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ÉQUIPEMENTS ÉQUIPEMENTS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES SUPPORT DE FORMATION Cours

ÉQUIPEMENTS ÉQUIPEMENTS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES SUPPORT DE FORMATION Cours EXP-PR-EQ020-FR Révision 0.1 Exploration & Production Équipements Équipements hydrauliques et pneumatiques Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernière Révision: 01/06/2007 Page 2 de 198 ÉQUIPEMENTS ÉQUIPEMENTS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES SOMMAIRE 1. OBJECTIFS.....................................................................................................................7 2. CONSTRUCTION ET THÉORIE .....................................................................................9 2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................9 2.1.1. Constitution d'un système hydraulique..............................................................9 2.1.2. Le fluide hydraulique .......................................................................................11 2.2. PRINCIPES ÉLÉMENTAIRES DES SYSTÈMES PNEUMATIQUES......................12 2.2.1. À propos du système d'air/gaz comprimé élémentaire ?.................................12 2.2.2. Connaissances de base ..................................................................................13 2.2.3. Rappel sur les unités de pression ...................................................................14 2.3. PRINCIPES ÉLÉMENTAIRES DE L'HYDRAULIQUE.............................................15 2.3.1. Pourquoi utiliser l'hydraulique ?.......................................................................15 2.3.2. Loi de Pascal et pression hydrostatique..........................................................16 2.3.2.1. Première Loi de Pascal ..............................................................................16 2.3.2.2. Deuxième Loi de Pascal.............................................................................17 2.3.3. Signification du mot « hydraulique » ?.............................................................19 2.3.4. Fonctionnement du système hydraulique........................................................19 2.3.4.1. Puissance hydraulique ...............................................................................19 2.3.4.2. Application de la Loi de Pascal ..................................................................20 2.3.5. Viscosité..........................................................................................................20 2.3.6. Différence entre système hydraulique et système pneumatique .....................21 3. ALIMENTATION HYDRAULIQUE .................................................................................22 3.1. LES POMPES HYDRAULIQUES............................................................................22 3.1.1. Applications.....................................................................................................22 3.1.2. Pression hydraulique.......................................................................................24 3.1.3. Fonctionnement de la pompe hydraulique.......................................................26 3.2. TYPES DE POMPES HYDRAULIQUES.................................................................27 3.2.1. Pompes volumétriques et pompes non volumétriques ....................................27 3.2.2. Pompes hydrauliques rotatives .......................................................................27 3.2.3. Pompes à engrenage ......................................................................................28 3.2.4. Pompes axiales ...............................................................................................28 3.2.5. Pompes à ailettes............................................................................................29 3.2.6. Pompes à lobes...............................................................................................30 3.2.7. Pompes à pistons............................................................................................30 3.2.7.1. Pompe à pistons radiaux............................................................................30 3.2.7.2. Pompe à pistons axiaux .............................................................................31 4. COMPOSANTS DES SYSTÈMES HYDRAULIQUES ...................................................32 4.1. INTRODUCTION SUR LES COMPOSANTS ..........................................................32 4.2. RÉSERVOIR (RÉSERVOIR DE PÉTROLE) ...........................................................33 4.2.1. Reniflard..........................................................................................................35 4.2.2. Indicateur de niveau de fluide..........................................................................35 Exploration & Production Équipements Équipements hydrauliques et pneumatiques Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernière Révision: 01/06/2007 Page 3 de 198 4.2.3. Plaque déflecteur ............................................................................................35 4.2.4. Crépine............................................................................................................35 4.2.5. Bouchon de vidange........................................................................................36 4.2.6. Plaque de nettoyage .......................................................................................36 4.3. FILTRES ET CRÉPINES.........................................................................................37 4.3.1. Crépines..........................................................................................................37 4.3.2. Filtres...............................................................................................................38 4.4. POMPE HYDRAULIQUE ET ENTRAÎNEMENT......................................................39 4.5. ÉCHANGEURS THERMIQUES DE FLUIDES ........................................................39 4.5.1. Radiateur refroidi par ventilateur et ailettes.....................................................39 4.5.2. Tube à ailettes.................................................................................................40 4.5.3. Enveloppe et tube ...........................................................................................40 4.6. INTRUMENTS DE CONTROLE DE PRESSION ET DEBIT ...................................40 4.6.1. Soupape de Sécurité.......................................................................................40 4.6.2. Manomètre ......................................................................................................41 4.6.3. Régulateur de pression ...................................................................................41 4.6.4. Distributeurs ....................................................................................................42 4.6.5. Vanne de réglage de débit et clapet anti retour...............................................43 4.7. ACCUMULATEURS................................................................................................45 4.7.1. Accumulateurs hydropneumatiques ................................................................46 4.7.2. Type à ressort .................................................................................................47 4.7.3. Poids soulevé..................................................................................................47 4.8. FLEXIBLES ET TUYAUX DE RACCORD...............................................................48 4.8.1. Tuyauterie .......................................................................................................48 4.8.2. Tubes ..............................................................................................................48 4.8.3. Flexibles ..........................................................................................................49 4.9. JOINTS, RACCORDS ET BRANCHEMENTS ........................................................50 4.9.1. Recommandations pour le montage des raccords ..........................................50 4.9.2. Rôle des raccords ...........................................................................................50 4.9.3. Différentes méthodes d’assemblage/d'étanchéité ...........................................51 4.9.3.1. Raccords de tuyaux ...................................................................................51 4.9.3.2. Bossage de joint torique.............................................................................52 4.9.3.3. Raccord à évasement ................................................................................52 4.9.3.4. Raccord à compression .............................................................................52 4.9.3.5. Autres types de montage ...........................................................................56 5. LECTURE DES SCHÉMAS HYDRAULIQUES ET PNEUMATIQUES...........................57 5.1. LECTURE DES SCHÉMAS PNEUMATIQUES.......................................................57 5.1.1. Éléments de base sur les schémas.................................................................57 5.1.2. Schéma fonctionnel et schéma de principe (avec symboles)..........................57 5.1.3. Symboles des systèmes pneumatiques ..........................................................59 5.1.3.1. Instruments et accessoires.........................................................................59 5.1.3.2. Vannes / relais pneumatiques....................................................................60 5.1.3.3. Lignes techniques ......................................................................................62 5.1.3.4. Stockage d’énergie et stockage de fluide...................................................63 5.1.3.5. Conditionneur de fluides ............................................................................64 5.1.3.6. Récepteurs à mouvements linéaires ..........................................................66 5.1.4. Types de symboles .........................................................................................66 5.1.5. Identification des éléments de commande ......................................................67 Exploration & Production Équipements Équipements hydrauliques et pneumatiques Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernière Révision: 01/06/2007 Page 4 de 198 5.1.6. Création de symboles de relais/vannes...........................................................69 5.2. LECTURE DES SCHÉMAS HYDRAULIQUES .......................................................71 5.2.1. Lecture des symboles hydrauliques ................................................................71 5.2.2. Conduites de fluide..........................................................................................72 5.2.3. Restrictions......................................................................................................72 5.2.4. Connexions rapides.........................................................................................72 5.2.5. Pompes hydrauliques......................................................................................73 5.2.6. Moteurs hydrauliques ......................................................................................73 5.2.7. Cylindres .........................................................................................................73 5.2.8. Relais (de distribution) hydrauliques ...............................................................73 5.2.9. Servomoteurs..................................................................................................74 5.2.10. Soupape de sécurité (PSV)...........................................................................74 5.2.11. Vannes régulatrices de débit.........................................................................74 5.2.12. Réservoirs .....................................................................................................74 5.2.13. Divers dispositifs hydrauliques ......................................................................75 5.3. SYMBOLES HYDRAULIQUES POUR SCHÉMAS DE CIRCUIT............................75 5.3.1. Symboles hydrauliques 1 ................................................................................76 5.3.1.1. Symboles des conduites (lignes) de fluide .................................................76 5.3.1.2. Dispositifs restrictifs ...................................................................................77 5.3.1.3. Raccord rapide...........................................................................................77 5.3.2. Symboles hydrauliques 2 ................................................................................78 5.3.2.1. Cylindres ....................................................................................................78 5.3.2.2. Vannes / Relais hydrauliques.....................................................................79 5.3.2.3. Actionneurs de relais..................................................................................79 5.3.3. Symboles hydrauliques 3 ................................................................................81 5.3.3.1. Symboles de pompes.................................................................................81 5.3.3.2. Symboles des moteurs...............................................................................82 5.3.4. Symboles hydrauliques 4 ................................................................................84 5.3.4.1. Soupapes de sécurité ................................................................................84 5.3.4.2. Vannes de conditionnement d’écoulement.................................................84 5.3.4.3. Réservoir....................................................................................................85 5.3.5. Symboles hydrauliques 5 ................................................................................86 5.3.5.1. Appareils moteurs ......................................................................................86 5.3.5.2. Indicateurs..................................................................................................86 5.3.5.3. Accumulateurs ...........................................................................................87 5.3.5.4. Conditionneurs de fluides...........................................................................87 6. OPÉRATIONS SUR LES SYSTÈMES HYDRAULIQUES .............................................90 6.1. TÂCHES DE L’OPÉRATEUR..................................................................................90 6.1.1. Actions des opérateurs....................................................................................90 6.1.2. Contrôles par l’opérateur.................................................................................90 6.1.3. Causes de défaillance du système..................................................................91 6.2. ÉCOULEMENT DU FLUIDE HYDRAULIQUE.........................................................92 6.2.1. Parcours du fluide hydraulique........................................................................92 6.2.2. Votre voiture est équipée de freins hydrauliques.............................................95 7. COMMANDES DE SYSTÈMES HYDRAULIQUES ET RECEPTEURS FINAUX ..........96 7.1. COMPOSANTS DE COMMANDE ET DE DIRECTION DU FLUIDE.......................96 7.1.1. Sélecteur de circuit..........................................................................................97 7.1.2. Principe des relais de distribution (distributeur)...............................................97 Exploration & Production Équipements Équipements hydrauliques et pneumatiques Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernière Révision: 01/06/2007 Page 5 de 198 7.1.3. Fonctionnement des relais de distribution (distributeur) ..................................99 7.1.4. Distributeurs à tiroirs des relais de distribution (distributeur).........................101 7.1.4.1. Distributeurs à tiroirs cylindriques ............................................................101 7.1.4.2. Distributeurs à tiroir à pistons...................................................................103 7.1.4.3. Distributeurs rotatifs .................................................................................104 7.1.5. Actionneurs de relais de distribution (distributeur).........................................104 7.1.5.1. Commande manuelle ...............................................................................104 7.1.5.2. Commande mécanique ............................................................................106 7.1.5.3. Commande électrique ..............................................................................107 7.1.5.4. Commande pneumatique.........................................................................109 7.1.5.5. Commande combinée ..............................................................................112 7.2. RECEPTEURS HYDRAULIQUES.........................................................................113 7.2.1. Cylindres hydrauliques ..................................................................................113 7.2.1.1. Cylindre à simple effet..............................................................................114 7.2.1.2. Cylindres à double effet ...........................................................................116 7.2.2. Moteurs hydrauliques ....................................................................................118 7.2.2.1. Moteurs à engrenage ...............................................................................119 7.2.2.2. Moteurs à ailettes (ou palettes)................................................................119 7.2.2.3. Moteurs à pistons.....................................................................................120 7.2.3. Actionneur (servomoteur) rotatif ....................................................................121 7.2.3.1. Dispositifs hydrauliques rotatifs à ailettes ................................................121 7.2.3.2. Actionneur à pistons.................................................................................123 8. FLUIDES HYDRAULIQUES ........................................................................................125 9. VANNES ACTIONNÉES PAR UN SYSTÈME HYDRAULIQUE ET LEURS COMMANDES EN APPLICATIONS SITE .......................................................................126 9.1. FONCTIONNEMENT MANUEL DE L'ACTIONNEUR ROTATIF...........................126 9.1.1. Séquence 1 – Vanne complètement ouverte.................................................126 9.1.2. Séquence 2 – Fermeture de la vanne ...........................................................127 9.1.3. Séquence 3 – Vanne complètement fermée .................................................128 9.2. FONCTIONNEMENT DE L'ACTIONNEUR ROTATIF PAR PILOTE.....................129 9.2.1. Séquence 1 – Vanne complètement ouverte.................................................130 9.2.2. Séquence 2 – Fermeture de la vanne ...........................................................130 9.2.3. Séquence 3 – Vanne complètement fermée .................................................131 9.3. FONCTIONNEMENT DE L'ACTIONNEUR LINÉAIRE..........................................132 9.4. FONCTIONNEMENT DE L'ACTIONNEUR ROTATIF À PISTON .........................136 9.4.1. Piston rotatif commandé à la main ................................................................138 9.4.2. Piston rotatif commandé électriquement .......................................................140 9.4.3. Piston rotatif, sécurité automatique fermée par relais pilote..........................141 9.4.4. Piston rotatif, positionnement de soupape.....................................................143 10. APPLICATION SITE - COMMANDE ET ÉQUIPEMENTS PUITS..............................147 10.1. PANNEAU COMMANDE DE PUITS TYPE.........................................................148 10.1.1. Commande de puits type.............................................................................148 10.1.2. Règles pour les conditions fonctionnelles requises sur le tableau de commande de puits.................................................................................................150 10.1.2.1. Généralités.............................................................................................150 10.1.2.2. Fonctions de commande........................................................................152 10.1.3. Conditions requises en termes de construction...........................................154 10.1.3.1. Généralités.............................................................................................154 Exploration & Production Équipements Équipements hydrauliques et pneumatiques Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernière Révision: 01/06/2007 Page 6 de 198 10.1.3.2. Détails de construction...........................................................................155 10.1.3.3. Panneau avant.......................................................................................156 10.1.3.4. Niveau d’intégrité de sécurité (SIL : Safety Integrity Level))...................156 10.1.3.5. Étiquetage et marquage.........................................................................157 10.1.4. Schéma de principe de distribution de tableau de commande de puits type ................................................................................................................................157 10.2. COMMANDE TYPE DE PUITS – VANNES ET ACTIONNEURS........................163 10.2.1. Application en surface – pneumatique.........................................................163 10.2.1.1. “PneuMaster'..........................................................................................163 10.2.1.2. Tandem Dia-Flex....................................................................................164 10.2.1.3. Type à piston..........................................................................................166 10.2.2. Application en surface – hydraulique...........................................................167 10.2.2.1. GateMaster ............................................................................................167 10.2.2.2. Actionneur modèle E..............................................................................169 10.2.2.3. Actionneur modèle C..............................................................................171 10.2.2.4. Actionneur modèle CSWC – Coil Spring Wire-Cutting ...........................172 10.2.2.5. Actionneur modèle RV ...........................................................................173 10.2.2.6. Actionneur modèle LPO avec modèle C ................................................175 10.3. COMMANDE GÉNÉRALE TYPE DE PUITS.......................................................177 11. AUTRES UNITÉS ET CIRCUITS HYDRAULIQUES..................................................181 11.1. DÉMARREUR HYDRAULIQUE POUR MOTEUR DIESEL/GAZ, OU TURBINE.181 11.2. SYSTÈME D'INJECTION DE PRODUITS CHIMIQUES .....................................182 11.2.1. Skid d’injection de produits chimiques avec cuve de 4 500 litres ................182 11.2.2. Système d'injection chimique multipoint ......................................................182 11.2.3. Injection inhibiteur de paraffine....................................................................183 11.3. BANC D’ESSAI DE SOUPAPE ...........................................................................183 11.4. APPAREIL DE CONTRÔLE À POIDS MORT.....................................................184 11.5. POMPES À MAIN HYDRAULIQUES ..................................................................184 11.6. APPLICATIONS D’ALIMENTATION HYDRAULIQUE.........................................185 12. EXERCICES..............................................................................................................186 13. GLOSSAIRE..............................................................................................................192 14. TABLE DES FIGURES ..............................................................................................193 15. TABLE DES TABLEAUX ...........................................................................................198 Exploration & Production Équipements Équipements hydrauliques et pneumatiques Support de Formation: EXP-PR-EQ020-FR Dernière Révision: 01/06/2007 Page 7 de 198 1. OBJECTIFS Ce document a pour objectif d'expliquer, par une présentation des bases fondamentales, les principes élémentaires de maintenance et de fonctionnement des différents types d'équipements hydrauliques, hydropneumatiques et électropneumatiques que l'on rencontre sur un site pétrolier industriel. Il porte principalement sur les systèmes de commande des soupapes de l'arbre de noël des têtes de puits, les soupapes d'arrêt et d'urgence (SDV, ESDV), toutes les vannes de procédé équipées de actionneurs hydrauliques, les ‘skids’ d'injection de produits chimiques (utilisant des pompes hydrauliques). Ce système ne pouvant pas être dissocié des systèmes hydrauliques, nous étudions également la commande pneumatique. Dans toutes les applications du site, les contrôles et les commandes des soupapes sont souvent pneumatiques. A voir aussi le contrôle électrique, pour avoir en fait des systèmes « électro-pneumato-hydrauliques »….. Le stagiaire sera en mesure de : Définir les principes hydrauliques et décrire la façon dont la pression hydraulique serait utilisée. Démontrer la connaissance de la dynamique des fluides et décrire les différences entre la pneumatique et l'hydraulique. Définir la loi de Pascal et montrer une compréhension des forces dans les systèmes hydrauliques contenant des pistons de différentes tailles. Définir la théorie du fonctionnement de l'unité d'alimentation hydraulique. Nommer et définir les différents types d'unités d'alimentation hydraulique et décrire leur utilisation. Décrire la façon dont le système hydraulique crée la pression hydraulique, fonctionne et renvoie le fluide dans le uploads/Management/ equipements-hydrauliques-et-pneumatiques.pdf