I- PRESENTATION DU PROBLEME

a- Comparaison des paramètres du design et actuel :

L’unité de dessalage du centre industriel nord de Hassi-Messaaoud a été étudiée pour réduire la teneur en sels du brut jusqu’à 5% de celle de l’entrée du dessaleur. Mais, vu que les paramètres de marche sont différents de ceux prévus par le design, l’efficacité du dessaleur a diminué, ce qui fut confirmé par les données du tableau N° 1.

TABLEAU N° 1

GRANDEUR DESIGN ACTUEL

1- Pétrole brut :

- Type

- Densité

- Teneur en sel entrée

- Teneur en sel sortie

- Débit d’alimentation

2- Eau process :

- Taux d’eau de lavage

- Quantité de désémulsifiant

3- Dessaleur :

- Pression de service

- Température de service

- Perte de charge maximale

- Efficacité

(g/cm 3)

(mg/l)

(mg/l)

(m3/h)

(% vol)

(PPm)

(bar)

(°C)

(bar)

(%)

HMD

0.800

500

25

600

4/6

10

13

80/120

2,5

95

HMD

0,7825

315,06

43,93

496

1,45

5

15

55

1

86,04

1

b- Etude du problème :

D’après l’aspect théorique précédent, (tableau N° 1), il y a plusieurs facteurs importants qui influent sur l’efficacité du dessaleur et pour aboutir à l’élément essentiel qui a causé ce manque d’efficacité, on a effectué le travail suivant :

1- Salinité :

1. Calcul de la salinité moyenne pour quinze jours à l’entrée et à la sortie du dessaleur FA2609A.

2. Calcul de l’efficacité actuelle :

3. Calcul de la salinité à la sortie d’après le design, soit 5% de la salinité du brut à l’entrée du dessaleur.

Les résultats obtenus sont représentés dans le tableau N° 2.

TABLEAU N° 2

Journée Salinité entrée Salinité sortie Efficacité

ActuelleSalinité sortied’après design

1 274 45 83,35 13,72 305 37 87,86 15,253 180 42 76,66 9,004 568 54 90,49 28,45 329 42 87,23 16,456 396 60 84,84 19,87 294 34 88,43 14,78 461 48 89,58 23,059 247 39 84,21 12,3510 270 39 85,55 13,511 212 45 78,77 10,612 390 51 86,92 19,513 244 48 80,32 12,214 300 39 87,00 15,015 256 36 85,93 12,8

Moyenne 315,06 43,93 86,04 15,75

2

2- Paramètres opératoires :

Pour voir l’influence des paramètres opératoires sur le procédé, on trace les courbes suivantes :

1. Variation de la viscosité de la phase continue en fonction de la température (voir graphe N° 1).

2. Variation de la densité de la phase continue en fonction de la température (voir graphe N° 2).

3. Variation de la vitesse de coalescence en fonction de la température (voir graphe N° 3).

4. Variation de la vitesse de coalescence en fonction du taux de lavage (voir graphe N° 4).

5. Variation de la vitesse de décantation en fonction de la température (voir graphe N° 5).

6. Variation du diamètre des gouttelettes d’eau en fonction du taux de lavage (voir graphe No 6).

3

VARIATION DE LA VISCOSITE DE LA PHASE CONTINUE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE

4

VARIATION DE LA DENSITE DE LA PHASE CONTINUE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE

D=f(T)

5

VITESSE DE LA COALESCENCE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE

6

VARIATION DE LA VITESSE DE COALESCENCE EN FONCTION DU TAUX DE LAVAGE

X 34

kVcμ

7

VARIATION DE LA VITESSE DE DECANTATION EN FONCTION DE LA TEMPERATURE

8

VARIATION DU DIA MÈTRE DES GOUTTELETTES D’EAU EN FONCTION DU TAUX DE LAVAGE

9

C- Interprétation des graphes :

On remarque avec l’augmentation de la température la viscosité de la charge ainsi que sa densité diminuent et les deux vitesses de coalescence et celle de décantation augmentent.

avec l’augmentation du taux d’eau de lavage la vitesse de coalescence et celle de décantation augmentent.

d-Commentaire : D’après le tableau No 2 on remarque que la salinité d’entrée est inférieure à 500mg/l (celle prévue par le design),par contre celle de sortie est supérieure à 25mg/l, donc la chute d’efficacité n’est pas due à une salinité d’entrée élevée.

D’après l’interprétation des graphes, on constate que lorsque la température augmente les deux vitesses augmentent, car l’élévation de la température augmente l’agitation moléculaire, donc la probabilité de rencontre des gouttelettes d’eau augmente et la viscosité de la couche interfaciale diminue.Cette coalescence provoque une augmentation du diamètre des gouttelettes d’eau, elles acquirent alors une masse suffisante pour descendre par gravité vers le fond du dessaleur.

11

II- CALCUL DU DISTRIBUTEUR :

Le calcul de distribution a pour but de connaître la vitesse de décantation et la vitesse admissible du brut, à travers les trous du distributeur, l’augmentation de la vitesse améliore le degré de distribution de pétrole sur la longueur du dessaleur, mais les grandes vitesses donnent lieu à une haute turbulence à l’émulsion.

Pour le calcul du distributeur, il faut suivre les étapes suivantes :

Calcul du nombre de rampes de distribution :

Le nombre des rampes de distribution est donné par la formule suivante :

(1)

L : la distance séparant les deux trous extrêmesl : la distance séparant les deux rampes (l = 3048 m)(+1) : correspond aux deux moities des trous à l’extrémité. Donc, d’après la formule (1), on applique numériquement

= 4 .

12

9144 mm

3048 mm

Dans chaque rampe de distribution, il y a 2 trous. Donc, le nombre total du trous sera égal à 8 .

Le pétrole possède une vitesse d’écoulement que l’on peut calculer par la formule suivante :

Où :W : vitesse d’écoulement (m/s)Q : débit de la charge (m3/h) , n  : nombre de trousf  : surface de passage d’un trou

D’après le schéma, on peut calculer f par la formule suivante :

Où :D : diamètre extérieur.d : diamètre intérieur.A : distance entre la section supérieure .

et la section inférieure (A=192 mm) .f  : surface de passage d’un trou.

f = 2,57 10-3 m2

Donc :

III- CALCUL DE LA VITESSE DE DECANTATION :

On peut calculer la vitesse de décantation par la formule suivante :

13

D 300

d 270

…………………………(1)

Où :Vd : vitesse de décantation (m/s) dd : densité de la phase dispersée (eau)de  : densité de la phase continue (brut)D : diamètre des gouttelettes d’eau. g : accélération de la pesanteur

  : coefficient de frottement qui dépend du régime d’écoulement. Le tableau N° 3 donne le diamètre de la particule d’eau en fonction de la

teneur en eau.

TABLEAU N° 3

Teneur en eau 1 5 10 15 20

Diamètre de la gouttelette d’eau(10-5 m)

5 10 22 27 35

Pour déterminer le diamètre de la particule d’eau ,on utilise le graphe No 6 Dans notre cas (X = 1,45), Donc, d’après le graphe, on trouve que D = 5,5 10-5 m

14

Coefficient de frottement :

On détermine le coefficient de frottement ( ), en fonction du nombre de Reynolds (Re).

Où :Vd : vitesse de décantation.Dp : diamètre de la particule d’eau.Vc : viscosité cinématique du pétrole.

On a ainsi en régime turbulent = 44/Re, en régime intermédiaire et en régime laminaire .

TABLEAU N° 4

Valeur du nombre de Reynolds

Re <=0,2 0,2 <Re <500 Re >500

Régime d’écoulement Laminaire Intermédiaire Turbulent

Coefficient de frottement() 24/Re 18,5/Re0,6 44/Re

Pour calculer la vitesse de décantation, on doit introduire dans l’équation (1) la valeur « », correspondant au régime hydraulique or, le régime lui même est fonction du nombre de reynolds qui se détermine à partir de la vitesse de décantation.

Pour sortir de ce cercle, on fixe le régime provisoirement et après avoir calculé la vitesse de décantation, on vérifie si le régime fixé est bien, celui qui convient.

Donc : 

Soit le régime est un régime laminaire ; donc d’après le tableau N° 4, on trouve . alors, l’équation (1) devient :

15

……………………. (2)

avec ………………………………(3)

Où :Vd : vitesse de décantationdd : densité de la phase dispersée (eau)dc : densité de la phase continue (brut)D  : diamètre de la gouttelette d’eaug : accélération de la pesanteur.Vc : viscosité cinématique de la phase continueRe : nombre de Reynolds

Pour pouvoir déterminer la viscosité de la phase continue à la température du dessalage, il faut d’abord déterminer la viscosité de cette dernière à deux températures différentes :

d’après GROSS :

………………………..(4)

On détermine d’abord le coefficient « R »

16

Donc, la viscosité du brut à la température de dessalage sera :

Pour déterminer la densité de la phase continue à la température du dessalage, il faut d’abord déterminer sa densité à 20°C.

d20°C = 0,7825 g/cm3

La densité à une température quelconque est donnée par la formule suivante :

………………….(5)

 : Coefficient caractérisant la variation de la densité en fonction de la température.

 = 0,001828 – 0,00132 (d20) ………………(6) = 0,001828 – 0,00132 (0,7825). = 7,95 . 10-4

Donc, la densité à 55°C sera :

d55 = 0,7825 – 7,95. 10-4 (55-20)d55 = 0,7546 g/cm3

La densité de l’eau à 20C° est égale à  1g/cm3

A la température 55C°, la densité de l’eau sera égale à :

d55 = 0,9822 g/cm3

On prend les résultats dans le tableau N° 5.

TABLEAU N° 5

17

Température ( ) dc (kg/m3) dd H2O (kg/m3) (cst)

55 754,6 982,2 1,27

Le taux d’injection d’eau de lavage est de 1,45%, ce qui donne le diamètre de la gouttelette d’eau :

D = 5,55 10-5 m (voir graphe N° 6)

Donc, la vitesse de décantation d’après l’équation (2) sera :

Vérification du régime :

Re < 0,2 régime laminaire (voir tableau N° 4)

Donc, le régime fixé au départ pour déterminer la vitesse de décantation est celui qui convient.

18

IV- CALCUL DES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DU DESSALEUR : A- Calcul du champ électrique entre deux électrodes :

Es : électrode supérieureEi  : électrode inférieure

Le champ électrique entre les deux électrodes est donné par la formule suivante :

……………………….(1)

Où :E : champ électrique entre les électrodesU : tension du courant en volts, U = 17000 voltsL : distance entre les électrodes. L = 20 cm

A.N :E = 17000 /20E = 850 volts /cm.

B- Calcul du champ électrique entre le niveau haut d’eau et l’électrode inférieure :

E1 = U/L1……………….( 2)E1 : champ électrique entre l’électrode inférieure et le niveau haut d’eau (interface).U : tension du courant. (U = 17000 volts)L1 : distance entre l’électrode inférieure et le niveau haut d’eau (L1 = 86 cm)

Donc,

19

200 mm

860 mm

Es

Ei

EAU

E1 = 17000 /86 = 197,67 volts/cm

Pour un bon fonctionnement du dessaleur, il faut que le champ électrique (E) entre les électrodes, soit inférieur au champ critique (EC).

E < EC

C- Calcul du champ critique :

……………………( 3)

Où : : tension superficielle entre l’eau et le pétrole en (g/cm²) : coefficient diélectrique.

d  : diamètre de la gouttelette d’eau en cmA : coefficient de proportionnalité

On a :D = 5,5 10-5 m = 5,5 10-3 cm = 16

 = 15 g/cm²X =Taux d’eau de lavage ( X = 1,45% vol).

D’après le tableau N° 6, on trace la courbe A = f (X) (voir graphe N° 7) et on tire la valeur du coefficient de proportionnalité (A). TABLEAU No 6

1 5 10 20

A 376 382 391 403

Donc,d’après le graphe No 7 on a :x = 1,45 A = 378

20

21

COEFFICIENT DE PROPORTIONNALITE EN FONCTION DE X

22

A.N :

EC = 6979,2 V/cm

Conclusion :

Après le calcul du champ électrique entre les électrodes (E) et du champ critique (EC), on remarque que le champ électrique entre les électrodes est inférieur au champ critique E < ECDonc, notre dessaleur a un fonctionnement normal du point de vue électrique.

23

V- CALCUL DU TEMPS DE SÉJOUR :

Le temps de séjour du brut dans le dessaleur est donné par la relation suivante :

Ts = V/Q

Où :Ts : temps de séjour où temps de rétentionV : volume de la capacité (m3)Q : débit volumique de la chargeQ = Qpb + Qeau

Qpb : débit volumique du pétrole brutQeau : débit volumique de l’eau de lavageOn a :

Qpb = 496 m3/hX = 1,45% volumique Qeau = 7,2 m3/h

Donc : Q = 496 + 7,2 =503,2m3/h

V=80 m3

AN :Ts = 80/503,2 = 0,158 h

= 9,53 Sec

24

VI- Calcul du temps de décantation :

On peut calculer le temps de décantation par la formule suivante :

Td = L1/Vd

Où :Td : temps de décantation (sec)L1 : distance entre l’électrode basse et l’interface en (m)Vd : vitesse de décantation (m/sec)

A.N :

Td : = 0,86/3,91.10-4 = 2199,48 sec

Remarque   :

Pour éviter l’entraînement de l’eau séparée avec le brut dessalé, il faut que le temps de décantation soit supérieur au temps de séjour.

25

VII - CALCUL DES EFFICACITES DU DESSALEUR ET DE DESSALAGE :

L’efficacité du dessaleur et celle du dessalage sont les paramètres qui conditionnent le rendement optimal du dessaleur. Ces deux termes peuvent être exprimés mathématiquement en fonction des différents paramètres intéressés dans le dessalage.

Où :A : teneur en sel théorique optimale du brut à la sortie du dessaleur mesurée en mg/lSo : teneur en sel du brut à l’entrée du dessaleur mesuré en (mg/l)Sw : teneur en sel de l’eau injectée en (mg/l).X : teneur en eau du brut à l’entrer du dessaleur (%) Y  : quantité d’eau injectée par rapport au brut mesurée en (% vol).Z : teneur en eau du brut à la sortie du dessaleur (%).

On a comme donné de départ :

So = 315,06 mg/lSW = 700 mg/lX = 0,5 %Y = 1,45 % Z = 0,2 %

A.N   :

L’efficacité du dessaleur est exprimée par la formule suivante :

Où :

26

E : efficacité de dessaleur en %.Se : teneur en sel du brut à l’entrée du dessaleur.Ss  : teneur en sel du brut à la sortie du dessaleur.

D’après le tableau N° 2, on calcul l’efficacité du dessaleur.

l’efficacité de dessalage est donnée par la formule suivante :

VIII - COMMENTAIRE :

27

D’après le calcul, on constate que l’efficacité (86,04 % ) actuelle est

inférieure à celle prévue par le design (95%). Ceci permet de conclure que le

problème déjà posé se situe non pas au niveau de l’équipement (selon les

résultats du calcul électrique), mais dû au changement des paramètres

opératoires (voir tableau N° 01).

Cette chute d’efficacité est due essentiellement aux paramètres opératoires

suivants :

- Le taux d’eau de lavage qui est insuffisant (1,45% vol au lieu de 4 à 6% vol) ;

- La température qui est insuffisante (55 C° au lieu de 80 à 120 C°) ;

- La quantité de désémulsifiant qui est aussi insuffisante (5 ppm au lieu de 10

ppm).

D’un autre côté, cette chute d’efficacité a une influence directe sur les

équipements de chauffage placés en aval de la section de dessalage, et sur les

moyens de transport du brut (pipe-line) vers les raffineries. En effet, le passage

de l’eau et des sels dans le brut dessalé provoque la corrosion des échangeurs de

chaleur de la section d’absorption et du pipe-line et augmente aussi la

consommation d’énergie électrique et cela pour pomper le brut vers les

raffineries.

IX - SOLUTION PROPOSEE :

28

Comme nous l’avons déjà souligné, le problème du dessalage est dû

essentiellement à la température qui est insuffisante ; un très bon moyen pour

chauffer le brut et d’améliorer la température de dessalage est d’installer

d’échangeur EA2601, qui est actuellement endommagé par les dépôts de sel,

il suffit donc de faire une réparation de ce dernier.

Le critère principal de choix de cette solution est le facteur économique qui

est l’élément le plus important dans n’importe quel projet.

En effet, cet échangeur est déjà installé dans l’unité, en plus l’effluent

chauffant permet d’améliorer la température de dessalage.

Le schéma de l’unité actuelle ainsi que le schéma proposé sont dans les

pages :

X - CHOIX DES PARAMETRES CONVENABLES AU DESSALAGE :

29

D’après le tableau N° 1, on prend une valeur intermédiaire de température comprise dans l’intervalle proposé par le design (soit T = 100 °C).

La même chose pour le taux d’eau de lavage (soit X = 5% vol) et pour cela, on calcul les nouvelles caractéristiques de dessalage.

1. Calcul de la vitesse de décantation :

D’après le tableau N°6, on a :

Pour x = 5% vol D =10-4 m

A la température T = 100 °C on a :dd = 959,3 kg / m 3 dc = 718,8 kg / m3

Vc = 1,05 cst

AN :

= 0,173 10-2 m/s

2. Calcul du temps de décantation :

Td = L /Vd = 0,86 /0,173 10-2 = 497,1 sec

30