L'Air Instrument

LES UTILITÉS L'AIR INSTRUMENT

MANUEL DE FORMATION COURS EXP-PR-UT030 Révision 0.1

Exploration et Production Les Utilités L'Air Instrument

LES UTILITÉS L'AIR INSTRUMENT SOMMAIRE 1. OBJECTIFS OBJECTIFS.......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...............4 ...4 2. LES FONCTIONS DE L'AIR INSTRUMENT....................................................................6 2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................6 2.2. QUALITÉS DEMANDÉES DEMANDÉES À L'AIR INSTRUMENT INSTRUMENT ...................... ................................. ...................... ..................6 .......6 2.3. QUALITÉS QUALITÉS DE L'AIR SERVICE SERVICE ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... .............9 ..9 3. DESCRIPTION D'UNE UNITÉ DE PRODUCTION PRODUCTION D'AIR INSTRUMENT ..................... ............. ........10 10 3.1. LA COMPRESSION COMPRESSION........... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ..................10 ......10 3.1.1. Les compresseurs alternatifs............................................................................10 3.1.2. Les compresseurs centrifuges..........................................................................11 3.1.3. 3.1.3. Les Compresse Compresseurs urs à vis ....................... .................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ...............11 ....11 3.2. PRODUCTION PRODUCTION DE L’AIR ..................... ................................. ....................... ...................... ....................... ....................... .....................13 ..........13 3.2.1. Production de l’air service.................................................................................13 3.2.2. Filtration et séchage de l'Air Instrument............................................................14 3.2.3. Réseau de distribution de l'Air Instrument .......................... ............. .......................... .......................... ................. ....19 19 4. PARAMETRES OPERATOIRES UNITE DE PRODUCTION.........................................20 4.1.1. La pression du ballon tampon d'Air Instrument (AI)..........................................20 4.1.2. Régulation de la pression du réseau ........................... .............. .......................... .......................... ........................ ........... 21 4.1.3. Le point de Rosée de l'air Instrument .......................... ............. .......................... .......................... ........................ ........... 21 4.1.4. Débit de l'Air Instrument Instrument dans le réseau .......................... ............. .......................... .......................... .................... .......22 22 4.1.5. Niveau d'eau condensée dans le ballon AI.......................................................22 4.1.6. Mesure du point de rosée.................................................................................22 4.2. PARAMÈTRES PARAMÈTRES OPÉRATOIRES OPÉRATOIRES DU RÉSEAU AIR SERVICE (AS) ....................... .............. .........24 24 4.3. SÉCURITÉS PROCÉDÉS.......................................................................................25 5. CONDUITE D'UNE UNITÉ DE PRODUCTION D'AIR INSTRUMENT...........................26 5.1. LA CONDUITE CONDUITE ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............26 .26 5.1.1. 5.1.1. La pression pression du réseau réseau ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ...................26 ........26 5.1.2. La valeur du point de rosée de l’Air Instrument (AI)du réseau..........................27 5.1.3. Le débit de l’Air Instrument Instrument (AI) dans le collecteur vers les utilisateurs utilisateurs ............ 27 5.2. ARRÊT D’UNE UNITÉ D'AIR INSTRUMENT et AIR SERVICE ........................ ........... ................... ......28 28 5.2.1. Arrêt d'un compresseur.....................................................................................28 5.2.2. Arrêt d'une batterie de sécheurs.......................................................................28 6. REPRESENTATION ET DONNEES..............................................................................29 6.1. REPRESENTATION SUR P&ID (PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM)......29 7. TROUBLE SHOOTING..................................................................................................32 7.1. Variations oscillantes (pompage) (pompage) de la pression pression du réseau .......................... ............ ........................ .......... 32 7.2. Remontée rapide du point de rosée de l'air du réseau............................................33 8. LE GAZ INSTRUMENT INSTRUMENT (GI) ...................... ................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ............34 .34 8.1. DESCRIPTION DESCRIPTION D'UNE D'UNE SECTION SECTION DE PRODUCTION PRODUCTION DE GI ........................... ............. .................... ......34 34 8.2. OPÉRATION D'UNE SECTION DE Gaz Instrument ( GI )......................................36 Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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LES UTILITÉS L'AIR INSTRUMENT SOMMAIRE 1. OBJECTIFS OBJECTIFS.......... ...................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ...............4 ...4 2. LES FONCTIONS DE L'AIR INSTRUMENT....................................................................6 2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................6 2.2. QUALITÉS DEMANDÉES DEMANDÉES À L'AIR INSTRUMENT INSTRUMENT ...................... ................................. ...................... ..................6 .......6 2.3. QUALITÉS QUALITÉS DE L'AIR SERVICE SERVICE ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... .............9 ..9 3. DESCRIPTION D'UNE UNITÉ DE PRODUCTION PRODUCTION D'AIR INSTRUMENT ..................... ............. ........10 10 3.1. LA COMPRESSION COMPRESSION........... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ....................... ..................10 ......10 3.1.1. Les compresseurs alternatifs............................................................................10 3.1.2. Les compresseurs centrifuges..........................................................................11 3.1.3. 3.1.3. Les Compresse Compresseurs urs à vis ....................... .................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ...............11 ....11 3.2. PRODUCTION PRODUCTION DE L’AIR ..................... ................................. ....................... ...................... ....................... ....................... .....................13 ..........13 3.2.1. Production de l’air service.................................................................................13 3.2.2. Filtration et séchage de l'Air Instrument............................................................14 3.2.3. Réseau de distribution de l'Air Instrument .......................... ............. .......................... .......................... ................. ....19 19 4. PARAMETRES OPERATOIRES UNITE DE PRODUCTION.........................................20 4.1.1. La pression du ballon tampon d'Air Instrument (AI)..........................................20 4.1.2. Régulation de la pression du réseau ........................... .............. .......................... .......................... ........................ ........... 21 4.1.3. Le point de Rosée de l'air Instrument .......................... ............. .......................... .......................... ........................ ........... 21 4.1.4. Débit de l'Air Instrument Instrument dans le réseau .......................... ............. .......................... .......................... .................... .......22 22 4.1.5. Niveau d'eau condensée dans le ballon AI.......................................................22 4.1.6. Mesure du point de rosée.................................................................................22 4.2. PARAMÈTRES PARAMÈTRES OPÉRATOIRES OPÉRATOIRES DU RÉSEAU AIR SERVICE (AS) ....................... .............. .........24 24 4.3. SÉCURITÉS PROCÉDÉS.......................................................................................25 5. CONDUITE D'UNE UNITÉ DE PRODUCTION D'AIR INSTRUMENT...........................26 5.1. LA CONDUITE CONDUITE ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .............26 .26 5.1.1. 5.1.1. La pression pression du réseau réseau ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ...................26 ........26 5.1.2. La valeur du point de rosée de l’Air Instrument (AI)du réseau..........................27 5.1.3. Le débit de l’Air Instrument Instrument (AI) dans le collecteur vers les utilisateurs utilisateurs ............ 27 5.2. ARRÊT D’UNE UNITÉ D'AIR INSTRUMENT et AIR SERVICE ........................ ........... ................... ......28 28 5.2.1. Arrêt d'un compresseur.....................................................................................28 5.2.2. Arrêt d'une batterie de sécheurs.......................................................................28 6. REPRESENTATION ET DONNEES..............................................................................29 6.1. REPRESENTATION SUR P&ID (PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM)......29 7. TROUBLE SHOOTING..................................................................................................32 7.1. Variations oscillantes (pompage) (pompage) de la pression pression du réseau .......................... ............ ........................ .......... 32 7.2. Remontée rapide du point de rosée de l'air du réseau............................................33 8. LE GAZ INSTRUMENT INSTRUMENT (GI) ...................... ................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ............34 .34 8.1. DESCRIPTION DESCRIPTION D'UNE D'UNE SECTION SECTION DE PRODUCTION PRODUCTION DE GI ........................... ............. .................... ......34 34 8.2. OPÉRATION D'UNE SECTION DE Gaz Instrument ( GI )......................................36 Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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8.3. TROUBLE TROUBLE SHOOTING SHOOTING ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ....................... .............36 .36 9. EXERCICES EXERCICES ...................... .................................. ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... .......................38 ...........38 10. GLOSSAIRE GLOSSAIRE........... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................... ....................41 .........41 11. SOMMAIRE DES FIGURES........................................................................................42 12. SOMMAIRE SOMMAIRE DES TABLES TABLES ...................... ................................. ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ............43 .43 13. CORRIGE DES EXERCICES......................................................................................44

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1. OBJECTIFS À l'issue de l'étude de ce module le lecteur devra devra être capable de : Reproduire et décrire le schéma standard de procédé d'une section production Air Instrument, Air Service et Gaz Instrument Citer les procédés et techniques mis en œuvre dans la section Schématiser les différents circuits Énumérer les paramètres opératoires Localiser les organes de contrôle et de régulation Connaître les actions générales de conduite de la section Citer les actions de sécurité procédée Connaître les caractéristiques techniques des équipements utilisés


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n s t o é n i i e t t i m c l u t u r d U t s o r e s n P L I t r i e A ' n L o i t a r o l p x E

s t n e m e t i a r t s e d n o i s s e r g o r p a l e d e r u s e m à t e r u f u a r i a ' l e d é t e r u p a l e d n o i t u l o v é ' l t n a r t n o m n o i t a r t s u l l I : 1 e r u g i F

6 4 e d 5 e g a P

R F 0 3 0 T U R 7 P - 0 P 0 2 X / E 5 : 0 / n 8 o 2 i t : a n o m r i s o i v F é e d R t r r e o è i p n p r u e S D


2. LES FONCTIONS DE L'AIR INSTRUMENT 2.1. INTRODUCTION L'air Instrument est la première utilité fondamentale dont on a besoin dans une installation " Oil & Gas "puisque sans Air Instrument ou sans Gaz Instrument, aucun contrôle de "process" n'est possible Pas même l'énergie électrique n'est la première car il suffit d'un moto-compresseur diesel d'air pour commencer à relancer les opérations, ensuite évidemment il faut démarrer le groupe électrogène de secours qui alimente les circuits prioritaires, comme par exemple,, un compresseur d'air à moteur électrique etc… L’Air Instrument est indispensable pour faire fonctionner les équipements suivants: Toutes les vannes opérées pneumatiquement à savoir: Les vannes de régulation PCV, LCV, FCV, TCV et PDCV Les ROV, SDV, ESDV (attention les vannes de bloc peuvent être motorisées par huile hydraulique HP c'est le pour les puits ou des ESDV des pipelines) Déluge Valves Tous les transmetteurs pneumatiques FT, PT, LT et PDT (pas les TT) L'unité de production d'Azote (quand elle existe) Laboratoire (avec une qualité d’air bien évidemment supérieure) Ateliers d’entretien (également avec de l’air plus « épuré »)

2.2. QUALITÉS DEMANDÉES À L'AIR INSTRUMENT Au fur et à mesure de l'évolution des appareillages d'instrumentation vers plus de sophistication, les spécifications exigées de l'Air Instrument sont devenues plus rigoureuses qu'au temps du "tout pneumatique" Au premier rang un air sec avec un point de rosée adaptée à la température ambiante de la zone géographique de l'installation (un point de rosée de – 30°C en Indonésie est inutile, par contre en Norvège c'est recommandé) Pourquoi l'humidité relative de l'air comprimé est-elle si importante ? Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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L'humidité a les effets les suivants : Rouille et corrosion des canalisations du système d’air comprimé Détérioration des servo des vannes Mauvais fonctionnement des transmetteurs et transducers Dans la plupart des environnements des sites industriels Les procédés de production requièrent de l’air ultra sec (Classe ISO 1, 2 ou 3) ont besoin d’une solution avancée qui utilise la technologie des sécheurs avec Adsorbeurs. On trouvera ci-dessous les spécifications de quelques classes de normes d'air comprimé suivant leur utilisation. Ensuite la deuxième qualité demandée est la pureté de l'Air Instrument au point de vue particules solides qui peuvent s'amalgamer avec l'humidité pour former des dépôts pâteux dans les coudes des fins " liners " qui amènent l'air aux vannes automatiques et autres transmetteurs, particulièrement en bout de lignes. La troisième qualité recherchée est l'absence d'huile, bonne en mécanique mais mauvaise en régulation, car mélangée à la rouille elle forme une pâte qui ne demande qu'à boucher les orifices des relais pneumatiques, d'ou l'utilisation de compresseurs dont les organes mécaniques ne sont jamais en contact avec "l'air procédé", ce sont les compresseurs à vis dont les particularités techniques sont décrites plus loin. On demande à l’air instrument, une certaine ‘classe’ ; ci-après les définitions de ces classes avec tables et graphiques Qualité de l’Air Comprimé : ISO 8573.1

Classe 1 2 3 4 5 6

Particules solides Nombre maximum de particules par m 3 0,1 à 0,5 0,5 à 1 1à5 Microns Microns Microns 100 1 0 100000 1000 10 Non spécifié 10000 500 Non spécifié Non spécifié 1000 Non spécifié Non spécifié 20000 Non spécifié Non spécifié Non spécifié

Huile Pt de Rosée (y compris sous vapeur pression (°C) mg/m3) 001  70 01  40 1  20 3 5 7 Non spécifié 10 Non spécifié Eau

Table 1: Les principales spécifications d'Air Instrument


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Figure 2: Température de l'air ambiant (°C)

Classe

Description

Application

IN1 Air de grade Instruments : Classe ISO 2.1.1

Élimination efficace des particules solides & de l’huile Classe ISO 1. Le point de rosée sous pression sera maintenu

Instrumentation de procédés de Production, Industrie pétrolière & gazière, Industrie chimique, Électronique

Élimination efficace des IN1 Sans Odeur particules solides & de l’huile & Air de grade Instruments : huile vapeur Classe ISO 2.1.1 sans Classe ISO 1. Le point de odeur rosée sous pression sera maintenu IN2 Air de grade Instruments : Classe ISO 2.2.1

Élimination efficace des particules solides & de l’huile Classe ISO 2. Le point de rosée sous pression sera maintenu

Industries pharmaceutiques & Alimentaires Chambres blanches

Instrumentation, Procédés de Production Industrie pétrolière & gazière, Industrie chimique, Électronique

Table 2: Différentes classes d'air de grades instruments

Comment comparer l'humidité relative de l'air comprimé à la classification ISO ? Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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ISO classifie un Point de Rosée sous Pression (PRP) pour une température spécifique de l’air ambiant (25°C) Comme le montre le graphique ci-dessus, un point de rosée sous pression constant (représenté par les courbes de couleur) n'équivaut pas à un niveau d'humidité relative de l'air comprimé constant A niveau (ou classe, selon ISO) de point de rosée constant, l'humidité relative varie en fonction de la température ambiante. Lorsque l’on maintient une humidité relative constante, la performance du système d’air comprimé reste constante et fiable

2.3. QUALITÉS DE L'AIR SERVICE On utilise aussi une autre catégorie d'air comprimé qui ne nécessite pas un traitement aussi rigoureux, il s'agit de l'Air Service, utilisé pour les outils pneumatiques genre clés pneumatiques de serrage des boulons, meules tronçonneuses etc.…. et pour les soufflages de lignes brutes de montage dans les unités nouvelles ou revampées. Cet air est souvent prélevé à la sortie des compresseurs en sortie du premier ballon tampon, et alimente un circuit secondaire sur lequel sont prévus des postes " utilités " auxquels sont connectés les outils pneumatiques. Cependant on verra à travers l'étude des compresseurs que cet air est quand même filtré et grossièrement déshydraté


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3. DESCRIPTION D'UNE UNITÉ DE PRODUCTION D'AIR INSTRUMENT 3.1. LA COMPRESSION Dans tous les cas l'air aspiré par les compresseurs est filtré (comme l'air de combustion dans les moteurs à pistons) Depuis le début de l'exploitation des installations " Oil & Gas " la compression de l'air a fait appel à plusieurs types de compresseurs;

3.1.1. Les compresseurs alternatifs Jusque dans les années 80 ce furent les compresseurs alternatifs qui avaient la faveur, en effet ils présentaient de nombreux avantages qui correspondaient bien aux prestations demandées: Bon niveau de pression entre 8 et 13 Barg en deux étages de compression Quantité d'air fourni suffisante pour les installations de production Robustesse, entretien assez rustique Longévité appréciable Entraînement facile par moteur Diesel et moteur électrique Mais à la longue avec les exigences des organes de régulation modernes avec l'avènement de l'électronique leurs gros défaut les a condamnés, car ces compresseurs, tout comme un moteur à pistons, ont besoin d'être amplement lubrifiés ce qui fait que l'air à comprimer est en contact avec des pièces mouvantes bien grasses, et malgré les piéges à huile en sortie de compresseur l'air reste gras et ne demande qu'à se charger de particules solides diverses pendant son parcours de traitement. Le pire étant la neutralisation des billes d'Alumine ou grains de silicagel par un dépôt de surface bien gras empêchant l'adsorption de l'humidité dans les pores des dessicants, donc faible déshydratation conduisant à un point de rosée inacceptable, et remplacements trop fréquents des lits de dessicants. D'autre part avec les besoins d'air comprimé en hausse leurs débits sont devenus insuffisants, et peu à peu ils on été abandonnés au profit d'autres types de compresseurs


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3.1.2. Les compresseurs centrifuges À part dans les grandes centrales utilités ou l'on demande de forts débits (couramment 8000 m3/ Heure) à des pressions de 10 Barg vue leur complexité ils n'ont pas été longtemps utilisés dans les installations " Oil & Gas " leurs points forts étant: Les gros débits De bonnes pressions en deux étages (de 8 à 11 Barg) Peu d'huile dans l'air produit Mais: régulation imprécise recyclage obligatoire pour répondre aux demandes variables des utilisateurs, conduite délicate dans les phases de recouvrement à plusieurs compresseurs (ce qui est le mode d'opération habituel pour une unité de production d'air comprimé)

3.1.3. Les Compresseurs à vis Puis sont arrivés assez rapidement les compresseurs à vis qui, depuis une bonne vingtaine d'années, ont remplacé tous les autres compresseurs, sauf dans des cas particuliers de très petites unités oû on utilise encore les compresseurs alternatifs. Comment ont-ils supplantés les autres types? Par leur principe qui a l'avantage primordial de fournir un air absolument sans huile, ce qui élimine tous les problèmes inhérents à ce défaut des autres compresseurs. Le principe de fonctionnement de base reprend en gros le principe de la vis d'Archimède, mais avec la différence qu'il y a non seulement le déplacement de l'air le long de la vis depuis l'entrée jusqu'à la sortie, mais il y a compression de l'air car il y a une deuxième vis parallèle à la première et dont les lobes s'encastrent pratiquement dans leurs homologues de la première vis ce qui, en quelque sorte " coince" les molécules d'air qui s'en trouvent réduites en volume. En conséquence suivant le bon principe de Mariotte ceci augmente la pression puisqu'il y a réduction de volume au passage des couples successifs de lobes. On a bien P 1V1 = P2V2 car toute cette transformation se fait dans un stator, donc l'air ne peut pas s'expandre, il reste donc comprimé, (Attention ce n'est pas une compression isotherme car il y a augmentation de la température de l'air comprimé) Pour parvenir aux pressions courantes utilisées dans les réseaux d'Air Instrument ces compresseurs sont à deux étages de compression. Sous une f orme très compacte on Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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trouve deux enceintes contenant deux fois deux vis (1 er et 2eme étage), séparés par un échangeur dit " intercooler " qui permet de refroidir l'air sortant du 1er étage. Comme il y a eu compression on est en présence des deux principes de liquéfaction d'un gaz. Résultat: une partie de l'humidité aqueuse a été condensée et cette eau est évacuée à l'atmosphère par purgeur automatique. Le deuxième étage accroît la pression à la valeur du réseau plus 1 à 2 Barg pour compenser les pertes de charge dans les lignes et équipements de séchage. En sortie du 2eme étage l'air est à nouveau refroidi dans un échangeur à eau ou aéroréfrigérant, ce qui condense un peu plus d'humidité en eau liquide. Donc entre l'aspiration et la sortie du compresseur l'air aura été "pré-séché". Durant la compression à aucun moment l'Air Procédé n'est en contact avec des parties mécaniques grasses, car la lubrification des pignons d'entraînement des arbres moteur et mené se fait à l'extérieur des enceintes des deux vis. L'étanchéité des arbres est assurée à l'entrée dans les enceintes par des joints spéciaux.

Figure 3: Coupe d'un compresseur à vis Ingersoll Rand


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Schéma d’échangeur ci-contre La température de l’air sortie deuxième étage est abaissée efficacement avant d’entrer dans l’échangeur final. Les deux conduits connectés au collecteur de refroidissement préliminaire sont placés directement dans le flux d’air qui régule la température générale de l’échangeur L’échangeur Ingersol Rand permet la régulation de température air sortie 2 ième étage Figure 4: Schéma d’échangeur

3.2. PRODUCTION DE L’AIR 3.2.1. Production de l’air service Dans le cas des compresseurs alternatifs (c'est-à-dire, à pistons) un piège à huile est installé à la sortie de chaque compresseur Dans la plupart des cas des installations récentes, cet air est réceptionné dans un ballon où intentionnellement le temps de rétention a été calculé pour permettre une condensation supplémentaire de la vapeur d’eau. Cette eau est évacuée à l’atmosphère par un purgeur. Dons en sortie de ce ballon l’Air Comprimé est compatible avec l’utilisation de certains instruments à savoir les outils pneumatiques et les opérations de soufflage 1 ère étape de dégrossissage. Il est donc envoyé dans le réseau Air Service sous contrôle de pression. (L’Air Service n’est pas prioritaire)


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3.2.2. Filtration et séchage de l'Air Instrument La description du traitement est à suivre sur le schéma ci- dessous

Figure 5: Schéma de fonctionnement d'un ensemble filtr ant et séchant Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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Description du schéma de fonctionnement ci-dessus : 1. Entrée de l'air 2. Le séparateur élimine l’eau de l'air 3. La soupape de commutation commute en alternance les filtres du régime séchage au régime régénération 4. Filtre sécheur avec cartouches échangeables 5. Les clapets anti-retour de séchage dirigent le flux d'air à sécher 6. Filtre à particules 7. Clapet de maintien de pression anti-retour 8. Les clapets anti-retour de régénération dirigent le flux de l'air régénérant 9. Le détendeur réduit la pression de service à la pression de régénération et de commande 10. Le clapet d’étranglement dose le volume de régénération 11. Le clapet d’équilibrage permet d’équilibrer les pressions avant la commutation 12. Soupape de fermeture se ferme lors de l’équilibrage des pressions et de l’arrêt du sécheur 13. Soupape de purge des condensats 14. Filtre à charbon actif (option) pour le traitement de l’air conformément à la DIN EN 12021 et aux standards internationaux. (Dans la plupart des cas des installations " Oil & Gas " ce filtre a pour but d'arrêter toutes les poussières venant du dessicant pour éviter qu'elles n'aillent perturber le fonctionnement des vannes régulatrices du réseau d'Air Instrument)

Filtre sécheur (4) Les filtres sécheurs sont construits de manière à répondre à tous les standards nationaux et internationaux en vigueur. Ces filtres disposent d’une longévité importante du fait de leur très bonne résistance à la corrosion. De plus il s sont extrêmement faciles d’entretien grâce au remplacement simple et rapide des cartouches.

Clapets anti-retour (5 / 8) Les clapets anti-retour nécessaires au guidage de l'air sont rassemblés dans une unité de commande. Un contrôle visuel rapide de la valeur des pressions est toujours possible grâce aux manomètres montés sur l’unité de commande. Cette utilisation rationnelle de l’espace épargne une tuyauterie complexe superflue et simplifie les interventions d’entretien.

Équilibrage des pressions (11) Les pressions sont équilibrées avant la commutation des filtres via une soupape complémentaire. De brutales différences de pression dans les réservoirs sont ainsi évitées préservant les filtres moléculaires d’une usure mécanique prématurée. Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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Unité de régénération (9 / 10) Tous les éléments nécessaires à l’air de commande et de régénération se trouvent dans l’unité de régénération. Celle-ci est également conçue de manière á faciliter les travaux d’entretien.

Clapet de fermeture pour l’air de régénération (12) Un clapet à commande pneumatique clôt automatiquement la sortie de l’air de régénération lors de l’arrêt du compresseur empêchant l’humidité ambiante de s’infiltrer dans les filtres et de les saturer. C’est pourquoi le sécheur régénérant s’accommode d’un fonctionnement saccadé; un fonctionnement continu n’est pas nécessaire.

Commande électronique Tous les paramètres relatifs au fonctionnement du sécheur (temps de cycle, équilibrage des pressions, commutation, purge des condensats, etc.) peuvent être consultés et commandés grâce à une commande électronique spécialement conçue pour le relais séquentiel Les différents états de service du sécheur sont affichés sur un écran LCD.

Figure 6 : Illustration d'une batterie de sécheurs par Adsorption Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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L'autre partie de l'air comprimé sortant du ballon Air Service qui n'est pas utilisée en tant que tel est envoyé dans un filtre ou toutes les particules solides sont retenues. Ensuite le séchage du flux d'air se fait par adsorption. Les molécules d'eau contenues dans l'air se déposent sur des filtres moléculaires de très grande surface. Ce processus est réversible, c'est-à-dire qu'un filtre chargé de molécules d'eau peut être régénéré par désorption. La régénération se fait à pression atmosphérique (P abs = 1 bar) à l'aide d'un flux partiel de 5% max. de l'air déjà séché. Le faible besoin en air régénérant résulte de la différence de pression entre la pression de service de 8 à 12 bars et la pression de régénération qui correspond à la pression atmosphérique. L’air de régénération est conduit à travers l’élément adsorbant saturé et peut le régénérer du fait de la baisse de pression partielle de la vapeur d’eau. Afin de garantir un fonctionnement continu, deux tours contenant des cartouches d'agents dessiccateurs sont commutés en cycle pull-push. L'air arrivant est séché dans une tour; simultanément, la deuxième tour est régénérée. Avant d'atteindre la limite de saturation de la tour du sécheur, un relais séquenceur commute automatiquement sur l'autre tour. L'air séché est ensuite acheminé à travers un filtre à particules et quitte le sécheur par une soupape anti-retour pour le maintien de pression.

Comment se fait la désorption du dessicant? Considérant que la tour 1 qui est en adsorption est à la pression P 1 son volume d'air dans le cylindre à l'instant T est V 1 Lorsque cette tour passe en phase de régénération sa pression passe à P 2 (pression atmosphérique) et le volume passe en même temps à V 2 On peut constater de visu qu'il n'y a pas de changement de température pendant les deux phases. Considérant les deux états P 1V1 et P2V2 ainsi que la température constante on peut considérer que l’on est en présence d'une transformation isotherme du type (loi de Mariotte / Boyle), car il y a changement de volume et de pression On peut donc écrire que : P1V1 = P2V2 seul V2 n'est pas connu dans cette équation, les trois autres, eux, sont connus on en déduit la valeur de V 2 : V 2


P 1

=

V 1 P 2

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Sachant que les deux tours verticales sont égales avec un volume de 200 litres par exemple, que P1 soit de 12 BarA, P 2 est de 1BarA l'équation ci-dessus devient: V 2

=

200

12 1

=

2400 Litres

il y a donc une expansion de 12 fois le volume d'air par r apport au volume initial V1, lorsque la tour 1 passe en régénération, c'est de l'air sec qui y entre et s'expanse de V1 à V2 à la pression atmosphérique P 2, cet air n'étant pas saturé va se charger de l'humidité imprégnée dans le dessicant, et de plus considérant son volume de 2400 litres il peut emmagasiner jusqu'à 12 fois la quantité de vapeur d'eau qu'il pouvait emmagasiner à son volume de 200litres ! Résultat : il y a bien assèchement du dessicant ( Désorption)

Les dessicants les plus couramment utilisés dans les installations" Oil & Gas " sont l'alumine, le silicagel et la Zéolithe (Al 2O3SiCa)

Figure 7: Système complet de production et de séchage d’air par Adsorption


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3.2.3. Réseau de distribution de l'Air Instrument L'Air Instrument en sortie de séchage et de filtration est d'abord envoyé dans un ballon tampon dont la capacité de stockage est fixée en fonction de la consommation calculée des utilisateurs à laquelle est appliqué un coefficient de marge de sécurité pour les consommations imprévues. Ce ballon est de forme cylindrique vertical ou horizontal suivant les engineerings, il est aussi équipé d'un purgeur afin de pouvoir décanter éventuellement l'eau en cas de dysfonctionnement des sécheurs. L'air est ensuite envoyé sous contrôle de pression dans un réseau constitué d'un collecteur principal et de sous-collecteurs par sections d'utilisateurs et à nouveau ramifié en manifolds d'ou partent les lignes individuelles par vanne et transmetteurs


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4. PARAMETRES OPERATOIRES UNITE DE PRODUCTION Les paramètres opératoires d'une unité de production d'AI et AS sont: La pression du ballon tampon Air Instrument La régulation de la pression du réseau Le point de rosée de l’air instrument Le débit de l’air instrument dans le réseau Niveau d’eau condensé dans le ballon AI

4.1.1. La pression du ballon tampon d'Air Instrument (AI) C'est le paramètre opératoire principal; en effet du maintien de la pression dépend la stabilité de fonctionnement des vannes de régulation et donc au final le contrôle des trains de procédé quels qu'ils soient Trois PT placés en général sur le ballon tampon et dont les indications sont en redondance est à vote: 2 contre 1 (c'est l'indication de la même valeur de deux d'entre eux qui est sélectionnée) cette valeur est envoyée au tableau de contrôle des trois compresseurs. Ces compresseurs sont disposés en ordre de démarrage, " fonctionnement à vide" et arrêt de la façon suivante:

Le premier compresseur que l'on appelle "A" est en service et maintient la pression du ballon à sa valeur de consigne ( ≈ 8 à 10 Barg) Si la pression est stable pendant un certain temps (en général 10 minutes) le compresseur passe en phase " à vide " c'est-à-dire, qu'il ne comprime plus (pour les compresseurs à vis cela se fait en général par la fermeture de la vanne d'aspiration en aval du filtre) Quand la pression du ballon va inévitablement baisser à une valeur de PSL le compresseur repasse en charge (réouverture de la vanne d’aspiration). En cas de montée à la valeur du PSH du réseau "A" passe en configuration "à vide"

Le second compresseur que l'on appelle " B " est disposé en mode Stand-By: Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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Si malgré la remise en charge du premier compresseur la pression du ballon continue à baisser en dessous du PSL ce deuxième compresseur démarre automatiquement en charge, il reste dans cette position jusqu'à ce que la valeur de consigne de la pression soit atteinte, il passe alors en mode " à vide " et, si durant par exemple 10 minutes, la pression se maintient son moteur s'arrête. Le premier évidemment continue ses cycles. Et ainsi de suite s'enchaînent les séquences de charge, "à vide", arrêt et redémarrage, ce qui permet une bonne optimisation de la pression et des économies d'énergie électrique non négligeables.

Le troisième compresseur que l'on appelle " C " est disposé en Arrêt mais reste disponible et aligné dans le circuit Si l'un des deux compresseurs A ou B vient à tomber en panne mécanique, "C" démarre passe en charge et devient N°1 quel que soit le compresseur en défaut (ceci pour simplifier la logique opératoire) Ce système de gestion est utilisé partout à quelques variantes prés dans les séquences Charge, "À vide", Arrêt et Redémarrage.

4.1.2. Régulation de la pression du réseau Les vannes de régulation étant très sensibles aux variations de la pression d'alimentation, il faut maintenir cette pression d'une façon plus précise qu'avec les seuls compresseurs C'est la fonction de deux PCV1 et PCV2 qui peuvent être régulées par un PIC situé en aval sur le collecteur principal ou bien être des PCV auto régulées (Self Regulated) Elles ont un point de consigne différent (décalé) de généralement 0,5 Barg : La PCV1 maintient la pression au point de consigne voulu du réseau, par exemple 8 Barg, si la pression descend à 8 ─ 0,5 Barg = 7, 5 Barg La PCV2 prend le relais, commence à ouvrir pour remonter la pression à 8 Barg, si la pression dépasse cette valeur elle va se fermer à nouveau et ainsi de suite.

4.1.3. Le point de Rosée de l'air Instrument Par raison de sécurité évidente on installe toujours au moins deux unités de séchage une en service l'autre en stand-by prête à passer en ligne. Sur le collecteur de sortie des deux batteries est placé l'analyseur en ligne du point de rosée de l'air sec et un autre à la sortie de chaque batterie


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Le premier donne en salle de contrôle une Alarme Haute de la valeur du point de r osée dans le réseau, le second individuel indique la batterie en service fautive et fait basculer automatiquement le passage de l'air humide sur la batterie en Stand-By qui prend le relais (ce basculement ne se fait pas toujours automatiquement en particulier pour les unités anciennes, c'est à l'opérateur de le faire localement)

4.1.4. Débit de l'Air Instrument dans le réseau Un FT  FI installé sur le collecteur en amont de la ramification du réseau donne en salle de contrôle l'indication du débit global d'utilisation. Pour information quelques consommations d'Air Instrument par type d'utilisateur Transmetteur: 0.4 Sm3/hr consommation intermittente, Contrôleur: 1 Sm³/hr, consommation permanente Actionneur pneumatique de vanne: 1 Sm 3/hr consommation intermittente.

4.1.5. Niveau d'eau condensée dans le ballon AI Malgré qu'il ne doive plus y avoir d'eau dans l'AI, par précaution un LG est installé dans le fond du ballon en cas de dysfonctionnement des deux batteries de sécheurs et cette eau peut être purgée manuellement.

4.1.6. Mesure du point de rosée 4.1.6.1. Technique fondamentale La méthode fondamentale, établie depuis plusieurs siècles, pour mesurer le point de rosée d’un gaz, utilise le principe de la condensation optique La température du point de rosée (qui est la température à laquelle la vapeur commence à se condenser, ou se transformer en glace quand ce même gaz est refroidi) donne avec précision le niveau d’humidité (la concentration) dans le gaz.

4.1.6.2. Principe de fonctionnement La méthode “Michell’s Cooled Mirror Sensors” utilise un miroir métallique miniature poli refroidi par une pompe à chaleur thermoélectrique (système Peltier) jusqu'à ce que le point de rosée du gaz à tester soit atteint. Dès que la température est atteinte, la condensation commence à se former sur la surface du miroir. Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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Une boucle électro-optique comprenant une diode émettant une lumière rouge visible, et un système photo-détecteur à haut gain détecte ce début de condensation. La lumière reflétée voit son intensité lumineuse diminuée, cette différence étant mesurée par un ensemble électronique modulant en fonction sa sortie vers l’indication. La surface du miroir est alors contrôlée dans un état d’équilibre selon l’évolution des états évaporation et condensation. Par la suite la température du miroir (contrôlé par une mesure de température à résistance de platine) correspond à la température de point de rosée du gaz concerné.

Figure 8: Technologie du ‘Cooled Mirror Sensor’ et transmetteur à variation d’impédance

4.1.6.3. Technologie de la sonde détectrice Le fonctionnement du ‘senseur’ est basé sur le principe d’adsorption de vapeur d’eau par un matériau poreux, non-conducteur pris en ‘sandwich’ entre deux éléments conducteurs, le tout monté sur un support en céramique. Le ‘senseur’ (‘2’ sur la figure) est une lamelle active très fine (moins d’un micron), la lamelle conductrice poreuse ’1’ du dessus permettant le passage de la vapeur d’eau vers la lamelle ‘2’ ne mesure que 0.1 micron Figure 9: Technologie de la sonde “Michell” du type à miroir refroidi


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4.2. PARAMÈTRES OPÉRATOIRES DU RÉSEAU AIR SERVICE (AS) Il a été défini que l'Air Service n'est pas prioritaire dans l'exploitation d'une unité de production d'Air Comprimé, parce que son utilisation est: à la demande et non continue ne participe pas au contrôle des procédés De ce fait son utilisation est restreinte aux périodes de marche normale des compresseurs. Sa régulation de pression est réalisée par un PIC monté dur le ballon d'Air Service qui régule une PCV installée en entrée du réseau Une indication de la consommation d'AS (débit) est envoyée en Salle de Contrôle par un FT  FI Sur certaines unités est prévue une FCV limitatrice de débit (qui peut être exceptionnellement inhibée pour permettre des chasses d'air comprimé après intervention d’entretien). Un LG indique le niveau d'eau condensée au fond du ballon. Un ou deux purgeurs autonomes d'eau condensée sont installés en point bas du ballon d'Air Service.


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4.3. SÉCURITÉS PROCÉDÉS Pour éviter les consommations trop importantes d'Air Service une interruption de fourniture est prévue, elle consiste à l'action d'un PSLL monté sur le ballon tampon d'Air Instrument qui initialise la fermeture d'une SDV à l'entrée du réseau Air Service Dans certaines unités de production d'Air Instrument une action provoquée par une détection de valeur de point de rosée trop élevée (AHH) met automatiquement en service la deuxième batterie de séchage Plus couramment ce basculement se fait manuellement sur site ou à partir de la salle de contrôle sur apparition de l'alarme AH au DCS Il a été vu au § 2.5.1.5 "contrôle de la pression par les compresseurs" que dans certaines unités, en cas d'arrêt d'un compresseur par problème mécanique le troisième compresseur (en position de N°3 par ordre de démarrage) démarre en charge pour rétablir la pression du réseau. En cas de consommation excessive (FAH) se soldant par une baisse de pression anormale les deux compresseurs étant déjà en route le troisième démarre et passe en charge. Cependant, si la situation n'est pas récupérée au bout d'un certain délai, tous les compresseurs s'arrêtent et on arrive à une valeur limite de pression des PSLL du réseau qui provoquent un ESD 1 et positionne les unités "process" en Sécurité pour laquelle les vannes régulatrices passent soit en position Normalement Ouverte (Fail Open) soit Normalement Fermée (Fail Close) suivant leur catégorie. Par exemple les PCV sont FO tandis que les LCV sont FC et les SDV, ESDV passent en position de sécurité (en général c'est Fermé), les BDV étant secourues par capacité individuelle d'air Instrument ou Azote restent fermées sauf si la dépressurisation est commandée. Tous les équipements en pression (compresseurs, ballons tampon, sécheurs) sont protégés par PSV. Sur les ballons les PSV sont doublées avec disposition une en service l'autre isolée en amont, par système "Interlock mécanique"


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5. CONDUITE D'UNE UNITÉ DE PRODUCTION D'AIR

INSTRUMENT 5.1. LA CONDUITE Compte tenu de l'importance vitale de la fourniture d'Air Instrument aux différents équipements utilisateurs, la surveillance de cette unité doit être particulièrement sérieuse pour assurer le bon fonctionnement de l'ensemble de l'installation " Oil & Gas " Les trois paramètres essentiels à s'occuper sont: La pression du réseau La valeur du point de rosée de l'Air Instrument du r éseau Le débit de l’Air Instrument dans le collecteur vers les utilisateurs (le volume)

5.1.1. La pression du réseau Au changement de quart bien s'informer sur la disposition des compresseurs, s'assurer que la disposition sur site (sélecteur de priorité N°1 N°2 et N°3) soit bien conforme à celle affichée sur le DCS.; notamment sur le tableau local de chaque compresseur, que le sélecteur soit bien sur "Auto Remote" (salle de contrôle) ou " Auto Local " suivant les consignes en vigueur. Vérifier la stabilité de la pression du réseau en observant le fonctionnement des deux PCV1 et PCV2. Ne jamais signer un permis de travail mécanique sur plus d'un compresseur à la fois, il doit toujours y avoir deux compresseurs en ordre de marche, L'entretien préventif doit être régulier et planifié. Effectuer la rotation de l'ordre de priorité de démarrage: N°1, N°2, N°3 des compresseurs de façon à répartir également les heures de fonctionnement


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5.1.2. La valeur du point de rosée de l’Air Instrument (AI)du réseau Lors des tournées sur site: Suivre le bon déroulement des cycles Adsorption / Désorption de la batterie de sécheurs en service. En cas de dysfonctionnement du à l'automate relais, passer sur l'autre batterie (avertir SdC) La permutation d'une batterie de sécheurs à l'autre est quasi instantanée; Dés que celle qui doit passer en service est sélectionnée elle se met instantanément en position conforme: Traitement sur la tour régénérée Passage en désorption de l'autre tour Contrôler les paramètres mécaniques du compresseur en fonction (cycle en "charge" et à "vide") les purges d'eau inter étages et étage final, les pressions d'huile et températures Air sorties étages À la prise de quart vérifier le positionnement des sélecteurs locaux (Manu, Auto, Local, Remote) de chaque compresseur, et la position du sélecteur priorité de démarrage

5.1.3. Le débit de l’Air Instrument (AI) dans le collecteur vers les utilisateurs Suivre l'évolution du débit global de consommation en consultant régulièrement la courbe du FI sur le DCS ; ce qui permet de savoir si la consommation est normale ou inhabituelle dans ce cas il y a ou bien une fuite ou bien une utilisation anormale comme par exemple une chasse d'air dans une section de l'installation sans avoir informé la SdC


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5.2. ARRÊT D’UNE UNITÉ D'AIR INSTRUMENT et AIR SERVICE Un arrêt total ne peut être envisagé qu'en fin d'un arrêt normal complet de l'installation " Oil & Gas", puisque l'AI est indispensable au fonctionnement des organes de contrôle. Autrement on ne peut entreprendre qu'un arrêt partiel, soit par exemple un ensemble compresseur et une batterie de sécheurs

5.2.1. Arrêt d'un compresseur Si pour cause d'intervention programmée (changement de courroies dans le cas d'un compresseur alternatif à pistons & transmission par courroies) le compresseur doit être permuté en N°3, on met d'abord en N°1 celui qui était en N°3, on teste le bon fonctionnement en charge de ce dernier pendant au moins un cycle complet " à vide " " en charge " " à vide ". On passe ensuite celui à arrêter en N°3, on le passe en mode " Local " " Manuel " et on le laisse tourner à vide pendant cinq minutes pour le refroidir, finalement on l' arrête au panneau local et on l'isole électriquement juste avant l'intervention.

5.2.2. Arrêt d'une batterie de sécheurs C'est en général pour changer la charge du dessicant. L'arrêt ne doit être entrepris que lorsque l'équipe d'intervention est à" pied d'œuvre " Si cette batterie est en en marche on commence d'abord par mettre en opération celle qui est en stand-by, la permutation se fait directement à l'automate relais local ou depuis le DCS en SdC, il est préférable de faire cette opération sur site pour pouvoir réagir immédiatement s'il y a un problème. Une fois la permutation faite avec le sélecteur, les deux vannes manuelles d'isolement doivent être fermées et la tour qui était en traitement est décomprimée manuellement à l'atmosphère.


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6. REPRESENTATION ET DONNEES 6.1. REPRESENTATION SUR P&ID (PIPING & INSTRUMENTATION DIAGRAM) Ce document édité lors de la phase projet, présente sous format beaucoup plus complexe que le PFD, toutes les lignes et capacités process ainsi que tous leurs paramètres de fonctionnement. NB : On situera facilement sur les deux P&IDs (en exemple ci-après) les repères des paramètres d’instrumentation cités au paragraphe ‘Paramètres Opératoires’


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n s t n o é i t e t i l c i t m u u r d U t o s r e s n P L I t r i e A ' n L o i t a r o l p x E

6 4 e d 0 3 e g a P

r i A ' d n o i t c u d o r P e d é t i n u e n u ' d s r u e h c é S n o i t c e s a l e d D I & P : 0 1 e r u g i F


n s t n o é i t e t i l c i t m u u r d U t o s r e s n P L I t r i e A ' n L o i t a r o l p x E

u a e s é r u d n o i s s e r p e d n o i t a l u g é r a l t e t n e m u r t s n I r i A ' d n o l l a b n u , s e g a t é x u e d à r u e s s e r p m o c n u t n a r t n o m D I & P : 1 1 e r u g i F

6 4 e d 1 3 e g a P



7. TROUBLE SHOOTING 7.1. Variations oscillantes (pompage) de la pression du réseau Deux causes possibles: Dysfonctionnement de la PCV 1 ou la PCV 2 si le réseau est en régulation de pression avec les deux PCV en service, Dans le 1er cas passer la PCV 1 en "manuel", la PCV 2 prendra le relais si la pression du réseau chute. Dans le 2eme cas passer à tour de rôle les deux PCV en "manuel", si le pompage s'arrête c'est que la PCV perturbatrice est celle qui vient de passer en "Manuel", si le pompage continue c'est que c'est évidemment celle qui est en "Automatique", si c'est la PCV 1 passer la PCV 2 en N°1 (au point de consigne nominal), si c'est la PCV 2 la passer en "Manuel" avec une valeur d'ouverture telle que la pression du réseau reste stable à sa valeur de consigne. Mauvais passage de relais de démarrage entre les deux compresseurs en position N°1 et N°2 Ce dysfonctionnement a pour conséquence des brutales variations de pression du réseau car les deux compresseurs se contrarient l'un l'autre; Changer l'ordre de priorité de démarrage des compresseurs en passant celui qui était en N°3 en position N°1 passer le N°1 en N°2 puis le N°2 en N° 3 observer le résultat si le phénomène persiste cela signifie que c'est l'ex N°1 maintenant en N°2 qui est le perturbateur, il faut alors le passer en N°3 Si le phénomène s'est arrêté cela signifie que c'est l'ex N°2 maintenant en N°3 qui est le fautif, le laisser en N°3 Dans les deux cas ex N°1 ou ex N°2 il faut demander l'intervention de l'entretien en urgence, pour la bonne raison que si un des deux compresseurs restants a un problème mécanique, on se retrouve avec un seul compresseur fonctionnant correctement et celui perturbateur passé en N°3 à faire fonctionner en " Manuel " à la demande, quand la pression du réseau baisse.


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7.2. Remontée rapide du point de rosée de l'air du réseau Quand le cas se présente il faut immédiatement mettre en service la batterie qui est en stand-by et arrêter la batterie qui était en service. Demander l'intervention de l'entretien pour vérifier le fonctionnement de l'automate relais qui est probablement la cause du mauvais point de rosée ou bien: Si le fonctionnement de la batterie en service provoque une remontée du point de rosée de plus en plus rapidement prévoir le remplacement du dessicant à l'i ntérieur des deux tours. Au remplissage des tours par l'entretien ou vendeur veiller à ce qu'un dépoussiérage du dessicant soit effectué à l'Azote (purge à l'atmosphère aux brides amont filtre aval sécheurs) À ce titre s'assurer qu'il y a toujours une charge complète de dessicant en magasin, ainsi que les cartouches pour les filtres amont et aval des sécheurs


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8. LE GAZ INSTRUMENT (GI) 8.1. DESCRIPTION D'UNE SECTION DE PRODUCTION DE GI Sur certaines installations de production primaire (Gathering Treatment Satellite) éloignées et isolées il serait trop coûteux du point de vue économique d'installer des unités individuelles de production d'AI sur chacune d'entre elles, alors, on utilise en remplacement le gaz produit par les puits, on lui fait subir un traitement superficiel après l'avoir détendu à une pression de 6 à 8 Barg: de filtration de séparation des liquides de récupération des condensats L'installation est très semblable à une section de Fuel-Gaz (voir le schéma ci-dessous) Étant donné le nombre restreint d'utilisateurs l'installation est généralement constituée de lignes de 2" et inférieurs car les débits de gaz ne sont pas importants. l n’y a en général que quelques vannes régulatrices dans la section (GI) même et le séparateur d’essai plus quelques pompes hydrauliques. Par contre les pressions sont souvent supérieures à 100 Barg.

Figure 12 : Schéma théorique dune section de production de Gaz Instrument Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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Le collecteur de 2" est piqué en génératrice supérieure sur le manifold production, une ESDV ou SDV est montée en amont d'un robuste filtre, le gaz passe dans une TCV trois voies (cas des débits conséquents) il passe ensuite partiellement (et by-pass) dans un échangeur Gaz Brut / Gaz Instrument puis est détendu dans une première PCV jusqu'à environ 20 Barg. Il y a refroidissement donc condensation partielle de liquides H 2O et gazoline qui sont récupérés dans un séparateur vertical, cette phase liquide (faible eu en égard au faible débit de gaz) est récupérée sous contrôle de niveau dans le ballon des drains fermés Une injection de méthanol (pompe pneumatique) est pratiquée en amont de l'échangeur. Le Gaz Instrument partiellement séparé de la phase liquide Eau / Condensats passe ensuite à contre courant dans l'échangeur Gaz Brut / Gaz Instrument oû il est réchauffé avant d'être à nouveau détendu à sa valeur d'utilisation de l'ordre 6 à 8 Barg dans une seconde PCV, puis passe dans un 2 eme ballon plus petit KO Pot (prévu seulement si le débit de gaz est conséquent) Le Gaz Instrument est ensuite distribué aux utilisateurs par des sous collecteurs de 1" 1/2 à 1" ( les PCV et TCV 3 Voies { si existante } LCV des KO Pots, manœuvre des vannes du séparateur d'essai, pompes pneumatiques d'injection des produits chimiques dans les puits et collecteur), et si comme dans certains cas il est nécessaire d'avoir un réseau secondaire de Gaz à faible pression pour alimenter des brûleurs de petits générateurs d'électricité (Thermal Electric Generators) Une troisième PCV réduit la pression pour ce seul usage (en tant que Fuel-Gaz) à 2 Barg, ces TEG sont utilisés pour fournir le courant nécessaire au fonctionnement de l'armoire ESD et de la centrale hydraulique.

NB: Le schéma fonctionnel ci-dessus n'est qu'indicatif, il peut changer quant à sa configuration notamment l'installation de l'échangeur Gaz Brut / Gaz Instrument dépend de la température du gaz au manifold production et du débit envisagé à fournir aux utilisateurs. En Indonésie sur certains champs de Bornéo (Kalimantan) dans l'estuaire de la rivière Mahakam l'unité de production du Gaz Instrument sur les G.T.S. se réduit à une seule détente à travers deux PCV en parallèle à points de consigne décalés (comme pour une unité standard d’AI) et un KO Pot qui récupère la phase liquide. La température est d'environ 60°C pour une pression de 80 à 100 Barg au manifold production, pour passer de 100 Barg à 8 Barg la détente à travers les PCV fait perdre environ 37°C, le gaz reste donc à 23°C après détente, la présence de l'échangeur ne se justifie donc pas.


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8.2. OPÉRATION D'UNE SECTION DE Gaz Instrument ( GI ) Ces sections de design simple permettent une utilisation continue sans la présence de personnel d'opération, leur fonctionnement est vérifié l ors des tournées quotidiennes (une tournée de jour par 24 heures), par contre étant vitales pour le fonctionnement de ces plateformes isolées, l'inspection des éléments suivants doit être minutieuse: Le filtre (généralement à panier) contrôler la valeur de sa ∆P (trop souvent il n'y en a qu'un seul !) Surtout le fonctionnement des deux PCV (elles sont normalement conçues pour réguler autour de 50% d’ouverture) si les deux sont ouvertes à 100% il y a anomalie: soit une consommation anormale qui ne peut être du qu'à une fuite sur le réseau utilisateurs, soit le filtre amont des PCV est sérieusement bouché. Niveau de la phase liquide dans le(s) KO drum (pot) Niveau liquide dans le ballon des drains fermés (Close Drain system) Purger systématiquement les points bas du circuit (en principe des robinets de purge sont prévus à cet effet)

8.3. TROUBLE SHOOTING Les incidents qui peuvent survenir sur une section de GI sont généralement: KO drum plein de liquides avec engorgement du KO Pot et arrivée de liquides aux servo des vannes de régulation, cela se traduit par la découverte d'un ESD 1 ou 2 à l'arrivée de l'opérateur sur l'installation. Alors dans cette situation il faut évidemment redémarrer et comme toutes les vannes sont fermées il n'y a pas possibilité d'avoir du GI, ce cas de fi gure a été prévu. Il faut se souvenir qu'il y a une bouteille d'Azote avec détendeur qui est connecté sur le manifold de l'armoire ESD et qui permet de Réarmer (Reset) le système ESD (la procédure doit être disponible dans l'armoire dans une pochette transparente). Avant il faut manuellement vider le KO Pot (démontage bride aval de la LCV, flexible récipient etc…) Possibilité de bouchage des PCV par hydrates (risque pendant la nuit) surtout quand la ligne amont des PCV et les PCV ne sont pas calorifugées Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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C'est déjà arrivé en Indonésie du au fait d'une pression de gaz supérieure à 100Barg, et une nuit fraîche On se retrouve dans le cas précédent ESD par manque de GI (comme pour un PSLL d'Air Instrument) En principe l'hydrate fond tout seul en fonction de la température ambiante en zone tropicale ou équatoriale cela va assez vite, sinon réchauffer avec les moyens du bord ce qui peut être fait avec de l'eau de mer tropicale. Ensuite il faut appliquer la même procédure que pour le cas précédent réarmer l'ESD.


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9. EXERCICES 1. Quelles sont les deux qualités requises pour satisfaire aux spécifications de l'Air Instrument?

2. Quel est le type de compresseurs le plus approprié pour produire de l'Air Instrument, pourquoi?

3. Quelle loi thermodynamique est appliquée pendant la Désorption du dessicant de la tour en régénération d'une batterie de sécheurs à adsorption et quelle en est la conséquence?

4. Comment fonctionnent les deux PCV de contrôle de la pression d'AI du réseau?


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5. Y a t’il une restriction automatique de l'utilisation de l'Air Service? Si oui, que se passet-il?

6. Expliquer comment fonctionne l'ordre de démarrage des trois compresseurs en fonction de la pression du ballon tampon de l'Air Instrument

7. Si le point de rosée du réseau d'AI passe en alarme que faut-il faire?

8. Si la pression du réseau d'AI commence à pomper qu'en déduire et que faire?


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9. Sur les installations de plate formes puits isolées sans présence permanente de personnel d'opération comment fait-on fonctionner les vannes de régulation du séparateur d'essai, les pompes de produits chimiques etc…? expliquer succinctement le procédé


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10. GLOSSAIRE AI Air Instrument AS Air Service GI Gaz Instrument TEG Thermal Electricity Generator (Générateur Thermique d"électricité) GTS Gathering Treatment Satellite (difficilement traduisible: plateforme satellite de production de plusieurs puits regroupés) SdC Salle de Contrôle


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11. SOMMAIRE DES FIGURES Figure 1: Illustration montrant l'évolution de la pureté de l'air au fur et à mesure de la progression des traitements .........................................................................................5 Figure 2: Température de l'air ambiant (°C).........................................................................8 Figure 3: Coupe d'un compresseur à vis Ingersoll Rand ...................................................12 Figure 4: Schéma d’échangeur..........................................................................................13 Figure 5: Schéma de fonctionnement d'un ensemble filtrant et séchant............................14 Figure 6 : Illustration d'une batterie de sécheurs par Adsorption ....................................... 16 Figure 7: Système complet de production et de séchage d’air par Adsorption ..................18 Figure 8: Technologie du ‘Cooled Mirror Sensor’ et transmetteur à variation d’impédance ...................................................................................................................................23 Figure 9: Technologie de la sonde “Michell” du type à miroir refroidi.................................23 Figure 10: P&ID de la section Sécheurs d'une unité de Production d'Air...........................30 Figure 11: P&ID montrant un compresseur à deux étages, un ballon d'Air Instrument et la régulation de pression du réseau ...............................................................................31 Figure 12 : Schéma théorique dune section de production de Gaz Instrument .................34


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12. SOMMAIRE DES TABLES Table 1: Les principales spécifications d'Air Instrument.......................................................7 Table 2: Différentes classes d'air de grades instruments.....................................................8


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13. CORRIGE DES EXERCICES 1. Quelles sont les deux qualités requises pour satisfaire aux spécifications de l'Air Instrument? L’Air Instrument doit être sec (Point de Rosée 10°C à 20°C en dessous la température ambiante moyenne), exempt de particules grasses et poussières érosives. 2. Quel est le type de compresseurs le plus approprié pour produire de l'Air Instrument, pourquoi? Ce sont les compresseurs à vis, parce qu'ils produisent un air comprimé exempt d'huile, dû à leur conception qui fait que les deux vis parallèles de compression ne nécessitent pas de lubrification entre elles. 3. Quelle loi thermodynamique est appliquée pendant la Désorption du dessicant de la tour en régénération d'une batterie de sécheurs à adsorption et quelle en est la conséquence? C'est la loi de Mariotte / Boyle qui s'écrit P1V1 = P2V2 ôu P2 est = à la Pression atmosphérique ce qui entraîne V 2 > V1 dans le rapport

P 1 P 2

Et comme la quantité de vapeur d'eau dans l'air dépend de la température de l'air et évidemment de la quantité d'air, à V2 cette quantité sera égale à

P 1 P 2

fois la quantité

de vapeur d'eau qu'il y a à V 1. 4. Comment fonctionnent les deux PCV de contrôle de la pression d'AI du réseau? Les deux PCV fonctionnent en ouverture décalée la seconde commençant à ouvrir quand la Pression du réseau diminue de généralement de 0,5 Barg en dessous le point de consigne nominal et que la première est grande ouverte. 5. Y a t’il une restriction automatique de l'utilisation de l'Air Service? Si oui, que se passet-il? Oui il y a une restriction automatique de l'utilisation de l'Air Service quand la pression de l'Air Instrument du réseau baisse en déca d'une valeur de PSLL, la PCV de contrôle du réseau d'AS se ferme isolant ainsi son réseau Support de Formation: EXP-PR-UT030-FR Dernière Révision: 28/05/2007

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6. Expliquer comment fonctionne l'ordre de démarrage des trois compresseurs en fonction de la pression du ballon tampon de l'Air Instrument

Le premier compresseur "A" est en service et maintient la pression du ballon à sa valeur de consigne ( ≈ 8 à 10 Barg) Quand la pression du ballon baisse à une valeur de PSL le compresseur repasse en charge (réouverture de la vanne d’aspiration) En cas de montée à la valeur du PSH du réseau "A" passe en configuration "à vide" Le second compresseur " B " est disposé en mode Stand-By: Si malgré la remise en charge du premier compresseur la pression du ballon continue à baisser en dessous du PSL ce deuxième compresseur démarre automatiquement en charge, il reste dans cette position jusqu'à ce que la valeur de consigne de la pression soit atteinte, Le troisième compresseur " C " est disposé en Arrêt mais reste disponible et aligné dans le circuit Si l'un des deux compresseurs A ou B vient à tomber en panne mécanique, "C" démarre passe en charge et devient N°1 quel que soit le compresseur en défaut 7. Si le point de rosée du réseau d'AI passe en alarme que faut-il faire? Cela signifie qu'il y a dysfonctionnement t de la batterie de sécheurs en service, en conséquence il faut immédiatement agir en mettant en service la batterie en stand-by et n'isoler physiquement la batterie défectueuse quand l'équipe d'intervention est à pied d'œuvre 8. Si la pression du réseau d'AI commence à pomper qu'en déduire et que faire? Dysfonctionnement de la PCV 1 ou la PCV 2 si le réseau est en régulation de pression avec les deux PCV en service, Dans le 1er cas passer la PCV 1 en "manuel", la PCV 2 prendra le relais si la pression du réseau chute. Dans le 2eme cas passer à tour de rôle les deux PCV en "manuel", si le pompage s'arrête c'est que la PCV perturbatrice est celle qui vient de passer en " Manuel ", si le pompage continue c'est que c'est évidemment celle qui est en " Automatique ", si c'est la PCV 1 passer la PCV 2 en N°1 ( au point de consigne nominal ), si c'est la PCV 2 la passer en "Manuel" avec une valeur d'ouverture telle que la pression du réseau reste stable à sa valeur de consigne.


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L'Air Instrument

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