ENIM SERGAZ

I. Introduction générale   :

Pendant longtemps, des quatre éléments de la nature, seuls l’air et l’eau furent mis à

contribution comme sources d’énergie mécanique naturelle.

Ce n’est qu’en 1690 que Denis Papin conçut et démontra la possibilité de réaliser un

moteur capable de fournir sur place une énergie utilisable à des fins quelconques en

mettant en jeu le feu et l’eau dans une machine à vapeur. Ainsi, après avoir découvert que

le chauffage de l’eau, à haute température dans une enceinte, créait de la pression, il fut

très vite évident qu’on pouvait réaliser une machine motrice en introduisant la vapeur

d’eau d’un côté d’un piston.

Vers 1900, la mécanique des fluides avait fait suffisamment de progrès pour que les

turbomachines apparaissent avec principalement les pompes et ventilateurs centrifuges,

ainsi que les turbines à eau et à vapeur. Ces turbomachines se développèrent, notamment

sous l’impulsion d’Auguste Rateau. Il fallut attendre 1925 pour voir apparaître le premier

compresseur axial, puis 1944 pour que les premiers turboréacteurs prennent le relais des

moteurs à pistons d’aviation. Ces machines étaient encore lourdes et encombrantes.

L’apparition des compresseurs transsoniques centrifuges (1960) puis axiaux (1970) ainsi

que des turbines à aubes refroidies allait encore diviser par deux le poids de ces unités.

Ces machines hydrauliques et thermiques sont, dans le monde entier, l’objet d’une

évolution technologique considérable, par suite d’un développement de leurs applications

dans divers domaines : technologie du vide, chimie, pétrochimie, cryogénie, transport de

fluides, production d’énergie électrique, transports, etc.

La création de la société SERGAZ (société de service du gazoduc transtunisien) vise à

pousser le gaz naturel venant de gazoduc transtunisien dans les tuyauteries sous marines

du canal de Sicile. Elle assure dans les meilleures conditions de service recommandé, le

transfert, l’entretien et la livraison du gaz naturel Algérien en Italien à travers le territoire

Tunisien, et ce suite à un accord Algéro_Tuniso_Italien permettant la mise en place d’un

gazoduc transportant le gaz du gisement de Hessi Rmel (Algérie) jusqu’à atteindre l’Italie,

en suivant un initiraire s’étalant sur 2500Km, et passant par la Tunisie, Le taux de

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compression peut être augmenté suivant les cas en disposant les unités de compression en

série parallèle dans le cas ou plusieurs tuyauteries sous marines du canal de Sicile sont hors

service.

Circuit des tuyauteries de l’Algérie vers l’Italie

Le tronçon tunisien du gazoduc est constitué de deux conduites mises en parallèle, d’une

longueur de 370 cm et de 1,21 m (48’’) de diamètre chacune traverse en diagonale le

territoire tunisien de l’oued Saf Saf à la pointe du Cap Bon. Après son dédoublement, sa

capacité est portée à 25 milliards de m3.

Le transport du gaz est assuré par 12 stations de compression dont 5 localisés en Tunisie

(station de Feriana, de Sbeitla, de Sbikha, de Korba et d’El Haouaria) et 7 en Italie.

L’intervalle de la pression adoptée pour l’exploitation des gazoducs varie entre 50 et 75

bar. La valeur de 75 bar représente la pression maximale d’exercice en tout point des

gazoducs.

*Caractéristiques du gaz naturel :

La station de compression devra comprimer un gaz ayant une composition comprise entre

les trois valeurs suivantes :

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Gaz Lourd

e

Légère Normale

CH4 82 ,20 83,90 83,25

C2H6 7,17 7,37 7,50

C3H8 2, 35 1,50 1,92

n C4H10 0,75 0,33 0,53

i C4H10 0,40 0,17 0,29

n C5H12 0,20 0,09 0,15

i C5H12 0,14 0,06 0,09

C6H14 0,29 0,08 0,18

CO2 0,30 0,30 0,15

N2 6,20 6,20 5,94

Poids moléculaire 19,42 18,67 18,99

Poids spécifique

(0°C et 760 mmHg)

0,866 0,833 0,847

Pouvoir calorifique

inférieur LHV

(Kcal/Nm3)

8897 8562 8774

Rapport chaleurs

spécifiques (CP/CV) (à

15°C et 760 mmHg)

1,28 1,29 1,28

II. Présentation générale de la station de

compression gaz:

1- Description générale de la station   :

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La station de compression du Cap Bon est du type automatique et exige

une présence continue du personnel. Elle a pour but l’acheminement du gaz

naturel venant des gazoducs transtunisien vers l’Italie à travers les cinq

pipelines sous marins du canal de Sicile.

La station a été conçue de telle sorte qu’elle puisse effectuer les

opérations de nettoyage sans interrompre le transport du gaz vers l’Italie.

Les unités de compression sont disposées de front, celles paires sont

situées à la droite de la salle de commande qui se trouve dans la position la

plus haute de la zone, alors que les unités impaires sont situées à la gauche

de la salle de commande.

Vue générale sur le circuit du gaz dans la station

Tuyauterie:

L’épreuve hydraulique des tuyauteries a été effectuée à une pression

égale à 1,5 fois la pression maximale du service qui est de 75 bars pour

la tuyauterie d’aspiration et peut même atteindre les 209 bars pour la

tuyauterie de refoulement. Les soupapes et la tuyauterie de la station ont

été, là où possible, enterrées pour contenir le niveau d’intensité sonore

dans des limites admissibles.

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Le dimensionnement des tuyauteries a été effectué de manière à obtenir

des vitesses de gaz qui ne dépasse pas les 15m/s.

Pour des raisons de sécurité, toutes les soupapes (en entrée et sortie de

la station, d’alimentation, des by-pass, d’aspiration et refoulement) sont

double est montées en série.

Collecteurs de la station :

Trois collecteurs sont prévus :

Un collecteur d’aspiration, un collecteur intermédiaire et un collecteur de

refoulement.

Les tuyauteries des unités on été réalisées de façon à permettre à

chaque unité d’aspirer aussi bien du collecteur d’aspiration que du

collecteur intermédiaire, et refoulées aussi bien au collecteur

intermédiaire qu’au collecteur de refoulement.

- Collecteur d’aspiration :

Les unités de compression sont connectées au collecteur d’aspiration

conformément à la conception modulaire de la station.

Le collecteur d’aspiration est pressurisé par la MOV2, et peut être mis à

l’évent séparément des collecteurs après fermeture de la VMA4.

- Collecteur intermédiaire :

Le collecteur intermédiaire est utilisé en cas de fonctionnement en série,

par contre en parallèle, il est sélectionné puisque les MOV10-12 sont

fermées.

- Collecteur de refoulement :

Le collecteur de refoulement peut être mis à l’écart séparément des

autres collecteurs, après fermeture de la VMA6.

Inter change des collecteurs de la station :

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L’inter change des collecteurs n’est pas une opération courante et par

conséquent elle ne doit être effectuée qu’en cas de nécessité absolue.

Système collecteur de condensas et d’huile lubrifiante :

Les séparateurs MS X2 reçoivent d’éventuels condensas qui peuvent

se produire à cause du refroidissement opéré par les refroidisseurs à air,

mais surtout de l’huile lubrifiante, entraînée hors des joints étanches du

compresseur.

Le réservoir V2 est équipé d’indicateurs de niveau visible et d’alarme de

haut niveau HLA1 signalisée en salle de contrôle.

2- Appareillage de la station   :

Le séparateur ne peut être entretenu que si l’on arrête la station en

fermant les MOV21-1-5.

-chaudières : pour le chauffage du gaz combustible E11-12-13-14-15 pour

TK et TG.

-silencieux pour évent de la station d’unité et d’équipement auxiliaire

ME1-3-2.

-filtres du gaz combustible MS1-2-3 d’alimentation TK : chaque filtre est

doté, autre que le drainage manuel, d’un système de décharge

automatique (H1LS-58-59-60), d’un indicateur niveau visible (LG51-52-

53), d’une alarme de haut niveau signalisée en salle de contrôle (HLA55-

56-57), d’évent et de soupapes de sûreté.

-filtres de gaz combustible et de démarrage MS6-7 pour l’alimentation

TG.

-filtres de gaz combustible MS8 pour l’alimentation TG.

-pompes centrifuges :

*Pompe horizontale P10A/B, eau d’incendie.

*Pompe horizontale P11 pressurisation réseau d’incendie.

*Pompe horizontale P9A/B alimentation installation de traitement de l’eau

potable.

*Pompe verticale P1 vidange réservoir essence.

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*Pompe submergée P12A/B alimentation réservoir eau d’incendie.

-pompes rotatives :

*Pompe rotative P3A/B-2-4-7-8 de circulation huile lubrifiante.

*Pompe rotative P5-6 chargement et déchargement huile lubrifiante.

-moteur Diesel : pompe 10B eau d’incendie.

-filtre réchauffeur E16 gaz service.

-filtre huile lubrifiante KS9-10.

-unité de traitement de l’huile lubrifiante.

-installation de traitement d’eau huileuse : les eaux huileuses sont

recueillies dans un puisard de 5m3 environ, l’installation de traitement est

un appareillage compact en tôles ayant les dimensions extérieures

suivantes : 1900×1550×720mm et se compose de : 2 filtres à sable, un

paquet séparateur à tôles, 2 pompes denses pour le dosage des réactifs,

soupape commandée à la main, tableau électrique.

Principe et différents modes de fonctionnement de la station :

En temps normal la station fonctionne avec des

turbocompresseurs en parallèle, mais dans certain cas, et en particulier

lorsque l’une des tuyauteries sous marine du canal de Sicile est hors

service, la station fonctionne avec des turbocompresseurs montés en

série parallèle, une TK aspire du collecteur d’aspiration et refoule dans le

collecteur intermédiaire, l’autre TK aspire dans ce cas du collecteur

intermédiaire et refoule dans le collecteur de refoulement. Ainsi, le

refoulement d’une TK devient l’aspiration d’une autre, afin d’augmenter

le taux de compression.

Salle de contrôle

TK2

TK4

TK6

TK8

TK10

TK1

TK3

TK5

TK7

TK9

Collecteur d’aspiration

Collecteur intermédiaireCollecteur de refoulement

Salle de Contrôledes unités paires

Salle de contrôle des unités impaires

T M P C

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Schémas représentatif des collecteurs de la station

Les chaudières :

Les chaudières pour le chauffage du gaz combustible afin d’augmenter son pouvoir

calorifique, aussi pour vaincre la chute de la température au niveau de la

détente, sont du type monobloc, à tube de flamme, chacune équipé d’un bruleur à gaz

naturel incorporé et de serpentin pour le chauffage du gaz.

Chaque chaudière marche entièrement pleine d’eau avec un réservoir d’expansion à

pression atmosphérique situé au dessus d’elle, le type d’installation est en plein air.

Chaque chaudière est équipée de by-pass et de vanne à trois voies sur l’entrée du gaz à

chauffer ; cette vanne actionnée par un régulateur de température sur le gaz de sortie.

La chaudière dispose d’un système d’alimentation muni de dispositif ON-OFF commandé

par un thermostat de haute et de basse température de l’eau.

De plus la chaudière est munie d’une flamme témoin continuellement allumé, d’un

dispositif d’arrêt automatique pour manque de flamme en cas du bas niveau ou haute

température d’eau.

En cas d’arrêt de la chaudière le gaz combustible du bruleur et de la flamme témoin sera

intercepté et en même temps la partie de la ligne en aval des vannes de sectionnement

sera mise à l’évent.

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La chaudière ne s’arrête pas pour un manque de C.A de réseau, la chaudière est dotée en

outre d’un système autonome de la réduction de pression du gaz pour le bruleur et pour la

flamme témoin et de mesure de débit avec totalisateur du gaz combustible du bruleur.

Le démarrage et l’arrêt de la chaudière ont lieu au moyen d’un panneau local ; sur ce

panneau sont également placées les alarmes indiquant les causes d’arrêt.

Seule la signalisation de l’état de la chaudière est transmise en salle de contrôle.

Le système d’allumage effectue automatiquement les opérations suivantes :

- Lavage à l’air avant l’allumage.

- Allumage de la flamme- témoin.

- Allumage du bruleur principal.

III. Etude de l’alimentation électrique :

1. Dimensionnement de l’alimentation :

L’installation en question est ses équipements ont été choisis pour faire face aux exigences de

puissance dans les différentes conditions opérationnelles.

Alimentation électrique du réseau STEG :

L’alimentation du réseau STEG est caractérisée par une puissance de 1500KV.A avec une utilisation

normale de 700KV.A.

Transformateurs :

Chaque transformateur fournit la puissance maximale nécessaire pour un fonctionnement dans les

différentes conditions opérationnelles, sauf si on exige le fonctionnement de deux unités TR .

Turbogénérateur :

2 turbogénérateurs TG1 et TG2 mono arbre à cycle simple

Puissance : 1500KV.A

Temps de démarrage : 1 min

En cas de manque d’électricité à partir de réseau extérieur, le turbogénérateur assure la mise en

marche graduelle de toutes les parties auxiliaires des machines TK , limitant les chute de tension au

bornes du moteur le plus gros de 90kw à une valeur correspondante à 25%, à l’exception il pourrait

être nécessaire de mettre en fonctionnement les deux unités TG.

Chaque turbogénérateur est commandé par une salle de contrôle avec un panneau de contrôle de

la turbine et un autre réservé pour l’alternateur, il y a également la possibilité de commander la

fermeture de l’interrupteur du montant d’alimentation STEG.

Groupe électrogène de secours :

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Le groupe électrogène de secours est réservé pour la charge totale provenant de la barre A du

tableau des services auxiliaires TSA et pour permettre le démarrage direct de la pompe d’incendie

de 55KW, limitant la chute de tension au moteur à une valeur correspondante à 25%.

Générateurs de bord unité TK :

Les générateurs de bord des unités TK alimentent, au cours du fonctionnement normal, tous les

éléments auxiliaires des unités (lampes d’éclairage, pompes électriques etc.) et les correspondants

refroidisseurs à air du gaz.

Groupe de continuité TCC110/TCC24 :

Chaque branchement des tableaux à courant continu a été dimensionné pour la puissance

absorbée totale.Chaque batterie de la station 110VCC permet une autonomie de :

-une heure pour les services de la station.

-4 heures pour l’installation d’éclairage de secours.

2. Commande de l’alimentation électrique :

Le système d’alimentation électrique est commandé par 3 modes différents :

Manuel : dans ce type de commande l’agent responsable effectue toutes les opérations

nécessaires pour la bonne alimentation.

Automatique :

1) Coupure STEG.

2) Temporisation après intervention.

Relais de minimum tension 27A/B de 2mn.

3) Démarrage du turbogénérateur présélectionné ; soit TG 1 ou TG2 ou TG1/TG2.

4) Mise en charge de TG sélectionné, après 1mn.

NB : En cas d’anomalie sur le TG, après 5mn on aura le démarrage du 2ième TG.

5) en cas d’anomalie sur les TG et après 10mn (démarrage du Diesel Groupe) qui alimentera

la barre préférentielle.

NB : Le retour à l’état initial ne s’effectue que d’une façon manuelle.

Automatique PLC :

Idem que pour le mode automatique, mais le retour à l’état initial se fait après

vérification de l’alimentation par un temporisateur après 30mn.

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L’installation électrique est constituée de 2 grandes parties :

-la 1ière partie représente le centre de puissance (Power Center).

-la 2ième partie est réservée pour le tableau des services auxiliaires TSA.

Le système d’alimentation électrique est subdivisé en 2 parties par un conjoncteur 24A qui nous

permet de répartir l’alimentation pour chaque partie à part.

De part et d’autre du conjoncteur 24A, on trouve un turbogénérateur et un transformateur

abaisseur qui délivre une tension d’environ 30KV/380V à 50Hz. Ces 2 composants sont capables

seuls de fournir l’alimentation nécessaire pour toutes les unités de compression.

En cas de coupure d’alimentation, soit par la STEG ou par les TG, un groupe Diesel est dans ce cas

fonctionnel pour assurer l’alimentation électrique.

Un 3ième transformateur élévateur est placé pour l’alimentation des locaux.

En réalité, la fermeture et l’ouverture d’un interrupteur nécessite le suivi d’un ensemble

d’instructions bien déterminé et voilà un exemple de procédure pour le 52A.

3. Onduleurs et redresseurs :

On trouve dans la station :

-2 onduleurs qui assurent de façon continue l’alimentation 220V alternative pour l’alimentation de

la logique station (ordinateurs, imprimantes, périphériques etc.).

-2 redresseurs 380Vca/110Vcc équipés de 2 stabilisateurs (1,2) pour assurer l’alimentation de la

logique station, instruments au champ, signalisation des vannes, commande Power Center et TSA

etc. .

-2 stabilisateurs abaisseurs (3,4) 110V/24Vcc pour l’alimentation des vannes principales du

gazoduc.

-groupe de 92 éléments de batteries de secours de 1.5V, pour assurer l’alimentation 110Vcc en cas

de mise hors service des redresseurs (coupure STEG).

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III. Etude d’une unité de compression TK :

Schémas représentatif d’une unité de compression

La station contient 10 unités de compression identiques .Chaque unité

est composé de 3 parties :

le groupe d’équipement auxiliaire

la turbine à gaz

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le multiplicateur et le compresseur centrifuge

1- Le groupe d’équipement auxiliaire  

Cette partie du turbocompresseur se compose essentiellement de :

a- La turbine de lance: c’est une turbine à expansion qui assure le

démarrage de la machine. Le gaz de démarrage est directement refoulé

dans la turbine de lance pour l’animer d’un mouvement rotatif qui fera

tourner le premier arbre. Cette turbine est reliée au

réducteur par un embrayage composé d’un moyeu d’accouplement à

dents de loups.

Lorsque le couple de la turbine de lance transmit à la turbine est

inversé (dans les environs de 60% de la vitesse du deuxième arbre), la

turbine de lance se désaccouple automatiquement.

Turbine de lance

b- Le générateur de Bord : c’est un générateur électrique qui permet

d’alimenter tous les auxiliaires du turbocompresseur (ventilation,

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refroidissement du gaz (air cooler), refroidissement de l’huile (oil

cooler), agitation et chauffage de l’huile d’étanchéité (dégazeur),

moteurs pour les pompes d’étanchéité à air, éclairage du

turbocompresseur) et de le rendre indépendant du réseau

électrique extérieur. Ce générateur entre en jeu lorsque le premier

arbre atteint 92% de son plein régime.

c- Le réducteur : Il actionne la pompe principale de lubrification et le

générateur de Bord.

d- Les pompes de lubrification : le circuit de l’huile de lubrification

possède 3 pompes : une pompe principale mécanique (à

engrenages) entraînée par l’arbre du réducteur, une pompe

auxiliaire (simple étage) entraînée par un moteur à courant

alternatif et une pompe de secours entraînée par un moteur

électrique à courant continu. Les pompes auxiliaires sont

actionnées lors du démarrage et de l’arrêt de la turbine car en ces

moments la pompe mécanique ne peut pas fournir assez de

puissance.

e- Les aéroréfrigérants :

La station se trouve obligée de refroidir le gaz comprimé (refoulé

par les unités de compression), pour cela elle utilise deux

aéroréfrigérants : un pour le gaz, l’autre pour l’huile de lubrification.

Dans ces réfrigérants, le fluide à refroidir est mis en circulation par

une pompe et traverse un ensemble de tubes ou profilés dont la

paroi extérieure est soumise à une circulation d’air forcée par

l’intermédiaire d’un système de ventilation.

2. turbine à gaz   :

La turbine à gaz à deux arbres à entraînement mécanique modèle

5002.

C’est une machine utilisée pour entrainer un compresseur centrifuge

à charge.

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L’extrémité avant du socle de la turbine à gaz comprend une chambre

de d’admission de l’air et le conduit contenant le silencieux à l’entrée

qui affaiblit le bruit haute fréquence et un séparateur air inertiel

éliminant les matières étrangères avant l’admission de l’air dans la

turbine.

Cycle thermodynamique de la turbine à gaz

La turbine à gaz à deux roues turbine indépendantes

mécaniquement .La roue turbine premier étage, ou haute pression,

entraine le rotor du compresseur et les accessoires entrainés par

l’arbre. La roue turbine deuxième étage ou basse pression entraine le

compresseur de charge.

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Le but des roues turbines non reliées est de permettre aux deux roues

de fonctionner à des vitesses différentes pour satisfaire aux exigences

de charge variable du compresseur centrifuge.

Fiche technique :

Turbine à gaz modèle MS5322RB bi arbres à cycle régénératif :

Puissance 32000 CV

Vitesse rotor compresseur et 1er étage turbine HP 5100 tours/min

Vitesse du rotor 2éme étage turbine BP 4670 tours/min

Température gaz d’échappement 525°C

2-1 Principe de fonctionnement :

Un gaz de démarrage propulsé vers la turbine de lance l’anime d’un mouvement rotatif qui lui

permet de lancer l‘arbre d’haute pression (HP) à 20% de sa vitesse maximale pendant un durée de

deux minutes, c’est la procédure de lavage de la turbine HP. Le compresseur axial aspire l’air (à la

pression atmosphérique) qui passe ensuite dans un échangeur (régénérateur) pour être réchauffer

par les gaz d’échappement de la turbine et retourne dans les chambres de combustion à des

températures très élevées. Ce cycle régénératif permet d’économiser le combustible.

L’air est ensuite envoyé aux chambres de combustion pour être mélanger au gaz combustible (Fuel

gaz) sous pression. Une étincelle allume le mélange air-combustible.

Ce mélange explosif (gaz à haute pression), dirigé à travers des convoyeurs, vient heurter les

ailettes fixes du premier rotor (arbre d’haute pression HP) provoquant sa rotation. Cette rotation

entraîne le fonctionnement du compresseur et les auxiliaires qui lui sont liés.

Les gaz chauds augmentent la vitesse du rotor HP, ce qui augmente la pression de l’air fourni à la

combustion.

Les produits de combustion (gaz à haute pression et à haute température) vont d’abord se

détendre dans la turbine HP à travers les aubes fixes puis dans la turbine BP à travers les aubes

mobiles pour finalement s’introduire dans les conduites du régénérateur (gaz à pression

atmosphérique et à haute température).

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Lorsque cette pression atteint une certaine valeur, le rotor de la turbine basse pression (BP) va

commencer à tourner et les rotors des deux turbines vont accélérer jusqu’à la vitesse de service

pour entraîner le compresseur centrifuge en rotation.

c – Les principales composantes d’une turbine à gaz :

c1- Compresseur axial :

Le compresseur axial est du type subsonique à 16 étages avec un étage d’aubes de pré-rotation à

l’aspiration et deux étages d’aubes de redressement au refoulement. Le stator se compose de

quatre corps disposés en série et bridés. Dans le premier on trouve le coussinet de palier porteur et

le palier de butée.

Dans le corps intermédiaire sont aménagées deux chambres pour l’extraction de l’air de

refroidissement et d’étanchéité du 4éme et du 10éme étage. Le dernier corps est couplé au corps

de la turbine au moyen d’une bride verticale.

Tous les corps sont constitués de deux parties : une moitié inférieure et une partie supérieure.

Le rotor du compresseur axial se compose de 16 étages reliés par des tirants .Les aubes mobiles ont

un pied en queue d’aronde et sont installés sur la périphérie du disque. Les aubes fixes sont

montées sur le disque au moyen d’encastrement en marteau.

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L’extrémité avant de l’arbre du compresseur est couplée au moyen d’un joint à engrenages à

graissage continu au réducteur des auxiliaires. L’extrémité arrière est couplée à la première roue de

la turbine au moyen d’un cylindre d’espacement.

Avant le premier étage du compresseur axial sont installé les aubes de pré-rotation IGV (Inlet Guide

Vanes) ou aubes orientables de la directrice) reliées au premier corps du compresseur. Ces aubes

de pré-rotation sont utilisées lors du démarrage et de l’arrêt de la turbine pour permettre au

compresseur axial d’absorber moins de puissance et pour régler le débit de l’air.

Lors du démarrage les aubes de pré-rotation sont fermées ; elles s’ouvrent progressivement

pendant l’accélération de la turbine.

c2 - Chambre de combustion :

12 chambres de combustion à courant inversé sont montées en saillie sur la partie avant de la

cabine. Chacune de ces chambres contient un brûleur, un tube-foyer et un tube de propagation du

gaz.

Deux bougies d’allumage rétractiles sont installées sur deux chambres de combustion tandis que

sur les deux chambres de combustion installées en face contiennent deux détecteurs de flammes.

Toutes les chambres de combustions communiquent entre elles à l’aide de tubes-foyers ou tube

passe flamme qui a pour but d’allumer toutes les chambres en phase de démarrage et d’équilibrer

la pression à l’intérieur de ces chambres.

Une chambre de combustion est divisée en quatre parties :

1- la zone où entre l’air primaire (nécessaire à la combustion)

2- la zone où entre l’air secondaire (pour terminer la combustion)

2- la zone où entre l’air de refroidissement (une pellicule d’air protégeant les tubes de flamme)

3- la zone où entre l’air de dilution (pour réduire la température des gaz à des valeurs

tolérables pour les directrices et pour les aubes de la turbine)

Mise à part l’intérieur, toutes les parties internes des chambres de combustion sont fabriquées en

acier austénitique et en alliage de type supérieur.

c3 - Directrices :

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Les directrices

Le gaz produit par la combustion pénètre dans la directrice à une température de l’ordre de 1000°C

où la première détente aura lieu. Cette détente est suivie d’une deuxième et dernière détente dans

le deuxième étage. La détente a lieu presque entièrement dans les directrices des deux étages.

L’anneau de la directrice du premier étage se compose de 12 segments, un à la sortie de chaque

chambre de combustion. Chaque secteur se compose de 3 aubes directrices.

L’intérieur des directrices est refroidi au moyen d’un fort courant d’air provenant du compresseur

axial.

Les aubes mobiles sont montées en pieds de sapin à la périphérie des disques de la turbine et se

distinguent par un col long et fin entre le profil et le pied, servant à faire baisser la température de

ce dernier. Les matières constituant les aubes sont des alliages spéciaux à base de nickel.

Les aubes mobiles

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Positionnement des aubes

3- Multiplicateur et compresseur centrifuge :

a - Multiplicateur :

Un multiplicateur de vitesse de type MAAG GB47 avec un rapport de 2.21 raccorde l’arbre de

puissance de la turbine au compresseur centrifuge du gaz.

Le multiplicateur est à arbre parallèle et dentue hélicoïdale simple. La denture est cimentée et

trempée avec flancs rectifiés avec précision pour augmenter leur résistance à l’usure et la flexion et

avoir une haute précision. La disposition avec denture hélicoïdale simple offre une capacité de

charge extrêmement élevée avec une grande sécurité de fonctionnement sous un faible volume et

avec un poids réduit.

Le carter est en fente, il est constitué par une partie inférieure contenant les paliers et un

couvercle. Les coussinets en acier sont lisses et garnies de métal antifriction. La poussée axiale

causée par la denture hélicoïdale est absorbée par de simples épaulements. Les paliers et la

denture sont lubrifiés à l’huile sous pression fournie par une pompe. La pression est de 1.2 à

1.5kg/cm2. L’huile de graissage de la denture est projetée directement sur les dents du pignon par

des gicleurs sur le carter. Un appareillage est disposé pour le contrôle de la température des

paliers, la pression de l’huile de lubrification et le contrôle des vibrations.

La liaison entre turbine et multiplicateur est réalisée au moyen d’un accouplement denté

permettant un léger décalage radial et axial. Cet accouplement se compose de 3 parties :

-2 noyaux fixés sur les arbres à accoupler.

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-un manchon mobile.

-Les noyaux sont exécutés avec denture intérieure. Les dentures sont usinées pour présenter du jeu

qui est composé du jeu de montage, du jeu à l’état dévié (pour éviter le coincement) et de

gonflements dans le cas de l’assemblage fretté, vue qu’en service l’accouplement supporte un

désalignement des axes donc l’existence d’un mouvement relatif entre les dentures du noyau et le

manchon, la lubrification est nécessaire. Cette lubrification est avec circulation continue d’huile

injectée.

b - Compresseur centrifuge :

Le compresseur centrifuge a été conçu pour comprimer les gaz à haute pression. Le gaz naturel

passe de la pression de 66 bars à l’entrée, à 152 bars à la sortie, grâce à un compresseur de type

BCL404/A entraîné par la turbine à gaz au moyen d’un multiplicateur de tours un joint

d’accouplement.

Le sigle BCL404/A définit un compresseur centrifuge conçu pour les hautes pressions (comme

indiqué par la lettre A) ayant une seule phase de compression, en forme de baril à diaphragme lisse

un arbre avec 4 roues de diamètre nominal 400mm. (C pour closed)

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La carcasse est fournie de brides orientées vers le haut (aspiration 12’’, refoulement 8’’) qui

permettent l’accouplement aux tuyaux d’aspiration et de refoulement.

Le compresseur comprend principalement un ensemble statorique (corps, extrémités supérieures,

diaphragmes, étanchéités et paliers) et un ensemble rotatif (rotor constitué par un arbre, des roues

et un tambour d’équilibrage).

II.Principe de fonctionnement d’une unité de compression :

1- Séquence de démarrage :

-Start.

-Ouverture complète des rideaux récupérateurs et remplissage d’huile du réservoir sur élevé

(compresseur).

-Lavage du compresseur centrifuge avec le gaz pour deux minutes (en ouvrant la vanne de

pressurisation « MOV X02, X03 » en gardant la vanne d’évent ouverte « X05 »).

-Pressurisation du compresseur en fermant la vanne d’évent jusqu’à l’intervention des deux

pressostats différentiels situés sur la vanne d’aspiration principale (MOV X01).

Dans ce cas, on aura l’ouverture des deux vannes principales (Aspiration et refoulement) et par

conséquence les deux vannes de pressurisation se ferment.

-Un consentement électrique autorise au Speed-Tronic de déclencher la turbine de lance et la faire

tourner.

-Lorsque la vitesse de la turbine de lance atteint 18%, on procède au lavage de la turbine HP pour

deux minutes.

-Ouverture des vannes régulatrices du combustible (speed-ratio) et (contrôle-valve) qui jouent

d’une part le rôle d’un accélérateur et d’une part d’une vanne d’arrêt.

Au même temps deux bougies d’allumage installées sur deux chambres de combustion seront

alimentées par une haute tension (15000 V) pour assurer l’allumage du gaz combustible.

-Grâce à l’énergie thermique provoquée, la vitesse de la turbine HP est augmentée jusqu’à 50%.

-A ce moment, la deuxième turbine BP commence à tourner.

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-A 60% de la vitesse de la turbine HP, la turbine de lance se retire sans s’imposer à la progression de

la séquence de démarrage.

-Deux pompes mécaniques d’huile (lubrification et commande) liées à travers un réducteur au

premier arbre, assurent les pressions d’huile suffisantes à 90% de la vitesse HP, par la suite un

générateur de bord est lié mécaniquement en HP assurant l’auto alimentation électrique.

A ce moment, on aura l’arrêt des pompes électriques et la signalisation de la fin de la séquence de

démarrage (à 92% HP et 57% BP) et l’insertion du générateur de bord.

Ainsi, la machine est en marche.

2- Rôle de la SCS :

L’augmentation de vitesse est demandée par un régulateur à distance jusqu’à l’alignement avec les

autres machines en marche. A ce moment, le chef de roulement intervient pour mettre la machine

en charge, en fermant la vanne régulatrice d’anti pompage.

3- Sécurité :

La protection de la machine est contrôlée par des instruments situés sur la machine elle-même,

assurant à tout moment le relevé des différents points de mesure (vitesse, vibration, température,

pression, etc.).

Un signal d’alarme activé sur les panneaux de la SCU, indique tout mauvais fonctionnement au sein

de la machine.

Les dispositifs d’arrêt d’urgence sont installés en cas d’anomalie.

4- Séquence d’arrêt :

Il existe cinq modes d’arrêt pour la machine :

Arrêt normal : ce type d’arrêt est effectué soit à travers la salle de contrôle, soit à

partir du tableau SCU. Il est réalisé par les instructions suivantes :

- Commande d’arrêt.

- Diminution graduelle de la vitesse jusqu’à une valeur minimale (57% BP).

- Désinsertion du générateur de bord et arrêt du gaz combustible.

- Ralentissement jusqu’à 0 tr/min, en gardant la compresseur centrifuge pressurisé pour

une durée de 6h, après il se met à l’évent automatiquement.

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- Phase de refroidissement de la machine (Cool down) qui dure 16h, en maintenant les

pompes de lubrification en marche avec la ventilation.

- Un système de virage hydraulique permet une rotation périodique (chaque 3 min) de

l’arbre HP.

- A la fin du cool down, on a la fermeture des pompes, de la ventilation et des rideaux

récupérateurs.

Arrêt d’urgence sans évent du compresseur :

- Coupure du gaz combustible.

- Désinsertion du générateur de bord.

- Ouverture de la vanne de décharge air compresseur axial (blow-off) pour protéger ce

dernier du pompage.

Motifs : Soit une commande manuelle située au champ ou sur SCU, ou par un instrument

de protection.

Arrêt d’urgence avec évent du compresseur :

On répète la même procédure que celle de l’arrêt d’urgence sans évent, mais avec la mise à l’évent

du compresseur centrifuge.

Arrêt d’urgence avec évent du compresseur et auxiliaire :

La même chose que l’arrêt d’urgence avec évent, de plus la mise à l’évent du système réduction gaz

combustible et starting gaz.

Arrêt d’urgence pour incendie :

Idem, comme l’arrêt d’urgence avec évent compresseur et auxiliaire, de plus il déclenche le

système d’anti-incendie (eau mousseuse pulvérisée).

VI. Comportement thermodynamique d’une turbine à gaz :

1- Cycle thermodynamique :

Après avoir présenté les différentes composantes d’une TAG, nous pouvons examiner les

fonctionnements des turbines à gaz sous l’aspect thermodynamique.

Le schéma fondamental d’une turbine à gaz est le suivant :

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Schéma de principe d’une turbine à gaz

Schémas d’écoulement d’un cycle simple diagramme (P-V)

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Cycle thermodynamique T-s d’une turbine à gaz simple

Le cycle thermodynamique à prendre en considération pour pouvoir comprendre le

fonctionnement est représenté dans les figures suivantes par les coordonnées p-v (plan de

Clapeyron) et par les coordonnées T-S (plan entropique)

L’air à température ambiante est comprimé par un compresseur axial multi-étage entrainé par la

turbine. Après la compression (1→2) l’air pénètre dans la chambre de combustion ou, en

réagissant avec le combustible, il atteint la température maximale du cycle(3) à pression constante,

puis il se détent sous forme du gaz brulé, à travers les étages de la turbine (3 →4). Après la détente

les gaz d’échappement s’échappent dans l’atmosphère : il s’agit d’un cycle simple ouvert. La

compression (1-2 ’) et la détente (3-4’) appartiennent au cycle idéale. On a:

ηc = wcis

w cr é =

T2’−T 1

T2−T 1

ηc représente le rendement de la compression qui dans le cas des compresseurs axiaux est

d’environ 0,87 -0 ,9.

ηT = wTré

wTis =

T3−T 4

T3−T4 ’❑

ηT représente le rendement de la turbine que d’environ 0,86-0,88.

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2- Puissance et rendement de la turbine :

Pour effectuer la compression de l’air il faut effectuer un travail qui, en termes de chaleur, vaut de

1 à 2 pour chaque kilogramme d’air comprimé :

WC= Cp (T2 – T1)

(Avec Cp=chaleur spécifique à pression continue)

Tandis que le travail produit par la détente du gaz dans la turbine équivaut, toujours pour 1 kg d’air,

à :

WT=Cp (T3 – T4)

Le travail que la turbine fournit à l’extérieur est égal à la différence entre WT et WC (étant donné

que le compresseur est entraîné par la turbine).

Si on appelle G le débit de l’air aspiré (mesuré en Kg /h) nous pouvons dire en première

approximation que la puissance fournie à la machine est égal à :

Nu = G Cp [(T3 – T4) – (T2 –T1)]. 1

632

Dans le cas d’une machine d’entrainement, le rendement est défini comme étant le rapport entre

le travail obtenu par unité de masse du fluide parcourant le cycle (exprimé en unités thermiques)

et la chaleur fournie à ce fluide. Dans notre cas, le rendement sera égal à :

η = W utile

Q reçu =

C p[(T 3– T 4 )– (T 2– T 1)]C p (T 3 –T 2)

3. Facteur influençant la puissance et le rendement de la turbine :

Le rendement et la puissance augmentent rapidement en fonction de l’élévation de la température

T3 .Tous les 50C d’élévation de la température il ya une augmentation de puissance d’environ 10%

et une amélioration de rendement d’environ 1,5%

Parmi les autres paramètres qui influencent sensiblement les prestations de la turbine à gaz nous

trouvons :

a) température ambiante(T1)

b) pression atmosphérique(P1)

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C) pertes de charge à l’aspiration du compresseur axial

d) perte de charge à l’échappement de la turbine

a) température amiante :

Observons le schéma. Supposons que T1 augmente le long de la courbe, la valeur de P1 étant

constante. On obtient ainsi un accroissement du travail de compression par unités de masse de l’air

aspiré ainsi qu’une diminution total de l’air comprimé (du fait que poids spécifique de l’air aspiré

diminue).par conséquent, il ya diminution de la puissance et de rendement de la turbine à gaz

Si l’on prend comme référence une température ambiante égale à 15 °C (normes ISO) nous avons,

tous les 10°C d’augmentation, une baisse de puissance d’environ 8% et une baisse de rendement

d’environ 2%

b) pression atmosphère :

On prend comme poids de référence la pression atmosphérique au niveau de la mer (760 mm de

mercure –Norme ISO).Lorsque celle-ci diminue(ou lorsque l’altitude augmente), la puissance de

turbine à gaz diminue de façon linéaire, tandis que le rendement de la turbine demeure inchangé.

Ceci est du au fait baisser, à volume égal, la masse volumique d’air comprimé influençant la

puissance en fonction linéaire.

c) perte de charge à l’aspiration :

En générale on installe en amont des ouïes d’aspiration du compresseur axial un filtre à air ,un

silencieux et une conduite dont la longueur dépendra des nécessités de l’installation.

Ces éléments provoquent une perte de charge, c'est-à-dire une baisse de la pression P1 à l’entrée

du compresseur ce qui entraine une diminution de la valeur de P2 et ce qui influence l’aubage de

pré-rotation de la turbine à gaz.

En moyenne on peut dire qu’il ya diminution de puissance de l’ordre de 2% et diminution de

rendement de l’ordre de 1% tous les 100 mm d’eau de perte de charge.

d) perte de charge à l’échappement de la turbine :

En général une conduite et un silencieux sont installés en aval de l’ouïe d’échappement de la

turbine. Ceux-ci provoquent une perte de charge dans le qu’ils produisent une contre –pression à

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l’échappement influençant directement l’ampleur de la détente dans la turbine .pour 10 mm d’eau

de perte de charge on a 1% de baisse de puissance et de rendement.

Ces quatre grandeurs (T1, P1 , ΔP aspiration et ΔP échappement)doivent être toujours prises en

confirmation pour corriger les prestation nominales de la turbine à gaz .

4-Application :

Rendement d’une turbine à gaz avec un cycle simple :

On a déjà étudié le comportement thermodynamique de la turbine à gaz avec un cycle

simple et on a arrivé à la formule citée ci-dessous :

ηS = W utile

Q reçu =

C p[(T 3– T 4 )– (T 2– T 1)]C p (T 3 –T 2)

Avec :

Cp : chaleur spécifique à pression continue.

T1 : température ambiante à l’entrée du compresseur axial.

T2 : température à la sortie du compresseur axial (l’entrée de la chambre de combustion).

T3 : température à la sortie de la chambre de combustion (l’entrée de la turbine).

T4 : température à la sortie de la turbine.

Application numérique :

Cp= 0.24 Kcal /Kg. °C T1= 28.2 °C

T2= 302.82 °C T3=966,6 °C (température de la flamme donnée par le constructeur)

T4= 535 °C

Tout calcul fait, on obtient le résultat suivant : ηS =0,236

Rendement d’une turbine à gaz avec un cycle régénératif :

Le cycle d’une turbine à gaz est un cycle très souple de sorte que ses

paramètres de performance, c’est-à-dire le rendement et le travail net

spécifique, puissent être améliorés en ajoutant les composants

supplémentaires à un cycle simple.

A cet effet, différentes méthodes (régénération, refroidissement

intermédiaire, préchauffage et injection de la vapeur d’eau) ont été utilisées

afin d’améliorer les performances des cycles de turbines à gaz. Dans cette

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optique, les 10 unités TK de la société SERGAZ sont équipées d’un cycle

régénératif.

L’énergie des gaz d’échappement, à la sortie de la turbine, est utilisée

pour chauffer l’air comprimé sortant de compresseur afin d’obtenir la vapeur

surchauffée à haute température au niveau de la chambre de combustion.

Cycle régénératif de la turbine à gaz

Soient :

T1 : température ambiante à l’entrée du compresseur axial.

T2 : température à la sortie du compresseur axial (l’entrée de régénérateur).

T3 : température à la sortie de régénérateur (l’entrée de la chambre de combustion).

T4 : température à la sortie de la chambre de combustion (l’entrée de la turbine haute

pression).

T5 : température à la sortie de la turbine basse pression.

mair : Débit massique en air entrant dans la chambre de combustion.

mfuel : Débit massique en fuel nécessaire pour la combustion.

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mc : Débit massique du gaz brulé après la combustion.

*Analyse de la chambre de combustion

Bilan de la chambre de combustion

La réaction chimique de combustion peut être écrite en utilisant une formule

générale CnHm pour le carburant d’hydrocarbure et un coefficient d’air

théorique λ :

CnHm + λ (n+m

4 )[O2 + 3.76 N2]→n CO2+ m/2 H2O

+ [(λ-1).(n+m4 )] O2+[3.76 λ(

n+m4 )] N2

Le rendement de la TAG en cycle régénératif est donné par :

ηR = W utile

Qℜç u =

mc [ (T 4 –T 5 )– mair (T 2– T 1 ) ]mair (T 4 – T 3 )

En tenant compte de la conservation de débit on aura : mair ˙+mfuel=mc

Application numérique :

T1= 28.2 °C T2= 302.82 °C T3=508.12 °C

T4=966,6 °C (température de la flamme donnée par le constructeur) T5= 535 °C

mair = 123.42 Kg /s

mfuel = 0 ,58 Kg/s mc= 124 Kg/s (d’après le catalogue du constructeur)

Tout calcul fait, on obtient le résultat suivant : ηR =0,345

CONCLUSION : le rendement de la turbine à gaz est bien amélioré par l’intervention d’un cycle

régénératif.

VII- Assistance à quelques travaux d’entretien:

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1-Etalonnage d’un thermostat HTSA 1B :

Pour étalonner un thermostat, On a suit les étapes suivantes :

- On met le bulbe du thermostat dans le thermacal model 20A et on fixe

notre température suivant la valeur désirée.

- On branche le multimètre dans les bornes de microswich.

- On augmente la température progressivement jusqu’à le set

étalonnage 70 °C.

- On laisse un peu du temps pour stabiliser la température jusqu’à la fin

de course (le multimètre nous indique un contact ouvert)

- Il faut agir sur le vice de réglage pour ajuster la température désirée.

2- Etalonnage d’un pressostat basse pression LPSA 5-CB de collecteur

intermédiaire:

Afin d’étalonner ce pressostat, on a suit le démarche présenté ci-

dessous :

- Sectionner les vannes d’alimentation du gaz de pressostat.

- Débrancher les câbles de pressostat et brancher au lieu

desquels les fils de l’ampèremètre.

- Débrancher les tubes de pressostat alimentés du gaz.

- Brancher la pompe d’étalonnage après avoir l’étalonner à zéro.

- Augmenter la pression graduellement à travers la pompe

hydraulique en attendant un signal de contact.

- Décharger la pompe en diminuant graduellement la pression

jusqu'à que la valeur zéro Ohm sera affichée dans

l’ampèremètre.

Si le pressostat n’est pas réglé à la valeur désirée, on doit le

régler forcement à l’aide d’un vis.

2-Etalonnage d’un transmetteur :

De même pour étalonner un transmetteur, On a suit les étapes

suivantes :

- Brancher en série le milliampèremètre avec l’alimentation.

- régler le zéro sur le 4 mA.

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- Appliquer une pression sur le transmetteur avec une pompe

hydraulique de tel sorte que à 100 bar le milliampèremètre indique

20mA et 50% indique 12 mA sinon on fait le réglage en girant sur le

champ.

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VIII- Conclusion :

A la lumière de mon stage je peux conclure que le SERGAZ présente

un service d’une grande importance sur le plan national que sur le plan international, Ceci grâce à

un staff de service présentant à la fois la grande discipline et le respect mutuel.

En définitive, ce stage d’une durée d’un mois m’a permis d’exploiter mes acquis théoriques tel

que la thermodynamique appliquée, aussi bien que sur le plan relationnel, il m’a offert

l’opportunité d’explorer la vie professionnelle.

Enfin, Ce stage a donc été fort captivant sous tous rapport.