Memoire [PDF]

Zitiervorschau

‫جامعة وهران للعلوم والتكنولوجيامحمد بوضياف‬ République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie d’Oran « Mohamed BOUDIAF » Faculté de Chimie  Département de Génie Chimique

Mémoire de Master Domaine : Sciences et Technologie Filière : Génie des Procédés Spécialité : Génie Chimique (GC)

Thème «Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau de complexe GP1Z » Présenté par : MORCEL Lidia BENABBOU Radjae Soutenu le : 09/07/2019 Devant les membres de jury : Qualité Président Examinateur Rapporteur

Nom et Prénom M BENKHEDJA Houaria MmeDJEDAI Houria Mr ELAZIOUTI Abdelkader me

Année Universitaire : 2018/2019

Grade et Origine MCA (USTO MB) MCB (USTO MB) MCA (USTO MB)

REMERCIEMENTS Nous tenons tout d’abord à remercier Dieu le tout puissant et miséricordieux, qui nous a donné la force et la patience d’accomplir ce modeste travail.

En second lieu, nous tenons à remercier notre encadreur Mr A. ELAZIOUTI, son précieux conseil et son aide durant toute la période de travail.

Nous remerciant vivement Mr A. BOUTAIBA qui tout au long de ce travail, nous a prodigué de précieux conseil.

Nos profonds remerciements et notre gratitude vont aussi aux membres du jury, pour leur accord de juger notre travail.

Enfin, nous tenons également à remercier toutes les personnes qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail.

Dédicace

Je dédié ce Modest travaille

A ma mère, ma raison d’être, ma raison de vivre , la lanterne qui éclaire mon chemin et m’illumine de douceur et d’amour. A mon père, en signe d’amour, de reconnaissance et de gratitude pour tous les soutien et les sacrifices dont il a fait preuve à mon égard. A mon cher frère et ma chère sœur, aucun mot ne pourra décrire vos dévouements et vos sacrifices

A tous mes amis, en témoignage de l’amitié sincère qui nous a liées et des bons moments passés ensemble. Je vous remercie tous, votre soutien et vos encouragements me donnent la force de continuer

Morcel Lidia

Dédicace

Avant tout Je remercie Allah le tout puissant de m’avoir donné le courage d’accomplir ce travail.

Tout d’abord je dédie ce modeste travail à :

Mes très chers parents et ma belle-mère, qui a été la

bougie allumant mon chemin vers la réussite ; pour leur

bonté, leur générosité et encouragement. Je leur souhaite une longue vie.

Mon très cher frère, qui m’a assuré le soutien moral.

Mes amis (es) et toute ma famille.

Benabbou Radjae

TABLE DES MATIERES

Liste des figures

(i)

Liste des tableaux

(ii)

Les abréviations

(iii)

INTRODUCTION GENERALE PARTIE THEORIQUE

1 CHAPITRE I

Généralité sur le GPL et présentation du complexe GP1/Z I.1. Généralités sur le gaz de pétrole liquéfie

4

I.1.1. Définition

I.1.2. Procédés d’obtentions du GPL I.1.3. Caractéristiques des GPL

I.1.4 Spécifications du propane et du butane commercial

I.2. Présentation du complexe GP1/Z I.2.1. Historique

I.2.2. Principales installations du complexe I.2.3. Utilités

I.3. Description générale du procédé

I.3.1. Section de stockage de GPL I.3.2. Section déshydratation

I.3.3. Section de séparation de GPL I.3.3.1. Passage par les réchauffeurs

4

5

4

5

6

6

7

7

8

9

9

10

11

I.3.3.2. Fractionnateur

11

I.3.3.4. Dé-pentaniseur

12

I.3.3.3. Dé-éthaniseur

I.3.4. Section de Réfrigération I.3.5. Section d'Huile Chaude

I.3.6. Section stockage expédition

I.3.6.1. Section BOG (Boil- Off- Gas) I.3.6.2. Section jetée (CN)

I.3.6.3. Section Chargement par Camion (CC)

12

12

13

14

15

15

15

TABLE DES MATIERES

CHAPITRE II

Description de la section BOG II.1 Introduction

16

II.3. Equipements & accessoires

18

II.3.2. Compresseurs

18

II.2. Description des procédés

17

III.3.1. Ballon d’aspiration

18

II.3.3. Aéro-réfrigérant

19

II.3.4. Ballon récupérateur

19

II.3.5. Economiseurs

19

CHAPITRE III

III.1. Introduction

Torchage et leur impact sur l’environnement

III.2. Définition du torchage

21

21

III.3. Origine et cause du torchage

III.4. Torchage dans l’industrie du pétrole et du gaz III.5. Produits du torchage

III.5.1.Combustion complète

21

21

22

22

III.5.2.Combustion incomplète

22

III.6.Impact des gaz torchés

23

III.6.1.Impact économique

23

III.6.2.1.Effet de serre

23

III.6.2.Impact environnemental

23

III.6.2.2.Echauffement climatique

III.7. Conclusion

24

25

CHAPITRE IV

IV.1. Introduction

Etude technique

26

TABLE DES MATIERES

IV.2. Théorie de calculs

27

a- Vitesse d’écoulement du gaz

27

c- Epaisseur du collecteur

27

b- Nature d’écoulement

27

d- Pertes de charge

28

d-1. Perte de charge linéaire

d-2. Perte de charge locale (singulière)

d-3. Perte de charge totale ( ∆

e-Vitesse d’érosion

)

IV.3 Partie de calcul

28

29

30

30

32

A/ Calcul de diamètre intérieur

33

B/ Calcul du l'épaisseur du pipe

34

IV.4. Résultats de calcul

IV.5. Calculs pour la phase I et phase III IV.5.1. Calcul de la masse molaire

IV.5.2. Calcul de la masse volumique

34

35

35

35

IV.5.3. Calcul de la vitesse d’écoulement

36

IV.5.5. Calcul de la perte de charge ΔPT

37

IV.5.4. Calcul du nombre de Reynolds

36

IV.5.5.1. Calcul de la perte de charge linéaire

37

IV.6. Calculs pour le collecteur

39

IV.5.5.2. Calcul de la perte de charge singulière IV.6.1. Calcul de la masse volumique

37 39

IV.6.2. calcul de la vitesse d’écoulement

40

IV.6.4. Calcul de la perte de charge ΔPT

40

IV.6.3. Calcul du nombre de Reynolds

IV.6.4.1. Calcul de la perte de charge linéaire

IV.6.4.2. Calcul de la perte de charge singulière

IV.7.Calcul de vitesse d’érosion IV.8. Conclusion

40

40

41

42

43

CHAPITRE

Simulation de la nouvelle ligne

TABLE DES MATIERES

V.1. Introduction

44

V.3. Simulation en mode dynamique

44

V.2. Choix de l’équation d’état

44

V.4. Simulation en mode statique

44

V.6. Interprétation des résultats

46

V.5. Simulation de la nouvelle ligne V.7. Conclusion

45

CHAPITRE VI

47

Approche technico-économique VI.1. Introduction

48

VI.3. Evaluation du manque à gagner

48

VI.2. Evaluation de la rentabilité

VI.4. Estimation du cout de l’investissement de la ligne de récupération VI.4.1. Le coût de la tuyauterie VI.4.2. Le coût des accessoires

VI.5. Conclusion

CONCLUSION GENERALE

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ANNEXES

48

48

48

49

49 50

52

53

LISTE DES FIGURES

Figure I.1 : Récupération des GPL à partir du pétrole brut. Figure I.2 : Récupération du GPL à partir des champs de GN. Figure I.3 : Schéma de fabrication du GPL. Figure I.4 : Schéma de la section déshydratation. Figure I.5 : Schéma de procédé de séparation. Figure I .6 : Schéma de procédé de réfrigération de C4/C3. FigureI.7 : Schéma représentatif de la Section d’huile chaude. FigureI.8 : Sphères de stockage. Figure II.1 : Schéma de la section BOG propane. Figure III.1 : Combustion complète. Figure III.2 : Combustion incomplète. Figure III.3 : Concentration des principaux gaz à effet de serre. Figure III.4 : Augmentation des concentrations du gaz carbonique. Figure IV.1 : Localisation de la ligne de récupération. Figure IV.2 : Dimensionnement de la nouvelle ligne de récupération. Figure IV.3 : Diamètre du pipe. Figure V.1 : Simulation de la nouvelle ligne. Figure V.2 : Profile de la dépressurisation des phases I et III. Figure V.3 : Profile de la dépressurisation de collecteur.

i

4 5 8 10 11 13 14 14 20 22 22 24 24 26 32 33 45 46 47

LISTE DES TABLEAUX

Tableau I.1 : Les caractéristiques du propane et du butane commercial du GP1/Z. Tableau II.1 : Effet de la pression dans les bacs de stockage à BT. Tableau IV.1 : Longueur et nombre d’accessoires utilisés. Tableau IV. 2 : Type de matériau du pipe. Tableau IV.3 : Les résultats du calcul d’épaisseur. Tableau IV.4 : Composition des vapeurs de chaque phase et de collecteur. Tableau IV.5 : Matériaux du tuyau en fonction de régime d’écoulement. Tableau V-1 : Composition des vapeurs entrées au ballon V-0012, liquides

6 16 31 33 34 34 35 46

Tableau VI.1 : Le coût de la tuyauterie. Tableau VI.2 : Le coût des accessoires (phase I, III et de collecteur).

48 49

recupérés par le ballon V-0012 et vapeurs entrées aux trains (sortie de collecteur).

ii

BOG BP BT

BUPRO

C1 C2 C3 C4 CC CM-0002A~E CN E-0031 E-0032, E-0033, E-0034 E-0039 GA GN GPL HP JCR LCR MP PV0782, PV2782 Re RTO V-0011 V-0012

ABREVIATIONS

Boil- Off- Gaz. Base pression. Base temperature. Butane et propane. Méthane. Ethane. Propane. Butane. Chargement par camion. Compresseurs. Chargement par navire. Un condenseur type Aéro-réfrigérant. Une série d’économiseurs.

Un échangeur de chaleur. Gaz associé. Gaz naturel. Le gaz de pétrole liquéfie. Haute Pression. Jetty Control Room. Local Control Room. Moyenne pression. Les nouvelles vannes de détente phase I et phaseIII. Nombre de Reynolds. Région Transport Ouest. Un ballon d’aspiration. Un ballon récupérateur de condensat.

iii

Introduction générale

INTRODUCTION GENERALE Le Gaz de Pétrole Liquéfiés ou GPL peut qualifier deux gaz à l’état liquide : le

propane (C3H8) et le butane (C4H10). Aujourd’hui l’usage des GPL est largement répandu en raison de leur facilité de stockage et de transport. Leur distribution a débuté dans des

bouteilles dès les années 1930 et s’est étendue avec le développement du stockage en citernes dans les années 1960.

Les GPL sont utilisés pour des applications variées : applications itinérantes (bouteilles

pour restauration, briquets…etc.) ; applications domestiques (cuisson, chauffage, production

d’eau chaude sanitaire) ; applications industrielles (métallurgie, pétrochimie, industrie textile et du papier...etc.) ; applications agricoles (agriculture, élevage…etc.) et transports (carburant pour des véhicules, des bateaux de plaisance, des montgolfières, etc.).

Le complexe GP1Z dénommé JUMBO GPL de l’entreprise nationale SONATRACH

est l’un des plus grands au monde qui traite et sépare le GPL brut venant du sud afin de produire le butane et le propane commerciaux.

Les produits stockés dans les bacs à basse température (BT) ont tendance à s’évaporer

vu leurs conditions de stockage. Ces produits sont stockés rappelons-le à leurs points de bulle légèrement au-dessus de la pression atmosphérique. Pour éviter les pertes de ces produits par

évaporation et par conséquent une augmentation excessive de pression, une unité appelée BOG (Boil Off Gas) a été conçue pour la récupération de ces vapeurs.

La section de

récupération BOG comprend une unité de re-liquéfaction de propane et une unité de reliquéfaction de butane.

Le système de récupération a pour but de contrôler la pression dans les bacs de stockage

à basse température en la maintenant dans la gamme de 300-800 mmH2O eff, et ceci en

récupérant les vapeurs produites, de les comprimer, condenser, refroidir et les renvoyer au bac de stockage. Les vapeurs venant des bacs de stockage à BT, celle de retour de jetée et celle de

la détente de l’unité de refroidissement sont recueillies dans le ballon d’aspiration. Quatre

compresseurs à trois étages peuvent travailler en parallèle le cinquième étant gardé en réserve.

Les compresseurs refoulent vers l’aéro-réfrigérant. Le propane BOG entre dans l’aéro-

réfrigérant à une température de 125°C et en ressort à 50°C. Il est ensuite récupéré à l’état de

condensât dans le ballon récupérateur. Ce ballon récupérateur est équipé en son sommet d’un condenseur de vapeur (E-0039) pour récupérer le propane pur, et les gaz incondensables Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

1

Introduction générale

notamment, méthane (C1) et éthane (C2), sont envoyés vers la torche dont la pression est régulée par une vanne de contrôle de pression.

Suite aux variations importantes constatées il y a quelques mois sur la composition de

la charge GPL par rapport aux taux des légers à savoir C1 & C2, la section BOG propane reçoit une charge importante impliquant une consommation élevée au niveau des compresseurs BOG & un torchage relevé ces deux derniers mois estimé à plus de 300 tonnes.

Cette composition est très contraignante pour la section BOG propane et nécessite

beaucoup d’énergie pour la ré-liquéfaction et connait ainsi une perte de produit à travers un torchage assez important.

Pour réduire les impacts environnemental et économique des gaz torchés, une étude

d’ingénierie de base à cette problématique est envisagée pour la récupération du gaz torchés des ballons V-0012 (précisément la sortie de l’échangeur E0039) de la section BOG phase I et III, et leur utilisation comme combustible au niveau du four des trains de procédé. Ce manuscrit se divise en six chapitres :

 Dans le 1er chapitre, nous présentons une description générale du complexe GP1Z, un accent particulier étant mis sur GPL.

 Le 2ème chapitre

quant-à-lui

présente une description détaillée de la section de

 Nous présentons dans le 3ème

quelques aspects du Torchage et leurs impacts sur

récupération BOG.

l’environnement et l’économie.

 Nous donnant dans le 4ème chapitre une étude technique dédiée au dimensionnement d'une ligne de récupération et calcul de l’épaisseur de la tuyauterie. La méthodologie de travail pour le ce chapitre passe par plusieurs points essentiels :

Rassembler une banque d'informations techniques par le biais d'une bibliographie plus conséquente du complexe GP1/Z et de la récupération BOG.

section de

Inspection sur site suivi d’une une analyse de toutes les données collectées.

Estimation des quantités torchés et

calcul de

nouvelle ligne pour la récupération des gaz torchés.

dimensionnement d’une

Exploitation des résultats expérimentaux et interprétation. Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

2

Introduction générale

 Le 5ème chapitre est alors consacré à la simulation en mode statique de la récupération de

l’excès de V-0012 au niveau de la ligne inter-ballon GN des fours phase I via le logiciel de calcul et de simulation Aspen HYSYS.

 Une approche technico-économique a fait l’objet du 6ème chapitre.

 En fin, pour conclure, ce manuscrit reprend les principaux résultats obtenus.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

3

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

I.1. GENERALITES SUR LE GAZ DE PETROLE LIQUEFIE I.1.1. Définition [1] Le GPL est un mélange d’hydrocarbures constitué principalement de propane et de

butane, aux conditions normales de pression et de température le GPL se trouve à l’état gazeux, mais il est facilement liquéfiable à la température ambiante sous une pression

moyenne de 4 à 18 bars. Cette particularité permet un stockage et un transport plus simple comparativement aux gaz qui exigent des pressions très élevées (méthane, éthane).

I.1.2. Procédés d’obtentions du GPL [1] Les gaz de pétrole liquéfiés sont obtenus principalement à partir :  Des raffineries de pétrole brut ; soit au cours de la distillation de pétrole brut soit lors du cracking ou du reforming des produits plus lourds.

 Au cours des séparations de l’essence du gaz naturel (GN) dans le but de recueillir les condensats (propane, butane, essences légers).

 Lors de la récupération directe des gaz séparés du brut dans les champs de production (gaz associés au pétrole).selon les procédés traduits par les schémas Suivants : Figure I.1 et figure I.2 :

Figure I.1 : Récupération des GPL à partir du pétrole brut Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

4

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

Figure I.2 : Récupération du GPL à partir des champs de GN

I.1.3. Caractéristiques des GPL [2] Aux conditions normales de pression et de température, les GPL sont un gaz plus lourd

que l'air. Le butane commercial en phase vapeur est deux fois plus lourd que l'air, et le propane commercial est une fois et demie plus lourd.

 Les GPL sont non corrosifs à l'acier et généralement au cuivre et à 1'alliage du cuivre et d'aluminium.

 Les GPL sont incolores, que ce soit en phase liquide ou vapeur.  Les GPL sont légèrement toxiques à l'état liquide ou vapeur.

 Les GPL purs sont inodores, pour des raisons de sécurité, un odorant doit être ajouté.

I.1.4. Spécifications du propane et du butane commerciaux [3] Les spécifications du propane et butane commercial sont données dans le tableau (Tableau I.1) suivant :

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

5

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

Tableau I.1 : Les caractéristiques du propane et du butane commercial du GP1/Z Caractéristique

Le propane

Le butane

Masse molaire

44

58

Densité à 15°C

0,5068

0,5772

Tension vapeur relative

12,7

3,1

Teneur en eau

Absence d’eau

Absence d’eau

Point d’ébullition à 760

-40

0

(g /mole)

à 37,8°C

mm Hg (°C)

I.2. PRESENTATION DU COMPLEXE GP1/Z I.2.1. Historique Le complexe de Production GPL dénommé GP1Z ou " JUMBO GPL " de l'Entreprise

Nationale SONATRACH est le dernier né des ensembles industriels de la zone d'Arzew. Il

est situé entre la centrale thermique Mers El Hadjadj à l'est et les complexes de GNL à l'ouest.

Le complexe " JUMBO GPL " s'étend sur une surface de 120 hectares sur la bande

de terre comprise entre la route national 11 el le bord de la mer méditerranée. Il a été construit

dans le cadre d'un contrat clé en main avec le concours d'un Consortium Japonais IHlCITON, a été réceptionné le 02 Septembre 1984.

Le complexe a pour objectif, le traitement d’une charge GPL brut en provenance des

différents champs situés au sud algérien afin de produire du propane et butane destinés au Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

6

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

marché national et international, il est dénommé JUMBO-GPL pour ses grandes capacités de production [4].

I.2.2. Principales installations du complexe [4] Les principales installations du complexe GP1/Z sont :  09 Trains de traitement du GPL.

 02 Unités de liquéfaction des boil-off.

 22 Sphères de stockage de la charge d’alimentation de 1000 m3 chacune.

 04 Bacs de stockage de propane basse température de 70000 m3 chacune.  03 Bacs de stockage de butane basse température de 70000 m3 chacune.  01 Bacs de stockage de bupro basse température de 70000 m3.

 04 Sphères de stockage de produits ambiants (propane et Butane) de 500m3 chacune.

 01 Sphères de stockage gazoline de 500 m3.  01 Unité de démercurisation.  05 Salles de contrôle.

 01 Station électrique alimentée par SONELGAZ.

 04 Générateurs assurant l’énergie de secours du complexe.

 02 Quais de chargement pouvant recevoir des navires d’une capacité variante entre 4000 et 5000 tonnes.

 01 Une rampe de chargement de camions.  01 Une station de pompage d’eau de mer.  Un système de télésurveillance.

I.2.3. Utilités [5] Les utilités alimentent les divers zones de production en :  

Fuel (gaz naturel) ( le fuel est utilisé comme combustible). Air : l’air est subdivisé en deux catégories :

 Air instrument : c’est de l’air séché qui a pour mission d’ouvrir les vannes et la manipulation des boucles de régulation (vanne pneumatique).

 Air service : c’est du l’air qui sert pour le nettoyage et l’entretien. Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

7

Chapitre I



Généralités sur le GPL et présentation du complexe

Vapeur : la vapeur est utilisée au sein du dessaleur pour avoir l’eau distillé, et à partir de la chaudière, on produit de la vapeur de 10 kg/cm2 qui sert au traçage des lignes

pour le maintien de la température chaude et des échangeurs de chaleur pour les évaporateurs des produits.

 Eau : la production de l’eau distillée et l’eau de refroidissement utilisée pour les   

équipements (pompe) et l’eau potable.

Méthanol : le méthanol est utilisé pour le dégivrage.

Gasoil : Le gasoil est destiné pour les générateurs de secours. Azote : le ballon d’azote, il y’a deux types de circuits :  Circuit Gazeuse (HELIOS) ;

 Circuit l’azote liquide (COGIZ) : On le transforme en vapeur pour l’inertage des équipements.



Un générateur électrique de secours d’une capacité de 25,617 KW.



Les torches : trois hautes pressions (HP) et deux basses pressions (BP) servent à



Un système de sécurité vide-vite (Blow-down).

brûler la quantité du gaz provoquée par un dysfonctionnement des trains.

I.3. DESCRIPTION GENERALE DU PROCEDE [4]

Le schéma de fabrication du GPL est représenté sur la figure I.3.

Figure I.3 : Schéma de fabrication du GPL Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

8

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

Le GPL venant de l’extérieur est stocké dans 22 réservoirs sphériques dans la section de

stockage de la charge, ensuite le GPL brut est acheminé vers les 9 trains identiques installés en parallèle.

Chaque train est conçu de manière à produire 1.200.000 de tonnes/an et comprend les

sections suivantes:

I.3.1. Section de stockage de GPL [6] Cette section est conçue pour maintenir un fonctionnement stable et d'assurer une

autonomie de plus de 10 h pour alimenter les trains en GPL brut en cas d'arrêt de pompage.

Elle est destinée aussi pour recevoir soit le flux de recyclage, soit le produit hors spécification revenant des sections en aval.

La charge d’alimentation est livrée par RTO (Région Transport Ouest) au complexe

GP1Z en GPL brut en provenance des différents champs du sud.

Ensuite le GPL traverse les dégazeurs de la charge afin de séparer et purger les vapeurs

du mélange vers les sphères d'alimentation. Une fois que la charge est filtrée et dégazée, elle

passe alors à travers six (06) démercuriseurs pour réduire sa teneur en Mercure jusqu’à l’ordre de 5 nano-g/Nm3.

A l’issue des démercuriseurs la charge passe par des redresseurs pour rendre

l'écoulement laminaire afin d'avoir une lecture correcte du débit et de la densité du GPL.

Le GPL brut est acheminé ensuite vers les sphères de charge sous une pression de 18 ~

22 Kg/cm2 et une température de 5 ~ 41.8 °C.

La charge est stockée dans 22 réservoirs sphériques de capacité de 1000 m3 chacune à

des pressions variables entre 7 et 9 bars.

I.3.2. Section déshydratation Le but de la section de déshydratation est de réduire la teneur d’eau dissoute dans le

GPL de 100 ppm à 5 ppm en poids pour éviter ainsi la formation de glace et de bouchons de givre dans les parties froides de l'installation (réfrigération). Cette section comprend colonnes Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

9

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

d’adsorptions à tamis moléculaires, à tout instant, on a une colonne en service (en adsorption),

l’autre en régénération. Le GPL passe dans le sécheur d’adsorption, l’humidité est extraite

lors du passage du GPL à travers les tamis moléculaires, une fois cette durée dépasse, le sécheur passe automatiquement en régénération. Le schéma de la section de déshydratation est représenté sur figure I.4.

Figure I.4 : Schéma de la section déshydratation

I.3.3. Section de séparation de GPL [6] La section de séparation représentée sur la figure I.5, a pour objectif de séparer le

GPL brut en produits commerciaux : propane (C3) et butane (C4) et éventuellement (C5), avec un taux de récupération Tr maximum : Tr= C3 et C4 produit (commercialisé)

/C

3

et C4 contenant dans la charge

La composition du GPL brut est le paramètre primaire qui détermine le

fonctionnement global de la section séparation.

La charge passe tout d'abord par le fractionnateur qui sépare le produit de tête (le

propane et l'éthane) et le produit de fond (le butane et le pentane).

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

10

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

Figure I.5 : Schéma de procédé de séparation

I.3.3.1. Passage par les préchauffeurs Le GPL déshydraté entre dans le fractionnateur à une température 71°C après un

passage par trois préchauffeurs. I.3.3.2. Fractionnateur La

colonne de fractionnement équipée de 55 plateaux à clapets. C’est dans cette

colonne que l’on effectue la récupération de l’éthane et du propane en tête, tandis que le butane et le pentane seront récupérés en fond de colonne. Le produit de tête du fractionnateur

est envoyé vers le dé-éthaniseur au moyen d’une pompe de reflux qui assure en même temps Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

11

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

la charge de dé-éthaniseur et le reflux du fractionnateur. Le butane sortant du fond est dirigé vers la section de réfrigération.  

La température d'entrée du fractionnateur est de 71°C.

La pression à l’intérieur de la colonne est de en moyenne de 20 kg/cm2.

I.3.3.3. Dé-éthaniseur La colonne de fractionnement est mise en service lorsque le rapport C2 / (C2 +C3) dans

la charge est supérieur ou égal à 4,8 % molaire, elle traitera le produit de tête du fractionnateur.  

L'alimentation se fait normalement sous forme de liquide sous-refroidi à 50°C. La pression à l'intérieur de la colonne est de 22 Kg/cm².

I.3.3.4. Dé-pentaniseur Le dé-pentaniseur qui traitera le produit de fond sera mis en marche, lorsque le rapport

C5/ (C5 + C4) est supérieur ou égal à 1,75 %.  

La température d'alimentation est de 60°C.

La pression d'alimentation est de 7 Kg/cm2.

Notons qu'il n'existe qu'un seul dépentaniseur pour tous les trains.

I.3.4. Section de Réfrigération [6] La section de réfrigération reçoit le propane et le butane de la section séparation,

les réfrigères jusqu’aux basses températures (BT) correspondantes aux points de saturation liquide au voisinage de la pression atmosphérique et les dirigés vers les bacs de stockage à BT. Chacun des deux produits, propane et butane, passent à travers trois refroidisseurs (chillers) pour être réfrigérés suivant un cycle ouvert par détente successive en trois niveaux de pression HP, MP, et BP par détente du propane (fluide frigorifique) après compression.

Les vapeur résultantes de l’évaporation du propane réfrigérant dans les chillers et les

condenseurs de têtes du dé-éthaniseur sont collectées dans les trois ballons d’aspiration HP, Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

12

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

MP et BP pour être aspirées par le compresseur centrifuge entraîné par une turbine à gaz dans

la phase I et par un moteur électrique dans les phases II et phase III, puis elles sont condensées dans les condenseurs de type aéro-réfrigérant (E-X027). Le schéma de procédé de réfrigération de C4/C3 est illustré sur figure I .6.

Figure I .6 : Schéma de procédé de réfrigération de C4/C3

I.3.5. Section d'Huile Chaude La section du fluide caloporteur (figure I .7) est utilisée comme source de chaleur

pour les rebouilleurs et le pré chauffeur final du fractionnateur.

Le four du fluide caloporteur fournit la chaleur nécessaire au gaz de régénération

destiné à la section de déshydratation. 

La température d'entrée de l'huile dans le four est de 130 °C.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

13

Chapitre I



Généralités sur le GPL et présentation du complexe

La température de sortie du l'huile du four est de 180 °C.

Ballon tampon Aéro FV Reb Dépantaniseur FV Reb Fractionateur

TV Préchauffer

Pompe Circulation Huile chaude

FV

Four

FV Rebdééthaniseur

Figure I .7 : Schéma représentatif de la Section d’huile chaude

I.3.6. Section stockage expédition

Dans la section stockage expédition, on trouve deux types de stockage:

 Stockage à température ambiante

Le stockage à température ambiante est prévu pour la commercialisation du gaz à

l’échelle nationale ; le chargement camions se fait à partir des 4 sphères de stockages (figure I.8) ayant une capacité de 500 m3 chacune dans lesquelles sont stockés le propane et le butane sous pression.

Figure I.8 : Sphères de stockage  Stockage à basses températures

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

14

Chapitre I

Généralités sur le GPL et présentation du complexe

Les gaz réfrigérés sont véhiculés aux bacs où ils seront stockés dans les conditions de

basse température sachant que la capacité de chacun est 70.000 m3 et sont munis de pompes immergées pour la circulation du gaz et le chargement navires. Le service stockage et expédition chapote trois zones : I.3.6.1. Section BOG (Boil- Off- Gas) [7] La section de reliquéfaction des vapeurs (BOG), a pour but le contrôle de la pression

dans les réservoirs de stockage à basse température, aussi bien pendant le stockage que

pendant les opérations de chargement les vapeurs excédentaires récupérées sont comprimées pour qu’elles puissent être reliquéfiées sous forme de condensats réfrigérés aux réservoirs à basse température, le contrôle est assuré par deux salles : 

LCR (Local Control Room) s’occupe de la gestion des opérations de stockage des



JCR (Jetty Control Room) s’occupe de la supervision des opérations de chargement

produits finis, section récupération BOG (gaz évaporé). par navire.

I.3.6.2. Section jetée (CN) S’occupe des enlèvements par navire, il y’a deux jetées :  

D1 : concernant les petits navires.

M6 : concernant les grands navires.

I.3.6.3. Section chargement par camion (CC) La section chargement par camion s’occupe de la gestion des enlèvements par camion

au niveau de la rampe de chargement par camion (NAFTAL et les opérateurs privés).

La section est dotée de 5 réservoirs sphériques, des pompes et des bras de chargement.

Ces installations sont conçues de manière à permettre le chargement simultané du propane, pentane et butane.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

15

Chapitre II

Description de la section BOG

II.1. INTRODUCTION Les produits propane et butane stockés dans les bacs à basse température ont tendance

à s’évaporer vu leurs conditions de stockage. Ces produits sont stockés rappelons-le à leurs point de bulle légèrement au-dessus de la pression atmosphérique. Pour éviter les pertes de

ces produits par évaporation et par conséquent une augmentation excessive de pression, une unité appelée BOG (Boil Off Gas) a été conçue pour la récupération de ces vapeurs.

La section de récupération BOG comprend une unité de reliquéfaction de propane et une

unité de reliquéfaction de butane. Le système de récupération a pour but de contrôler la pression dans les bacs de stockage à BT en la maintenant dans la gamme de 300 – 800

mmH2O eff, et ceci en récupérant les vapeurs produites, de les comprimer, condenser,

refroidir et les renvoyer au bac de stockage [7]. Le tableau II.1 récapitule l’effet de la pression dans les bacs de stockage à BT.

Tableau II.1 : Effet de la pression dans les bacs de stockage à BT Pression (mmH2O)

Action

-50

Ouverture vannes casse vide

100

Déclenchement de tous les

250

Alarme basse pression

50

Injection de gaz naturel compresseurs

300~800

Fonctionnement normal

950

Excès de gaz envoyé vers la

1000

Ouverture des soupapes de

850

Alarme haute pression torche BP sécurité

Les sources de gaz à reliquéfier sont les suivantes : 1- Les gaz de détente de l’unité de réfrigération (au niveau du ballon flash V-N013 pour le propane).

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16

Chapitre II

Description de la section BOG

2- Les gaz évaporés issus des bacs de stockage à basse température. 3- Les gaz de retour des jetées. 

La capacité nominale de l’unité de reliquéfaction de propane est de 43,52 t/h.



La capacité nominale de l’unité de reliquéfaction de butane est de 28,63 t/h.

II.2. DESCRIPTION DU PROCEDES Description de l’unité de reliquéfaction du propane [7] Les gaz de propane contenant jusqu’à 25 % d’éthane sont dirigés vers le ballon

d’aspiration (04-V-0011) des compresseurs (04-CM-0002 A-E).

A la sortie du ballon d’aspiration du compresseur, les gaz passent à l’étage de basse

pression (BP) du compresseur. La température du gaz aspiré est maintenant au-dessous d’un

maximum de moins 22 °C, par injection de condensât refroidi dans la ligne alimentant le ballon d’aspiration. Au refoulement de l’étage BP, le gaz comprimé est mélangé à la vapeur

saturée produite par l’économiseur E-0033 de l’étage MP, avant d’entrer dans l’étage de compression à moyenne pression (MP). Au refoulement de l’étage MP, le gaz comprimé est également mélangé à la vapeur saturée produite par l’économiseur E-0032 de l’étage HP avant de pénétrer dans l’étage HP de compression, qui est l’étage final.

Au refoulement du compresseur, le gaz surchauffé est condensé dans l’aérocondenseur

E-0031, et les condensats s’accumulent dans le réservoir V-0012. La pression dans V-0012 est

maintenue à un minimum de 13,5 kg/cm²eff., en réglant le pas des pales des ventilateurs au E-0031 .Pour le reste, on laisse la pression dans le réservoir fluctuer selon la température ambiante et la composition du gaz évaporé, jusqu’à un maximum de 27,9 kg/cm²eff.

A cette pression, la vanne à la sortie du condenseur de récupération s’ouvre pour évacuer le

gaz excédentaire vers la torche. Il s’agit normalement de composants inertes qui se sont accumulés dans V-0012. Les condensats qui s’accumulent en V-0012 sont renvoyés aux réservoirs à basse

température, sous contrôle de niveau à V-0012. Les condensats passent d’abord par l’économiseur E-0032 de l’étage HP.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

17

Chapitre II

Description de la section BOG

Ensuite par l’économiseur E-0033 de l’étage MP, avant d’être envoyés vers l’économiseur E-

0034 de l’étage BP, et être acheminés à la région de stockage à basse température.

A l’économiseur de chaque étage, les condensats sont réfrigérés coté tubes par détente de

condensât, prélevé à l’entrée de l’économiseur et sous contrôle de niveau de ce dernier, à la

pression d’aspiration de l’étage correspondant coté calandre. De cette manière, les condensats

retournent au réservoir de basse température un peu au-dessus du point de bulle atmosphérique. Au ballon d’aspiration V-0011, la pompe de reprise P-0046 assure l’évacuation du produit réfrigéré

qui est envoyé par la pompe booster de chargement au V-0011. Le fonctionnement des compresseurs de propane dépend de la pression dans le réservoir à basse température pour le propane. Le régulateur de pression sur le collecteur de gaz évaporés pilote le mécanisme de

soulèvement de clapets aux compresseurs de sorte que la pression dans les réservoirs soit maintenue dans la plage de 300 à 800 mmCE eff.

II.3. EQUIPEMENTS & ACCESSOIRES [4] La section BOG propane fonctionne par le même principe d’un cycle frigorifique et comprendra :  

Un ballon d’aspiration (V-0011).

Une batterie de 05 compresseurs (04 compresseurs à 3 étages peuvent travailler en parallèle et le 5eme en gardé).



Un condenseur type aéro-réfrigérant (E-0031).



Une série d’économiseurs (E-0032, E-0033, E-0034).



Un ballon récupérateur de condensat (V-0012).

II.3.1. Ballon d’aspiration

Le ballon d’aspiration V-0011 est de type vertical assumant le double rôle de

décantation du propane liquide et le débit nécessaire à l’aspiration des compresseurs.

II.3.2. Compresseurs (CM-0002A~E: Compresseurs propane) Pour le propane, le système BOG est composé de cinq compresseurs alternatifs à

pistons entrainés par moteurs électriques.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

18

Chapitre II

Leur

Description de la section BOG

principe de fonctionnement, c’est de convertir le mouvement rotatif du

vilebrequin en mouvement alternatif du piston et dépend du débit de vapeur à l’aspiration et la température de stockage.

Système de refroidissement des compresseurs Le refroidissement au niveau du 1ème étage n’est pas requis étant donné que la

température au niveau de cette étage est basse (-20 °C max). Au niveau du 3ème étage, le cylindre est refroidi par l’eau, en l’a faisant circuler dans l’enveloppe de ce dernier. Au niveau du 2ème étage, on utilise de l’eau mélangé à un antigel EG (éthylène glycol) pour le

refroidissement du cylindre en raison d’une large gamme de la température d’aspiration au niveau de cet étage.

II.3.3. Aéro-réfrigérant (E-0031: Condenseur de propane) Pour satisfaire aux besoins de la liquéfaction, les vapeurs du propane refoulées par la

compression finale sont totalement condensées à travers le condenseur aéro-réfrigérant.

II.3.4. Ballon récupérateur Le ballon récupérateur (V-0012) est un accumulateur du condensat du propane servant à

l’alimentation des trois étages de réfrigération (économiseurs HP, MP et BP).

II.3.5. Economiseurs Les économiseurs sont des échangeurs de chaleur, ils sont alimentés par un même produit

(propane) coté tube et coté calandre. L’échange thermique produit donc un refroidissement du propane circulant dans les tubes et une vaporisation du propane contenu dans la calandre.

Les vapeurs de propane sortant du sommet de la calandre des économiseurs MP (E-0033)

et HP (E-0032) sont reprises respectivement par les aspirations 2ème et 3ème étages. Les vapeurs de l’économiseur BP (E-0034) sont réexpédiées dans la ligne d’entrée du ballon d’aspiration. Ce système en circuit fermé, permet de récupérer le maximum du propane évaporé. La figure II.1 montre le schéma descriptif de la section BOG propane.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

19

Chapitre II

Description de la section BOG

Figure II.1 : Schéma de la section BOG propane

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

20

Torchage et leur impact sur l’environnement

Chapitre III

III.1. INTRODUCTION Depuis les années soixante-dix, SONATRACH s’est fixé un objectif de réduire les gaz associés torchés. Aujourd'hui après la prise de conscience officiellement entérinée par 182 pays, dont l'Algérie, au sommet de Rio de Janeiro, en 1992.SONATRACH ne conçoit pas de développement

économique

sans un développement

durable.

Des

investissements

considérables ont été consentis pour la récupération des gaz torchés aussi bien au niveau des champs de production que des complexes de liquéfaction et des raffineries.

III.2.DEFINITION DU TORCHAGE Le torchage ou « brûlage des gaz » est l'action de brûler, par des torchères, des rejets de gaz excédent à différentes étapes de l'exploitation du pétrole et du gaz naturel. Une méthode sûre et efficace pour évacuer l'excédent de gaz naturel résultant de la production pétrolière.

III.3.ORIGINE ET CAUSE DU TORCHAGE L'exploitation pétrolière génère fréquemment, conjointement à une production de pétrole liquide, du gaz associé (GA), souvent en quantités faibles (en masse) par rapport au pétrole lui-même ; un gisement est fréquemment très éloigné de sa zone de clientèle, et le gaz produit exigerait des investissements lourds pour être exporté. Comme il ne peut être transporté par les mêmes moyens physiques que le pétrole, il ne présente en général pas d'intérêt économique, ce qui explique qu'on le brûle.

III.4. TORCHAGE DANS L’INDUSTRIE DU PETROLEET DU GAZ Le torchage, est habituellement considéré comme une façon à la fois sûre et efficace de se débarrasser du gaz naturel hors spécifications qui associé à la production des LPG. C'est la méthode habituellement utilisée pour l'élimination des gaz inflammables inutilisables, et aussi utiliser pour dépressuriser un équipement ou une section de traitement des gaz pendant les activités normale d'entretien ainsi en cas d’arrêt d'urgence ou lors d’un démarrage. Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

21

Torchage et leur impact sur l’environnement

Chapitre III

III.5.PRODUITS DU TORCHAGE En théorie, la combustion complète d'hydrocarbures purs ne produit que de l'eau, du gaz carbonique et de l'azote. Toutefois, les modèles de torches peu efficaces ne brûlent pas tout le gaz et ils rejettent, avec le gaz carbonique, des hydrocarbures non brûlés et du monoxyde de carbone.

III.5.1.Combustion complète Les réactions chimiques qui gouvernent la combustion complète sont données comme suit : CH4 + 2 O2

CO2 + 2 H2O

C2H6 + (7/2) O2 2CO2 + 3H2O C3H8 + 5O2

3CO2 + 4H2O

La figure III.1 montre le cas de combustion complète.

III.5.2.Combustionincomplète C’est le cas des torchages lors des d’arrêts et des démarrages ou pendant les déclenchements, la charge du gaz sera importante; donc la combustion est incomplète(figure III.2) ce qui donne le monoxyde de carbone (CO) et les vapeurs d’eau (H 2O) comme produits : CH4 + 3/2 O2

CO + 2 H2O

Fumée indiquant la présence du CO dans les produits de combustion.

Figure III.1 : Combustion complète

Figure III.2 : Combustion incomplète

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

22

Torchage et leur impact sur l’environnement

Chapitre III

III.6.IMPACT DES GAZ TORCHÉS III.6.1.Impact économique La réduction des gaz torchés présente un intérêt économique ; 32 projets de récupération des gaz torchés ont été réalisés depuis 1973tandis que les volumes de gaz associés produits ont pratiquement été quadruplés ces 33 dernières années, le taux de torchage est passé de 80% en 1970 à 11% en 2003 puis à 7% en 2005, la compagnie a récupéré, pour la période allant de 1980 à 2005, quelque 411,32 milliards de m3, dans sa stratégie SONATRACH pense déjà à l’avenir dès aujourd’hui.

III.6.2.Impact environnemental Le torchage qui est un gaspillage d'une source non renouvelable présente un problème environnemental (pollution atmosphérique, bruit, odeurs, fumées nocives à la qualité de vie) Ce qui influe sur l'échauffement planétaire due aux émissions des produits de combustion qui contribuent à la hausse de la concentration des gaz à effet de serre.

III.6.2.1.Effet de serre Il existe au sein de notre atmosphère des gaz (les "gaz à effet de serre"), présents en petite quantité, qui jouent pour notre planète exactement le même rôle que les vitres de la serre. Ils n'empêchent pas la lumière du soleil d'arriver jusqu'à nous, mais font office de couverture en empêchant l'énergie que nous recevons du soleil de repartir trop vite vers l'espace.Les deux gaz à effet de serre les plus importants sont parfaitement naturels : 

La vapeur d'eau, qui occupe 2 à 3% de l'atmosphère.



Le gaz carbonique, qui occupe actuellement 0,035% de l'atmosphère.

Sans effet de serre, la surface terrestre aurait une température moyenne de -15°C plutôt que de +15 °C, rendant notre planète tout à fait inhospitalière pour la vie. Le danger qui est désigné par le terme "effet de serre" correspond à un abus de langage.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

23

Torchage et leur impact sur l’environnement

Chapitre III

Il faut lui préférer le terme de "réchauffement climatique". Ce qui est dangereux n'est pas le phénomène lui-même, parfaitement naturel et essentiel à notre existence, mais sa modification du fait de l'homme.La figure III.3 décritla concentration des principaux gaz à effet de serre.

Figure III.3 : Concentration des principaux gaz à effet de serre III.6.2.2.Echauffement climatique En réponse de l'augmentation de l'effet de serre, l’énergie de ces infrarouges retenus prisonniers va chauffer le système atmosphérique et la surface terrestre. De ce fait la terre va rayonner de plus en plus d'énergie (la quantité d'énergie rayonnée augmente avec la température);

conduisant aux changements climatique et météorologique (températures,

configuration des vents, la quantité et le type précipitation………….) qui peuvent avoir de nombreuses conséquences sur les écosystèmes naturels. L’augmentation des concentrations du gaz carboniqueest mise en évidence sur la figure III.4.

FigureIII.4:Augmentation des concentrations du gaz carbonique

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

24

Torchage et leur impact sur l’environnement

Chapitre III

III.7.CONCLUSION Les émissions de gaz carbonique sont la conséquence de la combustion des hydrocarbures. Des mesures doivent être prises pour diminuer les émissions, stabiliser et accroître le stockage de gaz carbonique afin d'en réduire la teneur dans l'atmosphère sans pour autant que les populations puissent en souffrir. Les gaz, les particules liquides ou solides contenant de l'hydrogène et du carbone sont désignés par le terme " hydrocarbures imbrûlés". Ils résultent de la combustion incomplète. Ces produits sont nuisibles pour la santé et leur élimination des gaz d'échappement doit être contrôlée.

Récupération des gaz torches des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

25

Chapitre VI

Approche technico-économique

VI.1. INTRODUCTION

La décision d’investissement consiste à sélectionner le projet susceptible de générer le

plus de valeur pour les entreprises. Les outils de décision se basent donc des flux financiers et leur répartition dans le temps.

VI.2. EVALUATION DE LA RENTABILITE

Pour valoriser le projet, une étude de rentabilité économique est nécessaire en premier

lieu, elle correspond à la conception du projet.

VI.3. EVALUATION DU MANQUE A GAGNER

La quantité de propane torché pendant une année 1300 tonne/an. On se basant sur le prix actuel du propane 900 000 DA, le gain annuel réalisé sera :

Le gain annuel =900 000 x 1300= 1 170 000 000 DA

VI.4. ESTIMATION DU COUT DE L’INVESTISSEMENT DE LA LIGNE DE RECUPERATION

L’investissement c’est l’échange d’une somme certaine et présentée contre l’espérance

de revenu futur.

Le capital investi est le montant des dépenses que l’entreprise consacre à la réalisation

d’un projet d’investissement.

Dans l’estimation du coût de la ligne de récupération, on distingue :  Le coût de tuyauterie.

 Le coût des accessoires de la ligne.

VI.4.1. Le coût de la tuyauterie

Tableau VI.1 : Le coût de la tuyauterie

NATURE DE

DIAMETRE

LONGUEUR

A333 (grad1)

2

1500

L’ACIER

(POUCES)

(M)

COUT

UNITAIRE(DA) 1150

COUT

TOTAL(DA) 1725000

VI.4.2. Le coût des accessoires Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

48

Chapitre VI

Approche technico-économique

Tableau VI.2 : Le coût des accessoires (phase I, III et de collecteur) TYPE

DIAMETRE (POUCES)

NOMBRE

Coude 90°A 234

2

94

Vanne de garde

2

7

PV-0782

2

T

2

COUT

COUT

UNITAIRE

TOTAL

1400

131600

(DA)

(DA)

2

531370

1062740

5

2 000

10000

58727

411089

1615429

 Le coût total : Le cout total de réalisation de la nouvelle ligne : Résultat :

Le coût total de la tuyauterie + Le coût total des accessoires

⇒ 1725000 + 1615429= 3340429 DA

 Le coût de revient économique pour cette conception : économique pour cette conception :

Résultat :

Le coût de revient

Le gain annuel- Le coût total

⇒ 1 170 000 000 – 3340429= 1 166 659 571 DA

VI.5. CONCLUSION 1- L’investissement pour ce projet permettra au complexe de faire des économies de 1 166 659 571 DA en récupérant une quantité de GPL très importante, utilisée pour alimenter le four.

2- Autre que la rentabilité économique de ce projet, il permettra d’éliminer une quantité de propane

qui se brûlait à l’atmosphère, donc cette réalisation contribue à la réduction des gaz torchés et par conséquent des phénomènes tels que l’effet de serre et l’échauffement climatique.

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

49

Chapitre V

Simulation de la nouvelle ligne

V.1. INTRODUCTION La simulation de la récupération de l’excès de V-0012 au niveau de la ligne inter-ballon

GN des fours phase I a été effectuée avec le logiciel de calcul et de simulation Aspen HYSYS.

Le but de cette simulation est de vérifier la quantité du gaz récupérés vont s’additionner

avec le GN destinée pour la combustion des fours des trains de la phase I.

La qualité du gaz récupères doit présenter un taux de C3 inférieur à 12 %.Cette

simulation a été élaborée suivant les paramètres. [8]

V.2. CHOIX DE L’EQUATION D’ETAT [14] La simulation

peut se faire en mode statique (steady state) ou mode dynamique

(dynamic state), en se basant sur l’équation d’état utilisé pour les mélanges liquide vapeur et qui est recommandée pour les hydrocarbures Peng Robinson de forme (Eq. V.1): P=

RT a  V  b V (V  b)  b (V  b )

(Eq. V.1)

Où P : pression du système. T : température. Vm : volume molaire du gaz. a , b , α : constantes .

V.3. SIMULATION EN MODE DYNAMIQUE Pour avoir un profil réel sur le déroulement de la dépressurisation du ballon V-0012

tout en récupérant les vapeurs du propane une simulation en mode dynamique s’impose.

V.4. SIMULATION EN MODE STATIQUE En simulation statique on utilise le segment pipe qui fournit une estimation rigoureuse

de pertes de charges et des transferts de chaleur.

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

44

Chapitre V

Simulation de la nouvelle ligne

Equipements:  Trois (03) segments pipes : avec une longueur de 59,77 m (phase III), 82,77 m (phase I), 1350 m (collecteur) et quatre (04) coudes soumis à température ambiante de 38 °C.

 Une vanne de détente: détend les vapeurs à une pression de 260531 mm H2O eff. (26,53 bar) mesurée par l’indicateur de pression sur la ligne. Cette pression est le cas le plus défavorable quand la température ambiante est supérieure à 38 °C.

 Un (01) échangeur 04 E-0039 (phase I) : soumis aux conditions P=26,5 kg/cm2 et T=38°C.

 Un (01) échangeur 34E-0039(phase III) : soumis aux conditions P=26,5 Kg/cm2et T=38C.

 02 Ballons séparateur.

V.5. SIMULATION DE LA NOUVELLE LIGNE Le simulateur nous a permet d’explorer beaucoup de résultats la simulation de la

nouvelle ligne : les vannes de détente (PV) le pipe installé, graphes (plots) de la pression,

la quantité (composition) du gaz récupéré via l’échangeur E-0039, la composition des vapeurs sorti de V-0012 (Figure V-1 et tableau V-1).

Figure V.1 : Simulation de la nouvelle ligne Tableau V-1 : Composition des vapeurs entrées au ballon V-0012, liquides recupérés par le ballon V-0012 et vapeurs entrées aux trains (sortie de collecteur)

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

45

Chapitre V

Composant

Simulation de la nouvelle ligne

Vapeurs entrées au ballon V0012

Fraction molaire

liquides recupérés par le ballon V-0012

Méthane

0,331331

0,081704

Propane

0,474474

0,764197

Ethane

i-Butane

0,194194 0,000000

0,154099 0,000000

Vapeurs entrées aux trains (sortie de collecteur) 0,407044

0,206634

0,386322

0,000000

V.6. INTERPERTATION DES RESULTATS 1- A l’issus des résultats du tableau V-1, la composition de vapeur en C3 diminue à 0, 47 mol à l’entrée au ballon V-0012 et 0, 76 mol liquide vont être récupéré dans V-0012. On déduit que le taux du C3 admis dans le collecteur ne dépasse pas de 12 %, alors ce dernier ne va pas generer des perturbation sur le bon fonctionnement du four ( Figures V-2 et V-3).

2- D'après la simulation les résultats nous montrent que les températures obtenues avec une pression 4 bars, de faite que l’injection momentané des vapeurs récupérés se fera dans la même pression de la ligne et la différence de température et de qualité de C3 sont admissible.

Figure V.2 : Profile de la dépressurisation des phases I et III

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

46

Chapitre V

Simulation de la nouvelle ligne

Figure V.3 : Profile de la dépressurisation de collecteur

V.7. CONCLUSION En conclusion de ce chapitre nous avons pu à déduire en se referont aux résultats cités que: 

Les vapeurs



Le gaz récupéré peut être véhiculé par la différence de pression à partir du ballon V-

 

(C1, C2, C3) habituellement torché lors de stockage peuvent être

récupérés en créant une ligne de 1500 m reliant le ballon tampon de four.

0012 jusqu'à son injection tout en respectant les conditions requises d’injection dans le ballon tampon de four.

La modification permettra au complexe de faire des économies conséquentes et ainsi participer aux efforts de Sonatrach de réduire le taux des gaz torchés.

La modification fera l’objet d’une réduction des couts d’exploitation et préserve l’environnement des rejets CO2 (gaz à effet de serre).

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

47

Chapitre IV

Etude technique

IV.1.INTRODUCTION Les caractéristiques les plus importantes pour le dimensionnement d’une ligne de gaz sont le diamètre et l’épaisseur de la tuyauterie. Le choix du diamètre d’une canalisation est dicté par les conditions économiques et exploitation. Notre diamètre interne est identique à celle de la ligne existante(2) [8]. La figure ci-dessous représente unelocalisation de la ligne de récupération. Deux critères sont retenus pour le dimensionnement d’une lignede gaz : 1. Vitesse d’écoulement inférieure à la vitesse d’érosion ; 2. Perte de charge minimale. Les gazincondensables au niveau des ballons accumulateurs 04-V-0012 et 34-V-0012 de la section BOG phase I et phase III sortent via deuxnouvellesvannes de régulation de pression PV 0782 B et PV 2782 B et sont acheminés à partir d’un nouveau collecteur 2 vers le collecteur 8 (ligned’équilibrage) inter ballons tampons de fuel gaz des sections huilechaude au niveau des trains phase I pour êtreutiliséscomme fuel gaz [8].

NG

4'’ PV-1310

Déh

PV-2782 B

PV-0782 B

Sep

FL

Mel 3'’

8'’-NG ( ligne d’équilibrage) FL

PV-2782 A

34-V-0012

02-V-1531

NG 6'’

PV-0782

04-V-0012

Figure IV. 1 : Localisation de la ligne de récupération

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

26

Chapitre IV

Etude technique

IV.2. THEORIE DE CALCULS Dans la partie calcul, nous avons mis en œuvre les formules mathématiques suivantes.

a-Vitesse d’écoulement du gaz Selon la loi de conservation de débits massique nous avons :

𝑸𝒎 =ρvs Où

(Eq.IV-1)

V : La vitesse d’écoulement du gaz en m/s. S :Lasection de la pipe en m2. Qm :Ledébit massique en kg/s.

Avec

𝒔=

𝝅𝑫𝟐 𝟒

=>

𝑽=

𝑸𝒎 𝑺𝝆

=>𝑽

=

𝟒𝑸𝒎 𝝆𝝅𝑫𝟐

(Eq.IV-2)

ρ:La masse volumique en Kg/m³. Avec 𝝆

=

𝑷𝑴𝒘 𝒁𝑹𝑻

b-Nature de l’écoulement La nature de l’écoulement d’un fluide (gas dans notre cas) est déterminée par une constante adimensionnelle appelée : le nombre de Reynoldsexprimé, Re. Le nombre de Reynoldsreprésente le rapport des forces d’inertie aux forces de viscosité. C’est l’indicateur du régime d’écoulement.

𝑹𝒆 = Où

𝝆𝒗𝑫 𝝁

(𝐄𝐪. 𝐈𝐕 − 𝟑)

ρ : La masse volumique en Kg/m³.

µ : La viscosité dynamique en Kg/m.s. D : Le diamètre du collecteur en m. V : vitesse d’écoulement en m/s.

c- Epaisseur du collecteur [8] L’épaisseur du collecteur est déterminée suivant les règles de sécurité pour lescanalisations de transport de gaz combustibles.La formule utilisée pour le calcul d’épaisseur de la canalisation :

𝒆=

𝑷𝑫 𝟐𝒕

(Eq.IV-4)

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27

Chapitre IV

Etude technique

e: L’épaisseur minimum de la canalisation (compte tenu de la tolérance defabrication

Où

en moins) exprimé en millimètres. P : La pression limite de sécurité de l'élément tubulaire exprimé en MPa. D : Le diamètre extérieur nominal exprimé en millimètres. t: La contrainte transversale maximum supportée par le métal.

d- Pertes de charge[9] Les pertes de charge sont des chutes de pression dues à la résistance que rencontrent les fluides en écoulement d’une conduite. Particulièrement, les pertes de charge entre l'entrée et la sortie d’une conduite est la somme de deux types de contributions : ✓

Les pertes de charge linéaires(appelées aussi systématiques ourégulières) dues aux frottements visqueux.

✓

Les pertes de chargesingularités dues aux changements de direction et de sections (rétrécissements et élargissements) dans la conduite (raccord, T, vannes, soupapes, etc.).

d-1Perte de chargelinéaire ou régulière (∆𝑷𝑳 )[10] Les pertes de chargesystématiques (linéaires ou régulières) (chute de pression ∆PL) résultent du frottement exercé entre le fluide et la surface intérieure de la canalisation. Elles sont proportionnelles à la longueur L de la conduite et au carré de la vitesse moyenne V du fluide, inversement proportionnelle au diamètre D et fonction de la rugosité moyenne ε de la canalisation. Entre deux points séparés par une longueur L, dans uneconduite de diamètre D apparaît une chute de pression ∆P. Exprimée sous la forme suivante Eq.IV-5: 𝑳

𝑽𝟐

𝑫

𝟐𝒈

∆𝑷𝑳 = 𝝀 𝝆

Où

(Eq.IV-5)

D : Le diamètre interne du collecteur en m. L : La longueur du collecteur en m. V : La vitesse d’écoulement en m/s.

ΔPS : La chute de pression en Kg/cm².

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28

Chapitre IV

Etude technique

ρ: La masse volumique en Kg/m³. g : L’accélération de la pesanteur, g=9,81m/s². λ(Sans dimension) : Le coefficient de perte de charge linéaire. Il dépend de la nature del’écoulement et de l’état de surface de la canalisation. Diagramme de Moody ✓ Le coefficient de perte de charge régulière ne dépend que du nombre de Reynolds pour une canalisation lisse. ✓ Dans le casd’une canalisation rugueuse, un secondenombre sans dimension intervient : la rugosité relative ε/D qui mesure le rapport de la hauteur moyenne des aspérités de la paroi interne de la conduite sur son diamètre interne. ✓ La valeur deλpeut être obtenue à l’aide d’abaque comme le diagramme de Moody

⇒ Re= f(Re, ε/D) ✓ Pour l'acier au carbone, ε= 0,0006. d-2 Perte de charge singulière (∆𝑷𝑺 )[10] Les pertes de charges singulières résultent de la présence de coudes, raccords, branchements, robinets, etc. Tous ces éléments (singularités), installés le long des canalisations, constituent des obstacles qui freinent le passage du fluide et amènent des pertes de charge. Les pertes de charge singulières sont proportionnelles au carré de la vitesse, elle est exprimée sous la forme suivante (Eq.IV-6) :

∆𝑷𝑺 = 𝑲𝝆 Où

𝐕𝟐 𝟐𝐠

(Eq.IV-6)

K : Lecoefficient de perte de charge locale (sans dimension)

(coudede 90°, K=0,50 à 0,75). (voirAnnexe V) ΔPS : La chute de pression en Kg/cm².

ρ : La masse volumique en Kg/m³. V : Lavitesse d’écoulement en m/s. g : L’accélération de la pesanteur, g=9,81m/s². L’équation relative à la chute de pression le long d'une ligne de courant pour un fluide parfait dont la viscosité est négligée est fondée sur le théorème de Bernoulli(Eq.IV-7)

𝒑 𝒗𝟐 + 𝒈𝒛 + = 𝑪𝒕𝒆(𝐄𝐪. 𝐈𝐕 − 𝟕) 𝝆 𝟐𝒈 Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

29

Chapitre IV

Etude technique

P : La pression en un point en Pa ou N /m2.

Où

ρ : La masse volumique en un point en Kg /m3. V : La vitesse d’écoulement en un point en m/s. g : L’accélération de la pesanteur en N /kg ou m /s2. Z : La hauteur du point considère en m.

d-3 Perte de charge totale (∆𝒑𝑻 )[10] Pour un réseau hydraulique ou gazeux comportant différents tronçons de longueurs et sections différentes et reliés entre eux par des singularités, on peut évaluer les pertes de charge

totales

entre

l'entrée

et

la

sortie

du

circuit

en

formulant

l'équationdeBernoulligénéralisée (𝐄𝐪. 𝐈𝐕 − 𝟖) :

𝒑 𝒗𝟏 𝟐 𝒑 𝒗𝟐 𝟐 + 𝒈𝒛𝟏 + = + 𝒈𝒛𝟐 + + ∆𝑷𝑻 (𝐄𝐪. 𝐈𝐕 − 𝟖) 𝝆𝟏 𝟐𝒈 𝝆𝟐 𝟐𝒈 Avec ∆𝑷𝑻 :La perte de charge totale en Pa ou N /m2 𝒊

𝒊

𝒊=𝟏

𝒊=𝟏

𝟏 𝑳𝒊 𝟏 ∆𝑷𝑻 = ∑ 𝝆𝑽𝒊 𝟐 𝝀𝒊 + ∑ 𝝆𝑽 𝟐 𝑲 𝟐𝒈 𝑫𝒊 𝟐𝒈 𝒊 𝒊 e-Vitesse d’érosion [11] La vitesse d’érosion est une grandeur calculée dans le régime est intermittent dans les conditions les plus défavorable (débit max, pression min et températuremax). Il est impératif que la vitesse d’écoulement du fluide dans une canalisation soitinférieure à la vitesse d’érosion. La vitesse d’érosion est exprimée par l’équation suivante (Eq.IV-9):

𝐕𝐦𝐚𝐱 = Où

𝐂 √𝛒

(Eq.IV-9)

C : Le facteur de cisaillement en kg0,5 m 0,5 s-1.

ρ : La masse volumique du fluide en kg/m3. Remarque : •

La vitesse d’érosion indiquée par Vmax est l’une des restrictions imposées aux tuyaux à grande vitesse. Différents chiffres sont mentionnés pour le facteur C en fonction de la situation. Cependant, une question importante à prendre en compte est l’unité de C.

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30

Chapitre IV

Etude technique

✓ Dans le système impérial est égal à lbm 0, 5 ft − 0, 5 s −1. ✓ Dans le système SI à Kg0, 5 m −0, 5 s −1. •

Lorsque le courant coule, il exerce une cisaille sur la paroi interne du tuyau. Ce cisaillement élimine les petits éclats du mur, le rend plus mince et diminue la durée de vie du tuyau.

•

De l'autre côté, plus le matériau du tuyau est mou, plus il est sensible à l'érosion.

•

Le facteur C’est la fonction des paramètres ci-dessous(Tableau IV.1): ✓ Densité du fluide. ✓ Teneur de l'érosif du fluide. ✓ Corrosivité du fluide (Augmenter la corrosivité de l'érosion). ✓ Matériau du tuyau. ✓ Epaisseur du mur (qui comprend la tolérance à la corrosion). ✓ Fréquenced'utilisation du tuyau (par exemple, continue ouintermitte). Tableau IV.1 : Matériaux du tuyau en fonction de régime d’écoulement [11] Facteur C

SI Unités (Kg0,5 m −0,5 s −1) 122

Imperial Unités (lbm 0,5 ft − 0,5 s −1) 100

152

125

244

200

Fluide Fluide propre Fluide propre Fluide propre

Matériau du pipe Acier au carbone Acier au carbone Matériau résistant à la corrosion

Usage Continu Intermitte Continu

IV.3.PARTIE DE CALCUL Pour notre cas, pendant la période de notre stage où le torchage au niveau de la section BOG suscite cette récupération. On notera que la modification est faite par des matériauxde la classe D3Z (A333Gr.3)et D1G (A333 Gr1), pour préserver la sécurité du personnel en évitant tout incident une vanne manuelle d'isolementprévue sur le collecteur est utilisée pour l'ouvrir en cas de dépressurisation des ballons tompan.[12] Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

31

Chapitre IV

Etude technique

Les vannes de détente sont prévues pour réguler la pression à une pression d'admission proche de celle de la ligne de GN de four. Les données opératoires ➢ Débit de propane torché : comme c’est une boucle fermée avec une conversation des masses, le débit torché sera : •

Q torché= 400kg/h dans chaque phase (I et III).

•

Q torché= 800kg/h dans le collecteur.

Figure IV. 2 : Dimensionnement de la nouvelle ligne de récupération ➢ La longueur de la ligne mesuré sur site :L=1500 m(figure IV. 2) avec toutes les accessoires utilisés (tableau IV.2).

Tableau IV.2 : Longueur de la nouvelle ligne de récupération et nombre d’accessoires utilisés (voir Annexe VII)

Phase I Longueur (m)

Phase III

Collecteur

82,77

59,77

1350

23

23

48

Nombre de coude de90

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32

Chapitre IV

Etude technique

Nombre de coude de 45

2

2

/

2

2

1

Nombre de vanne manuelle

3

3

1

Nombre de vanne de détente

1

1

/

Nombre de Tee

➢ Diamètreoptimum La figure ci-dessous montre lesdiamètresde la pipe de la nouvelle ligne de récupération des gaz torchés. La nouvelle ligne projetée est de diamètre optimum de deux pouces (2"). [13]

Figure IV.3 : Diamètre dupipe A /Calcul de diamètre intérieur (Dint) Données :Dext=60,30 mm (le diamètre extérieur) (voir Annexe I). e=3,91mm (l’épaisseur de la paroi) Sachant que le diamètre intérieur : Dint = Dext – 2e Résultat :⇒ Dint= 60,30 - 2*3,91

⇒ Dint=52,48 mm = 0,052 m B/Calcul du l'épaisseur du pipe Letableau ci-dessous donnedeux types de matériau utilisés dans la fabricationdupipe.

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33

Chapitre IV

Etude technique

Tableau IV. 3 : Type de matériaudupipe Nuancede la

Pression

Surépaisseurdecorrosion(mm)

Tuyauterie

deservicemaximal(bars)

ASME : A333 Gr.3

27

1,6

ANSI : A333 Gr. 1

8

1,6

ASME: American Society of MechanicalEngineers. ANSI: American National Standards Institute — Formerly ASA.(voirAnnexe VIII)

Dans la configuration retenue de la nouvelle ligne de récupération des gaz torchés, nous avons choisi la nuance ANSI : A333 Gr. 1 : acier au carbone: classe D1G (voir Annexe IV), comme matériaude fabrication de la pipe.[12]

IV.4.RESULTATS L'épaisseur du pipe (Eq.IV-4) a été calculé pour une pression limite de sécurité de l'élément tubulaireP= 6,42 kg/cm2. (voir Annexe VI) A l’issue de ces calculs (tableau IV.4), le diamètre 2’’avec l’épaisseur énuméré cidessoussera recommandé pour les nouvelles lignes projetées. Tableau IV.4 : Les résultats du calcul d’épaisseur Diamétrenominal

2"

Diamétreextérieure

Contrainte T

Epaisseurcalculé

(mm)

(MPa)

(mm)

60,30

144

0,1345

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34

Chapitre IV

Etude technique

IV.5.CALCULS DES PARAMETRES POUR LA PHASE I ET PHASE III

IV.5.1.Calcul de la masse molaire (Mmoy) Le tableau suivant rassemble la composition des vapeurs de chaque phase et de collecteur. Tableau IV.5 : Composition des vapeurs de chaque phase et de collecteur Compositionchimique

Fraction,Xi(%)

Masse molaire, Mi (g/mol)

Méthane (CH4)

41

16

Ethane (C2H6)

21

30

Propane (C3H8)

38

44

Masse molaire moyenne,Mmoy. (g/mol)

29,58

La masse molaire moyenne des vapeurs de chaque phase et de collecteur est calculée via l’équation ci-dessous : Mmoy= ∑Mi.Xi(Eq.IV-10) Résultat :⇒ Mmoy=16*0,41+30*0,21+44*0,38=29,58g/mol

⇒ Mmoy=29,58 g/mol IV.5.2.Calcul de la masse volumique (ρ) D’après la loi des gaz parfait : 𝑷𝑽 = 𝒏𝑹𝑻(Eq.IV-11)

Où

V : Le volumedes vapeurs en cm3.

P : La pression des vapeurs pour chaque phase et de collecteur en kg/cm2. R :La constante universelle des gas parfait ; R=0,082 atm l/ mol k. T : La température absolue en K. n : Le nombre de mole en mol. Avec

𝐧=

𝒎 𝑴𝒎𝒐𝒚

(Eq.IV-12)

OùMmoy : La masse molaire moyenne des vapeurs en g/mol.

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35

Chapitre IV

Etude technique

En remplace Eq.IV-12 dans l’équation de loi des gaz parfait (Eq.IV-11), on obtient alors ;

𝑷𝑽 =

⇒ 𝝆=

𝒎 𝑽

=

𝑷𝑴𝒎𝒐𝒚 𝑹𝑻

𝒎 𝑹𝑻 𝑴𝒎𝒐𝒚

(Eq.IV-13)

Données : Mmoy= 29,58 g/mol R= 0,082 atm l/ mol k P

= 7, 45kg/cm2= 7,35atm (voir Annexe VI)

T= 1,91 °C Résultat :⇒ 𝛒 =

𝟐𝟗,𝟓𝟖∗𝟕,𝟑𝟓 𝟎,𝟎𝟖𝟐∗(𝟏,𝟗𝟏+𝟐𝟕𝟑,𝟏𝟓)

⇒ 𝛒 = 𝟗, 𝟔𝟒 𝐤𝐠/𝒎𝟑

IV.5.3.Calcul de la vitesse d’écoulement D’après l’équation de continuité ; Eq.IV-2,lavitesse d’écoulement de la vapeur est calculée. Données : ρ=9,64 kg/m3 Qm=400kg/h D=Dint=0,052 m Résultat :⇒ 𝑽 =

𝟒𝑸𝒎 𝝆𝝅𝑫𝟐

=

𝟒∗𝟒𝟎𝟎 𝟑𝟔𝟎𝟎∗𝟗,𝟔𝟒∗𝟑,𝟏𝟒∗𝟎,𝟎𝟓𝟐𝟐

⇒V= 𝟓, 𝟒𝟑𝐦/𝐬

IV.5.4. Calcul du nombre de Reynolds (Re) La nature de l’écoulement est caractérisée par le nombre adimensionnel de Reynolds, Re (Eq.IV-3). Données :𝑉 = 5,43𝑚/𝑠

ρ=9,64 kg/m3 µ= 9, 36*10- 6 Kg/m.s pourT=1,91°C(voirAnnexe III). Dint= 0,052 m

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36

Chapitre IV

Etude technique

Résultat :⇒ 𝐑𝒆 =

𝝆𝒗𝑫 𝝁

=

𝟗,𝟔𝟒∗𝟓,𝟒𝟑∗𝟎,𝟎𝟓𝟐 𝟗,𝟑𝟔∗𝟏𝟎−𝟔

⇒ 𝐑𝐞 = 𝟐𝟗𝟎𝟖𝟎𝟔, 𝟔𝟔 ⇒Lenombre de Reynolds 𝑹𝒆>3000⇒ l’écoulement degaz est turbulent. IV.5.5.Calcul de la perte de charge ( ΔPT) IV.5.5.1.Calcul de la perte de charge linéaire (ΔPL) La loi de Darcy Eq.IV-5 est exploitée pour le calcul de la valeur de λ via le diagramme de Moody :Re= f (Re, ε/D) Données :ε=0,0006 cm pour l'acier au carbone D=0,052 m⇒λ=0,021 (voir AnnexeII) Re = 290806,66 V=5,43 m/s ρ=9,64 kg/m3 ✓ Pour la phase I:la longueur =82,77 m Résultat :⇒ ∆𝐏𝐋(𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈) = 𝝀

𝑳 𝑫

𝝆

𝑽𝟐 𝟐𝒈

= 𝟎, 𝟎𝟐𝟏 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗

𝟖𝟐,𝟕𝟕 𝟎,𝟎𝟓𝟐

∗

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

⇒ΔPL(phase I) =484,24 kg/m2=0,048424 kg/cm2 ✓ Pour la phase III: la longueur =59,77m Résultat :⇒ ∆𝑷𝑳(𝒑𝒉𝒂𝒔𝒆 𝑰𝑰𝑰) = 𝝀

𝑳 𝑫

𝝆

𝑽𝟐 𝟐𝒈

= 𝟎, 𝟎𝟐𝟏 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗

𝟓𝟗,𝟕𝟕 𝟎,𝟎𝟓𝟐

∗

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

⇒ΔPL(phase III) =349,68 kg/m2=0,034968 kg/cm2 IV.5.5.2.Calcul de la perte de charge singulière (ΔPS) D’après l’équationEq.IV-6, la perte de charge singulière ΔPSest calculée pour les deux lignes de la phase I et III composé de plusieurs accessoires (coudes de 90° et 45°, vanne manuelle et détente ,et Tee): a-Les coudes ✓ Le nombre de coudes de 90° égale à 23 Données :K=0,75 V=5,43 m/s Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

37

Chapitre IV

Etude technique

ρ=9,64 kg/m3 Résultat : ⇒ ∆𝑷𝑺𝟏 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟎, 𝟕𝟓 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗ (

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

) ∗ 𝟐𝟑

⇒ ∆𝑷𝑺𝟏 = 𝟐𝟒𝟗, 𝟗𝟎𝒌𝒈/ 𝒎𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟒𝟗𝟗𝟎𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐 ✓ Le nombre de coudes de 45° égale à 2 Données :K=0,35 V=5,43 m/s ρ=9,64 kg/m3 Résultat : ⇒ ∆𝑷𝑺𝟐 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟎, 𝟑𝟓 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗ (

⇒ ∆𝑷𝑺𝟐 = 𝟏𝟎, 𝟏𝟒𝒌𝒈/𝒎𝟐

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

)∗𝟐

= 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟎𝟏𝟒𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐

b- La vanne manuelle ✓ Le nombre de vanne manuelle dans la phase I égale à 3 Données :K=0,17 V=5,43 m/s ρ=9,64 kg/m3 Résultat : ⇒ ∆𝑷𝑺𝟑 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟎, 𝟏𝟕 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗ (

⇒ ∆𝑷𝑺𝟑 = 𝟕, 𝟑𝟗 𝒌𝒈/𝒎𝟐

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

)∗𝟑

= 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟕𝟑𝟗 𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐

c-La vanne de détente (Pv) ✓ Le nombre de vanne Pv dans la phase I et la phase III égale à 1 Données :K=3 V=5,43 m/s ρ=9,64 kg/m3 Résultat :

⇒ ∆𝑷𝑺𝟒 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟑 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗ (

⇒ ∆𝑷𝑺𝟒 = 𝟒𝟑, 𝟒𝟔𝒌𝒈/𝒎𝟐

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

)

= 𝟎, 𝟎𝟎𝟒𝟑𝟒𝟔𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐

d- Tee

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38

Chapitre IV

Etude technique

✓ Nombre de Tee dans la phase I égale à 2 Données :K=1 V=5,43 m/s ρ=9,64 kg/m3 Résultat :

⇒ ∆𝑷𝑺𝟓 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟏 ∗ 𝟗, 𝟔𝟒 ∗ (

⇒ ∆𝑷𝑺𝟓 = 𝟐𝟖, 𝟗𝟕𝒌𝒈/𝒎𝟐

𝟓,𝟒𝟑𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

)∗𝟐

= 𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟖𝟗𝟕𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐

✓ La perte de charge totale de la phase I :

∆𝐏𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈 = ∆𝐏𝐋 (𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈) + ∆𝐏𝐒 Résultat :

⇒ ∆𝐏𝐓 (𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈) =0,082kg/cm2

✓ La perte de charge totale de la phase III:

∆𝐏𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈𝐈𝐈 = ∆𝐏𝐋(𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈𝐈𝐈) + ∆𝐏𝐒 Résultat : ⇒ ∆𝐏𝐓(𝐩𝐡𝐚𝐬𝐞 𝐈𝐈𝐈) =0,069 kg/cm2 Remarque : Les pertes de charge singulières de chaque phase sontquasi identiques.

IV.6.CALCULS DES PARAMETRES POUR LE COLLECTEUR IV.6.1.Calcul de la masse volumique La formule Eq.IV-13, est utilisée pour le calcul de la masse volumique des vapeurs des lignes de la phase I et III dans le collecteur. Données :Mmoy=29,58g/mol R= 0,082 atm l/ mol k P=6,42 kg/cm2 =6,34 atm (voir Annexe VI) T=23,20 °C Résultat :⇒ 𝝆 =

𝑷𝑴𝒎𝒐𝒚 𝑹𝑻

𝟐𝟗,𝟓𝟖∗𝟔,𝟑𝟒

= 𝟎,𝟎𝟖𝟐∗(𝟐𝟑,𝟐𝟎+𝟐𝟕𝟑,𝟏𝟓) ⇒ 𝛒 = 𝟕, 𝟕𝟐 𝐤𝐠/𝒎𝟑

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39

Chapitre IV

Etude technique

IV.6.2.Calcul de la vitesse d’écoulement D’après l’équation Eq.IV-2, lavitesse d’écoulement de la vapeur est calculée. Données :ρ = 7,72 kg/m3 Qm= 800kg/h D = Dint= 0,052 m Résultat :⇒ 𝑽 =

𝟒𝑸𝒎 𝝆𝝅𝑫𝟐

=

𝟒∗𝟖𝟎𝟎 𝟑𝟔𝟎𝟎∗𝟕,𝟕𝟐∗𝟑,𝟏𝟒∗𝟎,𝟎𝟓𝟐𝟐

⇒V= 𝟏𝟑, 𝟓𝟔𝐦/𝐬 IV.6.3.Calcul du nombre de Reynolds Le nombre adimensionnel de ReynoldsRe (Eq.IV-3)⇒La nature de l’écoulement des Vapeursdans le collecteur. Données :𝑉 = 13,56 𝑚/𝑠

ρ= 7,72 kg/m3 µ=10-5 Kg/ms pourT=23,20°C(voir Annexe III) Dint= 0,052 m Résultat :⇒ 𝐑𝒆 =

𝝆𝒗𝑫 𝝁

=

𝟕,𝟕𝟐∗𝟏𝟑,𝟓𝟔∗𝟎,𝟎𝟓𝟐 𝟏𝟎−𝟓

⇒ 𝐑𝒆 = 𝟓𝟒𝟒𝟑𝟓𝟐, 𝟔𝟒 ⇒Re=544352,64>3000⇒L’écoulement de gaz est turbulent.

IV.6.4.Calcul de la perte de charge ΔPT IV.6.4.1.Calcul de la perte de charge linéaire (ΔPL) D’après la loi de Darcy Eq.IV-5, la valeur de λ est calculée via le diagramme de Moody : Re= f (Re, ε/D) Données :ε=0,0006 cm pour l'acier au carbone D = 0,052 m⇒λ=0,021 (voir Annexe II) Re = 𝟓𝟒𝟒𝟑𝟓𝟐, 𝟔𝟒 V= 13,56 m/s ρ= 7,72 kg/m3 ✓ Pour Le collecteur :(L=1350m) Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

40

Chapitre IV

Etude technique

Résultat :⇒ ∆𝐏𝐋(𝐜𝐨𝐥𝐥𝐞𝐜𝐭𝐞𝐮𝐫) = 𝝀

𝑳 𝑫

𝝆

𝑽𝟐 𝟐𝒈

= 𝟎, 𝟎𝟐𝟏 ∗ 𝟕, 𝟕𝟐 ∗

𝟏𝟑𝟓𝟎 𝟎,𝟎𝟓𝟐

∗

𝟏𝟑,𝟓𝟔𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

⇒ΔPL(collecteur) =39444,58 kg/m2=3,944458 kg/cm2 IV.6.4.2. Calcul de la perte de charge singulière (ΔPS) L’équation Eq.IV-6 représentant la perte de charge singulière est utilisée pour calculer ΔPSdes vapeurs pour le collecteur composé de plusieurs accessoires (coudes de 90°, vanne manuelle et Tee) : a-Lescoudes ✓ Le nombre de coudes de 90° égale à 48 Données :

K=0,75

V=13,56 m/s ρ=7,72 kg/m3 Résultat : ⇒ ∆𝑷𝑺𝟏 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐

= 𝟎, 𝟕𝟓 ∗ 𝟕, 𝟕𝟐 ∗ (

𝟐𝐠

𝟏𝟑,𝟓𝟔𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

) ∗ 𝟒𝟖

⇒ ∆𝑷𝑺𝟏 = 𝟐𝟔𝟎𝟒, 𝟔𝒌𝒈/ 𝒎𝟐 = 𝟎, 𝟐𝟔𝟎𝟒𝟔 𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐 b- Vanne manuelle ✓ Nombre de vanne manuelle sur le collecteur égale à 01 Données :K=0,17 V=13,56 m/s ρ=7, 72 kg/m3 Résultat :

⇒ ∆𝑷𝑺𝟐 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟎, 𝟏𝟕 ∗ 𝟕, 𝟕𝟐 ∗ (

𝟏𝟑,𝟓𝟔𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

)

⇒ ∆𝑷𝑺𝟐 = 𝟏𝟐, 𝟑𝒌𝒈/ 𝒎𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟐𝟑𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐 c- Tee ✓ Nombre de Tee sur le collecteur égale à 01 Données : K=1 V=13,56 m/s ρ=7,72 kg/m3 Résultat :

⇒ ∆𝑷𝑺𝟑 = 𝑲𝝆

𝐕𝟐 𝟐𝐠

= 𝟏 ∗ 𝟕, 𝟕𝟐 ∗ (

𝟏𝟑,𝟓𝟔𝟐 𝟐∗𝟗,𝟖𝟏

)

⇒ ∆𝑷𝑺𝟑 = 𝟕𝟐, 𝟑𝟓 𝒌𝒈/ 𝒎𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟕𝟐𝟑𝟓 𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐 Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

41

Chapitre IV

Etude technique

La perte de charge totale pour le collecteur (ΔPcollecteur): ΔPcollecteur=ΔPL +ΔPS Résultat :⇒ΔPcollecteur= 4,28kg/cm2 Perte de charge sur toute la ligne de récupération (ΔPT) ΔPT=ΔPPhase I+ΔPPhaseIII +ΔPcollecteur Résultat :⇒ΔPT= 4,43 kg/cm2

IV.7.CALCUL DE VITESSE D’EROSION (d’après la formuleEq.IV-9): La vitesse d’érosion est calculée pour la ligne de récupération (lesphases I et III, et le collecteur) avec les critères suivants : ✓ Un fluide propre. ✓ Un régime intermitte. ✓ Un matériau dutuyau à base d’acier au carbone. ✓ Un facteur de cisaillement C=152 kg0,5 m 0,5 s-1. ➢ Pour phaseIetphase III Données :C= 152 ρ =9,64 kg /m3 Résultat :⇒ 𝐕𝐦𝐚𝐱 =

𝐂 √𝛒

=

𝟏𝟓𝟐 √𝟗,𝟔𝟒

= 𝟒𝟗 𝒎/𝒔

V (Vitesse d’écoulement) =5,43m /s m /s ⇒ 𝑽 < 𝐕𝐦𝐚𝐱 ➢ Pour le collecteur : Données :C= 152 ρ =7,72 Kg /m3 𝐑é𝐬𝐮𝐥𝐭𝐚𝐭 : ⇒ 𝐕𝐦𝐚𝐱 =

𝐂 𝟏𝟓𝟐 = = 𝟓𝟒, 𝟕 𝒎/𝒔 √𝛒 √𝟕, 𝟕𝟐

⇒ V (Vitesse d’écoulement) =13,56m /s ⇒ 𝑽 < 𝐕𝐦𝐚𝐱

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

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Chapitre IV

Etude technique

IV.8.CONCLUSION 1- La récupération du gaztorchés des ballons X-V-0012 de la section BOG des lignes de la phase I et III à unepression limite de sécurité dans le collecteur est de P= 6,42 bars. En revanche la perte de charge sur toute la ligne de récupération est de4,43 bars. Cette dernière alimente la ligne de GN avec unepression de 3, 5 barspour but d’utilisercesgazcomme combustible au niveau des fours de la phase I. 2- La vitesse d’écoulement des vapeurs dans la ligne de récupération est inférieureà la vitesse d’érosion.

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z

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Conclusion générale

CONCLUSION GENERALE L’objectif essentiel de ce travail est d’élaborer une étude de réalisation d’une nouvelle

ligne pour la récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phases I et III.

Rappelons-nous que parmi les préoccupations majeures des responsables du complexe

GP1/Z, est de réduire la perte de produit C3 via un torchage contrôlé et assez réduit lors du stockage de la section de BOG.

Une perte de produit C3 à travers un torchage massif est très contraignante pour la section

BOG propane et nécessite beaucoup d’énergie pour la ré-liquéfaction.

Pour surmonter les impacts environnemental et économique des gaz torchés, une étude de

faisabilité de réalisation d’une nouvelle ligne pour la récupération des gaz torchés des ballons X-

V-0012 de la section BOG phases I et III est envisagée. Les conditions opératoires des gaz torchés de ballon V-0012 (phases I et III) via les vannes « PV-0782, PV-2782 » sont appropriée

pour être exploiter comme combustible au niveau du four des trains de procédé. La qualité du gaz ainsi récupères présente un taux de C3 inférieur à 12%. Les résultats obtenus font ressortir que :

1- Une étude technique dédiée au dimensionnement d'une ligne de récupération (diamètre

et épaisseurs de de la tuyauterie, choix de matériaux, cheminements, accessoires), les méthodes de calcules de pertes de charges, nous a permis de :

Rassembler une banque d'informations techniques par le biais d'une bibliographie plus conséquente du complexe GP1/Z et de la section de récupération BOG. Analyser toutes les données collectées sur site d’exploitation.

Estimation des quantités torchés et calcul de dimensionnement d’une nouvelle ligne pour la récupération des gaz torchés.

Exploitation des résultats expérimentaux et interprétation.

2- La faisabilité de la ligne de récupération a été effectuée avec un logiciel de calcul et de simulation Aspen HYSYS en mode statique, les conditions d’injections simulées sont compatibles à l’envoi à la ligne inter-ballon GN des fours phase I.

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z 50

Conclusion générale

3- L’investissement pour ce projet permettra au complexe de faire des économies très importante, récupérer le GN et l’utiliser pour alimenter le four en récupérant une quantité de GPL très importante, utilisée pour alimenter des fours phase I.

4- Eliminer une quantité de propane qui se brûlait à l’atmosphère, donc cette réalisation

contribue à la réduction des gaz torchés et par conséquent des phénomènes tels que l’effet de serre et l’échauffement climatique.

Récupération des gaz torchés des ballons X-V-0012 de la section BOG phase I et phase III au niveau du complexe GP1Z 51

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1]

J.P.Wauqier, Procédes de séparation,Tome II,Edition technip,1998 .

[2]

ROBERT,C.REID, J.M.PRAUSNITZ et THOMAS K.SHERWOOD, The Properties

of Gasses and Liquids, Third Edition .

[3]

Service laboratoire, Département technique, GP1/Z.

[4]

IHI (Ishikawajima-Harima Heavy Industries), Manuel Opératoire GP1/Z , Généralités

sur le complexe de séparation de gaz pétrolier , GP1/Z , Volume 24 ,2010.

[5]

IHI , Manuel Opératoire GP1/Z, Utilités, Section 7, Volume 1, 2010 .

[6]

IHI, Manuel Opératoire GP1/Z, Description générale du procédé , Volume 2, 2010.

[7]

IHI, Manuel OpératoireGP1/Z , Section de récupération de BOG , Volume 4 , 2010.

[8]

Société Algérienne d’ingéniereie et de réalisation SAFIR ,Rapport technique, Etude

[9] [10]

d’instalation d’une nouvelle ligne pour la récuperation des gaz torches de la section BOG, 2015.

Ecoulement dans les fluides .[en ligne].Disponible au :