Domaines d’application des turbines à gaz

Domaines d’application des turbines à gaz

Présentation du site de Haoud Berkaoui

Le développement industriel d’un pays dépend avant tout de ses possibilités énergétiques, c’est-à-dire, de son aptitude à disposer d’une qualité d’énergie sans cesse croissante. Utilisant les réserves de nature du charbon du gaz ou du pétrole comme les combustibles chaque pays crée le réseau des centrales électriques ou les machines thermiques des types différents dans lesquelles l’énergie thermique des combustibles se transforme en énergie électrique ou mécanique. Dans ce qui suit ces énergies sont utilisées dans le transport. En Algérie on trouve la société SONATRACH La société nationale de transport et de commercialisation d’hydrocarbures, liquide et gazeux (SONATRACH) a étais créé le 31/12 /1963. Le 24/02/1971 fût la nationalisation des hydrocarbures. En 1981 fût la restructuration de la SONATRACH (naissance de 17 entreprises autonomes).

Description du champ de HAOUD BERKAOUI (Figure I.1) :

Les études géologiques réalisées à Ouargla ont permis de connaître l’existence de deux structures appelées HAOUD BERKAOUI et BENKAHLA. En mars 1965, un gisement d’huile fut localisé dans la série inférieure du Trias argilos gréseaux plus exactement à HAOUD BERKAOUI, par la compagnie CFP (Compagnie Française de Pétrole). La zone pétrolière de HAOUD BERKAOUI, est constitué de près de vingt champs pétroliers répartis sur 6300 km sur le bord oriental de la dépression OUED-MYA. Les plus importants de cette région sont ceux de HAOUD BERKAOUI, BENKAHLA et GUELLELA. Elle renferme les accumulations d’huile essentielle de cette zone. La série inférieure de Trias argilos Gréseaux, situé à une profondeur moyenne de 3350 m, est le principal réservoir productif d’huile des blocs 438. (Voir schéma descriptif de la figure I.1). Parmi les autres champs constituants la périphérie de cette région : DRÀA TAMRA (DRT), GUELLELA … HAOUD BERKAOUI est devenue une région autonome en 1976, alors qu’elle dépendait de la région de Hassi Messaoud depuis le début de son exploitation. [1]

Théorie d’une turbine à gaz : Du fait que les plus grands besoins en puissance des installations industrielles concernant l’entraînement des différents équipements, le sujet des moteurs d’entraînement s’impose sur tous les plans. Ces moteurs doivent remplir certaines obligations qu’on ne rencontre pas chez tous les moteurs surtout lorsqu’il s’agit des équipements puissants, tels qu’on rencontre aux stations de compressions, réfrigération, ou les centrales thermiques, stations nucléaires, etc. Il existe plusieurs types de moteurs, c’est-à-dire, de source de puissance qui peuvent être employées pour l’entraînement. Parmi ces moteurs, il ya lieu de citer la turbine qui a accru les différences, justifiées et motivées en faveur de son exploitation et provoquent la croissance permanente de son utilisation dans tous les domaines.

La turbine à gaz est un moteur rotatif dans lequel un élément actif gazeux habituellement de l’air, se trouve comprimé, chauffé et détendu pour fournir une force utilisable. C’est un moteur dans lequel l’énergie thermique est transformée en énergie mécanique de rotation de l’arbre de moteur. Le travail utile tant produit par la détente des gaz traversent les aubages de moteur. II.A.3 – Historique d’une turbine à gaz : Dans l’histoire de la turbine à gaz, on peut distinguer trois périodes : En 1791, l’Anglais John Barber brevetait un appareil hybride puisque cette turbine à gaz comportait un compresseur alternatif. Pour les turboréacteurs, c’est le Français Lorin qui, en1911, en fait breveter le principe. Entre 1901 et 1906, les recherches des Français Armengaud et Le Male aboutissent au premier turbomoteur autonome avec un rendement global à 3%. En 1930 : Brevets par Frank Whittle de moteurs à réaction d’aviation qui sont des turbines à gaz. Les années 1950 : utilisation des turbines pour la production d’électricité avec un rendement de 30%. Les années 60 : diminution du coût du gaz et l’utilisation des turbines à gaz se multiplie dans le domaine industriel notamment dans l’industrie pétrolière et gazière.

Production d’électricité : La turbine à gaz de grande puissance (> 1 MW) est surtout utilisée pour entraîner un alternateur et produire de l’électricité. Les infrastructures et le génie civil nécessaires pour une centrale électrique équipée de turbines à gaz sont réduits, ce qui permet d’installer en quelques mois une centrale tout près du lieu d’utilisation de l’électricité (ville, usine) ou de la source de combustible (port, forage, raffinerie…). La turbine et l’alternateur sont acheminés sous forme de modules compacts et complets qu’il suffit d’assembler et de raccorder aux réseaux dans des climats où la température extérieure peut aller de -40 à +50 °C. Un des avantages des centrales à turbine à gaz est le temps réduit pour la mise en oeuvre, le gestionnaire d’un réseau de distribution électrique peut ainsi moduler facilement la capacité de production pour s’adapter aux variations de la consommation. L’installation d’un groupe électrogène à turbine à gaz peut s’accompagner d’une installation en cogénération, afin de récupérer les quantités importantes d’énergie (environ 65 % de l’énergie consommée) contenues dans les gaz d’échappement. La principale application de ce type consiste à injecter ces gaz, éventuellement après passage dans un tunnel de postcombustion, dans une chaudière de récupération, avec production d’eau chaude ou de vapeur.

.e-Entretien : La programmation de l’entretien peut être basée sur l’inspection du système de combustion, du parcours des gaz chaud et sur la révision générale. Le temps nécessaire pour effectuer ces cycles d’entretien dépend des différents facteurs qui déterminent les conditions d’exploitation de chaque unité. Ces cycles d’inspection sont variables. Ils dépendent du type combustible utilisé, de la sévérité du service et de la philosophie d’entretien adoptée pour la machine. Le nombre d’heures – homme nécessaire pour effectue ces inspections varie en fonction de la programmation de la disponibilité des pièces de rechanges, des conditions atmosphérique et de la surpression. Une bonne programmation de l’entretien, implique la disponibilité des pièces de rechanges en remplacement de celles qui on est démontées. Les pièces remplacées peuvent être réparées par la suite afin de la limite les temps morts. Il faut prévoir un stock minimum de pièce de rechange disponible pour assurée le rendement maximal de la turbine. L’entretien programmé permet d’anticiper les besoin de machine et de répondre aux exigences du système en ce qui concerne son utilisation sa fiabilité et sans coût.

Conclusion générale :

Nous avons dans ce mémoire, étudié la turbine à gaz type DR990 qui se trouve au sein du champ de Haoud Berkaoui, qui représente l’un des dix principales zones productrices du sahara algérien. Ses principales activités sont : la production du brut, la récupération du gaz torché et l’injection d’eau. La turbine à gaz est une machine thermique à flux continu, réalisant différents transformations thermodynamiques, et comporte un compresseur, une turbine couplée mécaniquement sur un arbre, et une chambre de combustion intercalée entre ces deux derniers. Ce qui permet de transformer l’énergie continue dans le combustible en énergie mécanique utilisable sur l’arbre de la turbine (machine industrielle), ou se forme l’énergie propulsive (turboréacteur). Cette étude nous a permis de mettre en évidence l’influence des plusieurs paramètres tels que la température ambiante, la pression atmosphérique et l’humidité du climat de fonctionnement sur la performance de la turbine.

Nous avons abordé un calcul thermodynamique pour chaque élément de transformation de la turbine à gaz qui nous a permis d’évaluer le rendement thermique de la turbine par la pression, la température, la masse volumique. Les résultats des calculs thermodynamiques montrent que le rendement thermique de la turbine est compris entre 24% et 34% ce qui répond à la norme internationale. Pour le bon fonctionnement de cette turbine à gaz nous avons pensé au programme de la maintenance dans le but de maintenir les équipements en bon état de marche, détecter les problèmes existants diagnostiquer la nature et la gravité des pannes mécaniques qui surviennent et trouver les solutions à ces problèmes. La sécurité joue un rôle très important dans le domaine industriel car elle étudie les différents dangers et risques qui peuvent parvenir faute de négligence ou d’ignorance des règles et des mesures au sein de l’entreprise, dont le but de protéger l’équipement et d’augmenter la production. Finalement, nous souhaitons que ce modeste travail puisse servir aux étudiants concernés par les turbine à gaz, et qu’il sera amélioré et complété pour rendre ce mémoire plus complet.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Présentation du site de Haoud Berkaoui
I.1- Introduction
I.2- Historique de la SONATRACH
I.3- Mission de la SONATRACH
I.4- Description du champ de Haoud Berkaoui
I.5- Situation géographique
I.6- Développement de la région
I.7- Principaux champs
I.7.1- Champ de HBK
I.7.2- Champ de BKH
I.7.3- Champ de GLA
I.8- Les activités de la direction régionale de Haoud Berkaoui
I.9- L’organisation et fonctionnement de la division maintenance
I.9.1- Service électricité
I.9.2- Service mécanique
I.9.3- Service instrumentation
I.9.4- Service méthode
I.10- Conclusion
Chapitre II : Présentation d’une turbine à gaz type : DR990
II.A- Théorie d’une turbine à gaz
II.A.1- Introduction
II.A.2- Définition de la turbine à gaz
II.A.3- Historique d’une turbine à gaz
II.A.4- les éléments d’une turbine à gaz
II.A.5- Principe de fonctionnement de la turbine à gaz
II.A.6- Catégories des turbines à gaz
II.A.7- Domaines d’application des turbines à gaz
II.A.7.1- Production d’électricité
II.A.7.2- propulsion
II.A.7.3- Moteur
II.A.7.4- Turbine à gaz dans l’industrie pétrochimique
II.A.8- Classification des turbines à gaz
II.A.8.1- Par le mode de construction
II.A.8.2- Par le mode de travail
II.A.8.2.a- Turbine à action
II.A.8.2.b- Turbine à réaction
II.A.8.3- par le mode de fonctionnement thermodynamique
II.A.8.3.a- Turbine à gaz à cycle fermé
II.A.8.3.b- Turbine à gaz à cycle ouvert
II.A.9- Les avantages et les incontinents
II.A.9.1- Les avantages
II.A.9.1- Les incontinents
II.A.10- Les facteurs influent sur les performances d’une TAG
II.A.10.1- Température d’admission
II.A.10.2- Humidité
II.A.10.3- Pertes de pression à l’admission et à l’échappement
II.A.10.4- Carburant
II.A.11- Etude des cycles thermodynamique d’une TAG
II.A.11.1- Cycle idéal de Brayton
II.A.11.2- Cycle réel de Brayton
II.A.11.3- Cycle idéal de joule
II.A.11.4- Cycle réel de joule
II.A.11.5- Cycle de d’Atkinson
II.B- Présentation de la turbine à gaz type DR990
II.B.1- Description de la turbine à gaz DR990
II.B.2- Système d’admission
II.B.3- Génératrice de gaz
II.B.3.1-Compresseur centrifuge
II.B.3.2- Chambre de combustion
II.B.3.3- Turbine de hautes pressions
II.B.4- Turbine de puissance
II.B.5- Section d’échappement
II.B.6- Accouplement
II.B.7- Socle et support de laturbine
II.B.7.1- Socle
II.B.7.2- Support
II.B.7.3- Les paliers
II.B.7.3.a- Les paliers lisses
II.B.7.3.b- Palier de butée
II.B.8- Conclusion
Chapitre III : Calcul thermodynamique de la turbine à gaz type DR990
III.1- Introduction
III.2- Cycle thermodynamique réel de la turbine a gaz
III.3- Détermination de la chaleur massique
III.4- Partie compresseur
III.4.1- Pression de l’air
III.4.2- Détermination du travail et le rendement du compresseur
III.4.2.a- Travail de compresseur
III.4.2.b- Rendement du compresseur
III.4.3- Détermination le taux de compresseur
III.4.4- Détermination de la puissance du compresseur
III.5- Chambre de combustion
III.5.1- Composition de gaz naturel
III.5.2- Réactionchimique de la combustion
III.5.3- Détermination du rapport stoechiométrique
III.5.4- Les compositions des gaz brulé
III.5.5- Calcul d’excès d’air
III.5.6- Les compositions d’O2 et N2
III.6-Turbine Génératrices de Gaz
III.6.1- Calcul du travail produit par la turbine hp
III.6.2- Détermination l’exposant isentropiqueɤ4, 5
III.6.3- Détermination le taux de la turbine de génératrice de gaz
III.7- La turbine de puissance
III.7.1- Détermination la pression d’échappement
III.7.2- Détermination la températurethéorique d’échappement
III.7.3- Détermination l’exposant isentropique
III.7.4- Détermination la pression d’échappement P6
III.7.5- Détermination du taux de turbine bp
III.7.6- Détermination de la puissance de la turbine bp
III.7.7- Détermination de la puissance de la turbine au bout de l’arbre
III.7.8- Détermination le rendement globalde la turbine a gaz
III.8- Comparaison de nos résultats de la turbine à gaz avec ceux de la turbine à gaz DR990 de Haoud Berkaoui
III.8- Conclusion
Chapitre IV : Entretien de la turbine à gaz type DR990
IV.I- Généralité sur la maintenance
IV.I.1- Définition de la maintenance
IV.I.2- But de la maintenance
IV.I.3- Différentes type de maintenance
IV.I.3.1- Maintenance corrective
IV.I.3.2- Maintenance préventive
IV.II- Maintenance de la turbine à gaz DR990
IV.II.1- Introduction
IV.II.2- Les facteurs d’exploitation influençant l’entretien
IV.II.2.a- Type de combustible
IV.II.2.b- Fréquence de démarrage
IV.II.2.c- Pourcentage de charge
IV.II.2.d- Milieu (environnement
IV.II.2.e- Entretien
IV.II.3- Type d’inspection
IV.II.3.a- Inspection sur la machine en marche
IV.II.3.b- Inspection sur la machine a l’arrêt
IV.II.3.b.1- Inspection du système de la combustion
IV.II.3.b.2- Inspection du parcours des gaz chauds
IV.II.3.b.3- Révision général
IV.II.3.b.4- Inspection spécial (avec baroscope
IV.II.3.b.4.1- Programme d’inspection par baroscope
IV.II.4- Horaire de révision
IV.II.5- Différent systèmes de la turbine a gaz DR990
IV.II.5.1- Système de graissage
IV.II.5.2-Système de lancement
IV.II.5.3- Système d’air de refroidissement et d’étanchéité
IV.II.5.4- Système du gaz combustible
IV.II.5.5- Système anti pompage
IV.II.5.6- Système de commande
IV.II.5.7- Système de protection
IV.II.5.7.a- Protection de la survitesse
IV.II.5.7.b- Protection contre les vibrations
IV.II.5.7.c- Protection contre l’excès de température
IV.III- Sécurité d’exploitation
IV.III.1- Introduction
IV.III.2- Définition de la sécurité
IV.III.3- La relation entre la maintenance et la sécurité
IV.III.4- La sécurité au niveau de l’unité de traitement de gaz
IV.III.5- Mesure de sécurité
IV.III.6- Les protections locales contre l’incendie
IV.III.6.a- La turbine
IV.III.6.b-La zone de stockage
IV.III.6.c- La salle de contrôle
IV.III.6.d- La sous-station électrique
IV.III.7- Système de protection anti-incendie a l’anhydride carbonique
IV.III.7.1- Introduction
IV.III.7.2- Description
IV.III.7.3- Installation
IV.III.7.3.a- Instruction de montage
IV.III.7.3.b- Installation des bouteilles
IV.III.8- Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie

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