 et 140 bar.  
  ▹ Fuite & Intégrité : Test d’étanchéité à l’hélium par spectromètre de masse ; test de décroissance de 10 min sur réservoir isolé.  
  ▹ Logique de Contrôle : Simulation de conditions de panne (perte d’air moteur, sur-température, coupure d’alimentation) pour vérifier l’arrêt sécurisé.

• Documentation : Rapport FAT complet incluant données de test, certificats d’étalonnage et listes de contrôle de conformité.  
• Présence de Tiers : Option de témoignage client ; streaming vidéo à distance disponible pour les parties prenantes internationales.  

13. Économie d’Exploitation & Retour sur Investissement
• Économies d’Énergie : Comparé aux compresseurs électriques, le surpresseur pneumatique consomme ~25 % d’énergie en moins en tenant compte de l’efficacité de génération de l’air moteur.  
• Coûts de Maintenance : Dépenses annuelles ~5 % du CAPEX vs. 10–12 % pour systèmes électriques grâce à moins de pièces tournantes.  
• Durée de Remboursement : Typiquement 1,5–2,5 ans basée sur la réduction des coûts énergétiques et de service dans des environnements à forte utilisation (≥ 500 Nm³/mois).  
• Coût Total de Possession (TCO) : Inclut CAPEX, pièces de rechange, énergie et main-d’œuvre sur 10 ans ; analyse TCO détaillée disponible sur demande.  

14. Études de Cas & Déploiements sur Site
• Chaîne Hospitalière Régionale (Europe) : Rétrofit sur unité PSA existante — augmentation de débit de 30 % ; mise en service en 48 h ; aucune interruption non planifiée la première année.  
• Centre d’Essais Défense (Asie) : Intégré dans cellule d’essai missile ; plus de 150 cycles de tir à chaud à 120 bar ; système conforme au profil de choc MIL-STD-810G.  
• Station de Traitement des Eaux Usées Industrielles (Amérique du Nord) : Installation pour injection d’oxygène dans réacteur AOP ; augmentation du taux de dégradation des contaminants de 40 %, réduisant le temps de traitement de 3 h par lot.

En intégrant des protocoles de sécurité détaillés, les procédures FAT, l’analyse économique et des études de cas réelles, ce document entièrement développé conserve le contenu précédent tout en augmentant considérablement la profondeur technique — garantissant que toute équipe d’ingénierie, d’approvisionnement ou d’exploitation dispose d’informations exhaustives pour la prise de décision, la mise en œuvre et la gestion du cycle de vie.