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N° Ordre........../Faculté/UMBB/2012 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPU

N° Ordre........../Faculté/UMBB/2012 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA-BOUMERDES Faculté des sciences de l’ingénieur Mémoire de Magister Présenté par : LAISSAOUI Mohammed En vue de l’obtention du diplôme de MAGISTER en : Filière : Énergétique et développement durable Option : Systèmes énergétiques Avancés TITRE DU MEMOIRE Amélioration des performances d’une installation de turbine à gaz par refroidissement de l’air d’admission Devant le jury composé de : Mr MANSOURI Kacem Professeur UMBB Président Mr GHENAIT Adel Maitre .Conférences A EMP Examinateur Mr HACHEMI Madjid Maitre .Conférences A UMBB Examinateur Mr BALISTROU Mourad Maitre .Conférences A UMBB Examinateur Mr LIAZID Abdelkrim Professeur Enset/Oran Directeur de mémoire Année Universitaire 2011/2012 Remerciements Louange à Dieu qui m’a donné la force pour terminer ce modeste travail. J’exprime toute ma reconnaissance au professeur LIAZID Abdelkrim Directeur du laboratoire de recherche LTE de l’ENSET D’ORAN, qui a assuré la direction de cette étude et qui a rendu possible la soutenance. Ses compétences scientifiques et sa constante disponibilité m’ont permis de mener à bien ce travail. Mes sincères remerciements lui sont adressés. Je le remercie de m'avoir encouragé à être le plus court et le plus clair possible. Sa vigilance critique m’a permis d'éviter de nombreux écueils. Je tiens à remercier sincèrement tous les responsables de l’école doctorale EDEDD ; Pr. Mohand TAZEROUT et Dr. Mourad BALISTROU pour leur aide durant cette formation. Je remercie vivement tous les membres de mon jury, qui m’ont fait l’honneur d’examiner le mémoire. Je remercie tous mes collègues de l’EDEDD (SES et MPE) et tous ceux qui ont contribués de près ou de loin à l’élaboration de ce modeste travail. Mes derniers remerciements s'adressent à toute ma famille. Je remercie tout particulièrement mes parents qui m'ont toujours aidé, soutenu et encouragé au cours de mes études et, bien évidemment, de cet mémoire qui sans leur soutien n'aurait pu être réalisée. ii Résumé : Les turbines à gaz ont connues une grande importance dans le domaine industriel notamment dans celui des hydrocarbures. Une installation de turbine à gaz est conçue pour fonctionner dans des conditions thermodynamiques de température et de pression précisées par les standards ISO. Malheureusement ces conditions ne sont pas toujours obtenues car elles varient d’un jour à un autre, d’une région à une autre (sud, nord), et d’un climat à un autre (climat humide, aride, sec, chaud, etc…). Les performances de l’installation d’une turbine à gaz sont inversement proportionnelles à la température ambiante puisque plus la température ambiante diminue plus la masse d’air admise dans le compresseur augmente ce qui influe directement sur les performances. A cet effet notre travail consiste à étudier l’amélioration des performances d’une installation de turbine à gaz par refroidissement de l’air de l’admission à l’entrée du compresseur. Plusieurs techniques existent pour assurer le refroidissement de l’air à la prise du compresseur mais chaqu’une a ses contraintes d’utilisation. Ainsi, l’exposé aborde l’étude d’un système de refroidissement d’air par évaporation d’eau (refroidisseur par ruissellent d’eau) qui est adaptable avec les zones sec et chaude comme celle du sud d’Algérie (zone saharienne). On a relevé les données réelles d’une turbine à gaz installée à la zone gazière de HassiR’Mel (250 Km au sud d’Alger) grâce à un stage pratique à SONATRACH. Pour la modélisation on à travailler à l’aide d’un logiciel appelé Engeneering equation Solver (EES). Les résultats obtenus montrent que les performances de la turbine à gaz étudiée sont améliorées grâce à l’utilisation d’un refroidisseur où l’augmentation de la puissance nette produite varie entre 1.5 à 5 MW avec augmentation du rendement thermique de l’installation. Un autre facteur qui n’est pas négligeable est le facteur environnemental. Le refroidisseur permet de diminuer les émissions des NOx de 1 jusqu’à 7 % par rapport au cas classique (sans refroidissement). Mots clés : Turbine à gaz, Refroidissement par évaporation, température, Humidité relative,Pression, Puissance. iii Abstract: The gas turbines are widely used in the industrial field and particularly in the petroleum one. It is designed to operate at ISO standard conditions. However, we do not always find these stable conditions, as they change from day to day, from one area to another and from one climate to another. The performance of gas turbines is inversely proportional to changes of air temperature. When the ambient temperature decreases then the mass of air intake in the compressor increases which directly affects the performance. This work studies the performance improvement of the gas turbine power by intake air cooling. There are several technologies for air cooling, but each one has its own constraints of use. Thus, this work studies a system of air cooling by evaporative Cooler, which is adaptable to the dry and hot areas like the south of Algeria (Sahara region). There is actual data of a gas turbine installed in the area of HassiR'Mel (250 km south of Algiers) obtained from an internship at Sonatrach For this study, we used the software Engineering equation Solver (EES) for the modeling. The obtained results show that the performance of the studied gas turbine have improved with the use of a evaporative cooler where the increase in the net power is in the ranges from 1.5 to 5 MW with increased thermal efficiency of the installation. Another factor which is important is the environmental factor. The evaporative cooler reduces emissions of NOx from 1 to 7% compared to the classical case (without cooling). Key words: Gas turbine,Evaporator cooler, Temperature, Relative humidity, Pressure. iv :ملخص تعرف التربينات الغازية استعماال واسعا في الميدان الصناعي و باالخص في ميدان المحروقات . و هي مصممة لتشتغل في ظروف معينة تسمىISO و تتمثل في درجة حرارة51 درجة مئوية ، رطوبة60% و ارتفاع0 . متر عن سطح البحر لكن ال نجد دائما هذه الظروف مستقرة ، حيث انها تتغير من يوم الى آخر و من منطقة الى منطقة اخرى. مردود التربينات الغازية يتغير عكس تغير درجة حرارة الجو حيث ان كلما انخفضت درجة حرارة الجو زادت كتلة الهواء الداخل الى . الضاغط و العكس صحيح ، هذا ما يؤثر مباشرة على المردود على ضوء ما سبق يتجلى عمل نا هذا في دراسة تحسين مردودية تربينة غازية بواسطة تبريد الهواء قبل دخوله الى ضاغط .التربينة الغازية. حيث انه توجد عدة طرق لتبريد الهواء لكن لكل واحدة اجهادات خاصة بها لالستعمال في هذا المشروع اخترنا نظام تبريد الهواء بواسطة تبخير الماء الذي يناسب التربينات الغازية التي تعمل في المناطق الحارة و الجافة (مثل الصحراء الجزائرية). لغرض الدراسة اخذنا المعطيات الخاصة بتربينة غازية نوعMS5002C مستعملة في شركة سون ا طراك بالمنطقة الغازية حاسي الرمل الواقعة على بعد010 كيلومتر جنوب الجزائر العاصمة.و من اجل الدراسة استعمل نا برنامجEngeneeringequationSolver(EES) .من اجل اجراء الحسابات النتائج المحصل عليها تبين ان مردود التربينة الغازية المدروسة تحسن عند تبريد الهواء قبل دخوله الى الضاغط حيث توصلنا الى انه االستطاعة المنتجة تزيد بكمية تتراوح بين4.44 الى1.0 ق مي اواط و المردو د يرتفع بنسبة تتراوح بين5.1 الى0.4 % . و كذلك نذكر عامل اخر ال يمكن اهماله اال و هو العامل البيئي حيث اننا توصلنا الى تخفيض نسبة ا ن ( بعاثات الغازات السامة اكسيدات االزوتNOx ) بنسبة تتراوح بين5 الى1 % . v Sommaire Introduction ......................................................................................................................................... 2 Chapitre I Synthèse bibliographique sur l’amélioration de l’efficacité des turbines à gaz par humidification de l’air d’admission ................................................................................................................................ 4 1.1 Introduction ................................................................................................................................... 4 Les techniques de refroidissement d’air d’admission des turbines à gaz ............................................. 18 2.1 Introduction ................................................................................................................................. 18 2.2 Refroidisseur évaporatif (Evaporativecooler) ............................................................................ 19 2.2.1 Principe de fonctionnement: .................................................................................................... 19  Refroidisseur évaporatif par module humidifié (Evaporatorecooler): ....................................... 19  Refroidissement par atomisation ou pulvérisation d’eau : ......................................................... 21 Avantages : ........................................................................................................................................ 22 2.3 Systèmes de réfrigération mécaniques [9]: ................................................................................. 23  Type direct .................................................................................................................................. 23 Avantages .......................................................................................................................................... 24  Type indirect .............................................................................................................................. 24 2.4Systèmes de réfrigération mécanique avec stockage ................................................................... 25 2.4.1Stockage de la glace [5] ........................................................................................................... 25 2.4.2 Stockage de l’eau froide [10] ................................................................................................... 26 2.5 Système de refroidisseur par absorption [11] ............................................................................. 27 2.5.1 Le cycle de base d’une machine à absorption [11]: ................................................................ 28 Avantages du système de refroidissement par absorption : .............................................................. 28 2.6Conclusion ................................................................................................................................... 29 Chapitre III.Thermodynamique des Turbines à Gaz ............................................................................ 30 3.1 Note Historique sur le développement des turbines à gaz .......................................................... 30 3.2 Description des Composants d’une turbine à gaz ....................................................................... 31 3.2.1 Système de l’admission « Entrée d’air » :................................................................................ 31 3.2.2 Compresseur ............................................................................................................................ 32 3.2.3 Chambre de combustion .......................................................................................................... 32 vi 3.2.4 Turbine de détente .................................................................................................................... 33 3.2.5 Echappement de la turbine à gaz.............................................................................................. 33 3.3 Principede fonctionnement d’une turbine à gaz .......................................................................... 33 3.3.1 Evolution des gaz à travers les différents composants d’une turbine à gaz ............................. 34 Fig. 3.4 : Evolution des gaz à travers une TAG ................................................................................ 34 3.4 Les technologies des turbines à gaz [15]: .................................................................................. 35 3.4.1 Turbine à gaz à un seul arbre ................................................................................................... 35 3.4.2 Turbine à gaz à deux arbres .................................................................................................... 35 3.5 Cycle thermodynamique des turbines à gaz ................................................................................ 36 3.5.1 Etude de cycle idéal de turbine à gaz [16-14] : ....................................................................... 36 Etude de la compression ................................................................................................................... 37  Etude de la combustion .............................................................................................................. 38  Etude de la détente uploads/Geographie/ amelioration-des-performances-d-x27-une-installation-de-turbine-a-gaz-par-refroidissement-de-l-x27-air-d-x27-admission.pdf