Effets quelques paramètres sur l’interface du mélange

Effets quelques paramètres sur l’interface du mélange

Etude expérimentale

En vue de l’importance des pipelines dans le transport des produits dans l’industrie pétrolière, il est bien nécessaire de mieux comprendre la relation entre la théorie et l’expérimental, en ce qui concerne le phénomène de l’interface du mélange qui s’amorce lorsque les produits sont transportés par baths (lots). Le problème de l’estimation de l’interface du mélange est commun dans les pipelines multiproduit, où l’envoi successif de différents produits à travers un seul pipeline s’effectue sans aucune séparation physique. Dans ces conditions, une interface est développée à la zone de contact des deux produits adjacents purs et qui sont en écoulement séquentiel dans la même conduite. Le mélange généré doit être impérativement localisé et quantifié afin qu’il soit séparé des produits purs, car ce dernier n’est en aucun cas commercialisable et nécessites des traitements spécifiques (la correction de sa qualité ou son reclassement).

Notion sur les écoulements multi-fluide (Pipeline multiproduit)

Le transfert des produits pétrolier à travers un seul pipeline à partir des raffineries vers les différents terminaux et centres de stockage et de distribution, est une pratique courante dans L’industrie pétrolière. Ce transport peut être pratiqué selon deux manières différentes, la première consiste à utiliser des séparateurs physiques (appelés pistons racleurs) entre chaque deux produits adjacents (Fig. 2.1), par contre la deuxième alternative, consiste à pomper séquentiellement les différents produits sans aucune séparation, cette dernière génère couramment des problèmes opérationnels et économiques qui sont conséquences de la formation des zones de mélange à l’interface des produits qui sont en contact et en écoulement séquentiel. Le mélange (l’interface), généralement appelé contaminât, ne peut pas être dégradé dans aucun des produits purs et doit donc être stocké dans des réservoirs du mélange spécialement conçus pour cette raison [3]. Dans ce cas, on suppose initialement que le produit identifié comme A est déjà pompé à un moment donné, le produit B est injecté dans la ligne après l’alignement adéquat des réservoirs, le produit B commence à pousser le produit A avec une formation d’une zone de mélange à l’interface du produit.

Réception des interfaces du mélange dans le Terminal Arrivée

Le procédé présenté sur la Figure (2.9), constitue le dispositif expérimental où toutes nos expériences ont été menées. Ce procédé est composée de :

– Un parc de stockage des carburants au niveau de la raffinerie.

– Une station de pompage et une station de reprise de pompage vers le Terminal Arrivée, situé au bout final de la canalisation multiproduit.

– Un centre de stockage pour la réception des produits purs.

Les produits sont envoyés sous forme de batchs, l’un après l’autre de la raffinerie et sont introduits dans le pipeline et pompés successivement à travers la station de pompage SP1. Au début, un contact vertical est établi entre le produit et celui qui le précède. Dans le temps et avec l’évolution de l’écoulement, la zone du mélange se développe et progresse jusqu’à l’extrémité finale du pipeline multiproduit (Terminal Arrivée). Le nombre d’interfaces peut être identifié par le nombre des produits purs introduits dans le pipeline. Chaque contact carburant-carburant est la zone de formation du mélange. Au niveau du Terminal, est installée la chaine de comptage constituée de compteurs à turbines et un densimètre électronique, permettant le basculement automatique du produit en fonction de sa nature, par mesure directe de sa masse volumique et son envoi au réservoir de stockage y afférent. A partir du système de supervision de la salle de contrôle (DCS : Distributed Control System) du Terminal Arrivée, la plage des masses volumiques relative à chaque produit (Tableau 2.1) est préalablement introduite dans le WinCC « Windows Controler Center » (Fig. 2.8).

Application des modèles mathématiques et approches pour ’estimation du vo ume du mélange La détermination du volume de mélange dans l’opération de transfert par batch est basée sur la compréhension des divers facteurs comme les propriétés des fluides, les conditions de fonctionnement et les régimes d’écoulement. Elle est spécialement conditionnée par le bon choix du coefficient de diffusion. Le phénomène du mélange est régi par certains modèles qui ont été développés et améliorés en comparant l’approche théorique basée sur la loi de Fick (Diffusion pure et de la convection diffusion) à l’expérience. La loi de Fick décrit la diffusion de la matière reliant le flux de matière au gradient de concentration. Ce type de loi nommée loi de diffusion en mathématiques, apparaît dans les systèmes décrivant un transport (masse, énergie,…etc.)

Théorie de formation de l’interface du mélange [8, 16, 30] La formation de la zone de mélange des produits dans les écoulements multiproduit est principalement définie par le phénomène de transfert de masse. Ce phénomène résulte de la diffusion dans la direction axiale et radiale avec l’existence d’un profil de vitesse du mélange dans un flux laminaire ou turbulent. Considérons un exemple de deux produits A et B en écoulement successif dans une conduite. Au début, la conduite est supposée pleine en produit B. Initialement, à l’instant un contact vertical est établi dès que le second produit (A) est introduit dans la ligne ( ). Avec le temps le contact vertical commence à s’écarter et à l’instant et une interface est remarquée. Dans ce cas, les produits purs ne sont plus en contact l’un avec l’autre mais sont plutôt en contact par l’intermédiaire d’une interface constituant un mélange composé de fraction de produits A et B jusqu’à atteindre le bout final de la conduite( ) avec une longueur interface plus développée.

Calcul de prédiction du volume du mélange comparé aux résultats du terrain Dans ce chapitre, nous allons appliquer les deux approches, d’Austen-Palfrey et celle du MVEPC (Mixing-Volume-Equivalent-Pipe-Concept) pour uniformiser la géométrie du pipeline étudié, constitué de trois segments de diamètres et longueurs différents, dont ce dernier est déjà présenté en détail dans la partie étude expérimentale. Application du modèle mathématique et formulations pour la prédiction du volume du mélange Sur les dix huit (18) expériences et séquences de transport du multiproduit pétrolier (Carburants) menées sur le pipeline en question, les longueurs équivalentes calculées selon chaque approche sont introduites dans la formule de calcul du mélange (Equation 3.57). Les volumes du mélange sont calculés à parti des données du terrain (paramètres physicochimiques des fluides et d’écoulement) récapitulées dans le tableau (2.2) et sont comparés aux volumes mesurés pour chaque séquence de transport et dont ces derniers sont ainsi récapitulé dans le tableau (2.2). Le tableau (4.1) récapitule les résultats de calcul des paramètres d’écoulement, géométriques et les concentrations de coupure nécessaires pour l’application de la formulation de calcul du volume du mélange. Pour les concentrations de coupures, les limites des masses volumiques appropriées à chaque produit sont prises en considération afin de tenir compte des configurations pratiques présentées dans la figure (2.17) pour identifier la zone du mélange étudiée pour qu’elle soit compatible avec l’enregistrement expérimental. Le tableau (4.2) regroupe les résultats de calcul finaux pour les deux approches (Austen- Palfrey et MVEPC), à savoir : les coefficients de dispersion, les interfaces du mélange (en longueur et en volume).

Table des matières

Sommaire
Chapitre 1. Synthèse bibliographique
1.1 Introduction
1.2 Revue de la littérature
1.3 Modèles d’Austin-Palfrey
1.3.1 Formules de calcul du volume du mélange
1.3.2 Zone critique
1.4 Calcul du volume de mélange
1.4.1 Longueur équivalent pour une conduite de diamètres variables diamètres
1.4.2 Viscosité de mélange
1.4.3 Diamètre intérieur du tuyau
1.4.4 Nombre de Reynolds
1.4.5 Coefficient de frottement
1.4.6 Coefficient de dispersion axial, K
1.5 Conclusion
Chapitre 2. Etude expérimentale
2.1 Introduction
2.2 Notion sur les écoulements multi-fluide (Pipeline multiproduit)
2.2.1 Définition du batching
2.3 Présentation du dispositif expérimental
2.3.1 Présentation de la Canalisation MP, Stations de pompage et Terminaux
2.3.2 Présentation de la station de pompage (SP1)
2.3.3 Présentation de la station de pompage (SP2)
2.3.4 Présentation du Poste de Coupure
2.3.5 Présentation du Terminal Arrivée
2.4 Réception des interfaces du mélange dans le Terminal Arrivée
2.5 Relevés des données et des résultats expérimentaux
2.5.1 Concentrations admissibles et de coupure
2.5.1.2 Concentrations de coupure
2.5.2 Techniques expérimentales pour la quantification du volume du mélange
2.6 Configurations pratiques de l’interface du mélange
2.7 Conclusion
Chapitre 3. Application des modèles mathématiques et approches pour l’estimation du volume du mélange
3.1 Introduction
3.2 Théorie de formation de l’interface du mélange
3.3 Solutions des modèles mathématiques de diffusion
3.3.1 Résolution de l’équation de diffusion pure
3.3.2 Résolution de l’équation de convection diffusion
3.4 Calcul du volume de mélange
3.4.1 Longueur équivalente pour les géométries complexes
3.4.2 Formulations pour le calcul de volume de mélange
3.5 Conclusion
Chapitre 4. Calcul de prédiction du volume du mélange comparé aux résultats du terrain
4.1 Introduction
4.2 Application du modèle mathématique et formulations pour la prédiction du volume du mélange
4.2.1 Volumes du mélange prédits (Approche d’Austin-Palfrey) comparé aux résultats expérimentaux
4.2.2 Volumes du mélange prédits (MVEPC) comparé aux résultats expérimentaux
4.3 Interprétation des résultats
4.4 Conclusion
Chapitre 5. Ajustement des modèles de calcul du volume du mélange par les techniques de régression
5.1 Introduction
5.2 Contexte et notion de liaison fonctionnelle entre deux variables
5.3 Techniques de régression
5.4 Régression linéaire
5.4.1 Méthode des moindre carrée pour la détermination des coefficients de la droite de régression
5.4.2 Différentes modèles de régression linéaire
5.5 Calcul et signification de coefficient de corrélation
5.5.1 Interprétation selon le signe
5.5.2 Interprétation selon l’intensité
5.6 Test statistique sur le coefficient de corrélation
5.7 Application des modèles de régression pour l’ajustement des formules de calcul du volume
du mélange
5.8 Détermination des coefficients de corrélation et des paramètres de la droite de régression
5.8.1 Ajustement de corrélation basée sur la longueur équivalent d’Austin-Palfrey
5.8.2 Ajustement de corrélation basée sur la longueur équivalent de l’approche MVEPC
5.8.3 Test statique « Test de Student »
5.9 Conclusion
Chapitre 6. Etude paramétrique : effets quelques paramètres sur l’interface du mélange
6.1 Introduction
6.2 Influence de la géométrie
6.3 Influence du nombre de Reynolds
6.4 Influence de la masse volumique
6.4.1 Variation de la masse volumique du produit le plus lourd
6.4.2 Variation de la masse volumique du produit le plus léger
6.5 Comportement du coefficient de diffusion
6.6 Conclusion81
Conclusion  

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