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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université M’Hamed Bougara Boumerdes Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie Département : Transport et équipements des hydrocarbures Mémoire de Master Spécialité : Génie mécanique : Mécanique des unités pétrochimiques Présenté par : BENABDELHALIM Houssine FEGAS Abderrazak THEME CALCUL THERMIQUE ET MECANIQUE DE L’ECHANGEUR DE CHALEUR EA4501 Soutenu publiquement le 02 / 07 / 2017 Devant le jury : Président de jury : MEFTAH Siham Encadreur : BENBRIK Abderrahmane Examinateurs : BETTAYEB Mourad Examinateurs : HALIMI Djamel Année universitaire 2016 / 2017 Remerciements En premier lieu, nous tenons à remercier notre Dieu, notre créateur pour nous avoir donné la force pour accomplir ce travail. Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à tous les professeurs qui nous ont aidés tout au long de notre cursus universitaire en particulier notre encadreur M.BENBRIK pour ses conseils et l’aide qu’il nous a apportés. Nos remerciements vont également à tout le personnel de service maintenance du DP-REB pour leurs accueils et leur soutien durant notre séjour de stage. On adresse nos remerciements à tous ceux qui de près ou de loin, même avec un sourire ont contribué à la finalisation de ce travail. Enfin, on tient à remercier les membres de jury pour avoir accepté d’évaluer ce travail et apporter leurs critiques et corrections. Sommaire Sommaire Introduction ………………………………………………………………………………... 01 Chapitre 1 Présentation de lieu de stage………………………………………………….. 02 1.1) Situation géographique ………………………………………………………...…… 02 1.2) Description générale de la région de REB …………………………...……………... 02 1.3) Le centre CPF (Central Production Facilites) ………………………………………. 03 1.3.1) Section de traitement ……………………………………………………….. 04 1.3.1.1) Séparateurs HP, MP et LP ……..………………………………………….... 04 1.3.2) Unité d’optimisation ………………………………………………………... 04 1.3.2.1) La section stabilisation basse pression ………………………..…………….. 05 1.3.2.2) Unité de déshydratation au tri éthylène glycol (TEG) …………………….... 06 1.3.2.3) La section stabilisation haute pression …………………………………….... 06 1.4) Le centre TCF (Turbo Compresseur Facilité) ………………………………………. 07 1.4.1) Description de l’unité ……………………………………………………….. 07 1.4.2) Description du procédé ………………………………………………………08 1.5) Organisation du champ de Rhourde El Baguel ……………………………………... 09 1.5.1) Division maintenance ……………………………………………………….. 09 1.5.2) Service méthodes …………………………………………………………… 10 1.5.3) Service mécanique ………………………………………………………….. 10 Chapitre 2 Technologie de l’échangeur EA4501 ………………………..……………….. 11 2.1) Introduction ……………………………………………………….………………… 11 2.2) Échangeur à faisceau et calandre à tête flottante ………………………………….... 12 2.3) L’échangeur EA4501 ……………………………………………………………….. 12 2.4) Les éléments d'échangeur EA4501 …………………………………………………. 13 2.4.1) Boîte de distribution ………………………………………………………... 13 2.4.2) La calandre …………………………………………………………………. 14 2.4.3) Plaques tubulaires …………………………………………………………... 15 2.4.4) Les tubes ………………………………………………………………….… 15 2.4.5) Le faisceau tubulaire …………………………………………….………….. 16 2.4.6) La tête flottante ………………………………………………….…………. 17 2.4.7) Chicanes …………………………………………………………...………... 18 2.4.8) Déflecteurs longitudinaux et d’entrée …………………………...…………...18 Sommaire 2.4.9) Évents, vidange ……………………………………………………………... 18 2.5) Le problème présent dans l’échangeur de chaleur EA4501 ………………………... 19 2.5.1) L’encrassement ……………………………………………………………... 19 2.6) Maintenance ………………………………………………………………………… 19 2.7) Vérification de la qualité de l'échangeur de chaleur existant ……………………….. 19 2.8) Démontage du faisceau tubulaire …………………………………………………… 20 2.9) Nettoyage des échangeurs de chaleur ………………………………………………. 20 2.9.1) Techniques de nettoyage ……………………………………………………. 21 2.9.1.1) Nettoyage mécanique hors ligne ……………………………………………. 21 2.9.1.2) Nettoyage chimique ………………………………………………………… 21 2.10) Localisation des fuites dans les tubes ……………………………………………..... 22 2.11) Le retubage de l’échangeur EA4501 ……………………………………………….. 23 2.11.1) Procédure de retubage ……………………………………………………… 23 2.12) Démarrage de l’échangeur de chaleur ……………………………………………… 24 2.13) Critiques et recommendation …………………………………………………….…. 24 2.14) Sécurité technique de l’échangeur ……………………………………………….…. 24 Chapitre 3 Calcul thermique de l’échangeur EA4501……………………………..…..… 26 3.1) But de calcul …………………………………………………………………….….. 26 3.2) Hypothèses simplificatrices …………………………………………………….…... 26 3.3) Calcul de vérification …………………………………………………………..…… 26 3.3.1) données de calcul …………………………………………………………… 26 3.3.2) Evaluation des caractéristiques des fluides à les températures caloriques - Calcul des températures caloriques ………………………………………………….27 3.3.3) Calcul de ΔTLM ……………………………………………………………. 30 3.3.4) Correction de ΔTlm …………………………………………………………. 30 3.3.5) Calcul du coefficient de transfert propre …………………………….………31 3.3.6) Le flux échangé ……………………………………………………………... 37 3.3.7) Calcul de la résistance d’encrassement ……………………………………... 37 3.3.8) Calcul des pertes de charge ………………………………………………… 37 3.3.9) Calcul de l’efficacité de transfert de chaleur ……………………………….. 38 3.3.10) Résultats de calcul …………………………………………………………... 39 3.4) Suivi des performances thermiques de l’échangeur dans le temps ……………….… 40 3.5) Interprétation des résultants ……………………………………………………..….. 42 Sommaire Chapitre 4 Calcul mécanique de l’échangeur EA4501 ….……...………………..……… 43 4.1) But de calcul mécanique ………………………………………………………...….. 43 4.2) Détermination des pressions et des températures de calcul.…………………...……..43 4.3) Caractéristiques mécaniques des éléments d’échangeur de chaleur d’après les normes ASTM …………………………………………………………………………..…… 43 4.4) Calcul des contraintes admissibles à la traction ………………………….…………..44 4.4.1) Pour la calandre (acier A515 Gr60) ……………………………………….... 44 4.4.2) Pour les tubes (acier A179) …………………………………………………. 45 4.4.3) Pour la plaque tubulaire (acier A105) ………………………………………. 45 4.5) Vérification des épaisseurs ………………………………………………………….. 45 4.5.1) Calcul de l’épaisseur de la calandre ………………………………………….45 4.5.2) Calcul de l’épaisseur de la paroi de tube …………………………………….46 4.6) Calcul de la plaque tubulaire fixe à la flexion ……………………………………… 46 4.7) Conclusion ……………………………………………………………………..…… 47 Conclusion générale ………………………………………………………………………. 48 Annexes Références bibliographiques Nomenclature Nomenclature t1 : Température d’entée du pétrole brut. t2 : Température de sortie du pétrole brut. T1 : Température d’entée de l’huile. T2 : Température de sortie de l’huile. m ̇ : Débit du pétrole brut. M ̇ : Débit de l’huile chaude. μ : Viscosité dynamique du pétrole brute à l’entrée. μ : Viscosité dynamique du pétrole brute à la sortie. μ ́ : Viscosité dynamique de l’huile chaude à l’entrée. μ ́ : Viscosité dynamique de l’huile chaude à la sortie. cp : Chaleur spécifique du pétrole brute. Cp : Chaleur spécifique de l’huile chaude. λ : Conductivité thermique du pétrole brute. λ : Conductivité thermique de l’huile chaude. F : Coefficient de correction. r : le rapport des différences de température aux extrémités froide et chaude. dT : Densité de l’huile à T°C. dt : Densité du pétrole brute à T°C. ʋ : Viscosité cinématique du pétrole brute. ʋ : Viscosité cinématique de l’huile chaude. μ : Viscosité dynamique du pétrole brute. μ : Viscosité dynamique de l’huile chaude. F : facteur de correction. U : Coefficient de transfert propre. At : Section passage coté tube. Gt : La vitesse massique coté tube. Re : Nombre de Reynolds. h : Coefficient de film interne. Nomenclature ∅: Fonction corrective pour le chauffage ou refroidissement coté tube. h : Coefficient de film interne rapporté à la surface extérieure. j : Fonction de transfert pour l’huile, elle est déterminée d’après le nombre de Reynolds. Ac : Section par calandre. G : La vitesse massique coté calandre. D : Le diamètre équivalant. h : Coefficient de film externe. ∅: Fonction corrective pour le chauffage coté calandre. ȷ ́ : Fonction de transfert pour le brut, elle est déterminée d’après le nombre de Reynolds. t : La température du tube. μ . : La viscosité de l’huile à la température du tube. μ ́ . : La viscosité du pétrole brut à la température du tube. R : La résistance d’encrassement. Us : coefficient de transfert sale. ∆P : Perte de charge coté tube. f : Coefficient de friction. ∆P : Perte de charge coté calandre. : L’efficacité de l’échangeur de chaleur. Pcc : La pression de calcul de la calandre. Pct : La pression de calcul coté tube. σr : Limite de résistance à la rupture. σe : Limite d’élasticité. [σ] : contrainte admissible. σf : résistance pratique à la flexion du matériau de la plaque. [σ]fl : contrainte admissible à la flexion. Introduction 1 Introduction Toute notre civilisation s’est construite et développée autour de ce concentré d’énergie exceptionnel qu’est le pétrole. Sa forte densité énergétique (une grande quantité d’énergie dans un faible volume) et sa facilité de stockage et de transport en ont fait une énergie prépondérante dans le bouquet énergétique mondial. L’Algérie est le 18e producteur de pétrole, malgré la chute des prix et une tendance mondiale de baisse des investissements dans ce secteur, l’Algérie est déterminée à maintenir, voire à augmenter ses investissement en amont et en aval. La priorité consiste non seulement à soutenir l’effort d’exploitation pour assurer la sécurité énergétique à très long terme, mais aussi à renforcer son rôle en tant qu’acteur important du commerce international de l’énergie. L’expédition du pétrole brut nécessite des spécifications commerciales en qualité de TVR. Pour satisfaire cette condition le brut doit être stabilisé. Le procédé de stabilisation consiste à enlever les hydrocarbures gazeux ou volatils d’un pétrole brut sans toucher aux hydrocarbures les plus lourds, par chauffage du brut jusqu’à une température précise, pour cela l’installation de stabilisation est doter d’un échangeur de chaleur tubulaires. Les échangeurs tubulaires sont encore parmi les plus utiliser dans le secteur industriel, ils constituent une technologie ancienne qui même si elle se trouve de plus en plus concurrencée reste une technologie indispensable notamment pour des fluides à forte pression ou très visqueux. Dans le but d’obtenir le diplôme de master, ce mémoire est le résultat d’un stage pratique d’une durée de 15 jours au niveau de division production de Rhourd el Baguel, Hassi Messouad. Dans ce travail nous étudierons l’échangeur EA4501 à travers les performances thermiques et mécaniques, et l’analyser de l’effet d’encrassement sur le coefficient de transfert. Notre mémoire est structuré comme suit : dans une première partie nous procédons à la uploads/Finance/ memoire-2017-maup12.pdf