Rapport de stage I. Introduction : La station de Gassi Touil est composée de deux unités, l’une a pour rôle de collecter 4.9 MMSm3/jours de gaz sur des séparateurs existants et de comprimer à une pression de 152 bar (abs) en limite de batterie ; ce gaz à traiter, traite r, est provenant des gisements de Hassi Touareg et Gassi Touil, et l’autre pour fournir une quantité de 20 MMSm 3/j de gaz sec aux stations de recompression de Hassi Messaoud a partir des champs de Nezla, Gassi Touil, Hassi Touareg et Toual.
II. Situation géographique :
Le site de projet se trouve sur le champ de Gassi Touil à 150 km au sud de Hassi Messaoud, à une attitude de 30° 31' 0" nord et à une longitude de 6° 28' 7" est, l’altitude moyenne est 200m environ. Il s’étend sur une superficie d’environ 170 km de long et 105 km de large, dans une région à caractère désertique sujette aux tempêtes de sable et aux éclairs. Les effets de neige et de séisme ne sont pas à envisager et les conditions climatiques les plus importantes sont : 0 hiver) et +550C max. (sous abri en Température de l’air : -5 C min. (sous abri en hiver)
été) ; Humidité relative : 10% min. et 75% max ;
Pluviométrie/gelée : 20mm 20mm en 24 heur heures es avec avec possi possibi bili lité té d’or d’orag ages es viol violen ents, ts, Pluviométrie/gelée
fréquentes gelées en hivers. Vents : violents et souvent accompagnés de sable (180 km/h à 10 m au dessus de
sol avec une direction nord-est/sud-ouest).
Il existe plusieurs champs collectés à cet unité, soit pour la réinjection de gaz ou pour le traitement d’huile. Cette collecte est résumée dans le tableau suivant :
1
Rapport de stage Champs
Date de
Nombre de puits
Nezla Nord
découverte 1958
forés 10
Wadi-EL Teh
1958/1959
5
Huile
Damrane
1958/1959
1
Huile
Gassi Touil
1961
80
Huile + Gaz
Hassi Chergui Sud
1962
9
Huile
Nature des fluides
Hassi Chergui Nord 1962 1 Total 106 Tableau . 1 : Récapitulation des champs de Gassi Touil
Huile + Gaz
Huile
La Situation Géographique Géographique de de GASSI-TOUIL GASSI-TOUIL
2
Rapport de stage Champs
Date de
Nombre de puits
Nezla Nord
découverte 1958
forés 10
Wadi-EL Teh
1958/1959
5
Huile
Damrane
1958/1959
1
Huile
Gassi Touil
1961
80
Huile + Gaz
Hassi Chergui Sud
1962
9
Huile
Nature des fluides
Hassi Chergui Nord 1962 1 Total 106 Tableau . 1 : Récapitulation des champs de Gassi Touil
Huile + Gaz
Huile
La Situation Géographique Géographique de de GASSI-TOUIL GASSI-TOUIL
2
Rapport de stage III. Organisation et structure de la région : La directi direction on région régionale ale de Gassi Gassi Touil Touil est compos composée ée de 9 divisi divisions ons dirigé dirigées es par dire direct cteu eurr régi région onal al.. La stru struct ctur uree de cett cettee dire direct ctio ion n régi région onal alee est est sché schéma mati tisé séee par par l’organigramme 1. Dans Dans ces ces 9 divi divisio sions ns,, on s’int s’intére éresse sse seul seulem emen entt à la divi divisio sion n main mainten tenan ance ce et en particulier au service Instrumentation. Les différents services de cette division ainsi que la hiérarchie du service Instrumentation sont donnés dans l’organigramme 1.
3
Rapport de stage Direction Générale de Gassi Touil Directeur Régional
Division Engineering Production
Division Exploitation
Division Sécurité
Division Finance
Division Maintenance
Division Approvisionnement et transport
Division Réalisation
Division Personnel
Division Intendance
Service Electricité Industrielle
Service Mécanique Industrielle
Chef de Division Maintenance
Service planning et Méthodes
Service Instrumentation
Chef de Service Instrumentation
Ingénieurs
Contremaîtres Instrumentation
Chef de Section Télécommunication
Chef d’équipe Instrumentistes
Contremaîtres Télécommunication
Techniciens Instrumentistes
Chef d’équipe Télécommunication
Techniciens Télécommunications
Techniciens Radio/Télécom. 4
Organigramme 1 : Organisation générale de la région Gassi Touil.
Rapport de stage III. 1. L’organisation et le fonctionnement de la division maintenance :
Elle occupe une place très importante dans la région, ceci se caractérise surtout par ses diverses activités pour le bon fonctionnement des équipements d’exploitation. Ses fonctionnements surtout d’ordre technique, électrique, mécanique et régulation. Les quatre services de cette division sont définis brièvement comme suit :
III. 1. 1. Service instrumentation :
Il est chargé de la maintenance et de l’entretien des instruments pneumatiques et électroniques ainsi que les équipements de régulation (vannes, transmetteurs,…etc.). Les principaux travaux de ce service sont :
Nettoyage, vérification et contrôle des instruments de régulation (pneumatique et électronique) ;
Contrôle des points de consignes ;
Vérification de la pression d’air instrument et de gaz instrument à l’entrée de chaque appareil ;
Etalonnage des instruments ;
Contrôle et vérification des systèmes anti-incendie.
III. 1. 2. Service méthode :
Il est chargé de :
La documentation technique ;
La maintenance préventive.
La présentation des pièces de rechange ;
L’établissement des rapports d’activité (hebdomadaire, mensuel, annuel).
III. 1. 3. Service électricité : 5
Rapport de stage Chargé de tous les travaux de nature électrique tel que le réseau d’alimentation en énergie électrique, sous station électrique, équipement, appareillage, …etc., la nature des travaux à la charge de ce service est à caractère préventif, curatif et prédictif.
III. 1. 4. Service mécanique :
Ce service prend en charge tous les travaux de nature mécanique tel que accouplement, alignement, changement des parties défectueuses, réparation, …. Il est composé de trois ateliers :
Atelier mécanique : réparation des pannes de nature mécanique ;
Atelier usinage : équipé des machines outils ;
III. 2. Les activités de la région :
Au centre industriel de Gassi Touil ont trouve : Les installations de traitement et stockage d’huile ; Les installations de réinjection de gaz ; Les installations de traitement de gaz qui sont actuellement en arrêt.
IV. les Unités de production : IV.1. Unités de traitement d’huile : Le pétrole extrait d’un gisement est généralement accompagné de gaz dissous, d’eau salée et de particules solides provenant des sédiments et de la corrosion des installations.
Le traitement du brut est une opération de séparation qui consiste à éliminer le gaz, l’eau et les sédiments du pétrole pour le rendre propre, non agressif pour les ouvrages en acier et stabilisé par des raisons de sécurité, de stockage et de transport.
Le rôle de la séparation est d’éliminer l’eau de gisement, et de traiter l’huile ou le gaz pour que aux conditions atmosphériques il n’y aurait plus de gaz dans l’huile.
6
Rapport de stage IV. 1.1. L’objectif de la séparation :
•
Technique : Le fluide doit se maintenir en état monophasique dans les installations de stockage, et
de transport. Eviter les bouchons de gaz sur les installations d’huile, et la formation de condensât ou hydrates dans les conduites de gaz.
•
Economique : Une séparation bien menée augmente le volume de liquide récupéré, en plus
l’élimination de l’eau économiser les frais de transport, et d’entretien inutile.
•
Contrôle : Il est possible grâce aux mesures prises sur les séparateurs d’évaluer le plus
exactement ce que l’on tiré des puits et par conséquent de mener le plus rationnellement l’exploitation de gisement « contrôle de G. O. R », la densité d’huile ….
IV. 1. 2 Description de process :
La séparation, le fonctionnement d’un séparateur, est conditionnée par trois éléments physiques qui sont : •
Température en Co ou en oF
•
Pression en psig, en KgF/Cm 2 ou en Bars.
•
Vitesse de passage de fluide.
Dans la pratique, les trois paramètres ne sont pas indépendant mais interférent les uns des autres. En pratique, on se limite à trois étages de séparation pour des raisons économique, car au delà le gain de récupération est faible. Il existe pour chaque étage une pression pour laquelle la récupération est maximale.
7
Rapport de stage Le procédé utilisé est le flash par étapes successives. Dans le cas de Gassi Touil, cette séparation s’effectue dans une série de trois séparations horizontales représentant trois étages de séparation (HP, MP, ATP). Les deux premiers étages forment une batterie.
Le brut sortant des puits producteurs est acheminé dans des collectes individuelles de diamètre 3’’ à 4’’ vers manifolds collecteurs situés dans le champ (appelés manifolds satellites No 0, 1, 2, 3). Delà, le brut est acheminé vers l’unité de séparation à travers de gros collecteurs de diamètres 6’’, 9’’, 10’’ et 12’’.
IV.1. 3. Description générale des batteries :
L’unité de traitement de brut (unité de séparation) regroupe une série de neuf batteries, chaque batterie est formée d’un couple de séparation. Le schéma général de cette unité ainsi que les bacs de stockage de produit résultant est donnée dans la figure3.
•
Batterie principale : A l’entrée de l’unité de séparation, les affluents provenant des manifolds sont
homogénéisés puis acheminés vers quatre batteries principales pour avoir des paramètres identiques. Le brut est alors introduit dans le premier étage (étage HP) où il subit la première détente de 800 psi g à 400 psi g en libérant une grande partie de gaz dissous dit gaz HP.
Par différence de densité, l’eau, le brut et le gaz sont alors séparés à l’intérieur de la capacité du séparateur. L’eau purgée par le bas de séparateur alors que le gaz est évacué par le haut vers l’unité de compression de gaz avant qu’une partie ne soit réinjectée dans le gisement pour le maintien de pression. L’excédent est envoyé vers torche.
Le brut sort par le bas sous contrôle de niveau est entre dans le deuxième séparateur (étage MP) où il subira une deuxième détente de 400 psi g à 40 psi g. de la même manière gaz, brut et eau sont séparés. Le gaz est envoyé vers la RGA, l’eau est purgée vers le bourbier et le brut est envoyé au troisième étage (étage BP) où il est détendu de 40 psig à la pression atmosphérique.
8
Rapport de stage Ainsi s’achève l’opération de séparation. Le brut est stocké dans des bacs à toit flottante (au nombre de trois), et est préparé pour les expéditions.
•
Batterie faible pression : Cette batterie traite les effluents des puits à faible GOR (Rapport Gaz sur l’Huile).
Selon le même principe de séparation, seule la pression de premier étage est différente, car elle faible (120 psi).
•
Batterie test : Le suivi de l’évolution de la production par puits depuis l’origine est une tâche
quotidienne. Périodiquement, la production individuelle des puits est contrôlée dans les batteries d’essai ou batteries test.
Le puits à jauger est sélectionné au niveau des satellites et sa production acheminée dans un collecteur réservé à cet effet. A l’entrée de l’unité, l’effluent du puits à tester est dirigé vers l’une de deux batteries test existantes. Une troisième batterie de test est montée en 1991 pour permettre les démarrages des puits à faible GOR.
Le principe de séparation reste le même mais le stockage s’effectue dans des bacs de test pour mesurer les volumes produits est déterminer la productivité du puits en question, son GOR, son WOR, etc.….
•
Batterie HP7 :
La batterie HP7 a été réalisée pour traiter les puits à fort GOR ayant une pression d’environ 60 bars.
IV.2. Unité de réinjection de gaz : L’ancienne unité de réinjection de gaz a été réalisée en deux phases : La première phase a consisté en la construction d’une station de 3 motos compresseur, et la seconde en une extension identique à la première station. 9
Rapport de stage La capacité totale installée est de 4.2 Millions m3/j Std.
1974 : Réalisation de l’unité de réinjection de gaz associé par la société américaine Dresser Rand. Elle est composée de 03 motos compresseur alternatives de capacité unitaire de 744 000 Nm 3/jour.
1980 : Extension de l’unité de réinjection par l’installation de 03 autres motos compresseur identiques : Capacité unitaire
:
744000 Nm3/j ;
Puissance
:
3200 CV ;
Pression d’aspiration 1er étage
:
380 psig ;
Pression de refoulement 1er étage
:
1000 psig ;
Pression d’aspiration 2ème étage
:
1000 psig ;
Pression de refoulement 2ème étage :
2500 psig ;
Vitesse
360 tr/mn.
:
Donc, le gaz associé a l’huile récupéré dans l’unité de séparation est comprimé puis réinjecté dans le gisement pour le maintien de la pression. Une nouvelle unité de récupération du gaz associé assistée par DCS est en cours de finalisation remplacera l’ancienne.
IV.2.1 Description du procédé de l’unité de réinjection de gaz :
IV.2.2. L'ancienne unité de réinjection :
Dans l’ancienne unité, le gaz HP produit dans les séparateurs de 1er étage de séparation est acheminé vers cette unité dans un collecteur de diamètre 16". Il entre d'abord dans 02 ballons en série de récupération de liquides, puis traverse une cellule de comptage et d’enregistrement de débit sur un diagramme. Le gaz entre ensuite dans le premier étage du compresseur pour être comprimé de 25 bars à 70 bars. Après refroidissement dans un aéroréfrigérants il est admis dans un ballon inter étage pour y déposer les liquides condensés, puis retourne au 2ème étage du compresseur où il est comprimé de 70 à 140 bars. Ensuite il est refroidi dans un aéroréfrigérant et admis dans ballon pour piéger les liquides formés. Le gaz est alors distribué dans des dessertes pour être réinjecté dans le gas-cap du gisement de 10
Rapport de stage Gassi Touil Inférieur, à travers six (06) puits injecteurs, en l’occurrence GT i2, GT i5, GT i7, GT i8, GT i9bis et GT i10 .
IV.2.3. La nouvelle unité de réinjection :
La nouvelle station Gassi Touil de réinjection de gaz a pour rôle de collecter 4.9 MMsm3/j de gaz sur des séparateurs existants et de les comprimer à une pression de 152 bar (abs) et une température de 80°C en limite de batterie des installations nouvelles. Cette station est commandé par un système DCS qui est le DeltaV, il assure le bon fonctionnement de l’installation en collaboration avec d’autre système telle que le Mark V Pour la commande de la turbine, le système HIMA pour le sécurité des installations, le système d’anti-incendie... etc.
IV.3 Unité de séparation : L’unité de séparation du centre de production de Gassi Touil comporte plusieurs batteries de séparation composées de deux séparateurs. Chaque séparateur est équipé de plusieurs instruments et de boucles de régulation afin d’assurer son bon fonctionnement. Dans cette partie, on va aborder la description de ce procédé de séparation en faisant recours au fonctionnement des différents instruments tel que régulateurs pneumatiques, vannes, enregistreurs, capteurs et contacteurs de sécurité.
11
Rapport de stage
R4
R3
R2
R1
R21
R22
R23
ATM2 ATM1 HP7 MP6 Condensâts
HP6
M P
M P
M P
M P
MP5 HP5 MP4 HP4
H P
H P
H P
H P
MP3 HP : Haut Pression MP : Moyenne Pression ATM : Pression Atmo.
HP3 MP2
Batteries Test Batterie 1 Fiable Gor
HP2 Arrivée des Satellites
Capacité de traitement : 21000 m3/j
VI.3.1. Généralités sur les séparateurs :
Le traitement consiste à séparer les principaux composants de l’effluent brut afin de permettre la livraison au client de produit conforme à des normes définies. 12
Rapport de stage Le fluide en place dans un gisement est un mélange constitué d’hydrocarbures liquide ou gazeux et d’eau. A l’origine, ce mélange est dans un état d’équilibre qui dépend de sa composition ainsi que des conditions de pression et de température existant dans la formation. L’exploitation détruit cet équilibre.
VI.3.1.1 Définition :
Un séparateur est une capacité sous pression incorporée à un circuit où elle provoque un ralentissement de la vitesse d’écoulement de l’effluent. A la faveur de cette tranquillisation, les fluides se trient par différence de densité. Les liquides s’accumulent dans le bas de la capacité ou ils sont soutirés. Le gaz plus léger s’échappe par le haut. Des aménagements intérieurs de la capacité en améliorent l’efficacité. Des piquages pourvus de vannes et des appareils de mesure permettent le contrôle du fonctionnement.
VI.3.2 Les séparateurs tri phasiques : Le schéma général d’un séparateur tri phasique est donné par la figure suivante :
Figure 2 : schéma général d’un séparateur tri phasique.
a. Fonction trois phases, obtenue par cloisonnement de la chambre : 13
Rapport de stage Le séparateur est de type horizontale, une cloison verticale est placée dans l’axe du cylindre dans sa partie avale.
Gaz
Côté eau Figure 3 : Séparation
Gaz
Figur e9: Régul ateur et troistrans phases mette ur pneu matiq ue
Côté huile
Huil e
par cloisonnement de la chambre de rétention.
b. Fonction trois phases, obtenue par deux contrôleurs de niveaux :
Deux contrôleurs de niveaux sont installés à des hauteurs telles que l’un contrôle l’interface gaz - huile et l’autre, l’interface huile – eau.
Gaz
Huile Eau
Huile
Eau
Figure 4 : Equipement trois phases sur un séparateur horizontal (coupe).
Les contrôles de ce type de séparateurs sont équipés de plongeurs à flottabilité négative, suspendus à une barre de torsion. Ils sont à actions proportionnelles et ils agissent sur les vannes de décharge dans le sens et avec l’amplitude convenable pour que les hauteurs des interfaces restent constantes.
14
Rapport de stage Le montage des contrôleurs de niveau avec flotteurs ou plongeurs à l’intérieur du séparateur existe également. Mais il oblige à prévoir des trous d’homme suffisamment grands pour le passage des flotteurs, ainsi que des cloisons, dans la chambre de décantation, pour les protéger contre la turbulence qui nuirait à la précision de la mesure. Une étude de dimensionnement a été faite par le service collecte et desserte, et il a été décidé que le séparateur qui sera installé au niveau du manifold sera de type horizontal, à séparation tri phasique.
IV.3.3. Présentation du séparateur :
Le séparateur est régi par une régulation pneumatique, en raison de la simplicité de la robustesse et du moindre prix des instruments, ainsi que la disponibilité quasi générale du fluide nécessaire à sa mise en œuvre. Deux contrôleurs de niveau sont installés à des hauteurs telles que l’un contrôle l’interface gaz –huile et l’autre l’interface huile - eau. Un autre contrôle de pression est prévu afin de maximiser la sécurité de l’installation de toute montée irraisonnable de la pression et de protéger le gazoduc de tout engouffrement d’huile. Les contrôleurs de l’huile et de l’eau sont équipés de plongeurs à flottabilité négative, suspendus à une barre de torsion. L’appareil mesure un couple créé par le poids du plongeur et la force de réaction de la barre de torsion. Ce couple varie avec la poussé d’Archimède sur le plongeur quand le niveau du liquide se déplace. Les contrôleurs sont à actions proportionnelles et ils agissent sur les vannes de décharge dans le sens et avec l’amplitude convenable pour que les hauteurs des interfaces restent constantes.
15
Rapport de stage
VII. Description et maintenance de l’instrumentation constitutive de la batterie de séparation IV :
Dans le cadre de notre étude de l’unité de séparation du brut on va aborder dans cette partie la description des différents instruments se trouvant au niveau des batteries de séparation ainsi que leurs caractéristiques techniques tel que les capteurs et les actionneurs qui sont illustré par la figure 5.
16
Rapport de stage A r r iv é e H P
FR PC PI
TI
TI
½
½
GAZ INSTRUMENT PI TI
VENT C
PAL
B
PAL
LAH
A
LC
HP
LAL
LC
LG LG SAND JET
2
½
Vers eau FR PC PI
TI
TI
½
½
PI C
VENT PAL
A
B
TI
PAL
LG
LAH
LC
MP
LAL
SAND JET
VersMP Vers HP Sortie Eau Sortie Huile
2
½
2
17
Figure 5 : Séparateurs HP & MP
Rapport de stage
VI.1 Enregistreur Les enregistreurs graphiques circulaires sont des instruments précis conçus pour surveiller et enregistrer un paramètre sur un diagramme de Ø 150mm: température, pression, tension ou débit de procédé, événements. Ils sont à la fois portables et utilisables à poste fixe en montage mural ou posés sur une table. Ils sont dotés d’une vitesse d'enregistrement (24h).
Figure 6 : Enregistreur
VI.1. 1 Constitution :
Figure 7 : La constitution.
Enregistreur se compose de : 1. Le réveille (horloge) pour tourner le diagramme circulaire. 2. La cellule pour mesure de débit (la différentielle) qui se compose d’une Hp et Mp. 18
Rapport de stage 3. Le tube de bourdon pour mesure de pression (la statique). 4. Le diagramme en %. 5. Les aiguilles.
VI.1.2 Etalonnage •
:
L’étalonnage statique des est déterminé par trois critères principaux Le zéro : le zéro d’un appareil correspond à la valeur minimale de son échelle, si cette condition na pas remplie l’appareil présente une erreur de (zéro écale)
•
L’échelle : si un appareil est gradue d’une minimum min a maximum max son échelle est de min a max. étendue d’échelle est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour l’appareil de mesure. Autrement dit la différence entre max et min. Un appareil juste a zéro est correcte en échelle lorsque la variable étant au maximum d’échelle (valeur maxi mesurable par l’appareil l’indication est aussi au maximum
•
La linéarité : un appareil est linéaire lorsque étant juste a zéro en entendue la valeur prend les valeurs de 25%,50%,75% de l’entendue, l’indication prend les mêmes valeurs 25%,50%,75% a l’entendue .le défaut correspondant est l’erreur de linéarité, on dit aussi d’angularité.
A. La statique : Pour étalonner la pression statique on utilise la balance hydrostatique (dead weight Tester).
Figure 8 : La balance hydrostatique.
B. La différentielle : L’étalonnage de la différentielle se fait avec l’instrument Wallace.
Figure 9 : Wallace
19
Rapport de stage VI.2. Les manomètres : Parmi les autres équipements utilise dans la batterie de séparation les manomètres, qui son des appareils utilisé pour mesure la pression qui se définie par le rapport de l’intensité de la force F à l’aire de la surface S sur laquelle elle s’applique. F : en (N). S : en (m 2). On distingue plusieurs types :
A. Manomètres à tube de BOURDON : La constitution d’un manomètre à tube de bourdon est donnée par le schéma présenté cidessous. Aiguille indicatrice
10 5
Système pignon -crémaillère
15 Tube de bourdon
0
Boîtier
20
Pression à mesurer
Figure 10 : Manomètres à tube de BOURDON La pression à mesurer est introduite dans un tube creux en forme de C de section ovale, appelé tube de bourdon. Ce tube est en métal de nature appropriée aux conditions de service (bronze, acier, monel) et tend à se redresser lorsqu’on lui applique une pression intérieure supérieure à la pression atmosphérique. L’extrémité du tube est reliée par un système de leviers à un ensemble pignon-crémaillère permettant de faire pivoter une aiguille devant une échelle de mesure. De plus, pour certaines applications, on utilise parfois des manomètres à tubes de bourdon enroulés en Spirale (basses pressions) ou en hélice (hautes pressions) ; ces dispositions permettant une plus grande sensibilité de l’appareil.
20
Rapport de stage B. Manomètres à Membrane : Dans ce type de manomètre, la pression à mesurer est envoyée dans une capacité dont une des parois est constituée par une Membrane élastique comme le montre la figure cidessous. Sous l’effet de la pression la membrane se déforme et trouve une nouvelle position l’équilibre qui n’est fonction que de la pression reçue. La mesure de la déformation de la membrane permet ainsi de connaître la valeur de la pression.
10 5
0
15
20
Figure 11 : Manomètres à Membrane
En général, la membrane utilisée est ondulée. En effet, plusieurs raisons s’opposent à l’emploi d’une membrane parfaitement plane. . Relation pression-déformation non linéaire. • Amplitude de déformation trop faible. • Déformation permanente après surcharge. • Grande influence de la température. • Ces manomètres sont utilisés généralement pour mesurer de faibles pressions.
C. Manomètres Différentiels : Pour certaines applications, il est intéressant de mesurer la différence de pression qui existe entre deux points d’une même installation (par exemple entre l’entrée et la sortie d’un filtre pour permettre le suivi de son encrassement). L’utilisation d’un manomètre différentiel s’avère nécessaire. Ce type de manomètre peut être soit constitué d’une membrane ou de soufflet . 21
Rapport de stage
10 5
15
0
20 Biellette de transmission
Chambre de mesure Basse pression
Membrane de mesure
Chambre de mesure Haute pression
Pression à mesurer
Pression à mesurer
Figure 12 : Manomètres différentiels à membrane.
La membrane est tendue entre deux brides. Si cette membrane est soumise des deux côtés à des pressions différentes, elle s’enfonce d’une profondeur proportionnelle à la pression différentielle. Une biellette montée sur la partie supérieure de la membrane, transmet le mouvement de translation à un mécanisme qui le convertit en un mouvement de rotation pour affichage sur un cadran.
Remarque : L’étalonnage des manomètres se fait exactement comme les enregistreurs.
22
Rapport de stage VI.3. Les thermomètres : Pour effectuer des mesures de température, plus simple est de se référer à un phénomène physique, au cours duquel une grandeur facile à repérer ou à mesurer qui suit dans ces moindres variations, les indications de ces variations de cette température doivent présenter des garanties suivantes. De justesse. • De sensibilité. • De fidélité. •
• • • •
• • •
La détermination de température peut être relie à des grandeurs physiques telles que. Des grandeurs géométriques : Longueurs, Volume, Surface. Une grandeur mécanique : Pression. Une grandeur optique : Couleur. Une grandeur électrique : Résistance, tension (différence de potentielle). Dans la pratique, les mesures de température sont basées essentiellement sur : Les phénomènes de dilatation. Les phénomènes de tension de vapeur. Les phénomènes de thermoélectricité.
A. les thermomètres à dilatation des solides : Sous l’effet d’une élévation de température, une tige d’un matériau quelconque s’allonge comme le montre le schéma ci-dessous. Tige
L1 à t 1 L2 à t 2
t 1 < t 2 L1 < L2
Le passage de la tige de la température t1 à t2 provoque son allongement. Ainsi, sa longueur passe de L 1 à L2. Ce phénomène est appelé dilatation. Le tableau ci-dessous donne pour quelques matériaux le coefficient de dilatation linéaire K. Matériaux Acier Cuivre Aluminum Plomb ou Zinc P.V.C Poly-Ethylène
K en mm / m.°C 0,012 0,017 0,022 0,029 0,080 0,210
23
Rapport de stage B. Thermomètre a dilatation de métal :
• •
Il existe deux grandes familles de thermomètres à dilation de métal : Les thermomètres à dilatation d’une tige métallique simple. Les thermomètres à dilatation d’un bilame.
B.1 Thermomètre à dilatation d’une tige métallique simple : Ce type d’appareil très peu utilisé, repose sur la variation de longueur d’une tige métallique engendrée par un changement de température
B.2 Thermomètre à dilatation d’un bilame : Sur ce type de thermomètre, l’élément de mesure est une lame composée de deux métaux aux coefficients de dilatation différents et laminés de façon inséparable pour former un bilame. Sous l’influence d’une augmentation de température, les deux métaux se dilatent différemment et le bilame s’incurve du côté du métal le plus faible coefficient de dilation, comme le montre le schéma ci-dessous.
Bilame
Fer
A froid
A chaud
Cuivre
Figure 13 : Thermomètre à dilatation d’un bilame.
Courbure obtenue est pratiquement proportionnelle à la température. Le déplacement induit par la déformation du bilame peut alors être reporté sur un indicateur. Les thermomètres de métaux sont en général robustes mais assez peu précis .Ils sont le plus souvent utilisés pour des indications de températures locales.
C. Thermomètre a dilatation des liquides : Sous l’effet d’une augmentation de température, le volume d’un liquide quelconque augmente comme le montre le schéma ci-dessous. 24
Rapport de stage
e t x e t
Tube capillaire De faible section Echelle graduée
Bulbe Rempli de liquide
Figure 14 : Thermomètre a dilatation des liquides
•
• •
Un thermomètre à dilatation de liquide est constitué: D’un bulbe contenant le liquide dont on mesure les variations de volume en fonction de l’augmentation de la température. D’un capillaire calibré de petite section. D’une échelle graduée. Le tableau ci-dessous donne pour quelques liquides le coefficient de dilatation α. Liquides Alcool Toluène Benzène Acétone Pentane Mercure
α en L / m3. °C 1,0 1,1 1,2 1,4 1,6 0,18
L’accroissement de volume dû à la dilatation du liquide provoque une montée de celui-ci dans le capillaire, il se stabilise alors à une hauteur bien définie qui n’est fonction que de la température.
• • •
Les domaines d’application des liquides les plus couramment utilisés sont : - 40°C à + 600 °C pour le mercure. - 80°C à + 70 °C pour l’alcool. - 200°C à + 30 °C pour le pentane.
D. L’étalonnage de thermomètre : L’étalonnage de thermomètre se fait par un bain de huile, l’opération se faite par trois étapes principaux : Emergence du tube de fixation du manomètre dans le bain • Réglage de la température de bain • Comparaison entre la température de bain et la température du manomètre • 25
Rapport de stage D.1. Remarque : on ne doit dépasser la température maximale du manomètre dans le bain
Figure 15 : Bains d’huile
VI.4.les régulateurs : Le régulateur est l’organe central de la boucle de régulation. C’est un appareil dont la fonction essentielle est de comparer la mesure de la grandeur à réguler (le signal venant du transmetteur) à la consigne imposé ; s’il existe une différence entre elles (ou écart), il modifie le signale de commande qui est envoyé à la vanne automatique (ou à un autre organe de réglage) en fonction des actions dont il est prévu. Cette modification de signal de commande de la vanne automatique doit permettre de ramener la grandeur régulée à une valeur aussi proche que possible de la consigne. L’utilisation des régulateurs dans les séparateurs de batterie est limite sur les paramètres qu’on doit suivi.
A. régulateurs de niveau : La mesure d’un niveau consiste à repérer la surface de séparation entre un corps (solide ou liquide) et l’air, ou un autre liquide, ou gaz quelconque le surmontant, ou un liquide et sa propre vapeur par rapport à un point de référence .Le point de référence peut être le fond même d’un réservoir, surtout lorsqu’on cherche à tirer de cette mesure la connaissance du volume ou du poids de matière emmagasinée. Si le niveau doit être maintenu constant, on peut reporter le point de référence assez près du niveau désiré, ce qui permet, d’améliorer la sensibilité de la mesure. 26
Rapport de stage
Figure16 : Régulateur de niveau.
B. Régulateurs de pression : Ils réunissent en général dans un même boîtier le capteur et le régulateur et assurent l’affichage des pressions correspondant à la valeur des signaux pneumatiques.
consigne
Molette de bande propor tionnel le
Bu se
Soufflet d’action proportion nelle Pressio n à régler
palet te relais
Tube de bour don Aliment
ation Molette d’air de consign e
alimentat ion de Signal
Signal vers la vanne automatique
sortie à Pression régler
Figure16 : Régulateur de pression.
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Rapport de stage VI.5. Les vannes : Dans une boucle de régulation, l’organe final de réglage est, le plus souvent, une vanne qui par action sur le débit d’un fluide (gaz ou liquide) permet de réguler la grandeur mesurée (pression, débit, niveau, température, et Cette vanne dans le mouvement est commandé par le signal venant du régulateur est dite automatique. Les vannes automatiques peuvent se décomposer en deux grandes familles, suivant le type de déplacements utilisés. Ces déplacements sont : •
vannes automatiques a simple siège.
•
vannes automatiques a double siège.
A. Vannes automatiques classiques : 1. Description e d n a m m o c e i t r a P
n o s i a i l e i t r a P t i b é d e i t r a P
Entrée d’air plateau
membrane
ressort
Presse étoupe
Corps
Clapet
28 Siège
Rapport de stage La vanne automatique présentée ci-dessus se compose : •
D’un servomoteur comprenant : Deux couvercles, dont l’un est percés d’un orifice pour permettre l’arrivée d’airmoteur, Une membrane et son plateau support. Un ressort de tension réglable. Une tige de transmission.
•
D’un étrier, reliant le servomoteur au corps de vanne et muni d’une réglette indiquant la position du clapet.
•
D’un système d’étanchéité (tresse, goujons et fouloir de presse étoupe), qui permet d’assurer l’étanchéité le long de la tige du clapet.
•
D’un corps de vanne, renfermant le clapet dont le mouvement guidé en translation est solidaire par une tige au mouvement de la membrane.
A.1.Vannes automatiques a double siège Caractérisée par un double clapet et présente l’avantage d’être réversible, c’est à dire que l’on peut obtenir, par un montage approprié, une action d’ouverture ou de fermeture par manque d’air, sans adjonction ou modification de pièces. D’autre part, par rapport à une vanne simple siège, elle offre l’avantage de permettre pour la même dimension nominale, un débit plus important tout en nécessitant, pour le positionnement du clapet, un servomoteur de puissance modéré, car le fluide à tendance équilibrer les efforts sur la tige de la vanne.
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Rapport de stage Figure 17 : vanne automatiques à double siège
A. 2.Vannes automatiques à simple siège Une vanne automatique à simple siège, comme la montre la figure ci-après présente des similitudes avec une vanne à double siège, mais contrairement au cas précédent un siège de type simple permet une excellente étanchéité. Le servomoteur quant à lui sera de taille plus important compte tenu des forces non équilibrées provoquées par le passage du fluide à travers le siège unique. La valeur de ces forces qui peuvent être importantes est fonction de la dimension du corps de vanne et de la perte de charge.
Figure 18 : vannes automatiques a simple siège.
B. Positionnement des vannes automatiques Le bon fonctionnement d’une boucle de régulation exige que, quelles soient les conditions de fonctionnement, la course du clapet reste exactement proportionnelle à la valeur du signal de sortie du régulateur. Toutefois, certaines forces parasites peuvent gêner le mouvement du clapet.
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Rapport de stage •
Poussée exercée par les fluides (surtout dans le cas des clapets à simple siège).
•
Frottements de la tige de transmission dans son presse étoupe
•
Ressort exerçant une force qui n’est pas exactement proportionnelle au déplacement qu’il subit.
•
Variation de surface due à la déformation de la membrane. Ces forces sont d’autant élevées que les conditions d’utilisation sont sévères :
• •
Fluide visqueux ou chargé. pression différentielle élevée.
Il est alors nécessaire pour obtenir une position du clapet qui corresponde à la valeur du signal de commande de compléter la chaîne de régulation par un positionneur. Le schéma ci-dessous situe le positionneur par rapport aux autres éléments de la boucle de régulation. consigne
alimentation régulateur alimentation
positionneur Liaison positionneur Tige de vanne
Capteur et transmetteur
VI.6 Les boucles de Régulation A. Boucles de régulation avec cascade Alors qu’une régulation en boucle fermée simple fait intervenir trois signaux, deux entrées et une sortie : La mesure notée ( m ) La consigne notée ( C ) Le signal de commande vanne noté ( SV ) Une structure en cascade est constituée de deux boucles de régulation. 31
Rapport de stage La boucle primaire avec régulateur maître La boucle secondaire avec régulateur esclave.
En mode cascade, le signal de sortie du régulateur primaire constitue la consigne du régulateur secondaire.
Mesure :m1
Mesure :m2 Signal SV1
Régulateur primaire
Consigne : C1
Signal SV2
Régulateur secondaire
Régulateur maître
Consigne : C2
Régulateur esclave
A.1 Exemple de la régulation d’un niveau d’un ballon
LC
FC
La cascade LC
FC comprend deux boucles de régulation :
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Rapport de stage La boucle de débit secondaire du FC (ou régulateur esclave), La boucle de niveau primaire du LC (ou régulateur maître).
La colonne de distillation en aval du ballon est un procédé qui, par nature, s’adapte difficilement aux variations brusque de débit d’alimentation. La boucle de débit assure un débit constant ou ne subissant que des variations lentes. La boucle du niveau évite les dérives lentes qui tendraient à remplir ou vider le ballon. Dans le cas où le volume du ballon est grand par rapport au débit de liquide, un niveau parfaitement constant n’est pas un impératif absolu. Au contraire, le niveau peut amortir les variations de débit liquide venant de l’amont du procédé. Ce régulateur de niveau peut être un régulateur avec bande morte avec lequel le débit reste constant tant que le niveau se situe entre 2 seuils précédemment définis ( 30 et 60% de l’échelle ).
B. Régulation en split - range C’est une boucle de régulation qui permet de commander la position de plusieurs vannes ou organes de réglage à partir d’un seul régulateur. Comme l’indique une traduction possible (Etendue partagée ), le passage de la position ouverte à la position fermée des organes de réglage ne correspond qu’à une partie seulement de l’échelle (0 – 100% )du SV du régulateur. Celle-ci est partagée entre les différents organes de réglage. En régulation classique (électrique ou pneumatique). C’est le positionneur de chaque vanne qui permet ce type de régulation : un seul signal (SV du régulateur) est envoyé simultanément sur les différents organes de réglage. En numérique le split-range peut être calculé.
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Rapport de stage
1. Exemple de la régulation de pression d’un ballon séparateur
Engazage
Dégazage
PC
LC
Le partage de l’étendue de l’échelle se fait de la façon suivante : Entre 0 et 50% de l’échelle, la vanne 2 se ferme . Entre 50 et 100% la vanne 1 s’ouvre. La valeur So indiquée sur le schéma correspond donc à la suivante Vanne 1 fermée Vanne 2 ouverte à 60%
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Rapport de stage Cela signifie pour le procédé que, devant l’excès de vapeurs à condenser, la pression ne peut être maintenue que par dégazage. Sortie %
100
75
Vanne 2
50 Vanne 1 25 Signal régulateur % 0
0
So 25
50
75
100
VII. Conclusion
Dans ce rapport, on a abordé au premier lieu l’historique et les différents organismes qui constituent la région de Gassi Touil. Une description des différentes unités de cette région telle que l’unité de séparation et celle de réinjection de gaz est donnée. Puis on c’est pencher vers une description spécifique de l’unité de séparation de huile.
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