Rapport-Steg-Ghanoush Yosra [PDF]

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CONTRÔ LE CHIMIQUE DES EAUX DES CIRCUITS EAU –VAPEUR Rapport de stage

Réalisé par :



Yossra Hannachi



Hajer Naceur

Encadré par :

Année universitaire : 2018/2019

Table des matiéres

Contrôle chimique des eaux des circuits eau – vapeur

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Chapitre 1 Page I.

II.

Présentation générale du STEG 1. Définition…………………………………………………………………...... 6 2. Mission……………………………………………………………………… 6 Présentation générale de centrale Ghannouch ………………………………………. 7 1. Présentation générale …………………………………………………………7

2. Organigramme……………………………………………………………….. 8 3. Principe de fonctionnement de la centrale Ghannouch ………………………9

Chapitre 2 I. II.

Définition……………………………………………………………………………. 10 1. Les techniques de dessalement …………………………………………… 10 L’osmose inverse …………………………………………………………………… 11 1. Justificatif du choix de l’osmose inverse…………………………………… 11 2. Principe ……………………………………………………………………... 11

III.

Installation de dessalement par osmose inverse…………………………………… 12 1. Prétaitement …………………………………………………………………12 I.1. Objectifs………………………………………………… 12 I.2. Utilité………………………………………………………12 2. Les éléments constitutifs de poste de dessalement 2.1 coagulation -floculation …………………………………………. 13 2.2  micro-filtre ………………………………………………… 13 2.3 Osmoseur …………………………………………………… 14 2.4 Déminéralisation ………………………………………………14

Chapitre 3 IV.

Mode opératoire …………………………………………………………………….. 22

1

Contrôle chimique des eaux des circuits eau – vapeur 1. 2. 3. 4.

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teneur en silice……………………………………………………………… 22 teneur en phosphore ………………………………………………………… 23 teneur en fer ………………………………………………………………… 24 teneur en chlorure…………………………………………………………… 25

Chapitre 4 Etude de cas « Prévention de l’encrassement au sulfate de Calcium »………………………26

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Remerciement

Au terme de, j’adresse mes vifs remerciements à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce travail.

J’ai l’honneur d’exprimer mes profondes gratitudes à :

 L’ingénieur procédé : Mme NACER Hejer Sans oublier tous les responsables de ce service dessalement qui m’ont aidé à effectuer mon stage dans les meilleurs conditions, pour leur rigueur scientifique, leurs conseilles, leurs informations et les documents favorables pour une bonne formation.

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Introduction

La politique d'électrification fait l’objet de plusieurs innovations dans la dernière décennie. Dans ce cadre, l’installation d’une station de dessalement s’est avérée indispensable pour faire fonctionner les centrales à cycle combiné. Le dessalement de l'eau également appelé dessalage ou désalinisation est un processus qui permet d'obtenir de l'eau douce ou potable  à partir d'une eau saumâtre ou salée (eau de mer notamment). En dépit du nom, il s'agit rarement de retirer les sels de l'eau, mais plutôt, à l'inverse, d'extraire de l'eau douce. Dans ce contexte, j’ai effectué un stage au sein de la société tunisienne d’électricité et du gaz pour consolider mes connaissances théoriques. Le présent rapport décrit les différentes étapes de notre travail et il se présente sur 2 parties : Partie 1 : étude et présentation générale  Chapitre 1 : Présentation générale du STEG  Chapitre 2 : le dessalement de l’eau de mer  Chapitre 3 : Service laboratoire Partie 2 : cas d’étude  Chapitre 1 : Prévention de l’encrassement au sulfate de baryum

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Chapitre 1 : Présentation générale du STEG I.

Présentation générale du STEG 1. Définition  La société tunisienne de l’électricité et du gaz (STEG) est une entreprise publique a été fondue en 1962.Elle est parmi les plus importantes sociétés dans le domaine énergétique. La STEG est l’une des sociétés les plus florissantes d’ailleurs elle possède le plus grand chiffre d’affaire en Tunisie en 1996 avec 521 Milliards. Cette bonne récupération est due l'évolution systématique de son chiffre d'affaire et au bon encadrement de son personnel du point de vue matériel et logistique. Pour répondre à la progression des besoins de la Tunisie et dans le cadre de la continuité de son programme d’équipement en moyens de production de l’énergie électrique, la STEG a réalisé à Gabés-Ghannouch : Tranche 1 : l’ancienne centrale thermique – cycle à vapeur [2]. Tranche 2 : Le nouveau central thermique cycle combiné-mono arbre [2].

2. Mission La Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz (STEG) a pour missions essentielles : 

La production de l'électricité à partir de différentes sources (thermique, hydraulique, éolienne,...)



Le transport de l'électricité : La gestion et le développement des réseaux et des postes Haute Tension.



Le développement et la distribution du gaz naturel : La gestion de l'infrastructure gazière et La production du GPL (Gaz de pétrole Liquéfié)

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II.

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Présentation générale de centrale Ghannouch  1. Présentation générale La centrale thermique d’électricité de Ghannouch, appartenant à la Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz et implantée à quelques kilomètres au nord de Gabès, est mise en marche avril en 1980. La centrale thermique d’électricité de Ghannouch, appartenant à la Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz et implantée à quelques kilomètres au nord de Gabès, est mise en marche avril en 1980. La STEG assure la production de l'énergie électrique et du Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL), ainsi que du transport et de la distribution de l'électricité et du gaz naturel au niveau national. La centrale thermique d’électricité de Ghannouch, appartenant à la Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz et implantée à quelques kilomètres au nord de Gabès, est mise en marche avril en 1980. Le cycle de déroulement de production de l'électricité dans la STEG centrale Ghannouch divise en deux périodes : 

une période de production de l'électricité par la centrale thermique



une période de production de l'électricité par la centrale à cycle combiné

Ce changement de mode de production a été en 2011. Avant 2011, La centrale thermique de Ghannouch forme une cellule du réseau national de la STEG qui est responsable de la production de l’énergie électrique par transformation thermique. Elle se situe dans la zone industrielle de Gabès. Elle est implantée en 1970 et mis en service septembre 1972. Pour répondre à la progression des besoins du pays en énergie électrique, la société tunisienne d’électricité et du gaz (STEG) a choisi la société ALSTOM pour construire une centrale électrique à cycle combiné d'une capacité de 400 MW. Un contrat entre ALSTOM et la STEG pour le support à l'exploitation et la maintenance de la centrale sur une durée de 12 ans a été également signé. Au titre de ce contrat, ALSTOM

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livrera une centrale totalement intégrée, dotée d'un groupe à cycle combiné KA26 comprenant comme équipements d'origine ALSTOM une turbine à gaz GT26, une turbine à vapeur, un turbo-alternateur TOPGAS, un système de récupération de chaleur et un système de contrôle commande. La centrale à cycle combiné à Ghannouch est la troisième centrale électrique construite par ALSTOM pour la STEG, après les centrales à cycle combiné de Sousse et Rades, mises en service respectivement en 1994 et 2001. La demande tunisienne en électricité, soutenue par le développement économique rapide du pays, augmente de 6% par an. Cette nouvelle centrale est construite sur le site de l'ancienne centrale thermique de Ghannouch, ce qui permettra d'utiliser les installations existantes telles que les structures de pompage de l’eau de mer et de son écoulement. Après 2011, ce projet de nouvelle centrale permettra de répondre à l'essentiel de la demande en électricité dans le sud du pays et d'assurer un équilibre de la production électrique avec les autres régions du pays.

2. Organigramme 

Chef centrale

sécretaire

service mécanique

service instrument

service électrique

service exploitation

service controle technique

3. Principe de fonctionnement de la centrale Ghannouch 

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La centrale de Ghannouch cycle combiné est composée d’un bloc « mono-arbre » (ou single shaft) possède les équipements suivants : turbine à gaz, turbine à vapeur et alternateur sont agencés selon une disposition longitudinale, pour ne constituer qu’une seule ligne d’arbre. La turbine à vapeur est accouplée via un embrayage SSS auto commutable synchrone sur l’autre côté de l’alternateur. Cette disposition permet de démarrer et d’arrêter la turbine à vapeur indépendamment de la turbine à gaz, alors que cette dernière est déjà en fonctionnement.

Fig. 2 : Présentation générale de la centrale à cycle combiné de Ghannouch

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Chapitre 2 : Dessalement de l’eau de mer I.

Définition

Le dessalement d’une eau saumâtre ou l’eau de mer consiste en l’élimination de la majorité des sels dissous, de la matière organique et les matières en suspension en utilisant des techniques membranaires ou thermiques.

1. Les techniques de dessalement 

Les techniques membranaires :  L’osmose inverse  L’électrodialyse



Les techniques thermiques (faisant intervenir un changement de phase)  La distillation MSF  La distillation MED  La compression de vapeur  La congélation



Les procédés chimiques  Les résines

II.

L’osmose inverse 1. Justificatif du choix de l’osmose inverse

Parmi les procédés précités, l'osmose inverse est parmi les technologies dont les performances ont été prouvées pour le dessalement d'eau de mer. En effet, ce procédé est le plus commercialisé dans le marché mondial du dessalement, pour les raisons suivante

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Amélioration des performances des membranes d’osmose inverse (augmentation de la surface, réjection, perméabilité, matériaux).



Amélioration des performances des technologies de récupération d’énergie.



en œuvre plus facile Effet de tailles des projets et baisse des prix des équipements et des membranes. Indépendance de la production d’énergie. 2. Principe

L'osmose inverse est un procédé de séparation de l'eau et des sels dissous au moyen de membranes semi-perméables sous l'action de la pression (54 à 80 bars pour le traitement de l'eau de mer) en pratique, les membranes d’osmose inverse utilisées sont des membranes spirales montées dans des tubes de pression, Sous l'effet de la pression, l'eau passe du canal concentrat dans le canal perméat en traversant la membrane semi-perméable. Le perméat est recueilli par un tube collecteur percé de trous de drainage et est dirigé en extrémité du module. Le concentrat traverse tangentiellement le canal concentrat et débouche également en extrémité du module. Ce procédé fonctionne à température ambiante et n'implique pas de changement de phase en assurant une production continue d’eau osmosée. Les membranes polymères utilisées laissent passer les molécules d'eau et ne laissent pas passer les particules, les sels dissous, les molécules organiques de 10-7 mm de taille.

Fig. 3 : Principe d’osmose inverse

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Installation de dessalement par osmose inverse

Une installation de dessalement comporte un système de prétraitement, une unité de dessalement.

1. Prétraitement 1.1 Objectifs Pour conserver l'efficacité et la durée de vie d'une installation d'osmose inverse, un prétraitement de l'eau est nécessaire. Ce prétraitement permettra :

-

D'éviter ou de minimiser le bio-encrassage, l'entartrage et l'obstruction des membranes.

-

D’éviter le colmatage des modules par les matières en suspension(MES), soit par les micro-organismes, soit par les dépôts de sels.

-

Donner à l'eau des caractéristiques qui soient compatibles avec la nature des membranes: teneur en chlore, pH, température.

1.2 Utilité A son arrivée, l’eau de mer doit passer tout d’abord par des grilles à grandes mailles pour éliminer les grosses composantes telle que les poissons, et puis par des grilles filtrantes ayant comme section des mailles 7 mm2.

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Il est nécessaire de retenir toutes les particules de dimension supérieure à 10 à 50 µm selon le type de module d'osmose inverse, ceci est réalisé à l'aide d'une pré-filtration grossière puis d'une filtration sur sable pour éliminer les matières en suspension les plus grosses. Puis un traitement biocide et une acidification sont nécessaires pour éviter le développement de microorganismes sur la membrane et éviter la précipitation de carbonates. Enfin un filtre à crépine permet de retenir les particules de taille de l'ordre de quelques dizaines de µm qui n'ont pas été retenues par le filtre multimédia.

Fig.5 : Filtre à crépine

2. Les éléments constitutifs de poste de dessalement 2.1. Coagulation – floculation  Intérêt de la coagulation   

Les particules fines (colloïdes) sont chargées électriquement et ne peuvent s’agglomérer (charges de même signe répulsion) Les particules colloïdales sont trop fines pour être retenues sur filtre à sable Le coagulant annule les charges électriques des colloïdes

 Coagulant utilisé 

chlorure ferrique (FeCl3)

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Nécessite un temps de contact pour être efficace (ballon de contact)

 Intérêt de floculation 

Possibilité d’agglomération des colloïdes en flocs

Mélangeur

Injection de coagulant

Fig.6 : coagulant- mélangeur

o Filtre multimédia C’est un filtre multicouche formé par 3 types de couches hiérarchisé comme suit : gravier – sable – anthracite.

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Fig.7 : Filtre multimédia

 Le lavage de filtre s’effectue une fois la différence de pression entre l’entrée et la sortie dépasse le 1 Bar. Il se fait par 2 manières :  Brassage à l’air

Fig.8 : lavage par brassage à l’air 

Eau contre courant

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Fig.9 : lavage par contre courant

2.2. Micro-filtres 

Fig.9 : micro filtres  Après filtration, il ya eu injection de :  Bisulfite pour la neutralisation de chlore  Séquestrant : anti tarte  DBNPA

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2.3. Osmoseur SWRO La pompe haute pression permet d'injecter l'eau de mer dans le module d'osmose inverse dans lequel se trouvent les membranes. Elle augmente la pression de l'eau d'alimentation jusqu'à la pression de travail requise. La pression de travail est considérablement plus élevée que la pression osmotique, afin d'obtenir un débit satisfaisant à travers la membrane.

Fig.10 : pompe

L'osmoseur est un dispositif permettant de produire de l'eau pure selon le principe de l'osmose inverse via des membranes polyamides.

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Fig.11 : l’osmoseur Les Membranes sont fabriquées des polymères organiques (ex: acétate de cellulose, polyamide) d’épaisseur 0.1- 0.3 µm. Les matériaux ayant cet épaisseur ne peuvent pas supporter des hautes pressions (5-90 bar). Pour résoudre ce problème un certain nombre de différentes configurations des membranes sont développées. Les configurations les plus importantes sont: - Tubulaire - Fibres creuses – Plate- Enroulée Spiralée. Pour le dessalement on utilise fréquemment : - Fibres creuses - Enroulement spiralé

Fig.6. : Osmose inverse-membranes spirales

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Fig.12 : membrane-osmoseur

Fig.12 : assemblage des osmoseurs

BWRO

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Fig.13 : l’osmoseur BWRO

2.4. Déminéralisation Elle se fait via des résines cationiques, anioniques ou neutres.

Fig.14 : système de déminéralisation

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Chapitre 3 : Service Laboratoire IV.

Mode opératoire

Le contrôle chimique journalier des eaux des circuits eau-vapeur s’effectue au sein du laboratoire du STEG par le biais d’un ensemble de techniques expérimentales. Ces techniques visent la détermination des teneurs des différents éléments chimiques (fer, silice, phosphore, chlore, sodium, teneur en oxygène), de la conductivité et du pH.

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Fig. 9 : Fiche de contrôle

Fig.10 : Spectromètre

1.

Mesure de silice Réactifs 

 Pochettes de réactif F à l'acide aminé (pour 10 mL d'échantillon) 1 pochette

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 Pochettes de réactif d’acides citriques 2 pochettes  Solution réactive Molybdate 3 1 mL  Cuves carrées, 1-pouce, 10 mL 2

Fig. 11 : Les réactifs Procédure 1. Sélectionner le programme d'analyse. 2. Installer le porte-cuve multiple de manière que le support de cuve rectangulaire de 1-pouce se positionne face à l'utilisateur. Consulter le mode d'emploi de l'appareil pour de plus amples informations sur l'installation. 3. Remplir deux cuves carrées de 1" jusqu'au trait de 10 mL avec l'échantillon. 4. Ajouter 14 gouttes du réactif Molybdate 3 dans chaque cuve. Agiter pour homogénéiser. 5. Appuyer sur l'icône représentant la minuterie. Appuyer sur OK. Une période de réaction de 4 minutes va commencer. 6. Lorsque la minuterie retentit, ajouter le contenu d'une pochette de réactif d'acide citrique dans chaque cuve. Agiter pour homogénéiser. 7. Appuyer sur l'icône représentant la minuterie. Appuyer sur OK. Une période de réaction de 1minute va commencer. Toute interférence potentielle liée au phosphate est éliminée durant cette période. 8. Préparation de l'échantillon : Lorsque la minuterie retentit, transférer le contenu d'une pochette de réactif F à l'acide aminé dans l'une des cuves. Agiter pour homogénéiser. Il s'agit de l'échantillon préparé.

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2.

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Mesure du phosphore

MODE OPERATOIRE 1. Appuyer sur Programmes Hach. Sélectionner le programme 485 PO4 Amino-Ac. Appuyer sur Démarrer. 2. Transférer 25 mL de l'échantillon dans une éprouvette pour homogénéisation de 25 mL. 3. Avec un compte-gouttes gradué de 1 mL, ajouter 1 mL de réactif au molybdate. 4. Ajouter 1 mL de la solution réactive à l'acide aminé. Boucher l'éprouvette et la retourner plusieurs fois pour homogénéiser, (l'échantillon préparé). Une coloration bleue apparaîtra en présence de phosphate. 5. Appuyer sur l'icône représentant la minuterie. Appuyer sur OK. Une période de réaction de 10 minutes va commencer. Durant cette période de réaction, achever l'étape 6. 6. Transférer 25 mL de l'échantillon dans une cuve ronde (le blanc). 7. Lorsque la minuterie retentit, essuyer l'extérieur du blanc (cuve) et l'introduire dans le compartiment de cuve. 8. Appuyer sur Zéro. L’indication suivante apparaît à l'écran : 0,00 mg/L PO4 9. Transférer l'échantillon préparé dans une cuve ronde. 10. Essuyer l'extérieur de la cuve contenant l'échantillon préparé et l'introduire dans le compartiment de cuve.

3.

Mesure du fer

REACTIFS ET MATRIELES - Pochettes de solution de réactif fer à la FerroZine 1 OU Solution de réactif fer à la FerroZine 0,5 mL. - Eprouvette graduée, 25 mL, avec bouchon en verre 1 - Cisailles à pochettes de réactif 1 - Cuves carrées, 1-pouce, 10 mL.

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Fig.12 : fer à la FerroZine

MODE OPERATOIRE 1. Appuyer sur Programmes enregistrés. 2. Sélectionner le programme d'analyse. 3. Remplir une éprouvette graduée propre de 25 mL jusqu'au trait de 25 mL avec l'échantillon. 4. Préparation de l'échantillon : Transférer le contenu d'une pochette de solution de réactif fer à la FerroZine dans l'éprouvette. Agiter pour homogénéiser. 5. Appuyer sur l'icône représentant la minuterie. Appuyer sur OK. Une période de réaction de 5’ minutes va commencer. Une coloration violette apparaîtra en présence de fer. 6. Préparation du blanc : Remplir une cuve carrée de 1" jusqu'au trait de 10 mL avec l'échantillon. 7. Lorsque la minuterie retentit, remplir une autre cuve carrée de 1" jusqu'au trait de 10 mL avec de l'échantillon préparé. 8. Essuyer l'extérieur du blanc (cuve) et l'introduire dans le compartiment de cuve

en

dirigeant le trait de remplissage vers la droite. 9. Sélectionner sur l'écran : Zéro Indication à l'écran : 0,000 mg/L Fe 10. Essuyer l'extérieur de la cuve contenant l'échantillon préparé et l'introduire dans le compartiment de cuve en dirigeant le trait de remplissage vers la droite. 11. Sélectionner sur l'écran : Mesurer les résultats sont indiqués en mg/L Fe.

4.

Mesure de chlorure

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REACTIFS ET MATRIELES -Solution ferrique 1 mL -Solution de thiocyanate mercurique 2 mL -Eau désionisée 10 mL -Cuves carrées, 1-pouce, 10 mL 2 -Pipette TenSette, 0,1 – 1,0 mL 1 -Embouts pour pipette TenSette, 0,1 – 1,0 mL. Mode Opératoire 1. Appuyer sur Programmes enregistrés. 2. Sélectionner le programme d'analyse. 3. Préparation de l'échantillon : Remplir une cuve carrée de 1" jusqu'au trait de 10 mL avec l'échantillon. 4. Préparation du blanc : Remplir une autre cuve carrée de 1" jusqu'au trait de 10mL avec de l'eau désionisée. 5. Pipeter 0,8 mL de solution de thiocyanate mercurique dans chaque cuve. 6. Agiter pour homogénéiser. 7. Pipeter 0,4 mL de solution ferrique dans chaque cuve. 8. Agiter pour homogénéiser. En présence de chlorure, une coloration orange se développe. 9. Appuyer sur l'icône représentant la minuterie. Appuyer sur OK. Une période de réaction de 2 minutes va commencer. 10. Dans les 5 minutes après le retentissement de la minuterie, essuyer l'extérieur du blanc (cuve) et l'introduire dans le compartiment de cuve en dirigeant le trait de remplissage vers la droite. Sélectionner sur l'écran : Zéro Indication à l'écran : 0,0 mg/L Cl 11. Essuyer l'extérieur de la cuve contenant l'échantillon préparé et l'introduire dans le compartiment de cuve en dirigeant le trait de remplissage vers la droite. 12. Sélectionner sur l'écran : Mesurer Les résultats sont indiqués en mg/L Cl

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Chapitre 4 : Etude de cas « Prévention de l’encrassement au sulfate de calcuim  » 1. Calcul de la force ionique de l’eau de mer  1

If¿ 2 ∑ Ci Zi

2

i

Avec : Zi : la valence des ions Ci : la concentration molaire

Entité chimique

Concentration massique

Ca2+ Mg2+ ClNa+ K+ SO42NO3-

500 1350 20725 11605 566 3781 1019

Masse molaire (M) 40.1 24.3 35.5 23 39.1 96.1 62 Tab.1 :

Concentration [c ]massique molaire (10-3) : M 12.46 55.55 583.8 504.56 14.47 39.34 16.43

 If = [[Ca] *(22)+ [Mg] *(22)+ [Cl] + [Na] + [K] + [SO4] *(22)+ [NO3]] = 0.77 mol/l

2. Calcul de la force ionique du concentrât 

I c = If *

1 (1−Y )

Y : taux de conversion Y=

Qp *100 Qf

Avec Q p : débit du perméat à l’entrée Q f : débit de l’eau à l’entrée

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Contrôle chimique des eaux des circuits eau – vapeur Y=

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22 * 100=40% 55

D’où: I c = If*

1 1 =0, 77 * =1, 29 mol/l (1−0.4) (1−0.4)

3. le produit ionique (IPc) pour BaSO4 dans le concentrât  I Pc= [(mCa2+) f*(

1 1 )] [(mSO42-) f* ] (1−Y ) (1−Y )

(m Ca2+) = la concentration molaire des ions Ca2+ dans l’eau de mer en mol/l (m SO42-) = la concentration molaire des ions SO4- dans l’eau de mer en mol/l

AN: I Pc= [(12, 46. 10-3)*(

1 1 )] [(39, 34.10-3)* ] (1−0,4) (1−0,4)

=0,0013mol/l

4. La comparaison entre IPc et Ksp : D’après la projection sur la courbe Ksp=f(IPc)  On obtient : Ksp = 2,2.10-3, Et on a IPc = 1,3.10-3 Alors IPc < Ksp

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Conclusion Ce stage m’a permis de s'éloigner de la formation théorique acquise pour s'intégrer dans la réalité pratique du travail. En effet, j'ai pu avoir une idée sur le déroulement du travail au sein du STEG et notamment :  Vivre l'ambiance au sein du STEG et nouer des relations de coordination avec le personnel.  Avoir un aperçu sur le travail pratique.  Découvrir l’importance de la maintenance appliquée au sein de cet établissement. Pour conclure, je dirais que ce travail a été pour moi un apport important pour un ma formation.

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