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PREPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l‟Enseignement Su

PREPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l‟Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Kasdi Merbah – Ouargla Faculté Des Sciences Appliquées Département Génie Mécanique Mémoire De Fin D’étude En vue de l’obtention du diplôme de Master II Spécialité : Génie Mécanique Option : Energétique Présenté Par : ABABSA Mohammed BELKHAMSA Salah Eddine Thème Soutenu devant le jury : Encadreur: Mr T .GUERMIT President: Mr B. GHERFI Examinateur: Mr L.ZIANI Étude Du Processus De Liquéfaction Du Gaz Naturel Promotion 2019 Dédicace Dédicace Nous dédions ce modeste travail à : Nos grandes familles pour leurs soutiens et leurs encouragements Durant toute au long de notre carrière d’étude A nos enfants ABABSA :Ichrack , Yahia , Ilyas BELKHAMSA Mayar Ainsi qu’à tous nos amis a Hauod Elhamra et Groupement Berkine Et nos collegues 2éme Master mécanique Energétique à l’université de Kasdi Merbah – Ouargla Et à Tous qui notre connaissent. Remerciements Remerciements On premier lieu nous remercions mon DIEU à tout puissant qui nous donné la force pour L'élaboration de ce travail. On adresse nos remerciements à notre encadreur Mr : GUERMIT Tahar pour son aide précieuse et ses conseils qui ont été bénéfiques dans la réalisation de se mémoire A tous les enseignants du département Exploitation et Génie Mécanique & les travailleurs du complexe GNL1K Skikda. Nos profonds remerciements et notre gratitude vont aussi aux membres du jury, pour leur accord de juger notre travail. On adresse nos remerciements tout personnels qui nous ont tant aidées par leurs conseils et encouragements dans l’élaboration de cette présente étude en cas particulière Mr DOKKAR, Mr DRID, Mr GOURRAH, Mr BENHADDA, Mr BEN SASSI, Mr NADJAH, Mr BOUMOSBAH, Mr MARRAD et Mme DAMEN ainsi notre collègues BOUHAFER ALI, BABEKAR, ANIS ,MOURAD,BILEL, MOSBAH, SOUALAH Mohammed et Salah Eddine Condoléances Condoléances على إ ثر هذا الحادث األلٌم الذي خلف الكثٌر من الضحاٌا من عمال مركب التمٌٌع بسكٌكدة وهم ٌؤدون واجبهم المهنً تاركٌن فً قلوب أهالٌهم و أ صدقائهم حزنا فراغا رهٌبٌن. وبعد زٌارتنا للمركب ماكان علٌنا إ ال ان نقدم التعازي لعائالت و أصدقاء الضحاٌا ونتمنى من هللا عز وج.ل ان ٌسكنهم فسٌح جنانه اللهم أرحمهم و أ قبلهم عندك من الشهداء فإنك انت الرحمن الرحٌم و على اإلجابة قدٌر. ا إن هلل و إن ا إلٌه راجعو ن. Sommaire SOMMAIRE Introduction générale…………………………………………………………………………….………..01 Chapitre I I.1. introduction……………………………………………………………………………………....……03 I.2 Historique du GNL……………………………………………………………………………..……...05 I.2.1 Gaz naturel dans le monde et en Algérie……………………………………….…….……...…...…07 I.2.2 Utilisation du gaz naturel ……………………………………………………………………...….…12 I.3 Description du nouveau train de liquéfaction de SKIKDA « Méga-Train GL1K »…………..….…...14 I.3.1 Situation géographique …………………………………………...………….………………..14 I.3.2 Caractéristiques de production…………………………………………………….…...……………14 I.3.3 Composition du gaz naturel d‟alimentation (GN) …………………………………………………..15 I.3.4 Présentation des différentes unités ……………………………………………….………………...16 I.3.4.1 Les utilités ……………………………………………………………………………….…….…..16 I.3.4.2 Unité de comptage ………………… ………………………………………………….…….…..20 I.3.4.3 Unité de compression ………………………………..………………………………….………...20 I.3.4.4 Unités de traitement …………………………………………………………………….………...20 I.3.4.5 Unité de liquéfaction …………………………………………………………………….………..20 I.3.4.6 Unité de fractionnement …………………..……………………………………….…….………..21 I.3.4.7 Stockage des produits finis …………………….………………………………….…….…….…..23 Chapitre II II.2 Objectifs De Liquéfaction …………………………………………………………………..……....24 II.3 Pré-Refroidissement …………………...…………………….………………….…………….......…26 II.4 Lavage …………………..…………………………………………………………………….......…28 Sommaire II.5 Description le processus de liquéfaction ……………………………………………..……..……….29 II.5.1. L‟échangeur principal (MCHE) …...……………………………………..……...…...……………30 II.5.2. Le Système Du Réfrigérant MR ………………………………………………...………………...30 II.5.2.1 Circuit du GNL………………………………………………………………….……………......32 II.5.2.2 Compresseur du réfrigérant MR…………………………… ………………………….………..32 II.5.2.3 Circuit du MR liquide …..………………………..…………………………………….…….…..33 II.5.2.4 Circuit des vapeurs MR ……………………………..………………………………….………..33 II.5.3 L‟expander de GNL 15-MJ02 ………………………………………………………….…….........35 II.5.4 Séparation de l‟hélium ………………………………………………………………….……........36 II.5.5 Séparation de l‟azote …..…………………..……………………………………….…….………..38 II.5.6 Ligne de coulée du GNL ……………………….………………………………….…….…….…..39 II.5.7 Stockage et expédition du GNL ……………….…….…………………………….…….………..40 Chapitre III III.1 Echangeur de chaleur principal cryogénique (MCHE) 15-MC05 ………………………..…....….42 III. 1.1 Mélange réfrigérant MR ……………………..………………………………...………………...42 III.1.2 Composition du fluide MR (mélange réfrigérant) …………………………...….……………....42 III.1.3 Echangeurs bobinées ……………………………..……………………..……...…...……...…...44 III.1.4. Principe de fonctionnement ….………………………………………………...…………….....45 III.1.5 Circulation des fluides ……………….………………………………………….…………...…..45 III.2 Calcul l'efficacité de l'échangeur de chaleur 15MC-05 ……..……...…………………….……...46 III.2.1 Définition de l'efficacité :…..………………………..…………………………………..…........46 III.2.2 Méthodes de calcul de l‟efficacité dans l‟échangeur de chaleur ……………………...…..…...47 Sommaire III.2.3 Etude de l'efficacité dans l'échangeur de chaleur par la méthode ∆Tlm………………….…......48 III.2.3.1 Calcul de l‟écart logarithmique moyen de température ………………..…………….…….…..49 III.2.3.2 Calcul débit thermique unitaire pour les deux fluides ……..…………………….…….……....49 III.2.3.3 Calcul ɸ réel échangé ………………………….…………………………….…….……..……..49 III.2.3.4 Calcul de température différentielle maximale ….…………………………….….….…….…..50 III.2.3.5 Calcul flux de chaleur maximal (ɸ max possible):……………………..………….….…….......50 III.2.3.6 Calcul de l'efficacité de l'échangeur de chaleur 15MC-05……..…………………..….…..…....50 III.3 programme de calcul…………….….………………………….….…………………………...........51 III.3.1 Le programme …...………………….….……………………….…………………………....…..51 III.3.2 L‟exécution …...…………………...……..…………………….………………………….....…..52 III.4 L'efficacité en fonction de K, S, et NUT ………………………………….…….………….......53 III.4.1 L'efficacité en fonction du K …………………….….…………………………….…….…..…..53 III.4.2 L'efficacité en fonction du S …………………….….…………………………….…….…...…..54 III.4.3 L'efficacité en fonction de …...………………….….……………………………….…...…..55 III.4.4 L'efficacité en fonction de NUT …………………….….……………………….…….………...56 III.5 conclusion …………………….….……………………….………………………...…..…….…...56 Conclusion général …………………….….……………………….………………………...…..…......57 Bibliographie Nomenclature Nomenclature T1 : Température d‟entrée du fluide chaud (°C). T2 : Température sortie du fluide chaud (°C). t1 : Température d‟entrée du fluide froid (°C). t2 : Température sortie du fluide froid (°C). K : Le coefficient de transfert de chaleur globale en w/m² °C. S : La surface de transfert de chaleur en m². ɸ : Le flux de chaleur effectivement transféré en (Watt). : Le flux de chaleur maximum en (Watt). ∆Tlm : La différence de la température logarithmique moyenne en °C. Mc, Mf : Débit massique du fluide chaud et fluide froid respectivement en kg/s. Cpc, Cpf : Capacité calorifique du fluide chaud et fluide froid respectivement en Kcal/Kg°C. ∆Tc, ∆Tf : La différence de la température sortie et entré fluide chaud et froid respectivement en °C. Qtc: débit thermique unitaire pour le fluide chaud en kcal/h°C. qtf : débit thermique unitaire pour le fluide froid en kcal/h°C. NUT : Le nombre d'unités de transfert. R : Rapport de déséquilibre. Lettres grecques: Ɛ: L‟efficacité dans l'échangeur de chaleur. Nomenclature Abréviation: APCI: Air Product and Chemicals Incorporation GN : Gaz Naturel GNT : Gaz naturel traité GND : Gaz naturel décarbonaté GNL : Gaz naturel liquéfié GPL : Gaz du Pétrole liquéfié MCHE : Main Cryogenic Heat Exchanger (l‟échangeur de chaleur cryogénique principal) MR : Multi (Mixed) Réfrigérant C3MR: Propane-Precooled Mixed Refrigerant, MR Cycle and C3 (Propane) cycle. SMR: Single MR cycle DMR: Double MR cycle MDEA: Methyl Diethanol Amine HP : Haute Pression MP : Moyen Pression BP : Basse Pression Kettle : Type des échangeurs JT : Vanne Joule Thomson BOG : Boil-Off Gas Référence de l’Equipment de GNL1K : 15-MC05 : L‟échangeur principal de chaleur cryogénique (MCHE ) 15-MC01/2/3 : L‟échangeur de propane 15-MD01 : La colonne d‟épuration 15-MC15 : Le rebouilleur de la colonne d‟épuration 15-MD02 : Le ballon de reflux de la colonne d‟épuration 15-MC16 : Le refroidisseur de fond de la colonne d‟épuration Nomenclature 15-MJ01/A : Pompes de reflux de la colonne d‟épuration 16-MD08 : Séparateur MR HP 16-MJ01/2/3 : le compresseur MR 16-MC04/5/6/7 et 20-MC04/5/6/7 : 08 Refroidisseurs de réfrigérant propane 16-MJ06 : L‟expander MR 16-MD01 : Ballon d‟aspiration MR BP 15-MJ02 : L‟expander de GNL 15-MD03 : Le ballon de flash de gaz riche en hélium 15-MC06 : L‟échangeur de chaleur du gaz riche en hélium /LMR 15-MJ05 : Le compresseur du gaz riche en hélium 15-MC13 : Le refroidisseur de refoulement du compresseur de débit riche en hélium 15-ML06 : Le réchauffeur d‟hélium gazeux 15-MD04 : Le déazoteur 15-MC12 : Le rebouilleur du déazoteur 15-MJ03/A : Les pompes de produit de GNL 15-MJ04 : Le compresseur de fuel gaz 71-MF01 : Le bac de stockage 71-MJ06/A : Les pompes de retour de GNL 71-MJ01-A/B/C/D : (04) pompes de chargement de GNL Liste des figures Liste des figures Chapiter I : Figure I.1 : Utilisation du gaz naturel. ............................................................................................... 13 Figure I.2 : Situation géographique du complexe GL1K dans la zone industrielle de Skikda .......... 14 Figure I.3 : Utilités du MEGA-TRAIN. ............................................................................................ 16 Figure I.4 : Le schéma synoptique du processus du MEGA-TRAIN ................................................ 19 Figure I.5: Schéma simplifie de fractionnement ................................................................................ 21 Chapiter II : Figure II.1 : Schéma de principe de liquéfaction du Gaz Naturel ..................................................... 25 Figure II.2 : Schéma de pré-refroidissement du GN .......................................................................... 26 Figure II.3 : Schéma de les echangeurs type Kettle et la colonne d‟épuration. ................................. 27 Figure II.4 : Schéma de processus de liquéfaction du Gaz Nature .................................................... 29 Figure II.5 : Schéma de Système du refrigerant mixte (MR) ............................................................ 31 Figure II.6 : Schéma de circuit du mélange réfrigérant (MR) ........................................................... 34 Figure II.7 : Schéma de l‟expander de GNL ..................................................................................... 35 Figure II.8 : Schéma de separation de l‟hélium ................................................................................. 37 Figure II.9 : schéma de stockage de GNL. ........................................................................................ 41 Chapiter III : Figure III.1 : Echangeur de chaleur principal 15-MC05 ................................................................... 43 Figure III.2 : Echangeur de chaleur du type bobiné .......................................................................... 44 Figure III.3 : Resultats de calcul obtenu par le programme………………………………………..52 Figure III.4 : L‟évolution de l‟efficacité de l‟échangeur de chaleur en fonction de K ...................... 53 Figure III.5 : Influence de La Surface d‟échange S sur l‟efficacité de l‟échangeur de chaleur …….54 Figure III.6 : l‟évolution de l‟efficacité en fonction du flux de chaleur échang ................................ 55 Figure III.7 : Diagramme E =f(Nut ) ................................................................................................ 56 Liste des tables Liste des tables Chapiter I : Tableau I.1: Les principales reserves du gn dans le monde ……………………………………..…..8 Tableau I.2 : Les principaux pays exportateurs de gaz naturel liquefie (GNL) ……………………...9 Tableau I.3 : Pourcentage molaire uploads/Geographie/ etude-du-processus-de-liquefaction-du-gaz-naturel.pdf