vaporisation du gpl au niveau debiblio.univ-annaba.dz/ingeniorat/wp-content/uploads/2018/... ·...

République algérienne démocratique et populaire

Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique

UNIVERSITE BADJI MOKHTAR-ANNABA

Faculté des Sciences de l’Ingéniorat

Département de Génie Mécanique

MEMOIRE

Présenté en vue de l’obtention du diplôme de MASTER

Présenté par :

HOCINI NOUR EL HOUDA

Directeur de mémoire :

Pr. BOUMARAF LATRA Membre Université Badji Mokhtar-Annaba

DEVANT LE JURY

Pr. MZAD HOCINE Président Université Badji Mokhtar-Annaba

Dr. DJEMILI. A Membre Université Badji Mokhtar-Annaba

Mr. KADRI. S Membre Université Badji Mokhtar-Annaba

Promotion : JUIN-2018

عنابة – مختارجامعة باجي

ETUDE D’UN SYSTÈME DE

VAPORISATION DU GPL AU NIVEAU DE

L’UNITE GPL-2/ CIS-HMD

Remerciements

Remerciements

Premièrement louange à « Dieu » qui m’a fourni de la patience au moment de besoin,

de la force au moment de la faiblesse et de la volonté contre le désespoir, et aussi je le

remercie car il m’a mis dans des bonnes mains.

Je tien à exprimer mes sincères remerciements à mon encadreur « Pr Boumaraf

Latra» professeur à l’université de BADJI MOKHTAR, qui m’a proposé ce sujet de

projet si passionnant et intéressant à qui me témoigne mes profondes reconnaissances

pour le suivi constant et conseils dont j’ai pu bénéficier au cours de ce travail.

Je tien à remercier les membres de jury pour leur présence parmi nous et d’avoir

accepté de juger ce travail.

Je remercie mes chers « parents » pour leur soutien moral et financier, le courage qui

m’a donné pour surmonter toutes les difficultés durant mes années d’études et de

m’avoir aidé à élaborer ce modeste projet.

Je voudrais exprimer mes plus vifs remerciements à tous le personnel de l’unité

GPL2, pour leurs collaborations et leurs accompagnements avec leur savoir-faire et

leurs grandes expériences professionnelles.

J’adresse aussi mes remerciements à ceux qui m’ont encouragé et participé de prés ou

de loin à la réalisation de ce travail.

Dédicace

DEDICACE

Au meilleur des pères « LAKHDAR » à ma très chère maman « NADIA » qu’ils

trouvent en moi la source de leur fierté à qui je dois tout. Ce travail est le fruit de vos

sacrifices que vous êtes consentis pour mon éducation.

À mes chères sœurs IMENE, LINA, ISRAA, avec tous mes vœux de les voir réussir

dans leurs vies.

À mon frère ALLA, à qui je souhaite un avenir radieux plein de réussite.

À mon fiancé ALI, que dieu vous préserve et vous procure bonheur et santé.

À mes ami(e)s, à qui je souhaite le succès en les remerciant pour l’amitié qui nous a

toujours unis.

À ma chère et dynamique professeur « Boumaraf Latra » un remerciement

particulier et sincère pour tous vos efforts fournis. Vous avez toujours été présente.

Que ce travail soit un témoignage de ma gratitude et mon profond respect.

Page i

Table des matières

Remerciement

Dédicace

Table des matières i

Liste des figures iii

Liste des tableaux iv

Nomenclature v

Introduction générale 1

Partie 1 : Etude théorique

Chapitre I: Généralités sur le gaz de pétrole liquéfié

Introduction 3

I.1 Définition 4

I.2 Origine de GPL 4

I.3 Propriétés et caractéristiques des GPL 5

I.3.1 Propriétés physiques 5

I.3.2 Propriétés chimiques 8

I.4 Les différentes utilisations du GPL 9

I.5 Stockage du GPL 16

I.6 Transport des GPL 17

I.7 Avantages et inconvénients techniques des GPL 19

I.7.1 Avantages 19

I.7.2 Inconvénients 21

I.8 Risques et sécurités des GPL 21

I.9 Situation nationale des GPL 22

I.9.1 Production des GPL issus des champs 23

I.9.2 Demande nationale des GPL 24

I.9.3 Consommation de GPL 24

I.9.4 Exportations algériennes de GPL 25

I.10 Le GPL au monde 25

Conclusion 27

Chapitre II : Description du procédé de production du GPL

Introduction 28

II.1 Description de l’unité GPL-2 28

II.1.1 Capacité de l’unité GPL-2 30

II.1.2 Principe de fonctionnement de l’unité GPL-2 33

II.2 Procédé de production du GPL au niveau de l’unité GPL-2 34

II.2.1 Section manifold 34

II.2.2 Section boosting 36

II.2.3 Section déshydratation 37

II.2.4 Section de refroidissement et détente 38

II.2.5 Section de fractionnement 40

II.2.6 Section d’huile chaude 42

II.2.7 Section de dépropaniseur 43

II.2.8 Section de stockage et pomperie 44

II.2.9 Section utilité 45

II.2.10 Réseau torche 46

II.2.11 Salle de contrôle 46

II.2.12 Laboratoire d’analyses 46

II.3 Système de sécurité de l’unité GPL-2 47

Page ii

Partie 2 : Etude numérique

Chapitre III : Problématique

III.1 Les problèmes de transport de GPL 50

III.1.1 Les problèmes externes 50

III.1.2 Les problèmes internes 50

III.2 Les statistiques de manque à produire en condensat 52

III.3 Mise en chauffage de l’unité 53

Chapitre IV : Dimensionnement de l’évaporateur

IV.1 Bilan énergétique de l’installation 56

IV.2 Caractéristiques de GPL à vaporiser 57

IV.2.1 Calcul de point de bulle (tb) et de point de rosé (tr) 58

IV.2.2 Calcul de la capacité calorifique spécifique (Cp) 60

IV.3 Calcul d’énergie nécessaire pour la vaporisation 64

IV.3.1 Calcul d’énergie reçue par le GPL (Qr) 64

IV.3.2 L’énergie cédée par l’huile (Qc) 65

IV.4 Calcul d’échangeur à faisceau et calandre 66

IV.4.1 Estimation de la surface A’ 66

IV.4.2 Choix de diamètres d et D des deux tubes concentriques 68

IV.4.3 Détermination de nombre des tubes N’t 69

IV.4.4 Détermination de Us de l’appareil 69

IV.4.5 Choix des fluides à l’intérieure du faisceau et dans la calandre 69

IV.4.6 Température calorique Tc 69

IV.4.7 Calcul de coefficient de transfert propre Up 71

IV.4.8 Calcul de nombre de chicanes 77

IV.4.9 Calcul de Température de tube Tt 77

IV.4.10 Calcul de la résistance d’encrassement Rs 77

IV.4.11 Les pertes de charges (∆p) 78

IV.5 Propriétés et paramètres de l’évaporateur 80

Chapitre V : Simulation et vérification par HYSYS

V.1 Généralités sur la simulation 81

V.1.1 Définition de la simulation 81

V.1.2 Modèle mathématique 81

V.1.3 Utilisation du simulateur 82

V.2 Aperçu sur le mode de fonctionnement de HYSYS 82

V.2.1 Les composants du gaz 83

V.2.2 Les paramètres d’huile 84

V.2.3 Choix du modèle thermodynamique 84

V.2.4 Les paramètres de l’évaporateur 87

V.3 La simulation de l’évaporateur 89

V.4 Les résultats obtenus par HYSYS 90

V.4.1 Le GPL 90

V.4.2 L’huile TORADA TC 32 90

V.5 Comparaison des résultats 91

Conclusion 91

Conclusion générale 92

Références bibliographiques 93

Annexe : Tableaux et graphes de calcul 95

Page iii

Liste des figures

Figure I.1 Origine du GPL 05

Figure I.2 Principales transformations du propane 10

Figure I.3 Principales transformations du butane 11

Figure I.4 Utilisation du GPL dans la cuisiner 11

Figure I.5 Utilisation du GPL dans le chauffage 12

Figure I.6 Les utilisations industrielles du GPL 13

Figure I.7 Utilisation du GPL comme carburant 14

Figure I.8 Le GPL dans le loisir 15

Figure I.9 Le GPL dans le secteur agricole 16

Figure I.10 Transport de GPL par canalisations 17

Figure I.11 Transport du GPL par wagon- citernes 18

Figure I.12 Transport du GPL par bateaux 18

Figure I.13 Transport du GPL par camions-citernes 19

Figure I.14 : offre prévisionnelle nationale en GPL 23

Figure I.15 La demande nationale en GPL 24

Figure I.16 Répartition de la demande en GPL 24

Figure I.17 Consommation des GPL par secteur 26

Figure II.1 : Schéma synoptique de l’unité GPL-2 29

Figure II.2 : Schéma de process simplifié de l’unité GPL-2 30

Figure II.3 : organigramme du process 33

Figure II.4 : Section manifold 35

Figure II.5: Section boosting 37

Figure II.6 : Section déshydratation 38

Figure II.7 : Section de refroidissement et détente 39

Figure II.8 : Section de fractionnement 42

Figure II.9 : Section d’huile chaude 43

Figure II.10 : Section de dépropanisation 44

Figure II.11 : Section de stockage 45

Figure III.1 : Capacité de production de l’unité de récupération de GPL/condensat

dans le cas normal

51

Figure III.2: Capacité de production de l’unité de récupération de GPL/condensat

dans le cas d’arrêt d’expédition du GPL

51

Figure IV.1 : Schéma de l’unité de vaporisation (HYSYS-Photo écran-) 55

Figure IV.2 : Circuit d’huile chaude (énergie fournie, données design). 56

Figure IV.3 : Perte d’énergie au niveau du refroidisseur E-231. 57

Figure IV.4 : La méthode de détermination de tr par itérations successives. 58

Figure IV.5 : Echangeur à Contre - courant pur. 66

Figure IV.6 : Le pas carré, et le pas triangulaire. 69

Figure IV.7 : Les résistances d’encrassement. 71

Figure IV.8 : Les chicanes. 76

Figure V.1 : Fenêtre de simulation de base (HYSYS-Photo écran-) 83

Figure V.2 : Introduire les composants de GPL (HYSYS-Photo écran-) 83

Figure V.3 : Introduire les paramètres d’huile (HYSYS-Photo écran-) 84

Figure V.4 : Introduire le modèle thermodynamique (HYSYS-Photo écran-) 85

Figure V.5 : Introduire les paramètres de GPL (HYSYS-Photo écran-) 86

Figure V.6 : Introduire la composition de GPL (HYSYS-Photo écran-) 87

Figure V.7 : Introduire les ∆P de l’évaporateur (HYSYS-Photo écran-) 88

Figure V.8: Introduire les paramètres dimensionnels de l’évaporateur (HYSYS-Photo

écran-)

88

Page iv

Figure V.9 : La simulation par un débit d’huile de 152,6 T/H (HYSYS-Photo écran-) 89

Liste des tableaux

Tableau I.1: Caractéristiques des composants du GPL 07

Tableau I.2: Propriétés chimiques du GPL 08

Tableau I.3: Equivalence thermique du propane 20

Tableau I.4: Le GPL au monde 26

Tableau II.1: Capacité de traitement de l’unité GPL-2 31

Tableau II.2: Production quotidienne de l’unité GPL-2 31

Tableau II.3: Composition de la charge traitée à l’unité GPL-2 31

Tableau II.4: Spécifications des différents produits de l’unité GPL-2 32

Tableau III.1: Cumul de manque à produire en condensat depuis 2005 52

Tableau IV.1 : Bilan énergétique de l’installation 56

Tableau IV.2 : Propriétés et composition du GPL 57

Tableau IV.3 : Calcul du point de rosée 59

Tableau IV.4 : Calcul du point de bulle 60

Tableau IV.5 : Calcul de la capacité calorifique spécifique standard (CP° ) 61

Tableau IV.6 : Calcul de Tr et Pr du GPL à T= 54,6°C 61

Tableau IV.7 : Calcul du facteur acentrique ω 62


Tableau IV.9 : Calcul de Tr et Pr du GPL à tr= 103,88°C 63

Tableau IV.10 : Calcul de Q2 65

Tableau IV.11 : Détermination de F 67

Tableau IV.12 : Calcul de la surface estimée 68

Tableau IV.13 : Caractéristiques des tubes d’échangeur 68

Tableau IV.14 : Détermination des caractéristiques de l’échangeur 69

Tableau IV.15 : Les valeurs du coefficient K 70

Tableau IV.16 : Résultats obtenus pour l’huile 71

Tableau IV.17 : Résultats obtenus pour le GPL 71

Tableau IV.18 : Caractéristiques de l’huile à Tc 72


Tableau IV.20 : Calcul de la viscosité du GPL 75

Tableau IV.21 : Caractéristiques du GPL à tc 75

Tableau IV.22 : Calcul de la viscosité du GPL à Tt 78

Tableau IV.23: Propriétés et paramètres de l’évaporateur 80

Tableau V.1 : Les résultats obtenus par HYSYS pour le GPL 90

Tableau V.2 : Les résultats obtenus par HYSYS pour l’huile TORADA TC 32 90

Tableau V.3 : La comparaison des résultats 91

Nomenclature

Page v

Nomenclature

Symboles

Désignations Unités

Cp Capacité calorifique

spécifique kcal/kg°C

CpL Capacité calorifique

spécifique liquide kcal/kg°C

Cpg Capacité calorifique

spécifique vapeur kcal/kg°C

Cp° Capacité calorifique

spécifique standard kcal/kg°C

R Constante des gaz parfait Joule/mol k

Us’ Coefficient de transfert sale

estimé kcal/h.m².°C

Ki Coefficient d’équilibre -

Us Coefficient de transfert sale

réel kcal/h.m².°C

K Coefficient dépondant de la

densité du produit -

Up Coefficient de transfert

propre kcal/h m2 ℃

hio Coefficient de film interne kcal/h m2℃

ho Coefficient de film externe kcal/h m2℃

f Coefficient de friction -

λ Conductivité thermique kcal/h.m.°C

F1 Débit massique du GPL kg/h

F2 Débit massique d’huile kg/h

∆TLM Différence de température

moyenne logarithmique °C

de Diamètre extérieure m

di Diamètre intérieur m

Dc Diamètre de la calandre m

Deq Diameter equivalent m

B Distance entre deux chicanes m

d4t

Densité du fluide à la

température t par rapport à la

densité de l’eau à 4°C

-

Qr Energie reçue par GPL M kcal/h

Q1 Energie reçue de t1à tb (sans

changement d’état) kcal/h

Q2 Energie reçue de tb à t2=tr

(avec changement d’état) kcal/h

Qc Energie cédée par l’huile M kcal/h

He Enthalpie d’entrée kcal/kg

Hs Enthalpie de sortie kcal/kg

e Epaisseur m

Yi Fractions molaires (phase %

Nomenclature

Page vi

vapeur) de chaque

constituant

Xi

Fractions molaires (phase

liquide) de chaque

constituant

%

ω Facteur acentrique -

A, B, C, D et E Facteurs donnés pour chaque

constituant -

Fc Facteur de correction -

L Longueur de l’échangeur m

Mi Masse molaire de chaque

constituant kg/kmol

ρ Masse volumique moyenne

du liquide ou du gaz à la

température calorique

kg/m3

nc Nombre de passe coté

calandre -

nt Nombre de passe coté tube -

N′t Nombre des tubes estimé -

Nt Nombre des tubes réel -

Re Nombre de Reynolds -

Pr Nombre de Prandtl -

Nu Nombre de Nusselt -

Nc Nombre de carbon de

constituant -

Nch Nombre de chicanes -

P Pression bars

Pr Pression réduite -

Pci Pression critique de chaque

composant bars

Pcm Pression critique du mélange bars

P Pas triangulaire m

∆p Pertes de charges kg/cm²

∆Pt Pertes de charge à

l’intérieure des tubes kg/cm²

∆Pc Pertes de charge à l’extérieur

des tubes kg/cm²

Q Quantité d’énergie M kcal/h

R Résistance de l’échangeur -

R si, Rso Résistances d’encrassement h. m2. ℃/kcal E Rendement de l’échangeur -

A’ Surface estimée m²

at /ac Section de passage par

tube/calandre m2

T Température °C

tb Température de bulle °C

Tci Température critique de

chaque composant K

Nomenclature

Page vii

Tcm Température critique du

mélange K

tc Température calorique du

GPL °C

Tc Température calorique

d’huile °C

tr Température de rosée °C

T2 Température de sortie de

l’huile °C

T1 Température d’entrée de

l’huile °C

t1 Température d’entrée du

GPL °C

t2 Température de sortie du

GPL (température de rosée) °C

Tt Température de tube °C

Tr Température réduite -

Gt / Gc Vitesse massique kg/h m2

µ Viscosité dynamique kg/h m

µt Viscosité dynamique à la

température du tube kg/h m

Introduction générale

Page 1


L’une des lois fondamentales de la physique veut que l’énergie ne puisse être ni créée, ni

détruite, mais puisse être convertie d’une forme en une autre. Ce sont en définitive ces formes de

conversion d’énergie qui revêtent une importance cruciale pour l’humanité. Il existe différentes formes

d’énergie : l’énergie chimique par exemple (résultant des diverses façons dont les atomes sont reliés

entre eux sous forme de molécules et qui peut être libérée par des réactions, l’exemple de la

combustion des combustibles dans l’air), les combustibles fossiles sont des substances naturelles qui se

sont formées à la suite d'un processus de fossilisation des tissus d'anciens organismes vivants végétaux

ou animaux. Après des millions d'années, une forte pression, la chaleur et l'absence d'oxygène ont fait

des restes en décomposition des matières qui peuvent subir des processus de combustion (charbon,

pétrole et gaz naturel).

Récemment, vers la fin des années cinquante, on a assisté à l’émergence de nouvelles sources,

comme : l’énergie nucléaire, l’énergie solaire, hydraulique, l’énergie géothermale,…etc, mais ces

énergies restent limitées, et leur utilisation est spécifique aux pays riches et qui possèdent une

technologie très avancée.

Parallèlement au pétrole, l’énergie gazière n’a cessé d’évoluer occupant ainsi une place très

importante dans le marché mondial grâce à ces propriétés énergétiques et écologiques. Hormis le gaz

naturel qui est de loin la première source gazière mondiale, un nouveau produit est apparu vers les

années 70 et présente des avantages aussi considérables que le gaz naturel : c’est le GPL (Gaz de

Pétrole Liquéfié). La récupération des GPL à grande échelle en raffinerie, ne date que des années 30, il

aura fallu attendre les années 70 pour assister à un véritable essor de la récupération des produits sur

champs. Cette dernière s’est renforcée considérablement après la crise pétrolière de 1973. Le GPL est

donc passé d’une situation qui était celle de destruction du produit (torché) à celle de la récupération

puis de la valorisation.

Vu la richesse de l'Algérie en gaz et en pétrole, l'économie nationale se base essentiellement sur

l'industrie des hydrocarbures. Cette industrie nécessite l'implantation de diverses unités de traitement

avec l’installation d’équipements coûteux. Dans ces conditions, les progrès techniques permettant de

réduire ces coûts devraient jouer dans l’avenir un rôle majeur dans le développement du commerce

international des combustibles. L'entraînement d'eau liquide ou d'eau huileuse dans la charge à l'entrée

de ces équipements conduit généralement à des problèmes de corrosion et d’obstruction,

éventuellement d’érosion se répercutant directement sur l’exploitation des installations et provoquant

des manques à produire considérables. Dans le cas d'une unité de GPL, l'impact de l'eau entraînée sur


Page 2

certains appareils et/ou leurs accessoires est énorme. Citons par exemple, les tamis moléculaires des

déshydrateurs, le turbo-expandeur ou les équipements de la section cryogénique.

Un autre problème important auquel est confronté l’unité de production du GPL est la limitation ou

l’interruption de l’expédition de ce dernier vers HEH à cause de certaines contraintes internes et

externes qui entrainent une interruption de la production du GPL ainsi que du condensat. En vue de

garantir la production de condensat et de gérer la production de GPL, la solution préconisée est la

revaporisation du GPL en vue de sa réinjection. La présente étude à pour thème le dimensionnement

et le calcul d'une nouvelle installation appelée "système de vaporisation du GPL" qui va fonctionner

avec l’excès d’énergie thermique de l’unité comme source pour la vaporisation du GPL.

Dans, le but d’atteindre les objectifs sus-cités, le présent mémoire est organisé, en cinq chapitres

comme suit :

La première partie est consacrée à l’étude technologique qui comporte deux chapitres :

Chapitre I : Généralités sur le gaz de pétrole liquéfié.

Chapitre II: Description du procédé de production du GPL.

La deuxième partie c’est une étude numérique qui comporte trois chapitres :

Chapitre I: Problématique.

Chapitre II: Dimensionnement de l’évaporateur.

Chapitre III: Simulation et vérification par HYSYS.

Une conclusion générale est également présentée en fin du document.

Introduction

Page 3

Introduction

Durant la dernière vingtaine d’années, une nouvelle énergie a réussi à se frayer un chemin à côté du

pétrole et du gaz naturel ; il s’agit des gaz de pétrole liquéfiés (GPL). Ce produit représente le lait

nourricier de l’Algérie, il est considéré comme une importante source d’énergie qui contribue à la

satisfaction des besoins énergétiques mondiaux. Grâce à leurs atouts d’énergie propre et transportable

pour l’industrie et l’automobile (GPL/c).

La demande mondiale en GPL était d'environ 239 millions de tonnes en 2008. Le niveau de la

demande nationale de GPL aujourd’hui est de l’ordre 15 millions de tonnes dont 90% de butane, 5%

de propane et 5% de GPL carburant (GPL/c).

Le GPL qui est composé essentiellement du propane et du butane, s’est imposé essentiellement grâce à

ses caractéristiques propres, sa souplesse d’utilisation, vu son pouvoir calorifique important et son

aspect non polluant car il ne contient pas de soufre. Notons aussi que le GPL constitue une charge

pétrochimique intéressante pour la fabrication des polymères. Ce combustible fait actuellement l’objet

de plusieurs utilisations dans de nombreuses applications, le coût raisonnable que présente son

stockage et son transport, sa sécurité d’approvisionnement, son prix compétitif, et d’autres avantages

d’un point de vue écologique. L’atout majeur du propane est la réduction importante considérée

comme l’une des préoccupations prioritaires de l’heure à travers le monde, la destruction de la couche

d’ozone, l’utilisation du propane pourrait réduire à néant les émissions du dioxyde de soufre, 60%

celles du dioxyde de carbone et 50% celles du dioxyde d’azote.

Dès les années 70, l’Algérie par le biais de SONATRACH ne cesse de créer des unités de récupération

de GPL dans tout le territoire national y compris la zone de Hassi-Messaoud, avec pour objectif la

valorisation du brut Algérien en produisant des produits à valeur ajoutée importante et qui ont un

impact direct et indirect sur l’évolution économique et la commercialisation des hydrocarbures de la

société Algérienne.

L’amélioration de ce produit est l’une des priorités de la politique énergétique de SONATRACH,

permettant de constituer un complément ou une alternative à la production du pétrole et du gaz naturel.

Cependant, l’évolution qu’a connue le secteur de l’énergie, offre aujourd’hui de meilleures

opportunités de commercialisation.

Chapitre I : Généralités sur le gaz de pétrole liquéfié

Page 4

I.1- Définition du GPL:

Le gaz de pétrole liquéfié ou GPL est un mélange gazeux d'hydrocarbures légers composé d’environ

80% de butane (C4H10) et 20% de propane (C3H8) (ce sont des hydrocarbures saturés) à température

ambiante et pression atmosphérique, mais il peut être à l’état liquide, dès qu’on le soumet à l’une des

conditions suivantes [1]:

-Pression relevée à la température ambiante.

-Pression atmosphérique et température basse.

-Pression modérée et température partiellement basse [2].

Cette propriété, leur confère l’avantage de manipuler et/ou d’emmagasiner une importante quantité

d’énergie sous un très faible volume (1 litre de GPL liquide égal 250 litres de GPL gazeux), ce qui

permet de le transporter plus facilement que pour les gaz non condensables (méthane, éthane) qui

exigent des pressions très élevées pour pouvoir être liquéfiés à la température ambiante, et de le

commercialiser aisément, dans des bouteilles en acier.

La production de ce carburant est issue du raffinage du pétrole (40 % des ressources mondiales) et

plus généralement du traitement du gaz naturel (60 % des ressources mondiales). Ainsi, les GPL

existent aussi à l’état naturel. Dans le passé, les GPL étaient détruits par torchage (brûlage des gaz

indésirables), gaspillant le potentiel de cette énergie exceptionnelle.

La composition chimique du GPL est variable selon les normes et ses utilisations dans différents

pays (50% butane ,50% propane en France et 95% butane ,5% propane aux état- unis). Il peut

contenir, le propylène, butène et une faible quantité de méthane(CH4), éthylène, pentane (C5H12), et

exceptionnellement des hydrocarbures tels que le butadiène, l’acétylène et le méthylacrylique.

Le propane et le butane commerciaux ne sont pas des produits purs mais des mélanges, une

séparation complète des molécules serait aussi coûteuse qu’inutile car la plupart des utilisations

acceptent des mélanges.

Donc, le GPL est un gaz riche, il contient du C3 + iC4 + nC4 + traces de (C2 + iC5 + nC5). Ce

mélange est aussi appelé « BUPRO » car il contient de fortes proportions en C3 et C4.

i: étant l’iso X.

n: étant le nombre de carbone.

X: étant le nom du carbonyle [3].

I.2- Origine du GPL:

Les gaz de pétrole liquéfié GPL sont extraits à partir de diverses sources qui peuvent être :

Dans les raffineries de pétrole : Le processus de raffinage du pétrole est complexe et nécessite de

nombreuses étapes :


Page 5

-Soit au cours de la distillation du pétrole brut (le butane et le propane constituent entre 2 et 3 % de

l'ensemble des produits obtenus ; ils constituent les coupes les plus légères issues de cette opération)

[4], soit pendant le craquage thermique ou reforming catalytique des produits en vue de produire des

essences.

Au cours des opérations de dégazolinage du gaz naturel qui ont pour but de séparer et de recueillir

les condensats (propane, butane, essences légères etc…). Environ 3% d’un baril standard de pétrole

brut est raffiné en GPL, alors que jusqu’à 40% du baril pourrait être converti en GPL.

Figure I.1 : Origine du GPL [3].

Dans les unités de liquéfaction : En moyenne, un champ de gaz naturel fournit près de 90 % de

méthane (CH4) mais aussi 5 % de propane et 5 % d'autres gaz dont le butane.

- À partir de la liquéfaction des gaz associés (champs pétroliers).

-Comme sous produit à partir des unités de liquéfaction du gaz naturel GNL [3].

I.3- Propriétés et caractéristiques des GPL : Les particularités physico-chimiques des GPL

(tension de vapeur, poids spécifique, pouvoir calorifique, point d’ébullition, etc.) dépendent de leur

teneur en divers hydrocarbures. (Voir tableau I.1).

I.3.1-Propriétés physiques :

Le GPL a la particularité de pouvoir être liquéfié à température ambiante, sous une faible pression (3

bars). À pression atmosphérique, il se liquéfie à une température de l'ordre de -30°C [5].

Tension de vapeur :

C’est la pression à laquelle est maintenu un gaz à l’intérieur d’un récipient pour qu’il reste à l’état

liquide.

Le GPL soumis à des températures supérieures aux points d’ébullition du propane et du butane qui ne

peuvent être amenés à l’état liquide que sous pression ou par réfrigération. Le GPL à une tension de

vapeur à 20 °C égale à :


Page 6

- Pour le butane = 2 bars ;

-Pour le propane = 8 bars.

À noter que plus la température est élevée plus la pression augmente.

Densité :

À l’état gazeux, le GPL est plus lourd que l’air ; la densité du propane égale à 0.51 et celle du butane

égale à 0.58.

Expansion (Dilatation) :

À l’état liquide, le GPL a un coefficient de dilatation important dont il faut tenir compte lors de son

stockage, car les sphères ne doivent jamais être remplies complètement.

-La dilatation du GPL est d'environ 0.25% par degré Celsius.

Température d’ébullition :

À la pression atmosphérique, la température d’ébullition du butane est de –1°C et celle du propane

est de –40°C.

À toute température inférieure à celle-ci, le butane et le propane sont à l’état liquide.

Pouvoir calorifique :

Le GPL à un pouvoir calorifique élevé.

-Propane 12200 k cal/Nm3.

-Butane 11800 k cal /Nm3.

Le GPL est non corrosif de l’acier mais l’est habituellement pour l’aluminium, le cuivre et ses

alliages.

Le GPL n’a pas de propriétés lubrificatrices et ceci doit être pris en considération lors du

dimensionnement et de conception des équipements pour GPL (compresseurs et pompes).

Inflammable dans des limites relativement faibles.

Etat gazeux à la température ambiante.

Ses caractéristiques physiques confèrent à cette énergie un avantage certain du point de vue du

stockage et du transport.

Le GPL est aussi caractérisé par un indice d’octane recherché (RON) naturellement élevé

atteignant aisément 98. Cette propriété découle en fait directement des valeurs de RON de chacun de

ses constituants. Par ailleurs, son indice d’octane moteur (MON) est lui aussi légèrement plus élevé

que celui des essences classiques [1].


Page 7

Tableau I.1: Caractéristiques des composants du GPL [6]

caractéristiques des composants du GPL

méthane éthylène éthane propylène propane isobutane butène n butane

Formule chimique CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4H10 C4H8 C4H10

Tension de vapeur à

10°C ; (kg/cm2) 370 45 32 7,7 6,2 1,3 1,7 1,5

Point d'ébullition à

760 mm Hg ; (°C) -161,5 -103,7 - 88,5 - 47,7 - 42 - 11,7 - 6,2 - 0,5

Masse volumique ;

(kg/litre) 0,3 0,37 0,52 0,51 0,56 0,6 0,58

Litres de gaz obtenus

à partir d'un litre de

liquide(L)

443 333,7 294,3 283,5 272,7 229,3 252,9 237,8

Poids spécifique du

gaz à 15°C

760mm/Hg ; (kg/m3)

0,677 1,18 1,27 1,77 1,86 2,45 2,37 2,45

Pouvoir calorifique

supérieur (kcal/kg) 13 288 12 028 12 417 11700 11 980 11 828 11 589 11 586

Nombre d'octane

(Motor Method) 120 76 99 83 96 97 84 89


Page 8

I.3.2-Propriétés chimiques [3]:

Tableau I.2: Propriétés chimiques du GPL

Propriétés Chimiques Conséquences Pratiques

Toxicité Le Butane et le Propane ne

sont pas toxiques.

Couleur et odeur

Le GPL est incolore, soit à

l’état vapeur ou liquide.

À l’état naturel, le GPL est

inodore. Il peut donner, au

contact de l’air, des mélanges

explosifs ; pour des raisons de

sécurité un odorant doit être

ajouté. Cet odorant est à base

de soufres appelés Mercaptans.

Le GPL que l'on trouve dans le

commerce contient un additif

odorant à base de soufre, afin

de faciliter la détection des

fuites.

L’odeur permet de signaler

l’existence d’une fuite qui est

recherchée avec un produit

moussant, jamais avec une

flamme.

Etat gazeux Le GPL - aux conditions

normales de pression et

température est un gaz plus

lourd que l’air.

En cas de fuite, il a tendance à

s’accumuler dans les points

bas.

Etat liquide Le GPL liquide est plus léger

que l’eau.

Les réservoirs sur les terrains

inondables (instables) doivent

être ancrés parce qu’ils

risqueraient de flotter en cas

d’inondation.

Action sur les composés

organiques

Le GPL dissout les graisses,

les huiles et les vernis.

Les joints et les trigones

doivent être en caoutchouc

synthétique de qualité

appropriée.


Page 9

Solubilité Il est insoluble dans l’eau.

Fluidité Très fluide à l’état liquide et

gazeux.

Le choix et la réalisation des

circuits d’alimentation doivent

se faire soigneusement.

Impuretés

Le GPL produit au niveau des

différents champs doit

répondre aux spécifications

suivantes :

-Teneur en gaz sec inférieure

ou égale à 3 % mol.

-Teneur en condensât

inférieure ou égale à 0.4 %

mol.

I.4- Les différentes utilisations du GPL :

Grâce à leur fort pouvoir calorifique, à leur grande pureté et à la propreté de leur combustion ainsi

qu’à la commodité de leur transport, les GPL sont la seule énergie à pouvoir répondre à une large

variété d’usages, ils sont largement utilisés dans les secteurs industriels, commerciaux, domestiques

ou dans le domaine des loisirs.

Les GPL sont utilisés aussi comme gaz combustible ou comme carburant automobile ou encore

comme matière première pour la pétrochimie [1].

Dans la pétrochimie :

Propane :

Le propane est essentiellement utilisé comme combustible domestique, cependant l’industrie

pétrochimique en consomme 18% comme charge pour l’obtention de différents produits à savoir:

- Acétaldéhyde, formaldéhyde, acide acétique par oxydation.

- Ethylène et propylène par pyrolyse.

- Nitroéthane et nitropropane par nitration.


Page 10

Butane :

L’usage principal du butane est la fabrication d’essences.

L’isobutane est utilisé pour la production d’alkylats et le n-butane est mélangé directement dans le

pool essence pour régler la tension de vapeur, on utilise ainsi le butane pour l’obtention de :

- Butadiène par déshydrogénation du n-butane.

- Anhydride maléique par oxydation.

- L’iso butylène formé lors de la déshydrogénation de l’isobutane, sert de matière première pour la

fabrication de plastique, caoutchouc et aussi pour la fabrication des produits pharmaceutiques et

cosmétiques.

Figure I.2 : Principales transformations du propane [1].


Page 11

Utilisations domestiques :

Cuisiner

Cuisiner est une des activités indispensables les plus énergivores au monde. Dans les pays

industrialisés, les consommateurs ont la possibilité généralement de choisir une cuisinière ou un four

fonctionnant au butane ou propane (les GPL), au gaz naturel ou à l’électricité. Dans les pays en voie

de développement, la majorité des habitants utilisent des combustibles locaux (par exemple le bois,

les résidus de récolte ou les déjections animales) avec des incidences néfastes pour la santé

(particules – produits chimiques – suies...) comme pour l’environnement (déforestation…).

Figure I.4 : Utilisation du GPL dans la cuisiner [1].

Figure I.3 : Principales transformations du butane [1].


Page 12

La fiabilité et la polyvalence des GPL font qu’ils sont largement utilisés même dans les hôtels et les

restaurants. Les GPL assurent une chaleur immédiate à l’allumage, supprimant la nécessité d’une

période de préchauffage, ils fournissent une première alternative moderne aux combustibles de

cuisson traditionnels. En outre, la combustion des GPL se fait sans émission de fumées noires, ne

laissant ainsi aucune marque sur les ustensiles et facilitant leur lavage.

Chauffage

Maisons (et hôtels) exigent une source d’énergie fiable pour une variété d’applications comprenant le

chauffage central, production d’eau chaude, le chauffage des piscines voire la climatisation, par

exemple, en sus de la cuisson. Les GPL peuvent répondre à tous ces besoins et présentent l’avantage

supplémentaire de garantir particuliers et entreprises des risques de ruptures ou de fluctuations

d’alimentation en énergie.

Figure I.5 : Utilisation du GPL dans le chauffage [1].

Climatisation : Dans les climatiseurs ou les réfrigérateurs [7].

-Soit la détente de GPL absorbe la chaleur de l’environnement pour s’évaporer et crée un froid.

-Soit un moteur fonctionnant au GPL peut entraîner un compresseur qui comprime le gaz GPL.

Utilisations industrielles et artisanales :

Le propane intervient dans de nombreux travaux de fabrication, manuels ou mécaniques. Il convient

aussi bien aux grands ensembles de production d’un automatisme poussé qu’aux installations les plus

modestes.

Exemples :

-Climatisation et refroidissement à l’échelle industrielle.


Page 13

- Production des carburants.

- Centrale électrique : combustible pour la génération électrique.

Industrie chimique:

- Chauffage de bacs d’acide.

- Fabrication de produits insecticides.

- Fabrication de caoutchouc synthétique.

- Aérosols.

- Production de gaz inerte.

Matières plastiques :

-Ramollissement avant formage.

-Chauffage d’objets métalliques avant enrobage ; cuisson avant enrobage.

-Travail au chalumeau.

Figure I.6 : Les utilisations industrielles du GPL [1].

Utilisation comme GPLC (carburant) :

Les GPL sont utilisés également comme carburant efficace pour les véhicules, les bateaux de

plaisance, les montgolfières qu’ils alimentent en air chaud, les chariots élévateurs. … ;car ils

préservent les performances du véhicule et peuvent réduire l'usure du moteur .La consommation

mondiale du GPL comme carburant s’élevait à près de 20 millions de tonnes en 2010 [7].


Page 14

Figure I.7 : Utilisation du GPL comme carburant [7].

L’intérêt majeur du GPL carburant réside dans ses très faibles émissions de polluants en comparaison

des carburants les plus courants, essence et gazole. Il permet ainsi de limiter l’impact sur

l’environnement et la santé humaine tout en contribuant aussi à limiter les émissions de gaz à effet de

serre.

En Algérie, le GPLC est adopté sous le nom commercial « SIRGAZ ».

Loisirs

La transportabilité des GPL, les gaz butane et propane, et leurs caractéristiques environnementales en

font un combustible idéal pour les applications de loisirs, à la fois sur terre comme sur l’eau.

Que l’on soit sous une tente, en camping-car ou en caravane, les GPL sont couramment utilisés

comme combustible de cuisson. Sur un terrain de camping ou même dans son jardin, un barbecue

alimenté aux GPL assure une température constante tout en limitant les émissions de CO2.


Page 15

De plus, les GPL limitent les émissions nocives de polluants locaux (pas de suie – pas de particules,

par exemple), ils sont donc un partenaire privilégié pour profiter de la nature et de la vie en plein air.

Ils répondent ainsi parfaitement aux besoins de millions d’amateurs de loisirs de plein air dans le

monde entier.

Figure I.8 : Le GPL dans le loisir [7].

Applications itinérantes : bouteilles pour restauration, briquets, lampes, etc.

Dans le secteur agricole :

L’utilisation du GPL dans ce secteur sera orientée vers l’aviculture, et certaines cultures sous-serre, le

niveau de consommation prévu est relativement faible (40.000 tonnes/an) pour le court terme, il est

attendu une évolution plus significative à moyen et long terme particulièrement par l’introduction

dans le domaine de chauffage des lieux d’élevage avicoles et porcins, séchage des céréales avant leur

stockage en silos, le séchage des récoltes, il est aussi une alternative aux produits chimiques pour le

désherbage thermique. Les GPL peuvent jouer un rôle essentiel dans le développement de

l’agriculture [3].


Page 16

Figure I.9 : Le GPL dans le secteur agricole [3].

Pour la production d’électricité :

Le GPL est privilégié dans la production de l’électricité du point de vue technique car il nous permet

d’atteindre des rendements très élevés. Écologique parce qu’il est un combustible propre et

stratégique du point de vue diversification et garantie d’approvisionnement.

I.5- Stockage du GPL :

Il est indispensable de penser, d’ores et déjà, à la valorisation des excédents de GPL pour ne pas

avoir à les torcher ; il faut prévoir des moyens efficaces pour le stockage.

Problématique : Une extension de la capacité de stockage en surface pour recevoir de grandes

quantités de GPL excédentaires est à écarter à cause de ses coûts élevés et l’incertitude des quantités

de GPL à stocker, quant aux techniques de stockage souterrain en usage actuellement dans le monde,

elles peuvent apparaître difficiles à envisager à cause des investissements élevés qu’elles requièrent.

Certains experts de SONATRACH proposent un procédé de stockage qui consiste à réinjecter le GPL

sous forme liquide au sein même du gisement du gaz où il est produit à l’aide d’un ou plusieurs puits

injecteurs de GPL liquide et possibilité de stocker de grands volumes de GPL avec un investissement

minime en plus de la possibilité de déstocker à n’importe quel moment.

La distribution des GPL a débuté dans des bouteilles dès les années 1930 et s’est étendue avec le

développement du stockage dans les récipients en acier ou en aluminium de capacité pouvant varier

de 150 g à 3000 T dans les années 1960.


Page 17

-Types de stockage : le GPL est stocké en utilisant plusieurs techniques [8] :

Stockage sous pression : le GPL est stocké à l’état liquide sous pression de 14 à 14,5 bars à la

température ambiante et cette pression est maintenue avec fuel gaz ,dans le but d’éviter la perte des

vapeurs de GPL qui se dégagent par ébullition et ce qui permet d’avoir un volume plus réduit (plus

de 250 fois). Les réservoirs utilisés pour le stockage sont sous formes sphérique ou bien cylindrique à

axe horizontal (cigare) à des capacités différentes, revêtus d’une peinture qui réfléchit la chaleur et

munis d’une soupape de sécurité.

Stockage réfrigéré : sous pression où les gaz liquéfiés sont stockés à des températures voisines ou

inférieures à 0°C, cela permet une réduction importante de la pression de stockage c’est le cas des

produits volatils (ex : propylène, butadiène stocké à 0°C et 4,5 bars).

Stockage cryogénique : pour les gaz incondensables à la température ambiante. La pression de

stockage est légèrement supérieure à la pression atmosphérique, la température est alors voisine de la

température normale d’ébullition du produit.

I.6-Transport des GPL :

Les GPL sont transportés selon différentes modes [5]:

- Le transport par pipelines (canalisations) :

Ce mode de transport est utilisé dans le cas d'un transfert de quantités importantes de GPL de leur

point de récupération vers des unités de séparations ou vers les stockages importants.

Ce mode de transport est retenu également dans le cas d'acheminement des GPL sur de longues

distances ; et il est plus économique.

Figure I.10 : Transport de GPL par canalisations [9].


Page 18

- Transport par wagon- citernes :

Pour des quantités plus petites, il est préférable d'utiliser la voie ferroviaire. Dans ce cas le train

comporte plusieurs wagons-citernes dont la capacité unitaire est de 50 tonnes.

Les wagons - citernes sont sous pression et sont fabriqués conformément à des normes contrôlées.

Ce mode de transport est surtout utilisé pour la livraison des GPL à partir des raffineries vers des

stockages primaires ou à partir des stockages primaires vers des stockages secondaires.

Figure I.11 : Transport du GPL par wagon- citernes [9].

- Le transport par bateaux (transport maritime) :

Ce mode de transport est utilisé fréquemment pour les échanges internationaux. Dans ce cas, les

GPL sont stockés dans des réservoirs réfrigérés (jusqu'à -50°) ou sous pression.

Figure I.12 : Transport du GPL par bateaux [9].


Page 19

- Le transport par camions - citernes :

C'est le mode de transport le plus utilisé pour le transport de petites quantités de GPL sur de

courtes distances à partir des centres de stockages vers les utilisateurs.

Figure I.13 : Transport du GPL par camions-citernes [9].

I.7- Avantages et inconvénients techniques des GPL :

I.7.1-Avantages :

Les gaz butane et propane, les GPL, sont une énergie exceptionnelle en raison de leurs origines, de

leurs caractéristiques et de leurs applications. En tant qu’énergie moins polluante, faiblement

émettrice de CO2, performante et novatrice, les GPL offrent de nombreux avantages pour les

consommateurs et les secteurs professionnels comme pour l’environnement, ils permettent aussi

d’assurer et de contribuer, sans délai, à un modèle énergétique durable, compétitif et plus sûr.

Propre :

Les GPL peuvent contribuer et offrir des solutions immédiates à l’amélioration de la qualité de l’air

avec, d’une part, l’adoption du GPL carburant dans le secteur de l’automobile, d’autre part, la

substitution du bois et du kérosène par des GPL pour les besoins de cuisson et de chauffage ;

permettent de réduire de 15% les émissions de gaz à effet de serre (GES) par rapport au chauffage au

fioul.

Les GPL sont l’une des seules énergies conventionnelles disponible partout et plus propre car ils

produisent moins de GES que l’essence, le gazole et l’électricité d’origine thermique, ils réduisent

significativement les polluants (oxydes d'azote, hydrocarbures...) et les émissions de CO2. Les GPL


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provenant majoritairement des champs de gaz naturel, ils sont également non toxiques et sans impact

sur les sols, l’eau et les nappes phréatiques.

Performant :

Les GPL sont performants énergétiquement car ils ont un plus grand pouvoir calorifique que les

autres énergies couramment utilisées comme le charbon, le gaz naturel, le fioul, le diesel, l’essence,

et les bio carburants. Cela signifie qu’une flamme de GPL dégage plus de chaleur ce qui se traduit

par une plus grande performance énergétique. En termes de quantité de chaleur dégagée, voici les

équivalences:

Tableau I.3: Equivalence thermique du propane

1Kg de propane

Bois

3 à 6 Kg

Charbon

1,5 à 2 Kg

Fioul

1,29 L

Gaz naturel

1,16 m3

Electricité

1,38 KWh

Le rendement de combustion des GPL peut être jusqu’à 5 fois plus important que les combustibles

traditionnels, ce qui entraîne moins de gaspillage d’énergie et une meilleure utilisation des ressources

de notre planète.

Innovation :

Les GPL sont une source d’énergie qui favorise l’innovation, car ils permettent également la

production localisée d’électricité ; ils sont couramment utilisés dans le secteur agricole, comme

carburant pour les véhicules agricoles et comme insectifuge. Energie moderne et écologique, les GPL

peuvent jouer un rôle essentiel dans le développement de l’agriculture en remplaçant les produits

chimiques dans la désinfection des étables ou dans le traitement des mauvaises herbes par exemple.

Les GPL sont facilement transportables, car ils ne nécessitent pas d’infrastructures pour être

transportés. C’est pourquoi ils sont souvent la seule énergie disponible dans les îles, en haute altitude

voire même lors de situations de crises comme lors de catastrophes naturelles. Ils sont aussi aisément

stockable et utilisable quasiment partout dans le monde et ses ressources sont assurées pendant

plusieurs décennies. Dans les régions isolées ou difficilement accessibles aux réseaux de gaz naturel,

les GPL répondent aux besoins d’énergie soit comme source principale ou en combinaison avec des

énergies renouvelables.


Page 21

Avantages du GPL en tant que carburant:

La promotion du GPL dans le secteur du transport est surtout liée aux préoccupations

environnementales ; en effet ce produit présente des caractéristiques non polluantes par rapport aux

autres carburants.

Le fonctionnement du moteur avec le GPLC est plus silencieux et les vibrations diminuent

contrairement aux carburants classiques, la combustion du GPL ne laisse aucun dépôt et procure au

moteur et au lubrifiant une longévité accrue. Les révisions peuvent être espacées tous les 30000 km.

L'installation d'un équipement GPL obéit à des normes de sécurité très strictes (nature et

emplacement des réservoirs, homologation des matériels…).

Le GPL est économique :

Le prix du GPL/litre est le moins cher du marché. Il se situe en général à 50% du prix au litre du Sans

Plomb et à au moins 30% de celui du diesel. De plus, les incitations fiscales couvrent tout ou en

partie le surcoût par rapport à une version essence, les tarifs étant généralement inférieurs à ceux du

diesel [7].

I.7.2-Des avantages oui, mais pas seulement :

Inconvénients:

Persistance d'une possibilité de fuite et d'inflammation du mélange suite à une collision.

Il existe un inconvénient majeur d’encombrement, le réservoir peut amputer le volume du coffre.

Toutefois les constructeurs proposent dès la conception de leurs modèles une version GPL /c avec

réservoir intégré [7].

I.8-Risques et sécurité des GPL :

Les GPL peuvent constituer une source de danger dans la mesure où les précautions suivantes n’ont

pas été prises en considération :

Les GPL peuvent présenter un risque d’incendie dès qu’une fuite se produit ou dès que le gaz

s’échappe dans l’atmosphère.

Les GPL ne sont jamais remplis dans les réservoirs à plus de 85 % (15% du réservoir est réservé

pour la dilatation).

Les GPL étant plus lourds que l'air, ils risquent, en cas de fuite, de s'accumuler au niveau du sol et

dans les parties basses, comme les caves. Cela entraîne un danger d'explosion lorsque l'accumulation

permet un mélange GPL/air adéquat et qu'il y a une source d'inflammation. Cela entraîne également

un danger d'asphyxie, les GPL remplaçant l'air et diminuant donc la concentration en oxygène. Donc

il faut éviter les cavités, il faut aérer et ventiler les endroits pollués.


Page 22

Ils ont une viscosité faible, ceci augmente les fuites, donc il faut éviter au maximum les

assemblages non soudés.

Purger les canalisations de liquide après dépotage afin d’éviter les risques de rupture des

réservoirs s’ils sont remplis [8].

Les GPL liquide par évaporation peuvent causer des brûlures.

La dissipation de gaz est lente, il faut aérer.

La limite inférieure d’inflammabilité du gaz est environ de 2% de gaz dans l’air et le mélange

devient inflammable en cas de fuite.

Pour faciliter la détection des fuites, un gaz odorant est ajouté aux gaz (naturel ou GPL) : cette

odeur caractéristique "d'œuf pourri" permet de détecter à l'odeur une concentration de gaz dans l'air

très inférieure à la limite inférieure d'explosibilité.

Une série d'accidents impliquant des véhicules au GPL motivent un changement de règlementation

rendant obligatoire l'installation d'une soupape de sécurité et d'un clapet anti-retour sur les réservoirs

de GPL, pour en éviter l'explosion en cas de feu.

Toutes les installations subissent des contrôles réguliers, notamment réalisés par les DREAL

(Directions Régionales de l'Environnement, l’Aménagement et du Logement). L’installation des

réservoirs de GPL doit respecter des règles de distances de sécurité vis-à-vis des habitations et de la

voie publique, d’entretien de l’environnement autour du réservoir.

Des mesures de sûreté doivent être également prises par les usagers afin d’éviter tout risque. Les

bouteilles de GPL doivent en particulier être placées bien droites verticalement et de façon stable à

plus d’un mètre des ouvertures d’un bâtiment et sur un sol incombustible, c’est-à-dire exempt de

papiers, chiffons, essences, herbes sèches et de tout autre produit facilitant un départ de feu [4].

I.9-Situation nationale des GPL :

L’Algérie compte parmi les grands producteurs, elle est le deuxième exportateur de GPL dans le

monde. Sa production a chuté à 8,4 millions de m3 en 2006 contre 8,6 millions de m3 en 2005. 85%

de la production provient des unités de gaz des champs : Hassi R’mel, Stah, Alrar, Tin Fouyé,

Tabenkort, Hamra, Rhoude Nouss, Hassi Messaoud, Berkaoui, et Oued Noumer. La production totale

des GPL est transportée via le pipe, reliant Alrar à Hassi R’mel d’une longueur de 1000 km

permettant de collecter le GPL produit dans les gisements de gaz du sud du pays pour les acheminer

vers le centre de stockage et de transfert (CSTF) situé à Hassi R’mel. Là, ils sont débarrassés des

éventuelles traces d’eau avant d’être expédiés vers la station de pompage SP4, puis acheminés vers

les complexes de séparation d’Arzew et de Bethioua. Le reste de la production provient des unités

GNL de Skikda, de Bethioua et des raffineries.


Page 23

Notre pays a exporté 8.04 millions de tonnes de ces matières en 2003 et approvisionne 23 pays.

Sur le marché national, les quantités vendues s’élèvent à 1.85 millions de tonnes. Le taux de

croissance enregistré durant l'année 2005 sur le marché du GPL est de 1.5%.

La consommation nationale en GPL (constituée essentiellement de butane à 90%) est satisfaite à

travers le territoire, en acheminant le produit vers les différentes régions par camions-citernes,

cabotage par navires et tout récemment par voie ferrée par le biais de la société de transport des

produits énergétiques (STPE).

Durant la dernière décennie, l’industrie algérienne des GPL a connu des changements profonds,

notamment en termes de production, d’exportation et de transport maritime [6].

Figure I.14 : offre prévisionnelle nationale en GPL [6].

I.9.1-Production des GPL issus des champs :

L’offre issue des champs (gisement d’hydrocarbures) représente 79 % de l’offre nationale. Le plan

adopté depuis les années 1990, s’articule autour de deux axes :

1) Le développement de nouveaux champs de gaz situés au Sud-Est et de Hassi R’mel pour la

récupération du gaz sec, du condensât et de GPL.

2) La récupération des GPL, issus des champs, dépasse 330.000 tonnes en 1996 ; cet accroissement

est dû à la mise en place d’unités d’extraction au niveau des champs suivants :

1979 : Hassi R’mel.

1985 : Alrar.

1993: Haoud Berkaoui.

1995 : Haoud el-Hamra.

1996 : Oued Noumer.

Les champs de Hassi R’mel avec un apport de 3 millions de tonnes, contribue à lui seul à plus de

65% dans cette production, soit 57 % de l’offre nationale des GPL [7].

0

5000

10000

15000

20000

25000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2006 2010 2015

GPL non séparé GPL séparé Offre nationale GPL


Page 24

I.9.2-Demande nationale des GPL :

Le niveau de la demande nationale des GPL est de l’ordre de 1.4 millions de tonnes dont 90 % de

butane, 5 % de propane et 5 % de GPL carburant (GPL/c).

Figure I.15 : La demande nationale en GPL [7].

Elle est repartie comme suit : 36.000 tonnes (24 %) dans la région

Ouest.

516.000 tonnes (37 %) dans la région Est

401.000 tonnes (29 %) dans la région

Centre.

Et en fin (10%) au Sud.

Figure I.16 : Répartition de la demande en GPL [7].

I.9.3- Consommation de GPL :

Les dernières statistiques sur la consommation du combustible en Algérie, ont dévoilé un

changement dans le comportement des consommateurs, qui recourent de plus en plus au GPL. La

consommation des GPL, principalement dans le secteur domestique, a enregistré une croissance de

l’ordre de 2%.L’utilisation du GPL comme carburant, suscite un intérêt croissant ; il a augmenté de

40%, chose qui aidera parfaitement l’état à réduire les importations du carburant et les produits

pétroliers raffinés dont la facture est estimée à plus d’un milliard de dollars par an [8].


Page 25

I.9.4-Exportations algériennes de GPL :

Aujourd’hui, l’Algérie est largement le second exportateur mondial des GPL, derrière l’Arabie

Saoudite.

Méditerranée : 80% (France, Italie, Espagne, Portugal, Maroc, Turquie, Egypte, Liban, Tunisie,

Syrie). qui constitue notre marché naturel.

USA : 14% est le second débouché de SONATRACH.

Amérique latine : 3% (Brésil, Mexique, Equateur, Guatemala, Porto Rico).

Asie : 2% (Corée, Chine, Japon, Singapour, Australie)

Europe du Nord : 1% (Hollande, Suède, Belgique, Finlande, Angleterre)

Le programme de valorisation des ressources gazières, lancé au début des années 90, fait

bénéficier aujourd’hui SONATRACH de disponibilités importantes de GPL. Depuis la mise en

exploitation du champ gazier de Hamra en 1996, la production du GPL a suivi une croissance

soutenue. Elle devrait atteindre un volume de 11 millions de tonnes avec la mise en service des

nouvelles installations [6].

À moyen terme, l’objectif de SONATRACH est de conserver plus ou moins la même segmentation

que celle d’aujourd’hui.

I.10-Le GPL dans le monde : Le développement de l’économie des GPL dans les divers

pays à des rythmes atteignant des taux de pénétration du marché énergétique local, rarement

supérieurs à 5%. Le développement à été lié au rythme de croissance de l’industrie du raffinage, à

l’évolution de la capacité de raffinage et aux innovations techniques.

Sur ce dernier point, la simple distillation du brut qui permettait de récupérer environ de 1 % de

brut traité sous forme de GPL, dans les années 30, les raffineries les plus modernes permettent de

récupérer jusqu'à 4,5 % de brut traité sous forme de GPL. Un autre élément modifie ces données,

dans le monde, il s’agit des GPL récupérés lors de la production de pétrole brut ou de gaz naturel.

Les quantités de GPL produites associées à ces productions sont très variables selon la nature du

brut ou du gaz naturel. Elles peuvent également varier dans le temps, en fonction de la demande

globale et des prix.

À l’heure actuelle, sur les quantités globales de GPL consommées dans le monde, plus de 60 %

proviennent de ces types de récupérations. À noter aussi que ces productions, qui se situent

souvent loin des lieux de consommation, un important commerce maritime international,

actuellement de l’ordre de 50 MT (50 % à destination de l’Asie).

La croissance de l’offre intervient dans un contexte qui a sensiblement évolué, avec des

perspectives de nouveaux débouchés et d’évolution qualitative des marchés.


Page 26

Deux principaux facteurs sont à l’origine des ces évolution :

Les innovations technologiques.

Les politiques d’intégration des contraintes environnementales, les innovations technologiques

les plus favorables aux GPL se manifestent dans les nouveaux usages.

Les évolutions de recours aux GPL dans plusieurs secteurs comme carburant alternatif vont influer

sur la géographie du commerce international et sur l’économie des transactions commerciales

[10].

Figure I.17 : Consommation des GPL par secteur.

À l’avenir, les routes de GPL relieront des sources et des marchés de plus en plus éloignés et le

mode transaction à long terme caractérisant le commerce de GNL pourrait s’étendre aux GPL.

Tableau I.4: Le GPL au monde [10]

production consommation import/export

Amérique nord 57,90 57,80 00,10

Amérique

centrale 07,50 10,10 - 02,60

Amérique du sud 12,90 14,10 - 01,20

Europe occid.et

Centrale 24,40 27,90 - 03,50

Ex URSS 05,80 04,70 01,10

Moyen orient 34,10 09,40 24,70

Afrique 09,20 05,40 03,80

Asie 24,70 46,20 - 21,5

Australie 03,20 02,20 01,00

Totale 179,60 177,90 01,70


Page 27

Au Moyen Orient, la production des GPL s’est considérablement développée à la fin des années 70

lorsque l’augmentation du prix de l’énergie a rendu attractive la récupération du propane et du

butane. Cette région est actuellement la principale source d’exportation de GPL dans le monde [6].

Conclusion:

Le GPL qui est un mélange d’hydrocarbures, présente des avantages multiples, qui lui confèrent une

utilisation à haut niveau.

L’industrie des GPL et par l’intermédiaire des organisations telles que le forum mondial du GPL a

pour mission de promouvoir ces combustibles gazeux et doit le faire pour provoquer le choix de

combustible salutaire pour l’environnement et à combustion propre. Le gaz naturel et le GPL peuvent

servir cet objectif et ont leur place dans la résolution des problèmes actuels en matière

d’environnement car il y a une diminution importante de la pollution, donc ils permettent de réduire

la dépendance vis-à-vis des autres sources d’énergie.


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Introduction :

Le pétrole brut à sa sortie des puits n’est pas directement utilisable, il faut le traiter pour obtenir toute

la gamme de produits allant des gaz jusqu’aux fuels. Dans le cadre de la stratégie globale du

développement du pays ; la société nationale SONATRACH a lancé un ambitieux programme de

développement, en vue d’augmenter la contribution des GPL dans les exportations globales

d’hydrocarbures et d’accroître ainsi les recettes en devises du pays. Elle a investi dans un projet

d’implantation d’une usine de traitement de gaz, il s’agit de l’usine de GPL-2.

Les enjeux économiques et industriels de l'utilisation du gaz résident principalement dans son

traitement. En effet, il peut contenir des gaz acides (dioxyde de carbone et sulfure d'hydrogène

notamment), et d’autres impuretés (eau, azote, ...) qu'il faut éliminer avant sa commercialisation. Lors

des opérations de traitement, la présence d'eau (sous forme liquide ou vapeur), même en très faibles

quantités (quelques dizaines de ppm molaire), peut être à l’origine de nombreux problèmes qui

influent directement sur les équipements en aval de la section de déshydratation (la formation

d'hydrates), engendrant rapidement un fonctionnement anormal et une perturbation des installations

cryogéniques de l’unité. Car le bon fonctionnement d’une unité GPL dépend de la bonne marche des

sections qui la composent.

Dans le cadre de mon stage de fin d’étude, j’ai été affectée à l’unité de récupération des gaz de pétrole

liquéfié appelée GPL-2 implantée au centre industriel sud (CIS) de la Direction Régionale de HASSI-

MESSAOUD .Ce qui m’a amené à poser les questions suivantes :

-Quel est le rôle de l’unité GPL-2, et quelle est son influence sur le centre et la région de HASSI-

MESSAOUD en général ?

-Quelles sont les techniques utilisées par l’unité pour récupérer le gaz du pétrole liquéfié ?

-Existe-t-il des problèmes techniques car l’unité avait dépassé 18 ans depuis sa mise en œuvre ?

II.1-Description de l’unité GPL-2 :

L’unité de traitement du gaz du pétrole liquéfié GPL est implantée au centre industriel sud de HASSI-

MESSAOUD. Les travaux de construction ont débuté en 1994 la supervision est assurée par la firme

japonaise J.G.C (Japon Gazoline Corporation), elle a été mise en marche en 1997 dans le but de

récupérer le maximum de gaz de propane et de butane (C3 & C4).

L’usine GPL-2 a été réalisée suite à un contrat de partenariat entre SONATRACH et JGC. La partie

engineering du projet a été confiée à JGC, tandis que les travaux de construction ont été entrepris par

des sociétés et les entreprises de construction algériennes réparties comme suit :


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Entreprise de Grand Travaux Pétroliers (GTP) 80%

Entreprise de Génie Civil et Béton (GCB) 16%

Entreprise Nationale de Construction et Charpente (ENCC) 3%

Sidérurgie engineering métallique / Entreprise Chaudronnerie métallique

(SIDEM/ECM)

1%

Le nombre total d’heures de travail effectuées a été de 34.560 heures. Le démarrage effectif de la

production a eu lieu le 05 Janvier 1997 par un personnel mixte Algéro-japonais [11].

Figure II.1 : Schéma synoptique de l’unité GPL-2.

L’unité GPL-2 est destinée à récupérer le maximum du GPL (mélange propane butane liquéfié)

contenu dans la charge de gaz d’alimentation de l’unité.

Le GPL produit est expédié vers Arzew via des stations de pompage (pipe LR1). Une partie de ce

GPL (C3, C4) sera recyclée pour être fractionnée dans le dépropaniseur pour la production du propane


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et butane commerciaux suivant les besoins et la demande locale, ces deux produits sont livrés à

NAFTAL via le stockage de l’unité GPL-1.

Le condensât stabilisé produit dans l’unité est envoyé vers l’UVC (unité de valorisation des

condensâts), tandis que le gaz résiduel constitué principalement de méthane et d’éthane (C1, C2) dont

une partie de ce gaz est utilisée comme gaz combustible pour alimenter les turbines à gaz des boosters

et les fours, est envoyé vers les stations de compression pour la réinjection dans le gisement.

Les produits finis (C3/C4, C3 commercial, C4 commercial et C5+) sont obtenus après fractionnement

du liquide récupéré dans 03 colonnes de distillation : le dééthaniseur, le débutaniseur et le

dépropaniseur.

Figure II.2 : Schéma de process simplifié de l’unité GPL-2.

II.1.1-Capacité de l’unité GPL-2 :

-Capacité de traitement :

L’unité GPL-2 est d’une capacité de traitement de 24 000 Nm3/jour de gaz associé provenant du

manifold 28 bars, se compose de trois trains identiques traitant une quantité de 8 000 Nm3/jour chacun.


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Tableau II.1: Capacité de traitement de l’unité GPL-2 [12]

Capacité de traitement (1000 Nm3 / jour)

Design Actuelle Gaz pauvre

Gaz d’alimentation 24 000 24 000 24 000

Tableau II.2: Production quotidienne de l’unité GPL-2 [12]

Production (tonnes /jour)

Design Actuel Gaz pauvre

GPL 4490 3000 2650

Condensât 1050 800 600

Propane 240 240 240

Butane 160 160 160

Tableau II.3: Composition de la charge traitée à l’unité GPL-2

Composants (%mol) Gaz riche Gaz pauvre

H20 0,73 0,73

N2 2,68 2,69

CO2 1,53 1,41

C1 63,14 69,00

C2 18,13 17,50

C3 9,16 4,54

iC4 0,84 0,51

nC4 2,43 1,75

iC5 0,39 0,28

nC5 0,55 0,41

C6 0,31 0,26

C7 0,11 0,10

Total 100 100


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Tableau II.4: Spécifications des différents produits de l’unité GPL-2 [12]

Produits Spécifications Teneurs

GPL

(Méthane +éthane) C2- Moins de 3% mole

(Pentane et +) C5+

Moins de 0.4% mole

Eau Moins de 50 ppmv

Gaz traité

Pression 28 bars

Température 55°C

Teneur eau inférieur à 3 ppmv

Propane

(Butane et +) C4+ Moins de 2.5% en vol

TVR Moins de 14.34 bars

Butane

(Pentane et +) C5+

Moins de 2% en vol

TVR Moins de 4.83 bars


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II.1.2-Principe de fonctionnement de l’unité GPL-2 :

Le fonctionnement de l’unité GPL-2 est basé sur le schéma de principe suivant :

Figure II.3 : organigramme du process.

L’unité GPL-2 est composée des sections suivantes :

Un manifold de distribution, alimente les deux GPL de CIS.

Une section de Boosting (section10) : composée de quatre turbocompresseurs d’une puissance

unitaire de 30000CV.

Trois trains identiques (section 11-12-13) : constitués chacun de :

Trois déshydrateurs (tamis moléculaire).

Un turbo-Expandeur (refroidissement et détente).

Fractionnement constitué de colonnes dééthaniseur et débutaniseur.

Une boucle d’huile chaude (régénération).

Gaz de charge

Compression

Déshydratation

Refroidissement

Détente

Fractionnement

-Dééthaniseur

-Débutaniseur

Expéditions

GPL

Dépropaniseur Stockage GPL

Livraisons Butane

et Propane


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Des échangeurs et des Aéroréfrigérants.

Un dépropaniseur (section 14) : pour la production du propane et butane commerciaux.

Quatre sphères de stockage de GPL : (section 15), et d’une pomperie d’expédition.

Utilités (section 16) :

Un réseau d’air service et d’air instrument.

Unité d’azote pour la production d’azote gazeux.

Un système d’injection de méthanol qui a pour but de dégivrer la formation des hydrates.

Un bac de stockage d’eau pour le réseau anti-incendie (sécurité) avec pomperie.

Unité de fuel gaz.

II.2-Procédé de production du GPL au niveau de l’unité GPL-2:

II.2.1-Section Manifold :

La capacité de charge de ce manifold est d’environs 40 millions de Nm3 /jour.

L’arrivée du gaz au manifold par différentes sources alimente l’unité de GPL-2. Ces gaz sont issus de

la séparation du pétrole brut au niveau des champs de séparation appelés communément ‘’satellites’’,

les gaz venant des complexes CINA (centre industriel nord) et CIS (centre industriel sud section

traitement) et UTBS (unité de traitement de brut sud).


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Figure II.4 : Section manifold.

Les 3 collecteurs primaires reçoivent une charge de telle manière qu’on a :

Un collecteur qui regroupe les gaz du satellite : E1a, E2a et S1a.

Un collecteur ouest collecte les gaz du satellite ouest : W1a, W2a et W1c.

Un troisième collecteur qui réunit les gaz provenant de la zone de traitement des gaz de LDHP1,

LDHP2, (ligne directe à haute pression) et ceux de LDBP1, LDBP2 (ligne directe à basse pression qui

ont subi une compression de 11 bars à 28 bars) et les gaz de 2ieme étage (qui ont subi une double

compression de 6 à 11bars puis à 28 bars).

Ces 3 collecteurs renvoient le gaz dans un autre collecteur d’alimentation de 48’’ d’une capacité de 40

Millions Nm3/jour (en unité standard, 42 Millions Nm3/jour) et ce dernier alimente le GPL-1 et GPL-2.

Une ligne de banalisation munie d’une vanne de banalisation assure l’évacuation du gaz du collecteur

d’alimentation à un autre collecteur résiduel en cas d’augmentation de la pression. Le gaz est par la

suite comprimé et réinjecté dans des puits.

Les collecteurs d’alimentation et résiduel sont munis d’une sécurité de surpression (haute pression)

grâce à des vannes de torches qui y sont installées [13].


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Le gaz envoyé par CINA pique directement dans la conduite du GPL-2 pour atteindre une capacité de

24 MNm3/jour. Le gaz qui provient de l’UTBS (unité de traitement) rentre dans les deux conduites de

GPL-2 42’’ et GPL-1 20’’ pour que cette dernière (GPL-1) reçoive une capacité de 5,6 MN m3/jour.

II.2.2-Section boosting :

Avant que le gaz ne soit comprimé il devra être en premier lieu séparé et cela est assuré par son

passage par deux ballons de séparation (SLAG-CATCHER) qui ont pour rôle d’éliminer une quantité

de liquide. Le fond du ballon est envoyé vers la section de traitement car il contient une quantité de

condensat et le haut de ce ballon est envoyé vers la section boosting qui est composée de quatre

compresseurs Nuevo-Pignone de type BCL 506 A entraînés par une turbine à gaz de type “General

Electrics Fram 5001” [13].

Le gaz provenant du manifold à une pression de 28 bars passe dans les ballons d’aspiration (10-D101

A/B/C/D) pour séparer d’une part les liquides et d’autre part les gaz. Le liquide c’est de l’eau huileuse

qui est envoyée vers le bassin API. Le haut de ce ballon (gaz) est comprimé dans les compresseurs

(10-K101 A/B/C/D), dont l’un est en stand-by à une pression de 97 bars (soit une température de

125°C). Ce compresseur est entrainé par une turbine qui est composée par un moteur de lancement et

un compresseur axial, une chambre de combustion qui donne naissance à une énergie pour tourner

deux roues HP et BP puis un multiplicateur de vitesse pour augmenter la rotation du compresseur à gaz

(c’est un compresseur centrifuge à 6 roues).

Ces gaz sont ensuite refroidis à une température de 50°C par des aéro-réfrigérants (E101), puis se

dirigent vers les ballons de refoulement (10-E202 A/B/C/D) où a lieu la séparation et l’élimination de

l’eau condensée. Les gaz sortant en tête de ces séparateurs sont collectés dans un collecteur commun

de 34’’ qui alimente les trois trains.


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Figure II.5: Section boosting.

II.2.3-Section de déshydratation :

Le gaz d'alimentation sortant du collecteur de refoulement des boosters à 50°C et 95 bars à une teneur en eau

de 1600 ppmv. Celui-ci traverse de haut en bas les sécheurs où à lieu un phénomène d’adsorption par

un lit de tamis moléculaire type 4 A° qui élimine et réduit la teneur en eau à moins de 1 ppmv. Ce

déshydrateur est un ballon qui comporte un support métallique et un support granulaire (forme bille

1/2’’ et 1/4’’) et une couche de tamis 1/8’’ de forme cylindrique.

Deshydrateurs en service : (XV-201) c’est une vanne tout ou rien par la quelle le gaz rentre dans cette

section pour passer dans le haut des trois deshydrateurs (sécheurs) dont l’un est en régénération.

Deux filtres V-201A/B en aval des trois sécheurs retiennent les éventuelles particules de poussière afin

d’éviter la formation de bouchons dans les instruments de mesure et les appareils sensibles ainsi que

l’érosion de ces derniers. Des hygromètres en ligne placés à la sortie de la section de déshydratation

servent à mesurer la teneur en eau du gaz séché. Toujours :température = 50℃, pression=95 bar.

Deshydrateurs en régénération : Une partie de ce gaz déshydraté (54 kNm3 /h) est chauffée dans les

échangeurs d’huile E-201A/B/C pour augmenter sa température jusqu’à275℃. Pendant 2 heurs, ce gaz

passe au fond du ballon de régénération pour faciliter l’évaporation des goulettes d’eau absorbées par

le tamis. On récupère le liquide dans le ballon D-202 qui sera envoyé vers le traitement par une vanne

LV-202, après avoir refroidi ce gaz à 50℃ par son passage à travers les aéro E-202 A/B, dans ce

parcours la pression du gaz chute de 10 bars (87 bars) c’est pour cette raison on le renvoie dans la 6ieme

roue du compresseur pour le comprimer à 95 bars avec le gaz provenant du manifold.


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Après la régénération du tamis, un gaz du process froid passe à travers le ballon de régénération pour

le refroidir dont l’objectif est d’éviter la perturbation de la température dans le train [13].

Donc le cycle d’un déshydrateur est de 12 heures : 8 heures de service et 4 heures de régénération (2

heures de chauffage et 1 heure 40 min de refroidissement).

Remarque : les 20 minutes restantes sont dues au jeu de vanne.

Figure II.6 : Section déshydratation.

II.2.4-Section de refroidissement et de détente (liquéfaction) :

Le gaz entre dans la section de réfrigération à une pression de 94 bars et une température de 50°C se

divise en deux courants, l’un se dirige vers l’échangeur 11-E-203 ; et l’autre vers l’échangeur 11-E-

204 pour un premier refroidissement jusqu'à une température de 14.3°C. Les deux courants convergent

vers le même échangeur 11-E-205 où leur température diminue jusqu’à 12°C.

Le gaz de charge passe ensuite dans un séparateur haute pression 11-D-203 où les deux phases : gaz et

liquide sont séparées. Après avoir cédé ses frigories dans l’échangeur 11-E-204 afin de refroidir le gaz

de charge, le liquide de ce ballon est envoyé comme première charge du dééthaniseur, introduite au

niveau de 21éme plateau, tandis que la phase gazeuse subit une détente dans le turbo-expandeur 11-K-

201 jusqu’à une pression de 21 bars et une température de –43°C et il se produit une condensation


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partielle du gaz, le mélange diphasique est séparé dans le ballon de refoulement de l’expander 11-D-

204.

Le gaz froid du ballon 11-D-204 refroidit le produit de tête du 11-C-201 jusqu’à une température de –

24°C dans l’échangeur 11-E-208 puis il se mélange avec le gaz du ballon de reflux du dééthaniseur 11-

D-205 en formant le mélange du gaz résiduel. Ce mélange de gaz refroidit par la suite le gaz de charge

dans l’échangeur 11-E-203. La température du gaz résiduel à la sortie de l’échangeur 11-E-203 est de

42.3°C [13].

Ce gaz résiduel est comprimé dans le compresseur du turbo-expandeur 11-K-201 jusqu’à une pression

de 28 bars avant d’être envoyé vers le manifold, puis vers les unités de réinjection.

Le liquide provenant du ballon 11-D-204 aspiré par la pompe11-G-201A/B vers l’échangeur 11-E-207,

pour refroidir le gaz de tête du dééthaniseur et le gaz de charge dans l’échangeur 11-E-205 ; ensuite il

est acheminé vers le dééthaniseur 11-C-201 comme une deuxième charge, introduite au niveau de

13eme plateau. Les deux températures de ce liquide à la sortie de chaque échangeur sont respectivement

de –16°C et de –5.7°C.

Figure II.7 : Section de refroidissement et détente.


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Exploitation de la vanne Joule Thomson :

Si l'expander K-201 est à l’arrêt, le gaz de tête de D-203 est envoyé au D-204 via la vanne J-T. Lors du

passage de l'exploitation normale à l'exploitation J-T la pression de service du dééthaniseur augmente,

le GPL de production est stocké dans le réservoir du GPL Off Spec T-402.

Lorsque l'exploitation J-T est stabilisée, et la qualité de GPL est conforme à la spécification

commerciale, le GPL est envoyé vers le pipe d’expédition.

Remarque : Puisque la détente à travers le turbo-expander est presque isentropique, la baisse en

température du gaz est plus importante que dans le cas d’une vanne Joule Thomson (détente

isenthalpique).

Techniques de traitement :

Les procédés de traitement de gaz sont multiples et le choix de type de traitement se base sur les

critères suivants :

La quantité de l’effluent brut.

Taux de récupération d’hydrocarbures visé.

Spécification des produits.

Coût global des investissements.

Nous allons citer trois types de procédés :

Procédé HUDSON :

Basé sur le refroidissement du gaz par des échanges thermiques et par une série de détentes

complétée d’une détente à travers une machine dynamique appelée « turbo-expander », il permet

d’atteindre un niveau de température de (-40°C). Ce procédé est plus performant et permet une

meilleure récupération des hydrocarbures liquides.

Procédé PRITCHARD :

C’est le plus simple et le plus direct procédé pour la récupération des liquides ,il est basé sur le

refroidissement du gaz par des échanges thermiques et par des détentes avec utilisation d’une boucle

de propane comme système réfrigérant pour atteindre en fin de cycle des températures voisines de (-

23°C).

Procédés mixtes :

Ils sont plus performants, car ils utilisent le turbo-expender, la vanne Joule Thomson et la boucle de

propane, où on atteint les (-66°c). Ils permettent une meilleure récupération des hydrocarbures

liquides.


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Le procédé utilisé au niveau de l’unité GPL-2 est le procédé HUDSON. Ce procédé se caractérisé

par l’utilisation d’un turbo-Expander qui lui permet une autonomie pour ses besoins en frigories.

II.2.5-Section de fractionnement :

La section de fractionnement est composée de deux colonnes de distillation par train : le dééthaniseur

et le débutaniseur. Les colonnes sont munies d’un refroidisseur de tête et d’un rebouillage de fond

utilisant de l’huile chaude comme fluide caloporteur.

a)-Dééthaniseur (11-C-201) :

C’est une colonne de fractionnement (distillation) constituée de 48 plateaux à clapets. Le rôle de cette

colonne est de séparer la charge en constituants légers en tête (méthane et éthane) et les constituants

lourds au fond (condensât et GPL), ces derniers serviront de charge au débutaniseur.

Les paramètres opératoires de cette colonne sont les suivants :

Pression de service 23,6 bars.

Température de tête : –23°C.

Température de fond : 90°C.

Reflux total.

Deux circuits assurent l’alimentation de la colonne 11-C-201 : L’alimentation supérieure, provenant du

ballon 11-D-204, est introduite au niveau du 13ème plateau à une température de –5.7°C tandis que

l’alimentation inférieure est assurée par le liquide provenant du ballon 11-D-203. Ce liquide est

introduit au niveau du 21ème plateau à une température de 9 °C.

La vapeur de tête est condensée partiellement dans les échangeurs 11-E-207 et 11-E-208, placés en

séries, ensuite elle est récupérée dans le ballon de reflux 11-D-205.

Le rebouillage est assuré par le rebouilleur 11-E-209 qui garantit une température de fond de 90°C.

Le produit de fond de cette colonne est utilisé comme charge pour la colonne 11-C-202.

b)-Débutaniseur (11-C-202) :

C’est une colonne à 33 plateaux à clapets fonctionnant à une pression de 14 bars. Celle-ci est conçue

pour séparer le produit issu du fond du dééthaniseur en :

- Produit de tête : GPL (mélange de propane et butane).

- Produit de fond : condensât (fraction pentane et plus).

Les vapeurs de tête à 67°C sont entièrement condensées dans les aéroréfrigérants E-210 où le GPL est

recueilli dans le ballon de reflux D-206 à une température 55°C. Une partie de ce liquide est retournée


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par la pompe G-203 A/B comme reflux vers le 1 er plateau du débutaniseur C202 afin de maintenir la

température de tête, l’autre est acheminé vers le stockage.

Le système de rebouillage assure une température de fond de 152°C dans le rebouilleur 11-E-211.

Les condensâts chauds sortant de ce dernier sont refroidis dans l’aéroréfrigérants 11-E-212 à une

température de 55°C pour être envoyés vers l’unité de traitement de brut [13].

Figure II.8 : Section de fractionnement.

II.2.6-Section d’huile chaude :

Un système d’huile chaude est prévu afin d’assurer le chauffage du gaz dans :

Le rebouilleur du dééthaniseur E-209.

Le rebouilleur du débutaniseur E-211.

Le rebouilleur du Dépropaniseur 14-E-302.

Les réchauffeurs de gaz de régénération E-201-A/ B/C.

Ce système d’huile se compose :

Du four H-231

Du ballon tampon d’huile chaude D-231

Des pompes d’huile chaude G-231A/B/C

Du refroidisseur d’huile chaude E-231

Des récupérateurs de chaleur de l’échappement des boosters 10-H-101A/B/C/D.


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Du ballon d’appoint 10-D-103

De la pompe d’appoint 10-G-101

Le chauffage est assuré par un fluide colporteur (TORADA TC). L’huile chaude refoulée par les

pompes G231 A/B/C est transférée du ballon tampon D231 (stockage d’huile) au récupérateur de

chaleur 10-H101A/B/C/D afin de subir un préchauffage à une température de 207°C (récupération de

la chaleur des gaz chauds d’échappement des turbines) et est ensuite chauffée à une température de

288°C dans le four (H-231).Après avoir libérée ses calories dans les rebouilleurs et les échangeurs,

l’huile revient au ballon tampon, le cycle recommence.

Figure II.9 : Section d’huile chaude.

II.2.7-Section du dépropaniseur (14-C-301) :

Le dépropaniseur est une colonne composée de 33 plateaux à clapets, son rôle est de fractionner la

charge d’alimentation (GPL) et de produire du propane commercial (produit de tête) et du butane

commercial (produit de fond) suivant les besoins et la demande locale.

Le dépropaniseur fonctionne à une pression de 20 bars, une température de 58°C en tête et 111°C au

fond [13].

La charge du dépropaniseur provient du stockage, assurée par l’une des pompes de recyclage 15-G-

402A/B et rarement par les pompes d’expédition, le dépropaniseur est équipé d’un rebouilleur 14-E-

302, d’un ballon de reflux, de pompes de reflux 14-G-301A/B, d’aérocondenseurs de propane et de

refroidisseurs de butane. A préciser que les deux produits sont stockés au niveau de l’unité GPL-1

avant d’être livrés à NAFTAL (centre enfûteur de HASSI-MESSAOUD) pour la mise en bouteilles.


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Figure II.10 : Section de dépropanisation.

II.2.8-Section de stockage et ‘’pomperie’’ (15) :

La section de stockage et ‘’pomperie’’ est composée de :

4 sphères d’une capacité unitaire de 500 m3 :

- 3 sphères (T401A/B/C) pour stocker le GPL (produit On Spec) avant expédition vers Arzew.

- Une sphère 15-T-402, est utilisée pour stocker les produits hors spécifications (off spec). Les produits

off-spec peuvent être placés dans les réservoirs de stockage et seront retraités dans le dééthaniseur.

2 pompes immergées (15-G-402-A/B) sont utilisées pour alimenter le dépropaniseur 14-C-301 en

GPL ou pour recycler les produits hors spécifications vers le dééthaniseur 11-C-201 ou vers le

débutaniseur 11-C-202.

3 pompes immergées (15-G-401-A/B/C) sont utilisées pour l’expédition des GPL (on spec), à une

pression de 32 bars, vers H.E.H. En cas de mise hors service du pipeline, l’unité GPL-2 peut être

exploitée pendant environs 3 heures sans drainage, en mettant les produits dans les réservoirs de

stockage.


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Figure II.11 : Section de stockage.

II.2.9-Section utilités :

a- Réseau d’air instrument et d’air service :

L’air fourni par les compresseurs axiaux des turbines à gaz et les compresseurs d’air à vis sert ;

- d’une part pour fournir de l’air service (besoins unité, utilités : utilisation pour soufflage nettoyage

ou autres)

- d’autre part l’air instrument (air séché par des sécheurs d’air à alumine) pour les vannes de contrôle

et l’instrumentation de l’unité.

b- Unité de production d’azote :

Pour des raisons de sécurité, les procédures imposent un ‘’inertage’’ des capacités ou équipements

avant chaque ouverture ou intervention avec feu (soudure, chalumeau…).

Une unité de production d’azote a été installée à cet effet pour production d’azote gazeux avec une

pureté de 98% et un débit d’environ 300 Nm3/h.

Le système de gaz inerte est constitué :

- Du générateur de gaz inerte 16-V-521

- Du compresseur de gaz inerte 16-K-521

- Du réservoir de gaz inerte 16-D-521.

Le gaz inerte est transféré du 16-V-521 au 16-K-521 après passage dans le 16-D-521, il est distribué

dans l’usine de GPL-2 par un réseau de distribution [13].


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c- Système de fuel-gaz ou gaz combustible :

Le fuel-gaz est un gaz combustible sec constitué principalement de méthane et d’éthane. Il provient de

deux sources : Au démarrage à partir du manifold gaz, en marche normale à partir du gaz résiduel de

l’unité GPL-2.

Celui-ci assure l’alimentation en gaz combustible :

- Des quatre turbines à gaz KT-101 à une pression de 6 bars.

- Des trois fours H-231 à une pression de 1,5 bars.

- Des quatre pilotes du réseau de torches à une pression de 1 bar.

II.2.10-Réseau torche :

Pour la mise en sécurité de l’installation, un système de torchage a été prévu, il est constitué de quatre

torches distinctes :

- Torche compresseurs 30’’ : Elle est destinée pour réduire la pression du système de compresseur (4

compresseurs en même temps), de la pression de service (97,3 bars) à une pression proche de la

pression atmosphérique en moins de 5 minutes.

- Torche haute pression 24’’ : Chaque train est doté d’une torche de décompression pour assurer la

sécurité de l’installation et des équipements en cas de déclenchement électrique, augmentation de

pression, incidents ou autres.

- Torche froide 14’’ : Cette torche est prévue pour torcher les parties liquides de l’unité.

- Torche train 6’’ : Cette torche est moins importante, elle est destinée pour le torchage au niveau du

ballon d’huile.

II.2.11-Salle de contrôle :

La salle de contrôle de l’unité GPL-2 est équipée d’un système de contrôle récent et sophistiqué appelé

Distributed Control System (DCS), composé de huit consoles I.C.S (Information Control System)

assurant l’interface entre l’opérateur et les organes de régulation.

Des imprimantes permettent de faire ressortir tous les paramètres gérés par le M.I.F (Management

Information Field). Il existe également un système de gestion d’arrêt d’urgence de l’unité appelé E.S.D

(Emergency Shut Down) [13].

II.2.12-Laboratoire d’analyses:

Le laboratoire doit coopérer avec le service de production au moyen d'analyses des flux intermédiaires

et des produits finis (gaz résiduel, condensât et GPL). Ces analyses sont effectuées pour :

Garantir la conformité des produits aux spécifications commerciales.


Page 47

Détecter les anomalies de fonctionnement du process et permettre le rétablissement des conditions

opératoires (paramètres du process).

Optimiser le fonctionnement des installations.

L’unité GPL-2 est dotée d’un laboratoire d’analyses afin de vérifier la conformité des produits au

cours du processus de transformation. Les différentes analyses effectuées pour le contrôle de la qualité sont :

Détermination de la composition molaire des produits par la chromatographie en phase gazeuse et

celle en phase liquide.

La mesure de la tension de vapeur Reid (T.V.R) à l’aide de bombes de prélèvement.

La détermination de la densité à partir de la composition molaire.

La mesure de la teneur en eau du GPL (taux d’humidité) au moyen d’un hygromètre.

Un rapport journalier est établi et transmis au service exploitation afin de procédure, éventuellement

aux rectifications des paramètres d’exploitation de l’unité.

II.3-Système de sécurité de l’unité GPL-2 :

Organisation de la sécurité :

-Service prévention : Le service prévention a pour tâche principale :

Prévenir les accidents et les incidents.

Suivre les travaux d’intervention sur site et veiller à l’application des consignes de sécurité.

Etudier les dangers industriels et les accidents de la vie professionnelle.

Etudier les statistiques des accidents et des maladies professionnelles.

Etablir les rapports des accidents et mener des enquêtes sur les raisons éminentes des accidents.

-Service intervention : Ce service a pour tâche principale l’intervention rapide en cas d’accidents ou

d’incendies, il possède un ensemble de moyens humains et matériels mobiles et opère avec trois

équipes sur 24 heures :

-Cellule surveillance : Sa tâche est de surveiller de plus près l’ensemble de moyens humains et

matériels entrant ou sortant des installations, base de vie.....etc.

Consignes générales pour travaux d'exploitation :

Accès : L'accès des périmètres de sécurité qui entourent les installations, des surfaces, des champs est

interdit sans motif de service ou autorisation du responsable des installations.

Discipline : À l'intérieur des périmètres de sécurité entourant les installations, il est interdit de :

Fumer (sauf dans les locaux autorisés).

Faire du feu.

Rentrer des boissons alcoolisées.


Page 48

Toutes manœuvres des vannes sur les installations de production sont interdites sans la présence

d'un opérateur qualifié. Il est interdit d'utiliser de l'essence ou autres produits pétroliers pour nettoyer le

matériel à l’exception de l'emploi des solvants autorisés.

Sécurité du personnel : Le port de vêtement de protection individuel (tenues de travail adéquates,

chaussures, gants, lunettes…) est obligatoire dans l'enceinte des installations. L'utilisation d'un appareil

respiratoire autonome est obligatoire s'il y a doute sur la composition de l'atmosphère [14].

Système de lutte contre l’incendie :

Le système de lutte contre l’incendie permet une intervention rapide et efficace en cas où un incendie

surviendrait dans les locaux à protéger. Il est constitué des équipements et des installations

suivants [13] :

Pompe et réservoir d’incendie : Le système d’alimentation en eau anti-incendie sous pression est

constitué :

Une pompe d’incendie principale entraînée par moteur.

Une pompe d’incendie de réserve entraînée par moteur diesel.

Une pompe pour le maintien du réseau d’eau à 6 bars.

Une pompe jockey de réserve.

Un réservoir d’eau anti incendie (à toit conique).

Réseau d’eau anti-incendie :

Il est réalisé autour et le long de routes de l’usine, il est à l’air libre sauf lorsqu’il traverse la route

ainsi que la zone d’accès.

Il est prévu l’installation de vannes de sectionnement en des points stratégiques et en quantité

suffisante.

Bouches d’incendie : Elles sont connectées à la canalisation principale, et installées le long des routes

de l’usine à des intervalles ne dépassant pas 40 m.

Armoire à tuyaux souples : Elle est installée toutes les deux bouches d’incendie.

Dévidoir à tambour extérieur de tuyaux souples : Un tuyau souple semi-rigide de 40 mm de

diamètre et de 20 m de longueur avec une lance à jet diffusé est prévu pour le point stratégique de

l’unité.

Extincteur d’incendie :

Des extincteurs portatifs à poudre sèche de 12 kg (intérieur des abris de compresseurs, du bâtiment

de contrôle).

Des extincteurs portatifs à CO2 de 5 kg (intérieur de l’abri de pompes (GPL) et de la sous station).


Page 49

Des extincteurs de 50 kg de poudre sur roues (zone de procédé, extérieur de l’abri de pompes GPL

et de compresseur).

Système fixe de refroidissement à l’eau : Est prévu pour les sphères.

Système d’extinction à CO2 : Il est basé sur un système d’injection totale, est installé pour :

enveloppes de turbine à gaz, sous station, salle de contrôle d’armoires, salle d’électricité et espace

d’accès libre.

Système d’extinction à poudre sèche : Il est basé sur un système d’injection totale, est installé pour :

pompe GPL, transformateur, turbo-expander.

Système d’alarme d’incendie : Un système d’alarme incendie est prévu avec l’équipement suivant :

Salle de contrôle : sirène à moteur, boutons poussoirs, détecteurs de fumée pour le système

d’extinction à CO2, sonnerie d’alarme d’incendie, lampe de projection CO2.

Sous station : Détecteurs de fumée pour le système à CO2 pour la salle de l’appareillage de

commutation, boite brise-vitre avec bouton poussoir, sonnerie d’alarme d’incendie, lampe de

projection CO2.


Page 50

III.1-Les problèmes de transport du GPL :

Caractérisée par sa capacité de production; 1600 T/J de condensat et 4800 T/J de GPL, l'unité

de récupération du GPL/condensat des gaz associés du pétrole brut GPL-2 a enregistré ces

dernières années des contraintes majeures relatives aux moyens de transport du GPL, ces

problèmes sont répartis comme suit:

III.1.1-Les problèmes externes :

L'indisponibilité par disjonction ou arrêt pour travaux de révision des stations de pompage

du GPL : SP1, SP2, SP3, SP4, SP5 (activité transport par canalisation).

La haute pression de la ligne de transport du GPL LR1; suite à l'installation de nouveaux

champs de production de GPL.

L'autonomie de stockage limitée au niveau du terminal d'ARZEW.

L'incapacité de prélèvement des navires de transport de GPL dû aux mauvaises conditions

climatiques notamment en périodes hivernales.

III.1.2-Les problèmes internes :

L'autonomie de stockage du GPL est très réduite par rapport à celle du condensat (5 heures

pour le GPL par rapport à 70 heurs pour le condensat).

L'ensemble de ces problèmes provoquent systématiquement le changement de paramètres

et le mise en chauffage de l'unité, puis le recyclage du GPL, cette situation conduit

automatiquement à une mauvaise exploitation de l'installation et engendre par conséquent des

pertes en production de condensat (manque à produire en C5+).


Page 51

Figure III.1 : Capacité de production de l’unité de récupération de GPL/condensat dans le

cas normal [13].

Figure III.2 : Capacité de production de l’unité de récupération de GPL/condensat dans le

cas d’arrêt d’expédition du GPL [13].


Page 52

III.2-Les statistiques de manque à produire en condensat :

Le manque à produire en condensat est la quantité de condensat en tonnes qui reste pour

atteindre une production de 750 tonnes/jour estimé en hiver et 1050 tonnes/jour en été.

Tableau III.1: Cumul de manque à produire en condensat depuis 2005 [13]

Année Temps d’arrêt Manque à produire

en C5+ (Tonnes)

Observation

2005 671 :30 22800 Travaux à SP1+Stock

haut terminal

2006 982 :50 20475

Arrêt et limitations des

expéditions+Travaux

électriques à SP4

2007 469 :00 13197

Déclenchement et

disjonction à

SP4+Freinage LR1

2008 355 :38 11310

Limitations des

expéditions+Disjonction

et travaux SP2

2009 589 :45 17728

Haute pression dans le

pipe LR1+Arrêt

d’expéditions suite aux

fuites du GPL sur le

pipe 24’’ entre SP4,SP5

2010 184 :20 3595 Travaux à SP1+

Disjonction à SP4

2011 83 :50 2954

Travaux à

HEH+Disjonction à

SP2 et SP4

2012 32 :30 1028 Travaux LR1+Freinage

du pipe LR1

2013 42 :30 1049 Travaux à SP1+Travaux

à HEH

2014 132 :40 6118 Travaux à SP1 et SP2+

Freinage du pipe LR1

2015 92 :30 1929

Travaux à

SP1+Limitations des

expéditions

∑ 3637 :03 102 183 -


Page 53

Graphe III.1 : Manque à produire en condensat depuis l’année 2005

III.3-Mise en chauffage de l’unité :

Afin d’éviter l’arrêt générale de l’installation à cause de l’une des contraintes de transport

de GPL, on doit faire basculer l’unité on mode recyclage de GPL.

Ce mode d’exploitation est basé principalement sur la remontée de la température de

l’unité dans plusieurs sections (cryogénique – détente – fractionnement) suivant la procédure

décrite ci-dessous (pour chaque train) :

1) Commencer à réduire la charge du train progressivement à travers le débit entrant à

l’expandeur (K201) du 260 kNm3/h (régime normale) au 180 kNm3/h, en agissant sur la

fermeture progressive de la vanne FV203A jusqu’à atteindre une vitesse minimale d’environ

6000 tr/mn qui nous permet d’arrêter cette machine. Ceci est recommandé afin d’éviter le

changement brusque des paramètres et le choc thermique surtout au niveau de la batterie

cryogénique.

2) Ouvrir les by-pass des échangeurs cryogéniques (E203-E204-E205).

3) Ouvrir les by-pass des condenseurs de la colonne dééthaniseur C201 (E207-E208).

4) Arrêter l’expandeur et commencer l’exploitation par la vanne Joule-Thompson FV203B à

180 kNm3/h (régime réduit).

5) Continuer la réduction jusqu’à atteindre un débit de 140 kNm3/h (régime très faible), en

agissant sur la fermeture progressive de la vanne Joule-Thompson FV203B.

0

5000

10000

15000

20000

25000

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

2280020475

1319711310

17728

3595 29541028 1049

6118

1929


Page 54

6) Réduire progressivement la charge qui passe à travers la vanne de niveau du ballon

séparateur à l’entrée de l’expandeur (FV204) de 45% au 10%.

7) Arrêter le turbo-compresseur (booster).

8) Augmenter graduellement la température de chauffe du rebouilleur de la colonne

dééthaniseur (E209) en agissant sur la vanne du débit d'huile chaude TV217A.

9) Régler les débits aspirés par les pompes de charge (G201) et de reflux (G202) de la

colonne dééthaniseur suivant le niveau du liquide dans les ballons d’aspiration.

Le GPL liquéfié est évaporé vers la tête de la colonne dééthaniseur C201 par le chauffage au

fond de cette dernière, puis sera dirigé avec le gaz résiduel vers les stations de réinjections.

Ce mode d’exploitation provoque les problèmes suivants :

Endommagement des pompes suite au problème de cavitation.

Dégradation du métal suite au chauffage fréquent de l'unité due à la montée de la

température.

Présence des fuites de gaz aux niveaux des plans de brides des lignes du process, donc

risque HSE sur l'installation.

Par contre au GPL, le condensat au niveau de l'unité UVC n'a rencontré aucune contrainte

liée ni au stockage (une capacité de 7500m3 pendant les 70 heures) ni au transport par le pipe

LR1.

En vue de garantir la production de condensat et de gérer la production de GPL, la présente

étude à pour but de remédier à ce problème par la proposition d'une nouvelle installation

appelée "système de vaporisation de GPL" qui offre à la fois une maîtrise parfaite du stockage

de GPL et une production permanente de condensat. Le système préconisé consiste à installer

un échangeur de chaleur à pour rôle de vaporiser le GPL en utilisant l’apport calorique du

circuit d’huile chaude existant.


Page 55

Introduction :

Le but visé de tout ce qui suit est de calculer le dimensionnement et les paramètres de cette nouvelle

unité de vaporisation avec changement d’état sous les contraintes des températures d’entrée et de sortie

des deux fluides circulant dans l’échangeur.

Le calcul est basé sur la détermination des paramètres suivants :

Le bilan énergétique de l’installation.

La quantité de chaleur échangée entre les deux fluides.

La surface d’échange nécessaire.

Les paramètres dimensionnels de l’évaporateur.

La résistance d’encrassement.

Les pertes de charge.

Le rôle de cet évaporateur est de chauffer le GPL d’expédition par l’intermédiaire des pompes

d’expédition de 54,6°C et 32 bars par échange de chaleur avec l’huile chaude (TORADA TC 32) à

288°C qui passe à travers les fours 11/12/13H 231 cette dernière va retourner au ballon tampon

11/12/13 D-231.

.

Figure IV.1 : Schéma de l’unité de vaporisation (HYSYS-Photo écran-) [15].


Page 56

Figure IV.2 : Circuit d’huile chaude (énergie fournie, données design).

IV-1-Bilan énergétique de l’installation :

Energie d'excès de l'installation = Energie fournie - Energie cédée

Tableau IV.1 : Bilan énergétique de l’installation

Energie Equipement Nombre Q unitaire

(M kcal/h) Q total (M kcal/h)

Energie fournie Récupérateurs 4 11,693 46,772

Fours 3 18,600 55,8

∑

102,572

Energie cédée E-211 3 10,144 30,432

E-209 3 8,333 24,999

E-201A/B/C 3 7,981 23,943

E-302 1 2,802 2,802

∑

82,176

Excès d’énergie (M kcal/h) 20,396


Page 57

En remarquant qu’il y a un excès d’énergie de 20,396 M kcal/h au niveau de l’installation qui nous

permet d’utiliser cette énergie comme une source pour la vaporisation du GPL.

Figure IV.3 : Perte d’énergie au niveau du refroidisseur E-231.

IV.2-Caractéristiques du GPL à vaporiser :

Tableau IV.2 : Propriétés et composition du GPL

GPL

Température (°C) 54,6

Pression (bar) 32

Débit massique (Tonnes /j) 4800,24

Débit volumique (m3/j) 8955,67

Masse volumique à 15°C (kg/m3) 536

Masse molaire (g/mol) 47,71

Composition

% MOL

C2 1,97

C3 70,67

IC4 7,19

NC4 20,31

IC5 0,02

NC5 0,02

TOTAL 100


Page 58

IV.2.1-Calcul du point de rosée (tr) et du point de bulle (tb) :

IV.2.1.1-Point de rosée (tr= t2):

C’est la température de vaporisation du GPL à 32 bars (changement d’état du GPL à l’état vapeur), on

choisit C4 l’élément clé pour préparer la première hypothèse puis à l’aide du graphe de Jenny et

Scheibel ; graphe 1 (voir annexe A), on détermine le coefficient d’équilibre (Ki) afin de retrouver la

température de vaporisation de notre mélange par itérations successives, en vérifiant à chaque fois

l’équation de l’isotherme de la phase vapeur :

∑Yi

Ki= 1 ……………….(IV.1)

∑ Xi = 1 ………………..(IV.2)

Xi, Yi : Fractions molaires (liquide, vapeur) de chaque constituant.

À: P=32 bar implique P= 464,1 psia.

On commence notre itération par T’= 180°F :

Le schéma suivant nous aide pour calculer la température de rosée (tr) :

Figure IV.4 : La méthode de détermination de tr par itérations successives.


Page 59

Les résultats obtenus sont démontrés dans le tableau ci-dessous :

Tableau IV.3 : Calcul du point de rosée

Composant Yi % Mi

(kg/kmol)

Ki

(180°F) Yi/Ki

Ki

(190°F) Yi/Ki

Ki

(200°F) Yi/Ki

Ki

(210°F) Yi/Ki

C2 1,79 30,07 2,2 0,008 2,4 0,007 2,5 0,007 2,6 0,007

C3 70,67 44,094 1,1 0,642 1,15 0,615 1,2 0,589 1,3 0,544

IC4 7,19 58,124 0,5 0,144 0,6 0,120 0,65 0,111 0,7 0,103

NC4 20,31 58,124 0,45 0,451 0,5 0,406 0,55 0,369 0,6 0,339

IC5 0,02 72,151 0,22 0,001 0,24 0,001 0,27 0,001 0,3 0,001

NC5 0,02 72,151 0,2 0,001 0,21 0,001 0,24 0,001 0,25 0,001

∑ 100

1,248

1,167

1,078

0,993

On a : °F = 1,8°C + 32

À : T’ = 210°F :∑Yi

Ki = 0,993 donc : T’ = 98,88°C

Pour mieux assurer la vaporisation on ajoute 5°C

IV.2.1.2-Point de bulle (tb) :

C’est la température de début de changement d’état du GPL, à laquelle apparait la première bulle de

vapeur.

Comme les étapes précédentes pour le calcul du point de rosée, on propose une valeur pour T’, et à

l’aide du graphe de Jenny et Scheibel ; graphe 1 (voir annexe A) on détermine le coefficient

d’équilibre (Ki), et on exécute les itérations successives jusqu’à la réalisation de l’équation d’isotherme

de la phase liquide suivante :

∑ Xi Ki = 1 ……………...(IV.3)

∑ Yi = 1 ………………(IV.4)

À : P=32 bars implique P= 464,1psia

On commence notre itération par T’= 180°F.

tr = 103,88 °C


Page 60

Les résultats obtenus sont démontrés dans le tableau ci-dessous :

Tableau IV.4 : Calcul du point de bulle

Comp Xi % Mi

(kg/kmol)

Ki

(180°F) Xi*Ki

Ki

(190°F) Xi*Ki

Ki

(200°F) Xi*Ki

Ki

(210°F) Xi*Ki

C2 1,79 30,07 2,2 0,039 2,4 0,043 2,5 0,045 2,6 0,007

C3 70,67 44,094 1,1 0,777 1,15 0,813 1,2 0,589 1,3 0,544

IC4 7,19 58,124 0,5 0,036 0,6 0,043 0,65 0,111 0,7 0,103

NC4 20,31 58,124 0,45 0,091 0,5 0,102 0,55 0,369 0,6 0,339

IC5 0,02 72,151 0,22 0,00004 0,24 0,00005 0,27 0,001 0,3 0,001

NC5 0,02 72,151 0,2 0,00004 0,21 0,00004 0,24 0,001 0,25 0,001

∑ 100

0,944

1,00040

1,115

0,993

À : T’=190°F: ∑ Xi ∗ Ki = 1,00040, donc : T’ = 87,77 °C

Pour mieux assurer les résultats on ajoute 5°C

IV.2.2-Calcul de la capacité calorifique spécifique (Cp):

IV.2.2.1-Phase liquide (CpL): T=54,6°C

On utilise la méthode de Rowlinson- Bondi :

CPL−CP

°

R= (0,5 + 2,2 ω)[3,67 + 11,64(1 − Tr)4 + 0,634 (1 − Tr)−1]……………(IV.5)

Avec : CpL : Capacité calorifique spécifique liquide (kcal/kg°C).

CP° : Capacité calorifique spécifique standard (kcal/kg°C).

ω : Facteur acentrique.

Tr : Température réduite.

tb = 92,77 °C


Page 61

Calcul de 𝐂𝐏° :

On utilise la méthode de Sternling et Brown :

CP° = A + BT + CT2 + DT3 + ET4…………..(IV.6)

Avec : A, B, C, D et E sont des paramètres donnés pour chaque constituant.

T : Température de service (T= 54,6°C).

Tableau IV.5 : Calcul de la capacité calorifique spécifique standard (CP° )

Comp Mi

(kg/kmol) Yi

(% mol)

Mi*Yi

(kg/kmol) A B C D E

CPi°

(Joule/mol

K)

Yi* CPi°

(Joule/mol

K)

C2 30,07 1,79 0,54 28,146 4,34E-02 1,89E-04 -1,91E-07 5,33E-11 56,618 1,013

C3 44,09 70,67 31,16 28,277 1,16E-01 1,96E-04 -2,33E-07 6,87E-11 79,920 56,479

IC4 58,12 7,19 4,18 6,772 3,41E-01 -1,03E-04 -3,68E-08 2,04E-11 106,554 7,661

NC4 58,12 20,31 11,80 20,056 2,82E-01 -1,31E-05 -9,46E-08 3,41E-11 107,943 21,923

IC5 72,15 0,02 0,01 -0,881 4,75E-01 2,48E-04 -6,75E-08 -8,53E-12 178,863 0,036

NC5 72,15 0,02 0,01 26,671 3,23E-01 4,28E-01 -1,66E-07 5,60E-11 46082,537 9,217

100,00 47,71

96,329

CP

° (kcal/kmol K) 23,050

CP

° (kcal/kg K) 0,483

Calcul de Tr et Pr :

Tableau IV.6 : Calcul de Tr et Pr du GPL à T= 54,6°C

Composant Mi (kg/kmol) Yi

(% mol) Tci(K) Yi*Tci (K) Pci (bars) Yi*Pci (bars)

C2 30,07 1,79 305,42 5,467 48,8 0,874

C3 44,094 70,67 369,82 261,352 42,49 30,028

IC4 58,124 7,19 408,14 29,345 36,48 2,623

NC4 58,124 20,31 425,18 86,354 37,97 7,712

IC5 72,151 0,02 460,43 0,092 33,81 0,007

NC5 72,151 0,02 469,65 0,094 33,69 0,007

Total

100,00

382,704

41,249

P (bars) Pcm=∑ Yi*Pci

(bars) Pr=P/Pcm T(K)

Tcm=∑ Yi*Tci

(K) Tr=T/Tcm

32 41,249 0,78 327,6 382,704 0,856


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Avec :

Tci : La température critique de chaque composant (K).

Pci : La pression critique de chaque composant (bars).

Tcm : La température critique du mélange (K).

Pcm : La pression critique du mélange (bars).

Tr : La température réduite.

Pr : La pression réduite.

Calcul de déviation : En tenant compte du gaz réel ;

Tableau IV.7 : Calcul du facteur acentrique ω

constituant Yi ωi yi*ωi

C2 1,79 0,099 0,002

C3 70,67 0,152 0,107

IC4 7,19 0,177 0,013

NC4 20,31 0,199 0,040

IC5 0,02 0,228 0,000

NC5 0,02 0,249 0,000

Total 100,00

0,162

En remplaçant les valeurs de CP° , Tr et ω dans la relation de Rowlinson-Bondi, on aura :

CPL − CP°

R= (0,5 + 2,2 ∗ 0,162)[3,67 + 11,64(1 − 0,856)4 + 0,634 (1 − 0,856)−1]

CPL − 23,05

1,98= 8,1066

CPL = 36,7367 cal/mol K = 0,770 kcal/kg℃

IV.2.2.2-Phase vapeur (Cpg): tr= 103,88 °C

On utilise la méthode de Lee-Kesler :

CPg = CP° + ∆CP ………….(IV.7)

CP° = ∑ CPi

° …….…………..(IV.8)


Page 63


Comp Mi

(kg/kmol) Yi

(% mol)

Mi*Yi

(kg/kmol) A B C D E

CPi°

(Joule/mol

K)

Yi* CPi°

(Joule/mol

K)

C2 30,07 1,79 0,54 28,146 4,34E-02 1,89E-04 -1,91E-07 5,33E-11 62,292 1,115

C3 44,09 70,67 31,16 28,277 1,16E-01 1,96E-04 -2,33E-07 6,87E-11 88,758 62,726

IC4 58,12 7,19 4,18 6,772 3,41E-01 -1,03E-04 -3,68E-08 2,04E-11 119,316 8,579

NC4 58,12 20,31 11,80 20,056 2,82E-01 -1,31E-05 -9,46E-08 3,41E-11 119,919 24,355

IC5 72,15 0,02 0,01 -0,881 4,75E-01 2,48E-04 -6,75E-08 -8,53E-12 209,565 0,042

NC5 72,15 0,02 0,01 26,671 3,23E-01 4,28E-01 -1,66E-07 5,60E-11 60961,618 12,192

100,00 47,71

109,009

CP


CP

° (kcal/kg K) 0,547

∆CP = (∆CP)° + ω(∆CP)1…………..(IV.9)

À l’aide des tableaux 1 et 2 (voir annexe A), on détermine(∆CP)°, (∆ Cp)1 à partir de Tr et Pr.

Tableau IV.9 : Calcul de Tr et Pr du GPL à tr= 103,88°C

Comp

Mi

(kg/kmol) Yi

(% mol)

CPi° (Joule/mol

k)

Yi*CPi°

(Joule/mol

k)

i Yi*i Tci (K) Yi*Tci

(K)

Pci

(bars) Yi*Pci

(bars)

C2 30,07 1,79 61,002 1,092 0,099 0,001 305,42 5,467 48,8 0,874

C3 44,09 70,67 86,766 61,318 0,152 0,093 369,82 261,352 42,49 30,028

IC4 58,12 7,19 116,493 8,376 0,177 0,015 408,14 29,345 36,48 2,623

NC4 58,12 20,31 117,256 23,815 0,199 0,047 425,18 86,354 37,97 7,712

IC5 72,15 0,02 202,571 0,041 0,228 0,000 460,43 0,092 33,81 0,007

NC5 72,15 0,02 57425,653 11,485 0,249 0,029 469,65 0,094 33,69 0,007

Total

100,00

106,126

0,185

382,704

41,249

P (bars) Pcm=∑ Yi*Pci

(bars) Pr=P/Pcm T(K)

Tcm=∑ Yi*Tci

(K) Tr=T/Tcm R(Joule/mol k)

32 41,249 0,78 376,88 382,704 0,985 8,32

(∆CP)° = 0,342 kcal/kg℃

(∆CP)1 = 0,690 kcal/kg℃


Page 64

∆CP = 0,342 + (0,162 ∗ 0,690) = 0,454 kcal/kg℃

CPg = 0,547 + 0,454

IV.3-Calcul de l’énergie nécessaire pour la vaporisation:

IV.3.1-Calcul de l’énergie reçue par le GPL (Qr) :

Qr = Q1 + Q2 …………..(IV.10)

Qr : l’énergie reçue par le GPL (kcal/h).

Q1 : l’énergie reçue de t1à tb (sans changement d’état) (kcal/h).

Q2 : l’énergie reçue de tb à t2=tr (avec changement d’état) (kcal/h).

IV.3.1.1-Calcul de Q1 :

Q1 = F1 ∗ ∆CP ∗ ∆t ……………(IV.11)

F1 : Débit massique du GPL en (kg/h).

Cp : Capacité calorifique spécifique du GPL en (kcal /kg °C).

F1 =4800,24 ∗ 1000

24= 2 ∗ 105Kg/h

Q1 = 2 ∗ 105[(1,00078 ∗ 92,77 − 54,6 ∗ 0,770)] = 1,016 ∗ 107kcal/h

IV.3.1.2-Calcul de Q2 :

Q2 = ∑ Yi ∗ ∆Hi ∗ F1 ………….(IV.12)

∆Hi = (HS − He) ……………..(IV.13)

Hs : Enthalpies de sortie du GPL (kcal/kg) [15].

He : Enthalpies d’entrée du GPL (kcal/kg) [15].

F1 (T/J) t (°C) Cp (kcal/kg °C)

4800,24 54,6 0,770

92,77 1,00078

CPg = 1,00078 kcal/kg℃


Page 65

Tableau IV.10 : Calcul de Q2

Composant

Yi

(% mol) Hi,e

(Btu/lb)

Hi,e

(kcal/kg)

Hi,s

(Btu/lb)

Hi,s

(kcal/kg)

(∆Hi)

(kcal/kg) Q2=Yi*∆Hi)*F1

(kcal/h)

C2 1,79 515 286,592 579 322,207 35,615 127502,668

C3 70,67 385 214,248 443 246,524 32,276 4561937,738

C4 27,5 330 183,641 381 212,022 28,381 1560950,527

C5 0,04 320 178,076 377 209,796 31,720 2537,588

∑ 100

6252928,521

Rappel :

1cal 0,00396 Btu

1cal 4,18 Joule

1kJ/kg 0,4299 Btu/lb

1kcal/kg 1,796982 Btu/lb

Donc : Qr = 1,016 ∗ 107 + 6,253 ∗ 106

IV.3.2-L’énergie cédée par l’huile (Qc) :

À partir de l’équilibre, on a Qc = Qr

Température de sortie de l’huile T2 :

Pour calculer le débit de l’huile, il faut d’abord proposer T2 de sortie d’huile, la proposition est selon

les températures de sorties d’autres unités qui sont en relation avec ce débit d’huile pour :

Assurer le bon fonctionnement des pompes.

Maintenir la température de sortie du four constante égale à 288°C.

Donc la température d’huile proposée est : T2 = 154°C.

Calcul du débit d’huile :

F2 =Qc

∆CP∗∆T …………..(IV.14)

F2 : Débit d’huile en (kg/h).

Cp : Capacité calorifique spécifique d’huile en (kcal/kg °C) : Déterminée graphiquement ‘’graphe 7’’

(Voir annexe A).

Qr = 16,713 M kcal/h

Qc = Qr = 16,713 M kcal/h

Q2 = 6,253 ∗ 106 kcal/h


Page 66

F2 =1,671∗107

(288.0,679)−(154.0,565)= 152600kg/h

IV.4-Calcul d’échangeur à faisceau et calandre :

IV.4.1-Estimation de la surface d’échange A’:

La surface d’échange sera calculée à partir de l’équation suivante :

A′ =QC

Us′∗Fc∗∆TLM …………...(IV.15)

A’ : Surface estimée en (m²).

Us’ : Coefficient de transfert sale (kcal/h.m².°C).

∆TLM : La différence de température moyenne logarithmique (°C).

Fc : Facteur de correction sans unité.

V.4.1.1-Calcul de ∆TLM (°C) :

Figure IV.5 : Echangeur à contre - courant pur.

Cette différence de température est calculée par la relation suivante :

∆Tmax = T1 − t2 = 288 − 103,88 = 184,12 ℃

∆Tmin = T2 − t1 = 154 − 54,6 = 99,4℃

∆Tmax

∆Tmin= 1,852

T (°C) Cp (kcal/kg °C)

Entrée 288 0,679

Sortie 154 0,565

F2 =152,600 T/h


Page 67

Le rapport de ∆T𝑚𝑎𝑥

∆Tmin > 1,8 donc on utilise cette équation :

∆TLM =∆Tmax−∆Tmin

Ln (∆T𝑚𝑎𝑥∆Tmin

) …………….(IV.16)

∆TLM =184,12−99,4

Ln(1,852)= 137,590℃

IV.4.1.2-Calcul du facteur de correction Fc :

Le terme Fc mesure l’efficacité de l’appareil par rapport à l’écoulement contre courant pur.

Déterminé en fonction de R : sa résistance, E : caractérise le rendement de l’échangeur. En effet, la

limite supérieure de la température de sortie de t2 du fluide froid est égale à T1 température d’entrée de

fluide chaud donc:

E =t2−t1

T1−t1 ……………(IV.17)

E =103,88 −54,6

288 – 54,6= 0,211

R =T1−T2

t2−t1 …………..(IV.18)

R =288 −154

103,88 – 54,6= 2,719

D’après les graphes 2, 3, 4, et 5 (voir annexe A) du facteur de correction en fonction de (E, R), on

détermine Fc :

Tableau IV.11 : Détermination de Fc

Fc

Appareil 1 passe côté calandre, 2 passes côté tube 0,94

Appareil 2 passes côté calandre, 4 passes côté tube 0,98

Appareil 3 passes côté calandre, 6 passes côté tube 1

Appareil 4 passes côté calandre, 8 passes côté tube 1

Donc : ∆TLMcorrigé = ∆TLM ∗ Fc = 137,59 ∗ 0,94

Pour notre calcul en premier lieu, on choisit : un appareil 1 passe côté calandre, 2 passes côté tube.

Echangeur (1 - 2)

nc nt

1 2

∆TLMcorrigé = 129,33℃


Page 68

IV.4.1.3-Estimation de Us’ :

Pour le coefficient de transfert sale, quand il s’agit d’une circulation de produit lourd (huile) avec un

gaz léger (GPL), et d’après le tableau 3 (voir annexe A), on trouve Us’ entre [150 – 300] kcal/ h.m².°C.

Donc on prend : Us′ = 300 kcal/Kg℃ .

Donc, pour un échangeur (1 - 2) : A′ =Qc

Us′ ∗ Fc∗.∆TLM

= 16,55∗106

300∗0,94∗137,59= 426,542 m2

On fait le même calcul pour les autres appareils : Echangeur (2 - 4), (3 - 6) et (4 - 8)

Tableau IV.12 : Calcul de la surface estimée

Appareil 1 passe côté calandre, 2 passes côté tube : Echangeur (1 - 2) 426,542 m2

Appareil 2 passes côté calandre, 4 passes côté tube : Echangeur (2 - 4) 409,132 m2



IV.4.2-Choix des diamètres d et D des deux tubes concentriques :

Selon le diamètre extérieure (de=0,01905 m) et la longueur (L=6,096 m) d'échangeurs existants dans

l’unité de GPL-2, et à partir du tableau 4, (Voir annexe A), on a choisi :

Tableau IV.13 : Caractéristiques des tubes d’échangeur

Diamètre

extérieure

(In, m)

Calibre

Birmingham

WIRE GAGE

WBG

Pas

Triangulaire Nature

Epaisseur

(mm)

Diamètre

intérieur

(m)

Section

(cm2)

Poids

(kg)

¾’’

14

(15/16)’’

Acier 2,10 0,01483 1,727 0,963 0,01905 m 0,02381 m

Le pas : c’est la disposition des tubes d’échangeurs, il s’effectue selon des pas carré ou triangulaire.

(Tableau 5, voir annexe A).


Page 69

Figure IV.6 : Le pas carré, et le pas triangulaire.

IV.4.3-Détermination de nombre des tubes N’t :

N′t =A’

π ∗de∗L …………….(IV.19)

N′t = 426,542

3,14∗0,01905∗6,096= 1169,748 tubes

À partir de tableau 6 : Disposition des tubes en triangle (voir annexe A), on détermine Nt et Dc selon la

valeur de N′t :

Tableau IV.14 : Détermination des caractéristiques de l’échangeur

Caractéristique Symbole La dimension

Nombre des tubes Nt 1200

Diamètre de la calandre Dc 94 (cm)

IV.4.4-Détermination de Us de l’appareil :

Us = Us′ [

Nt′

Nt ]……………(IV.20)

Us = 300 [1169

1200] = 292,25 kcal/ h. m². °C

IV.4.5-Choix des fluides à l’intérieur du faisceau et dans la calandre :

Pour mieux assurer le fonctionnement et la protection de l’échangeur on choisit :

Coté tube : Huile TORADA TC 32.

Coté calandre : GPL.

IV.4.6-Température calorique Tc (°C) :

L’intensité de l’échange de chaleur dépend du régime hydrodynamique du courant ainsi que des

paramètres physiques des produits, ces paramètres dépendent de la température, qui n’est pas constante


Page 70

dans toutes les sections de l’échangeur, d’où la nécessité de fixer une température moyenne à laquelle

les paramètres physiques seront considérés.

Cette température moyenne n’est autre que la température calorique (Tc) qui dépend de la température

d’entrée (Te) et de sortie (Ts) du fluide froid ou chaud, définie par :

Tc = T2 + Fc (T1 − T2) …………..(IV.21)

Fc : Facteur de correction donné par la formule suivante :

Fc = f(Kc,∆TFr

∆TCh)………….(IV.22)

Kc : Coefficient donné par la formule suivante :

Kc = f(Te, Ts, d4t ) ………….(IV.23)

Kc, Fc déterminés à l’aide du graphe 6 (voir annexe A).

d4t = d4

15 − K(t − 15)…………..(IV.24)

d4t : Densité du fluide à la température t par rapport à la densité de l’eau à 4°C.

IV.4.6.1-Huile :

T1 (°C) T2 (°C) T= T1-T2

Huile TORADA TC 32 288 154 134

K est un coefficient dépendant de la densité du produit, selon le tableau suivant :

Tableau IV.15 : Les valeurs du coefficient K

d415

= 0,871, donc : K= 0,00065

d4134 = 0,871 − 0,00065(134 − 15) = 0,794

∆ Tfr (°C) (T1 –t2) 184,12

∆ Tch (°C) (T2- t1) 99,4

d415 0,60 – 0,70 0,70 – 0,76 0,76 – 0,80 0,80 – 0,85 0,85 – 0,88 0,88 – 0,90

K 0,0009 0,00085 0,0008 0,00075 0,00065 0,00062

∆ tfr/ ∆Tch = 1,852


Page 71

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-dessous :

Tableau IV.16 : Résultats obtenus pour l’huile

IV.4.6.2-GPL :

De façon analogue à celle de l’huile, on obtient pour le GPL :

Fluide t1 (°C) t2 (°C) t = t2-t1

GPL 54,6 103,88 49,28

d415

= 0,525, donc : K= 0,001

d449,28 = 0,525 − 0,001(49,28 − 15) = 0,491

Tableau IV.17 : Résultats obtenus pour le GPL

d415 K d4

49,28 Kc Fc tc (°C)

0,525 0,001 0,491 0,1 0,54 77,269

IV.4.7-Calcul du coefficient de transfert propre Up:

Lorsque l’échangeur est neuf, les résistances Rsi, Rso sont nulles et on définit alors un coefficient de

transfert propre Up, tel que :

1

UP=

1

h0+

1

hi ……………..(IV.25)

Figure IV.7 : Les résistances d’encrassement.

d415 K d4

134 Kc Fc Tc (°C)

0,871 0,00065 0,794 0,21 0,54 226,36


Page 72

IV.4.7.1-Calcul du coefficient du film interne 𝐡𝐢𝐨 (Côté tube) :

hio = hi di

de ………(IV.26) et hi =

Nu∗ λ

di

………..(IV.27)

Les caractéristiques de l’huile à Tc =226,36°C:

Les paramètres physiques tels que la viscosité, la conductivité thermique, la chaleur spécifiques, et la

densité doivent êtres déterminés à la température calorique Tc définie précédemment.

À partir des graphes ; 7, 8, 9, 10 de caractéristiques d’huile (voir annexe A), on détermine les valeurs

de Cp’, d’, λ’,et µ’ à la température calorique Tc :

Tableau IV.18 : Caractéristiques de l’huile à Tc

Section de passage (at) :

at =Nt∗π∗dit

2

4 nt ……………(IV.28)

at =1200 ∗ 3,14 ∗ 0,014832

4 ∗ 2= 0,104 m2

Vitesse massique (Gt):

Gt =F2

at …………………(IV.29)

Gt =152475,539

0,104= 1471963,253 kg/h m2

Calcul de nombre de Reynolds (Re) :

Re =Gt∗di

µ …….…..(IV.30)

Cp’ (kcal/kg°C) 0,639

d’ 0,742

λ’ (kcal/h.m.°C) 0,1175

µ’ ( kg/h m) 3,24

Nt F2(kg/h) dit2 (m) nt at (m

2) Gt (kg/h.m²)

1200 1,526.105 0,00022 2 0,104 1471963,253


Page 73

Re =1471963,253∗0,01483

3,24= 6737,412 (Re˃2300 donc le régime est turbulent).

Calcul de nombre de Prandtl (Pr):

Pr =Cp∗µ

λ ………………..(IV.31)

Pr =0,639 ∗ 3,24

0,1175= 17,620

Calcul de nombre de Nusselt (Nu):

Nu = 0,023(Re)0,8(Pr)0,4 …………(IV.32)

Nu = 0,023(6737,412)0,8(17,62)0,4 = 83,329

Donc le coefficient d’échange thermique du film interne est :

hio =83,329∗0,1175

0,01905= 513,972 kcal/h m2℃

IV.4.7.2-Calcul du coefficient du film externe ho (Côté calandre):

ho =Nu∗λ

de …………..(IV.33)

Les caractéristiques du GPL à tc = 77,269 °C :

1) Capacité calorifique spécifique:

Lorsqu’on a tc < tb (77,269 < 92,77), le GPL est à l’état liquide, donc avec tc = 77,269°C on utilise la

méthode de Rowlinson-bondi.


Comp Mi

(kg/kmol) Yi

(% mol)

Mi*Yi

(kg/kmol) A B C D E

CPi°

(Joule/mol

K)

Yi* CPi°

(Joule/mol

K)

C2 30,07 1,79 0,54 28,146 4,34E-02 1,89E-04 -1,91E-07 5,33E-11 59,211 1,060

C3 44,09 70,67 31,16 28,277 1,16E-01 1,96E-04 -2,33E-07 6,87E-11 83,985 59,352

IC4 58,12 7,19 4,18 6,772 3,41E-01 -1,03E-04 -3,68E-08 2,04E-11 112,501 8,089

NC4 58,12 20,31 11,80 20,056 2,82E-01 -1,31E-05 -9,46E-08 3,41E-11 113,505 23,053

IC5 72,15 0,02 0,01 -0,881 4,75E-01 2,48E-04 -6,75E-08 -8,53E-12 192,883 0,039

NC5 72,15 0,02 0,01 26,671 3,23E-01 4,28E-01 -1,66E-07 5,60E-11 52668,746 10,534

100,00 47,71

102,126


Page 74

CP


CP

° (kcal/kg K) 0,512

Alors :

Tcm (°C) 382,704

R (kcal/kmol °C) 1,98

tc (K) 350,269

ω=∑ωi*Yi 0,162

Tr 0,915

Cp° (kcal/kg °C) 0,512

D’après l’application numérique on trouve que :

CPL − CP°

R= (0,5 + 2,2 ω)[3,67 + 11,64(1 − Tr)4 + 0,634 (1 − Tr)−1]

CPL = 1,152 kcal/kg°C

2) Calcul de la densité (𝐝𝟒𝟕𝟕,𝟐𝟔𝟗) :

d4tc = d4

15 − K(t − 15)

d477,269 = 0,525 − 0,001(77,269 − 15) = 0,463

3) Calcul de la viscosité dynamique :

Selon la méthode d’Orrick et Erbar :

Ln µ = ∑ Yi ∗ Ln µi ……………(IV.34)

Ln [µi

µoi ] = A +

B

tc ………….(IV.35)

µi = µoi ∗ eA+

B

tc

A et B : sont des facteurs calculés par les équations suivantes :

A = −(6,95 + 0,21 ∗ Nc) ……………(IV.36)

B = 275 + (99 ∗ Nc) …………(IV.37)


Page 75

Avec Nc: représente le nombre de carbone du constituant.

Tableau IV.20 : Calcul de la viscosité du GPL

Composant

Yi (% mol)

Nc A B µoi(cp) exp(A+B/tc) μi (cp)

Ln μi

Yi*Ln μi

C2H6 1,79 2 -7,37 473 16,48 0,002 0,040 -3,218 -0,058

C3H8 70,67 3 -7,58 572 25,66 0,003 0,067 -2,702 -1,909

IC4H10 7,19 4 -7,79 671 32,38 0,003 0,091 -2,397 -0,172

NC4H10 20,31 4 -7,79 671 33,65 0,003 0,095 -2,358 -0,479

IC5H12 0,02 5 -8 770 45,17 0,003 0,137 -1,991 -0,0004

NC5H12 0,02 5 -8 770 45,17 0,003 0,137 -1,991 -0,0004

Total 100

-2,619

Ln µ = - 2,619

µ = exp (-2,619) = 0,073 cp

On a: 1cp = 3, 6 kg/h m et donc : µ = 0,262 kg/h m

4) Calcul de la conductivité thermique λ :

Déterminée graphiquement: λ = 0,18 kcal/h.m.°C [15]

Donc les caractéristiques du GPL à tc = 77,269°C sont :

Tableau IV.21 : Caractéristiques du GPL à tc

Cp (kcal/kg°C) 1,152

d 0,463

λ (kcal/h.m.°C) 0,18

µ (kg/h m) 0,262

Diamètre equivalent Deq:

Deq = 3,464p2

π∗de− de………….(IV.38)

Deq =3,464 ∗ (0,02381)2

3,14 ∗ 0,01905− 0,01905 = 0,0138 m


Page 76

Section de passage par calandre:

ac = (Dc

P) (P − de)B ……………(IV.39)

B: la distance entre deux chicanes: on prend B = 0,58 m

Figure IV.8 : Les chicanes.

ac = (0,94

0,02381) (0,02381 − 0,01905)0,58 = 0,109 m2

Vitesse massique:

Gc =F1

ac ……………….(IV.40)

Gc =2 ∗ 105

0,109= 1834862,385 kg/h m2

Calcul du nombre de Reynolds:

Re = Gc∗Deq

µ ……………….(IV.41)

Re =1834862,385∗0,0138

0,262= 96645,423 (Re˃2300 donc le régime est turbulent).

Calcul du nombre de Prandtl (Pr) :

Pr =Cp ∗ µ

λ

Pr =1,152 ∗ 0,262

0,18= 1,677

Deq(m) B(m) ac(m2) F1 (kg/h)

0,0138 0,58 0,109 2.105

B = (p*at)/Dc (p-de)


Page 77

Calcul du nombre de Nusselt (Nu):

Nu = 0,023(Re)0,8(Pr)0,4

Nu = 0,023(96645,423)0,8(1,677)0,4 = 255,206

Donc : h0 =255,206∗0,18

0,01905= 2411,397 kcal/h m2℃

Le coefficient de transfert propre :

UP =hi0 ∗ h0

hi0 + h0

UP =513,972 ∗ 2411,397

513,972 + 2411,397= 423,670 kcal/h m2 ℃

IV.4.8-Calcul du nombre de chicanes:

NCh =L

B ……………..(IV.42)

NCh =6,096

0,58= 10,510 = 11 chicanes

Nch: nombre de chicanes.

L: Longueur de l’échangeur (m).

B: la distance entre deux chicanes (m).

IV.4.9-Calcul de la température du tube Tt :

Tt = Tc − [hi

hi0−hi] [Tc − tc] ………………….(IV.43)

Tc (°C) tc (°C) hi0(kcal/h m² °C) h0(kcal/h m² °C) Tt (°C)

226,36 77,269 513,972 2411,397 185,974

IV.4.10-Calcul de la résistance d’encrassement Rs:

Rs =1

Us−

1

UP ………………(IV.44)

Rs =1

292,437−

1

423,670= 0,0011 h. m2. ℃/kcal


Page 78

IV.4.11-Les pertes de charges (∆p) :

Selon l’équation de Frining valable en régime isotherme :

∆P =f∗G2∗L

di∗ρ …………………(IV.45)

∆p : Pertes de charge (kg/cm²).

f : Coefficient de friction en fonction du Reynolds.

G : Vitesse massique (kg/h.m)

ρ : Masse volumique moyenne du liquide ou du gaz à la température calorique (kg/m3).

L : Longueur (m).

Détermination du facteur de la température Ф𝐭 :

La non iso thermicité de l’écoulement qui provoque les déviations en transfert de chaleur. Sider et Tate

proposent de corriger l’équation de Frining par le facteur Фt introduit au dénominateur de l’équation

précédente :

Фt = (µ

µt)0,14 ………….….(IV.46) ∆P =

f∗G2∗L

di∗ρ∗Фt ……………….(IV.47)

En utilisant l’équation de la méthode d’Orrick et Erbar on calcule µt (côté calandre) :

Tableau IV.22 : Calcul de la viscosité du GPL à Tt

Composant Yi

(% mol)

Nc A B µoi(cp) exp(A+B/Tt) μi (cp)

Ln μi

Yi*Ln μi

C2H6 1,79 2 -7,37 473 16,48 0,002 0,029 -3,537 -0,063

C3H8 70,67 3 -7,58 572 25,66 0,002 0,046 -3,089 -2,183

IC4H10 7,19 4 -7,79 671 32,38 0,002 0,058 -2,851 -0,205

NC4H10 20,31 4 -7,79 671 33,65 0,002 0,060 -2,812 -0,571

IC5H12 0,02 5 -8 770 45,17 0,002 0,081 -2,512 -0,0005

NC5H12 0,02 5 -8 770 45,17 0,002 0,081 -2,512 -0,0005

Total 100

-3,023

Ln µ = −3,023

µt = exp(−3,023) = 0,0486 CP = 0,175 kg/h m

µ (kg/h m) µt à Tt (kg/h m) Фt

Côté tube 3,24 4,68 0,95

Côté Calandre 0,262 0,175 1,48


Page 79

Calcul de f :

D’après la courbe du coefficient de friction en fonction de Reynolds, on a :

IV.4.11.1-Les pertes de charge à l’intérieur des tubes :

∆Pt = (nc∗nt∗Gt

2

1,271∗1015∗dTt′ ) (

ft∗L

di∗Фtt+ 2) ……………………(IV.48)

À partir du graphe 8 (voir annexe A), on détermine la densité d'huile à la température du tube

(185,96°C), dTt′ = 0,767

Donc :

∆Pt = (1 ∗ 2 ∗ (1471963,253 )2

1,271 ∗ 1015 ∗ 0,767) (

0,22 ∗ 6,096

0,01483 ∗ 0,95+ 2) = 0,3908 kg/cm2

IV.4.11.2-Les pertes de charge à l’extérieur des tubes :

∆Pc = (nc∗fc∗Gc

2(Nch+1)Dc

1,271∗1015∗dTt∗Deq∗Фtc) ……………………….(IV.49)

Calcul de la densité du GPL à la température de tube (𝐝𝟒𝟏𝟖𝟓,𝟗𝟕𝟒

) :

d4Tt = d4

15 − K(Tt − 15)

d4185,974 = 0,525 − 0,001(185,974 − 15) = 0,354

Donc : ∆Pc =1∗0,11∗(1834862,385)2(11+1)∗0,94

1,271∗1015∗0,354∗0,0138∗1,48= 0,455 kg/cm2

Côté Re f

Côté tube 6737,412 0,22

Côté calandre 96645,423 0,11


Page 80

IV.5 Propriétés et paramètres de l’évaporateur :

Tableau IV.23: Propriétés et paramètres de l’évaporateur

Propriétés & paramètres Symbole La valeur

Energie échangée Qc 16,713 M kcal/h

Nombre de tubes nécessaires N’t 1169,748

Nombre de tubes réels Nt 1200

Surface d’échange A’ 426,542 m2

Différence de température moyenne logarithmique ∆TLMcorrigée 129,33 °C

Coefficient de transfert sale Us 292,25 kcal/h.m².°C

Coefficient de transfert propre Up 423,670 kcal/h.m².°C

Coefficient de film interne hio 513,972kcal/h.m² °C

Coefficient de film externe ho 2411,397 kcal/h.m².°C

Résistance d’encrassement Rs 0,0011 h.m².°C/kcal

Côté

Tube

Nombre de passe nt 2

Diamètre extérieur de 19,05 mm

Diamètre intérieur di 14,83 mm

Épaisseur e 2,10 mm

Pas triangulaire P 23,81 mm

Longueur L 6,096 m

Débit d’huile F2 152,600 T/h

Température d’entrée d’huile T1 288 °C

Température de sortie d’huile T2 154 °C

Perte de charges ∆Pt 0,3908 kg/cm²

Côté

calandre

Nombre de passe nc 1

Diamètre Dc 94 cm

Débit de GPL F1 200 T/h

Température d’entrée de GPL t1 54,6 °C

Température de sortie de GPL t2 103,88 °C

Perte de charges ∆Pc 0,455 kg/cm²

Nombre de chicanes Nc 11


Page 81

V.1-Généralités sur la simulation :

Le développement de l’informatique dans le domaine de la simulation, nous permet de se

passer du calcul manuel long, par l’utilisation des logiciels de simulation.

Les simulateurs existants tels que Aspen Plus, ChemCAD, Hysim, Hysys, Pro-II sont les plus

vendus et deviennent de plus en plus indispensables pour concevoir de nouvelles unités et

pour optimiser les procédés qui fonctionnent parfois loin de leur optimum. Cela dit, le

simulateur HYSYS est l’un des plus performants logiciels de simulation.

V.1.1-Définition de la simulation :

La simulation est définie comme étant la représentation d'un phénomène physique ou un

système par un modèle mathématique ayant un comportement semblable. Autrement dit, la

simulation permet de représenter par des modèles mathématiques les différents phénomènes

de transfert de masse, d’énergie et de quantité de mouvement qui se produisent dans les

différentes opérations unitaires.

V.1.2-Modèle mathématique :

Le modèle mathématique est composé d’une série d’équations développées dans l’objectif de

décrire le comportement d’un système donné (opération unitaire: séparation de phases,

fractionnement de composants, compression, détente, échange de chaleur ou autre).

Ce sont des équations de conservation de masse, d’énergie et de quantité de mouvement. Ces

équations peuvent être algébriques ou différentielles.

Modèles thermodynamiques basés sur les équations d’Etat :

Les modèles thermodynamiques basés sur les équations d’état sont utilisés pour le calcul des

systèmes d’hydrocarbures. Ils peuvent être utilisés pour calculer des propriétés

thermodynamiques telles que : la constante d’équilibre K, l’entropie, l’enthalpie et la

densité…

Equations d’états usuelles (SOAVE et PENG-ROBINSON) :

L’équation de SOAVE s’écrit comme suit :

P =RT

V − b−

a(T)

V(V + b)

SOAVE a introduit les relations suivantes pour exprimer la fonction a(T) :

a(T) = acα(TR)

α(TR) = [1 + m(1 − √TR)]²


Page 82

Où:

Le coefficient m est calculé en fonction du facteur acentrique ω :

m = 0,480 + 1,574ω − 0,176ω2

L’équation de PENG-ROBINSON a été introduite en vue d’améliorer les résultats obtenus

par l’équation de SOAVE, notamment en ce qui concerne le calcul des densités en phase

liquide, sans modifier le nombre de paramètres :

P =RT

V − b−

a(T)

V(V + b) + b(V − b)

Les termes a(T) et b sont définis comme suit :

a = 0,45724R2TC

2

PCα(TR)

Le terme (TR) présente la même forme générale que dans le cas de l’équation de SOAVE,

mais la fonction reliant le paramètre m au facteur acentrique est différente :

m = 0,37464 + 1,54226ω − 0,26992ω²

b = 0,0778RTC

PC

Ces équations sont très largement utilisées dans les modèles de simulation, en production et

traitement de gaz, car elles résolvent correctement les problèmes d’équilibre et permettent de

supposer des densités liquides plus en accord avec les valeurs réelles que les autres équations.

V.1.3-Utilisation du simulateur :

Le simulateur peut être utilisé lors de la conception d’un procédé industriel afin de :

• Établir des bilans de matière et d’énergie d’un procédé industriel.

• Dimensionner les équipements de ce procédé.

Ou bien dans le suivi des procédés qui sont déjà installés afin de :

• Etudier un problème pour réajuster les paramètres de fonctionnement dans le cas de

changement de compositions de l’alimentation ou des conditions de fonctionnement de

certains équipements.

• Déterminer les performances des équipements.

V.2-Aperçu sur le mode de fonctionnement de HYSYS :

Après la mise en démarrage de HYSYS, sur la barre d’outils sous l’onglet New case, cliquer

la fenêtre ‘’ simulation basis manager ’’ pour introduire les composants du gaz et d’huile et

le modèle thermodynamique.


Page 83

Figure V.1 : Fenêtre de simulation de base (HYSYS-Photo écran-)

V.2.1-Les composants du gaz :

On clique sur ’’add’’, une fenêtre s’affiche contient tous les composants chimiques avec leurs

formules. On ajoute les éléments désirés en cliquant sur ’’add pure’’. Puis on ferme cette

fenêtre.

Figure V.2 : Introduction des composants de GPL (HYSYS-Photo écran-)


Page 84

V.2.2-Les paramètres d’huile :

Sur le bas de la première fenêtre et pour le cas des huiles lourdes dont leurs composants sont

inconnus. On peut à l’aide des graphes ; 7, 8, 9 et 10 des caractéristiques d’huile (voir annexe

A) introduire les paramètres de cette huile à différentes températures, en cliquant sur ‘’oil

manager’’, ‘’enter oil environment’’, ‘’add’’ puis on choisit ‘’Bulk properties’’ pour

remplir les valeurs de chaque paramètre.

Figure V.3 : Introduction des paramètres d’huile (HYSYS-Photo écran-)

V.2.3-Choix du modèle thermodynamique :

Pour la simulation de notre évaporateur, on a travaillé avec l’équation d’état de peng-

robinson.

Toujours sur le bas de la fenêtre ‘’ simulation basis manager ’’, on clique sur la commande

‘’fluid pkgs’’, ‘’ add’’. Puis on cherche et on clique sur le bouton équation d’état ‘’EOS’’

peng-robinson.


Page 85

Figure V.4 : Introduction du modèle thermodynamique (HYSYS-Photo écran-)

On ferme cette fenêtre puis on va à la commande ‘’enter simulation environment’’ pour

installer notre évaporateur, une fenêtre d’activité s’affiche, alors, on place les deux fluides

sous forme de flèches et on clique pour introduire les paramètres (fraction, débit, pression,

température..); l’accord (la conversion) est signalé par le changement de couleur du

‘’rectangle de confirmation’’ du jaune au verre pour signifier la suffisance des paramètres.


Page 86

Figure V.5 : Introduction des paramètres du GPL (HYSYS-Photo écran-)


Page 87

Figure V.6 : Introduction de la composition du GPL (HYSYS-Photo écran-)

V.2.4-Les paramètres de l’évaporateur :

Après l’installation de notre évaporateur, on double clique, pour introduire ses paramètres (les

fluides passants du côté tube et du côté calandre, ∆P, les paramètres dimensionnels), des que

la couleur du ‘’rectangle de confirmation’’ est vert, cela signifie que notre équipement

converge.


Page 88

Figure V.7 : Introduction de ∆P de l’évaporateur (HYSYS-Photo écran-)

Figure V.8: Introduction des paramètres dimensionnels de l’évaporateur (HYSYS-Photo écran)


Page 89

V.3-La simulation de l’évaporateur :

Après les étapes précédentes, on fait la simulation de l’évaporateur avec une température de

sortie d’huile à 150°C, et un débit d’huile de 152,6 T/h pour atteindre la vaporisation du GPL

en vérifiant son état physique.

Figure V.9 : Simulation de l’évaporateur (HYSYS-Photo écran-)

En remarquant que 100% du GPL est devenu à l’état vapeur à la température T = 105,6°C.


Page 90

V.4-Les résultats obtenus par HYSYS :

V.4.1-Le GPL :

Tableau V.1 : Résultats obtenus par HYSYS pour le GPL

V.4.2-L’huile TORADA TC 32 :

Tableau V.2 : Résultats obtenus par HYSYS pour l’huile TORADA TC 32

Propriété Unité GPL

Entrée Sortie

Fraction

molaire

Éthane

%

1,79

Propane 70,67

i-butane 7,19

n-butane 20,31

i-pentane 0,02

n-pentane 0,02

Température ℃ 54,6 105,6

Pression kPa 3200 3155

Masse moléculaire kg/kmol 47,71

Masse volumique kg/m3 478,4 78,35

Débit massique kg/h 2 *105

Débit molaire mol/h 4192

Enthalpie massique kJ/kg -2595 -2245

Capacité calorifique massique kJ/kg.℃ 2,997 3,055

Conductivité thermique W/m.k 7,822*10-2 3,054*10-2

Viscosité Cp 8,914*10-2 1,283*10-2

Propriété Unité Huile TORADA

Entrée Sortie

Température ℃ 288 150

Pression kPa 500 460,9

Masse moléculaire kg/kmol 161

Masse volumique kg/m3 33,58 762,4

Débit massique kg/h 1,526*105

Débit molaire mol/h 947,8

Enthalpie massique kJ/kg -1465 -1924

Capacité calorifique massique kJ/kg.℃ 2,607 2,251

Conductivité thermique W/m.k 7,27*10-2 0,1178


Page 91

V.5-Comparaison des résultats :

Tableau V.3 : Comparaison des résultats de simulation par HYSYS et du calcul manuel

Paramètre Unité Calcul

manuel

Simulation

HYSYS La différence Ecart (%)

Point de rosée °C 103,88 105,6 1,72 1,6

Point de bulle °C 92,77 91,14 1,63 1,7

Energie échangée M kcal/h 16,713 16,80 0,087 0,5

Débit d’huile T/h 152,6 152,6 0,00 0,00

Différence de température

moyenne logarithmique °C 129,33 127,95 1,38 1,1

Surface d’échange m2 426,542 429,8 3,258 0,7

Conclusion :

D’après les résultats obtenus manuellement et par le simulateur HYSYS, on peut dire que se

sont des résultats fiables car l’écart entre les deux ne dépasse pas 1,7% et ce quel que soit le

paramètre.

Conclusion générale

Page 92


Durant mes études à l’université de BADJI MOKHTAR, j’ai pu acquérir une base théorique

sur le génie mécanique, qui m’a permis de réaliser mon stage pratique au niveau de l’unité

GPL-2 de HASSI-MESSAOUD.

Cette mise en situation professionnelle m’a permis de me familiariser avec le secteur des

équipements mécaniques ainsi que les hydrocarbures, en touchant de près les problèmes réels

entre autres celui lié au dimensionnement et calcul des échangeurs à changement de phase

(évaporateurs) et de mettre en application les bases théoriques acquises durant mon cursus.

Un des problèmes majeurs de l’unité GPL-2 est l’interruption de l’expédition du GPL. Afin

d’y remédier, ce dernier doit être revaporisé pour sa réinjection. Une nouvelle installation de

vaporisation du GPL utilisant l’excès d’énergie de l’unité doit être implantée. Le thème de

notre mémoire consiste en le dimensionnement et le calcul des paramètres de cette

installation.

On a opté pour un échangeur de chaleur tube calandre et la méthode de l’écart logarithmique

moyen a été utilisée pour dimensionner cet échangeur.

Ainsi, les caractéristiques de l’évaporateur calculé sont :

La surface d’échange : 426,542 m²

Longueur de l’échangeur : 6,096 m

Nombre des tubes : 1200 tubes

Nombre des chicanes : 11 chicanes

Ces résultats obtenus par une méthode manuelle ont été confrontés à ceux obtenus à l’aide de

la simulation par le logiciel HYSYS. L’écart maximal entre les deux est de 1,7%.

Ce système de vaporisation du GPL qui existe déjà dans des différents champs à l'instar de

Tiguentourine et Alrar a bien montré son efficacité opérationnelle. En effet, il permet de:

1) Maîtriser le stockage du GPL d’une façon adaptée avec la norme de sécurité de

l’installation.


Page 93

2) Maintenir la production de condensât de l’unité GPL-2 pour assurer une production

permanente des condensats valorisés de l’unité UVC.

3) Garantir une reprise facile et rapide de la production de GPL, après la résolution du

problème des expéditions de ce dernier.

4) Assurer la marche optimale de l'installation sans changement d’aucun paramètre.

5) Résoudre le problème de recyclage de l’unité.

6) Eviter toute éventuelle anomalie telle que les déclenchements et l’endommagement des

garnitures des pompes.

7) Assurer un gaz combustible traité pour les fours et les turbines de l’unité GPL-2 et pour

les stations de compression et éviter les risques de présence de bouchons liquides dans les

brûleurs et les chambres de combustion.

Références bibliographiques

Page 94

[1] Chouat, Chahinez. Etude de l’unité GTFT en mode Turn Down. Janvier 2017; 61P.

[2] Dimensionnement d’une batterie d’échangeur E201. Octobre 2015; 72P.

[3] Hajd, Ali Djamel. Etude de la section de déshydratation de l’unité GPL-2 HASSI-

MESSAOUD. Aout 2005; 75P.

[4] Daddiou, Abdelaziz. Optimisation des paramètres de marche de l'unité de GPL de

RHOURDE NOUSS. 2010; 58P.

[5] Etude des fours tubulaires de l’unité GPL-1 à HASSI-MESSAOUD. Septembre

2015; 91P.

[6] Benziad, Houssem. Réalisation d’une colonne de stabilisation du condensat au

niveau de l’unité de traitement de gaz. 2008; 124P.

[7] Abbaci, Youcef. Calcul des paramètres de fonctionnement du dépropaniseur (Unité

38, Traitement du GPL) à HASSI-R’MEL. Juin 2012; 60P.

[8] Kaabouche, Boumedien. Description de la section de stockage de l’unité GPL-1

HASSI MESSAOUD. Novembre 2017; 38P.

[9] Boumaza, A. Introduction à la chaine pétrolière et gazière. 2015; 197P.

[10] Description de l’unité GPL-2 HASSI MESSAOUD. 2015; 48P.

[11] Farah, Ali. Etude de l’impacte de méthanol comme inhibiteur de formation

d’hydrates au niveau de l’unité GPL-2/CIS-HASSI-MESSAOUD. Janvier 2014; 86P.

[12] Rapport de stage. Février 2014 ; 25P.

Références bibliographiques

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[13] Daddiou, Abdelaziz. Etude de la section déshydratation au niveau de l’unité

GPL2 HASSI-MESSAOUD. Novembre 2015; 124P.

[14] Bouchenafa, H. Etude de valorisation des condensats de HASSI-MESSAOUD.

Février 2013; 68P.

[15] Manuel opératoire de l’unité GPL-2

Annexe A : Tableaux et graphes de calcul

Page 96

Graphe 1 : Diagramme de JENNY ET SHEIBEL


Page 97

Tableau 1 : (∆ Cp)° en fonction de Tr et Pr


Page 98

Tableau 2 : (∆ Cp)1 en fonction de Tr et Pr


Page 99

Graphe 2: Facteur de correction Appareil 1 passe côté calandre, 2 passes côté tube

Graphe 3 : Facteur de correction Appareil 2 passes côté calandre, 4 passes côté tube


Page 100




Page 101

Tableau 3 : Coefficients de transfert sale Us


Page 102

Tableau 4 : Caractéristiques des tubes d’échangeurs

Tableau 5 : Disposition des tubes d’échangeurs

Tableau 6 : Disposition des tubes en triangle


Page 103

Graphe 6 :Détermination des facteurs Kc et Fc

Graphe 7 : La chaleur spécifique d’huile TORADA TC 32

Température (°C)


Page 104

Graphe 8 : La masse volumique d’huile TORADA TC 32

Température (°C)


Page 105

Graphe 9 : La conductivité thermique d’huile TORADA TC 32


Page 106

Graphe 10 : La viscosité d’huile TORADA TC 32

Température (°C)

vaporisation du gpl au niveau debiblio.univ-annaba.dz/ingeniorat/wp-content/uploads/2018/... ·...

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