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REPUBLIQUE ALGERIENN DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement supé

REPUBLIQUE ALGERIENN DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Abou Bekr Belkaid de Tlemcen Faculté de Technologie Département de Génie Mécanique Mémoire de fin d’étude En vue d’obtention du Diplôme Master en Génie Mécanique Option : Génie Thermique et Energie Renouvelable Amélioration des Performances thermodynamiques de la Turbine à Gaz MS5002C Par Refroidissement d'air à l'entrée du compresseur axial et récupération de chaleur. Présenté par :  libdri Mohammed El-amine Encadré par : Dr. Saim Rachid  Benbouzaine Fatima Devant le jury, composé de : Mr. N korti Président Mr. K Aliane Examinateur Mr. A Aliane Examinateur ANNEE UNIVERSITAIRE 2011/2012 Remerciements Avant tout on remercient Dieu, le Tout-Puissant, qui nous a donné la force, le courage et la patience pour poursuivre nos études et réaliser ce mémoire. De prime abord, on tient à exprimer notre profonde reconnaissance et notre vifs remerciements à Monsieur SAIM RACHID, qui nous a fait l’honneur d’encadrer ce travail avec une grande disponibilité. Sa confiance, ses encouragements, son support et la passion de son travail ont été très stimulants. Merci milles fois pour le temps que vous nous avez consacré. Ce mémoire de master a été réalisée au niveau de Sonatrach - Division production – Hassi R’mel, sous la direction de Monsieur Chouha.N, chef de service exploitation, et Monsieur Melliani, contre maitre qu’ont tenons à les remercier pour la disponibilité, la confiance, les conseils, l’encadrement et le soutien moral qu’ils ont su nous apporter tout au long notre période de formation. Ont tenons également à les remercier de toute la patience dont ils ont su faire preuve au cours de la rédaction de notre mémoire. Nous remercions également Monsieur Beyaz, chef département de maintenance. Qu’il veuille trouver ici l’expression de notre gratitude pour l’aide qu’il nous a apportée durant la période de notre stage. Soyez assuré de notre profond respect et de notre vive reconnaissance. Aussi, ont voudrai exprimer cette reconnaissance à tout le personnel de Sonatrach – Division maintenance - qui nous ont toujours aidé chaque fois qu’ont désirais avancer dans notre recherches bibliographiques. Egalement, nous avons très honoré que Monsieur Y. KHADRAOUI à accepté de juger et d’assurer la présidence du jury. Qu’il trouve ici le témoignage de notre reconnaissance et de notre respectueuse gratitude. A Mr. A. ALIANE ainsi qu’à Mr. K. ALIANE, ont expriment notre sincères remerciements pour avoir accepté de juger ce travail. Ont tiens aussi très sincèrement à remercier tous nos professeurs de la faculté de Technologie de l’Université de Tlemcen qui ont façonné notre connaissance année en année ; sans eux, ont n’auraient pas eu des ressources intellectuelles nécessaires pour mener ce travail de grande envergure. A tous ceux qui ne se sentent pas nommément citer la liste est longue, ont disons merci. Dédicace Aujourd’hui, une des cimes est atteinte, son chemin ma mère et mon père l’on jalonné pour moi d’encouragement et de soutiens, c’est pourquoi je leur dédie ce présent mémoire car le grand mérite leur revient. Je le dédie également : A ma sœurs wahiba, mes frères mohamed, nabil, abdelhak,oussama. A mes amis, Med.Saim mamoune, Abassi horia…etc , pour leur sincère amitié et leur aide inestimable. Par votre belle humeur quotidienne, vous m’avez toujours encouragé et appuyé dans mes bons comme dans mes mauvais moments, et je vous en serai toujours reconnaissante. Une pensée particulière à ma très chère amie et sœur, Mlle Beddou amina, qui n’a pas cessé de me rapporter un quelconque soutien dans la vie de tous les jours. Je demande Dieu de vous bénir car vous êtes précieuse pour moi. A mon binôme med amine libdri. A tous mes autres collègues de la promotion Master 2010/2012. A tous ceux qui ont manifesté un intérêt pour mon travail et qui m’ont encouragé à rassembler les informations qui constituent aujourd’hui cette thèse. A tous ceux qui j’aime Sommaire Introduction générale………………………………………………………………………..2 CHAPITRE I : PRESENTATION DU CHAMP DE HASSI R’MEL Introduction……………………………………………………………………………………3 I.1 HISTORIQUE DU CHAMP DE HASSI R’MEL……………………………………...…3 I.1.1 Position géographique ……………………………………..………………………….3 I.1.2 Historique du champ…………………………………………………………….…3 I.1.3 Production du champ………………………………………………...……………4 I.2 ACTIVITES DU CHAMP DE HASSI R’MEL ……………………………………..……4 I.2.1 Zones d’activités……………………………………………………………….….4 I. 2.2 Composition du parc exploitation………………………………………………...7 I.3 DIRECTION REGIONALE DE HASSI R’MEL……………...………………………….8 I.3.1 Rôle des directions…………………………………………………………………9 I.3.2 Rôle des Divisions………………………………………………………………...10 I.4 DESCRIPTION GENERALE DE BOOSTING……...…………………………….…....10 I.4.1 Le rôle de station boosting…………………………………………………….….10 I.4.2 Les différentes stations Boosting………………………………………………....11 I.4.3 Description de la station boosting central (SBC)……………………………..…11 Conclusion……………………………………………………………………………………12 CHAPITRE II : GENERALITE SUR LES TURBINE A GAZ Introduction …………………………………….……….………………..............................13 II .1 Définitions……………………………………………………………………….……13 II .2 Principe de fonctionnement…………………………………………...……………....14 II .3 Type et applications des turbines à gaz……………………………………………..…14 II .3.1 Turbine à gaz à un seul arbre…………………………………….………...…15 II .3.2 Turbine à gaz à deux lignes d'arbre………………………………………..…15 II .3.3 Turbines avec étage à action et à réaction…………………..…..…………..16 II.4 Rendement……………………………………………………..……..….…..17 II.5 Avantages et inconvénients des turbines à gaz…………….............………..17 II.6 Compresseur centrifuge…………………………………………..……..……18 II.6 .1 Principaux composants du compresseur centrifuge……………………..…18 II.6.2 Principe de fonctionnement du compresseur centrifuge…………….…..…19 II.6.3 Pompage………………………………………………….………………..19 Conclusion………………………………………………………………………….……...…19 CHAPITRE III : DESCRIPTION DE LA TURBINE A GAZ MS5002C Introduction…………………………………………………………………………………20 III.1 Généralités……………………………………………………………………..………20 III.2 Principe de fonctionnement de la turbine à gaz MS5002C…………..……………….21 III.2.1. Système du lancement de la turbine………………………………………21 III.2.2 Caractéristiques typiques du lancement de la turbine à gaz………...…….22 III.2.3. Arrêt normal de la turbine à gaz……………………………………….….22 III.3 Caractéristiques de la turbine MS 5002C…………………………………….……….23 III .3.1 La partie auxiliaire………………………………………………………..24 III.3.1.1 Aspiration………………………………………………………….…...24 III.3.1.2 Corps d'admission………………………………………………………25 III.3.1.3 Système de démarrage………………………………………………......25 III.3.1.4 Système de l'huile de graissage………………………………………...25 III.3.1.5 Système d'alimentation par le combustible…………………………....26 III.3.1.6 Système d'air de refroidissement et d'étanchéité……………………...26 III.3.1.7 Dispositifs anti-pompage………………………………………….…..26 III.3.1.8 Système d'échappement…………………………………………….…26 III.3.1.8.1 Section échappement……………………………………………..….26 III.3.1.8.2 Ensemble cadre d'échappement………………………………….….27 III.3.1.8.3 Chambre d'échappement…………………………………….……...27 III.3.1.9 Paliers………………………………………………………….….…..28 III.3.1.10 Réducteur……………………………………………………….…28 III.3.1.11 Vireur hydraulique……………………………………...…………29 III.3.1.12 Système de l'embrayage de lancement………………...…………..29 III.3.2 Le compresseur axial……………………………………………….…29 III.3.2.1 Généralités…………………………………………………………..29 III.3.2.2. Rotor du compresseur…………………………………………….....30 III.2.3 Stator du compresseur…………………………………………………30 Ill .3.2.3.1 Corps coté aspiration………………………………………………31 Ill.3.2.3.2 Corps partie avant du compresseur………………………………....31 Ill.3.2.3.3 Corps partie arrière…………………………………………….…....31 Ill.3.2.3.4 Corps du compresseur côté refoulement…………………………….31 Ill.3.2.4 Aubages……………………………………………………………….31 Ill.3.3 Section combustion…………………………………………………..…32 Ill.3.3.1 Généralités…………………………………………………….……..32 Ill.3.3.2 Enveloppe de combustion…………………………………….……..33 Ill.3.3.3 Chambre de combustion……………………………………………..33 Ill.3.3.4 Bougie d'allumage……………………………………………..…….34 III.3.3.5 Détecteurs de flamme ultraviolette………………………….………34 III.3.3.6 Injecteurs de combustible……………………………………………35 III.3.3. 7 Tubes-foyers………………………………………………….……...35 III.3.4 Section turbine………………………………………………………….35 III.3.4.1 Corps de la turbine………………………………………………..…..35 III.3.4.2 Directrice du premier étage………………………………………..….35 III.3.4.3 Directrice du deuxième étage………………………………………....36 III.3.4.4 Roues de turbine………………………………………………..….….37 III.3.4.5 Ensemble diaphragme…………………………………………….…..38 III.3.4.6 Rotor de la turbine……………………………………………..……...39 III.4 Influence d'agents externes sur les performances de la turbine………………………...39 III.4.1 Effet de l'augmentation de la température d'admission du compresseur ….39 III .4.2 Influence de l'altitude sur les performances de la turbine…………………40 III.5 Influence des facteurs internes sur les performances de la turbine à gaz……………....42 III.5. 1 Chute de pression dans la section d'admission du compresseur………..…42 III.5.2 Chutes de pression dans le système d'échappement de la turbine………….42 Ill.5.3 Influence du type de gaz carburant……………………………………..…..43 III.5.4 Extraction d'air du compresseur axial………………………………………44 Conclusion……………………………………………………………………………………45 CHAPITRE IV : CALCUL THERMIQUE DE L’INSTALLATION DE LA TURBINE A GAZ SANS AMELIORATION Introduction………………………………………………………………………...………46 IV.1 Données du problème…………………………………………………………..……..46 IV. 2 Caractéristique de la turbine MS 5002 C…………………………………………….48 IV.3 Les paramètres opératoires…………………………………………………………..49 IV.4 Débit de combustible consommé par une turbine à gaz…………………………..….49 IV.5 Détermination des paramètres nécessaires au calcul du débit combustible…………..50 IV.6 Travail et puissance utile absorbés par le compresseur centrifuge pour une turbine….52 IV.6 Calcul du travail et de la puissance du compresseur axial…………………………....53 IV .6.1 Calcul du travail et de la puissance du compresseur axial au 16ème étage…………53 IV.6.2 Détermination du rendement du compresseur axial Ηca……………………………..54 IV.6.3 Détermination de la température de soutirage de l’air de refroidissement du 10iéme étage du compresseur axial TS……………………………………………………………….54 IV.6.4 .1 la puissance totale absorbée par le compresseur axial………………………..……55 IV.6.4 .2 Détermination de l’enthalpie sortie gaz d’échappement……………………….…56 IV.6.4 .3 Détermination de l’enthalpie au point 2…………………………………………...56 IV .6. 4 .4 Calcul de l’enthalpie du combustible………………………………………….56 IV.6.4.5 Recalcule de l’enthalpie H4 en tenant compte du débit de combustible…………57 IV 6.4 .6 Détermination du débit d’air stœchiométrique…………………………………..57 IV.6.4.7 Détermination de la masse d’oxygène consommée par 1 kg de combustible…….57 IV.6.4.8 Détermination de la valeur de l’excès d’air…………………………………...….58 IV.6.4 .9 Calcul de la chaleur spécifique des gaz d’échappement…………………………..60 IV.6.4. 10 L’Enthalpie à la température T4 en tenant compte du débit de combustible H’...60 IV .6.4 .11 Détermination du débit d’air en excès pour 1kg de combustible………………60 IV.6.5 Détermination des quantités massiques des gaz d’échappement…………………..61 IV.6.5 .1 Détermination de la quantité d’O2 nécessite par 1Kg de combustible……………61 IV.6.5 .2 Détermination de la quantité d’azote émise par 1Kg de combustible…………..….61 IV.6.5. 3 Détermination des quantités de CO2 et de H2O émises…………………………...62 IV.6.5 .4 Détermination de la concentration des gaz d’échappement………………………63 IV.6.5.5 Le poids moléculaire moyen des gaz d’échappement………………………….….63 VI.7 Détermination de la température sortie chambre de combustion T3 r……………….…63 VI.7. 1 Détermination de l’enthalpie H3………………………………………………...…..64 VI.8 Détermination de la température théorique T4 th……………………………...………64 VII.8. 1 Calculons δ au point T3………………………………………………………..……64 VI.8.2 détermination de CP T3……………………………………………………….……..64 VI.8.3 détermination de CV T3……………………………………………………….…….64 VI.9 Détermination du rendement de la détente de la turbine………………………….……65 VI.9.1 Détermination du rendement global de la turbine……………………………..…….65 VI.9.2 Détermination de la chaleur fournie dans la chambre de combustion………………65 VI.9.3 Détermination de la chaleur perdue à l’échappement…………………….……….…66 VI.9.4 La chaleur perdue à l’échappement…………………………………………………66 VI.9.5 Calcul thermodynamique à partir des données réelles…………………………..…..68 VI .9.5.1 Données de départ………………………………………………………..…….…69 VI.9.5.2 Résultats des calculs…………………………………………………..………….72 Conclution ……..…………………………………………………………………….……..72 uploads/Geographie/ ms-gm-libdri-benbouzaine.pdf