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Thème : Optimisation de la méthode de
remplacement des thermocouples encastrés :
cas des chaudières de pétrole brut des stations
de pompage de COTCO
REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Paix-Travail-Patrie
--------------
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT
SUPERIEUR
--------------
UNIVERSITE DE YAOUNDE I
--------------
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE
--------------
DEPARTEMENT DES GENIES
MECANIQUE ET INDUSTRIEL
REPUBLIC OF CAMEROON
Peace-Work-Fatherland
--------------
MINISTRY OF HIGHLY
EDUCATION
--------------
UNIVERSITY OF YAOUNDE I
--------------
NATIONAL ADVANCED
SCHOOL OF ENGINEERING
--------------
DEPARTMENT OF MECHANICAL
AND INDUSTRIAL ENGINEERING
Rédigé par :
Sous la supervision de :
Année académique 2015/2016
Rapport de Stage Pré - Ingénieur
M. Charles ACHA : Technical Support and
Engineering Superintendent
M. Joseph KENMOE : Corrosion Specialist
M. Kingsley MENGOT : Machinery Engineer
01/10/2016
NJEDOKC NANFACK Donald
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page i
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
DEDICACE
Je dédie ce travail à mes parents,
Mr NJEDOCK Fabien et Mme NJEDOCK
Marie Chantal ; eux qui n’ont ménagé aucun effort
pour mon éducation et ma formation.
Puissiez-vous trouver dans ce travail les
prémices des résultats de tous les efforts et
sacrifices consentis pour mon éducation et ma
formation.
Que Dieu, le Tout-Puissant vous accorde longue
vie.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page ii
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
REMERCIEMENTS
Ce présent rapport de stage est le résultat de plusieurs efforts consentis dont seule la volonté
du tout puissant est à l’origine. Ainsi je ne manquerai d’adresser ma profonde gratitude à toutes
ces personnes qui ont participé de loin ou de près à la concrétisation de ce projet. Il s’agit en
effet de :
 L’Administrateur directeur générale de la Cameroon Oil Transportation Company Mr
JOHNNY MALEC pour m’avoir accepté de me recevoir comme stagiaire académique
au sein de cette entreprise et me donner l’opportunité de réaliser ce travail.
 Les responsables du Département des Opérations pour l’accueil et l’encadrement qu’ils
m’ont réservé au sein de cette division.
 Mes encadreurs professionnels qui m’ont formé et accompagné tout au long de cette
expérience professionnelle avec beaucoup de patience, de pédagogie, de gentillesse et
de multiples conseils.
 A tout le personnel de la station de pompage N°3 les multiples conseils et le sens
d’hospitalité dont ils ont fait preuve durant tout mon séjour sur ce site.
 A tout le personnel de COTCO pour les multiples conseils et le sens d’hospitalité dont
ils ont fait preuve durant tout mon séjour au sein de cette entreprise.
 A l’administration et au corps enseignant de l’ENSP, en particulier au Pr MEVA’A
LUCIEN, chef de département des Génies industriel et mécanique, pour le dévouement
et le sens de responsabilité dont ils ont fait preuve et continuent de faire tout au long de
ma formation.
 A toutes la famille NJEDOCK pour tous son soutien et son encourage permanant.
 A Mr TCHASSEM Moise pour ses multiples conseils au quotidien.
 A mes camarades de classes de la 4GM pour leurs soutiens.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page iii
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
GLOSSAIRES
Sigles
Tableau 1 - Sigles
Sigles Significations
E.N.S.P Ecole Nationale Supérieure Polytechnique
COTCO Cameroon Oil Transport Company
S.A Société Anonyme
COTP Crude Oil Topping Plant
PS Pump Station
PRS Pump reduce station
FCC Fluid catalytic cracking
CEI Commission électrotechnique internationale
NF Norme française
ANSI American National Standards Institute
FAST Functional Analysis System Technique
JSA Jobs safety analyst
EPI Equipement de protection individuelle
PIG Pipeline Inspection Gizmo
ORSTOM l'Office de la recherche scientifique et
technique outre-me
CONOCO CONTINENTAL OIL COMPANY
TOTCO Tchad Oil Transportation Company
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page iv
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Abreviations
Tableau 2 - Abreviations
Abréviations Significations
M Masse (Kilogramme Kg)
V Volume (en mètre cube m3
)
P Puissance (kilowatt)
MW Mégawatt
Cv Cheval
M Mètre
S Seconde
N Newton
MPa Méga pascal
µ V / ° C Micro volte par degré Celsius
AN Application numérique
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page v
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
RESUME
Le travail réalisé durant notre stage pré-ingénieur avait pour thème : « Optimisation
de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de
pétrole brut des stations de pompage de COTCO ». L’objectif était d’optimiser la méthode
de remplacement de ces thermocouples car celle actuellement utilisé présente des risques
industriels notamment ceux liés aux travaux à chaud et en hauteurs dans les espaces confinés,
déplus elle nécessite jusqu’à dix jours de travail pour sa mise en œuvre et coûte pratiquement
7.000.000 Franc CFA à la structure pour le remplacement d’un seul thermocouple. Et la société
possède environ une trentaine de thermocouples installés sur ses chaudières. L’optimisation
vise donc la réduction de ces risques industrielles, ainsi que le temps et les coûts de sa mise en
œuvre.
Pour se faire, nous avons passé en revue les différentes technologies de fixation des
thermocouples sur les surfaces des conduites, puis nous avons effectué une analyse
fonctionnelle qui nous a parmi de faire une recherche des solutions que nous avons comparées.
Au ressort de cette comparaison, nous avons choisi la solution définitive par rapport à l’objectif
visé. Ensuite nous avons fait ressortir les risques industriels, le temps et les coûts de mise en
œuvre de cette solution. Et enfin nous avons comparé cette nous approche à celle actuellement
utilisé. C’est ainsi que cette nouvelle approche a pu réduire certain risque industriel notamment
ceux liés au travail à chaud dans les espaces confinés. Elle a fait passer le temps d’intervention
de dix à cinq jours soit une réduction de 50%, et les coûts sont passés de 7.000.000 Franc CFA
à pratiquement 2.500.000 Franc CFA soit une réduction de près de 64% des coûts
d’intervention pour le remplacement d’un thermocouple.
Mots clés : Thermocouple, espace confiné, chaudière de pétrole brut.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page vi
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
ABSTRACT
During our internship, our work has as theme : « Optimizing the replacement method
of embedded thermocouples : case crude oil heater pomp station COTCO ». the objective
was to optimize the replacement method of thermocouple because, one currently used presents
industrial risks including those related to hot works and working at height in confined spaces,
furthermore it requires ten days of work for its implementation and costs practically 7,000,000
Franc CFA to the company for the replacement of only one thermocouple. And the company
has about thirty thermocouples installed on his crude oil heater. The optimization is therefore
aimed to reduce these industrial risks as well as the time and cost of implementation.
To get, we have reviewed the various thermocouple attachment technologies on the
surfaces of pipes, then we performed a functional analysis that has us from doing a search for
solutions we compared. At the end of this comparison, we chose the final solution in relation
to the objective. Then we have highlighted industrial risks, time and implementation costs of
this solution. Finally, we compared this approaches at the one which currently. It is thus that
this new approach could reduce some industrial risks including those related to hot work in
confined spaces. It increased the response time from ten to five days or a 50% discount, and
costs increased from 7,000,000 to almost 2,500,000 Franc CFA Franc is a reduction of nearly
64% of the intervention costs for the replacement of a thermocouple.
Keys words : Thermocouple, confine space, crude oil heater.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page vii
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Avant-propos
L’Ecole Nationale Supérieure Polytechnique (ENSP), dans sa quête croissante de
l’une des premières places, sinon la meilleure dans la formation aussi bien des jeunes
Camerounais que des étrangers, a donné à voir au fil des ans plusieurs types de
formations. Aujourd’hui, elle forme les ingénieurs de conception dans les domaines
suivants : Génie Industriel, Génie Mécanique, Génie Electrique, Génie Civil, Génie
Informatique et Génie des Télécommunications. Pour asseoir ainsi ces formations, elle
a entrepris, avec la collaboration de certaines entreprises du pays d’associer les
enseignements théoriques suivis à l’école aux réalités du terrain. C’est ainsi que l’on
distingue trois principaux stages à l’E.N.S.P :
 Un stage ouvrier : en 3ème année
 Un stage pré ingénieur : en 4ème année
 Un stage ingénieur : en 5ème année, stage de fin de formation
Le deuxième stage est celui que nous avons effectué, dans la Cameroun Oil
Transport Company (COTCO) qui nous a ouvert toutes grandes ses portes pendant la
période allant du 01 juillet au 31 août 2016, avec pour thème : « Optimisation des
méthodes de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de
pétrole brut des stations de pompage de COTCO ».
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Liste des figures
Figure 1 - Immeuble siège COTCO Douala..............................................................................6
Figure 2 – Profil du Pipeline TCHAD – CAMEROUN ...........................................................8
Figure 3 - Organigramme de COTCO.......................................................................................9
Figure 4 - Organigramme du département des opérations .....................................................10
Figure 5 - Plan simplifié de la station de pompage de Belabo (PS3)......................................11
Figure 6 - Station de Pompage de Belabo (PS3).....................................................................11
Figure 7 - Organigramme de la Station de Pompage de Belabo ............................................12
Figure 8 Section de radiation directe......................................................................................16
Figure 9 Thermocouple............................................................................................................19
Figure 10 Thermocouple type K (Chromel - Alumel) dans une configuration standard de
thermocouple de mesure. .........................................................................................................19
Figure 11 - Point de prise température du thermocouple .......................................................20
Figure 12 - Les différentes tensions des thermocouples en fonction de la température de
référence 0°C ...............................................................................................................................
..................................................................................................................................................23
Figure 13 Formation de Coke dans une conduite ...................................................................24
Figure 14 Thermocouple V-Pad fixé sur une conduite............................................................25
Figure 15 - Thermocouple Refracto-Pad fixé sur une conduite ..............................................27
Figure 16 Thermocouple - Retracto-Pad.................................................................................27
Figure 17 Xtracto-Pad.............................................................................................................28
Figure 18 Thermocouple - Weld-Pad ......................................................................................29
Figure 19 Thermocouple bridé et soudé sur une conduite : application du Weld-Pad...........29
Figure 20 - Thermocouple soudé sur une conduite à extrémité ronde...................................31
Figure 21 Thermocouple fixé dans la chaudière ....................................................................34
Figure 22 Schéma du Besoin du Support.................................................................................37
Figure 23 Diagramme pieuvre du support ..............................................................................40
Figure 24 – Effort extérieurs sur la bride................................................................................54
Figure 25 - Model de répartition des charges sur la bride .....................................................55
Figure 26 - Diagramme des efforts tranchants........................................................................56
Figure 27 - Diagramme des moments fléchissants..................................................................56
Figure 28 - Prise de température d'un fluide circulant dans une conduite grâce à un
thermocouple............................................................................................................................87
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page ix
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Liste des tableaux
Tableau 1 - Sigles..................................................................................................................... iii
Tableau 2 - Abreviations...........................................................................................................iv
Tableau 3 Comparaison de quelques types de Thermocouples..............................................23
Tableau 4 - Tableau comparatif des quatres premières méthodes (source WIKA).................30
Tableau 5 Fonctions de services..............................................................................................39
Tableau 6 Caractérisation des fonctions.................................................................................40
Tableau 7 - Solution 1: Avantages et Inconvénients................................................................47
Tableau 8 - Solution 2: Avantages et Inconvénients................................................................48
Tableau 9 - Solution 3: Avantages et Inconvénients................................................................49
Tableau 10 - Solution 4: Avantages et Inconvénients..............................................................50
Tableau 11 – Comparaison des différentes solutions.............................................................51
Tableau 12 - Coût d'une maintenance corrective après défaillance d'un thermocouple avant
l'optimisation............................................................................................................................61
Tableau 13 - Estimation des coûts de mise en oeuvre du système d'optimisation...................63
Tableau 14 - Estimation des coûts d'une maintenance corrective sur un thermocouple après
optimisation..............................................................................................................................66
Tableau 15 - comparaison des méthodes avant l'optimisation et après l'optimisation ...........67
Tableau 16 - Travail à chaud Exigences de barrière ..............................................................69
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page x
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Table des matières
DEDICACE..........................................................................................................................i
REMERCIEMENTS.............................................................................................................. ii
GLOSSAIRES..................................................................................................................... iii
Sigles .................................................................................................................................................... iii
Abreviations ......................................................................................................................................... iv
RESUME ........................................................................................................................... v
ABSTRACT ....................................................................................................................... vi
Avant-propos ................................................................................................................. vii
Liste des figures............................................................................................................. viii
Liste des tableaux............................................................................................................ ix
Table des matières ........................................................................................................... x
INTRODUCTION GENERALE ...............................................................................................1
Chapitre 1: PRESENTATION DE L’ENTREPRISE.................................................... 3
II. Presentation de l’entreprise.......................................................................................4
Historique..............................................................................................................................................4
Fiche signalitique de l’entreprise ..........................................................................................................5
Activités.................................................................................................................................................6
Présentation du système de transport par pipeline .............................................................................7
Organigramme de COTCO.....................................................................................................................9
Présentation de la station de pompage N°3 .......................................................................................10
Valeurs de COTCO ...............................................................................................................................12
Chapitre 2:GENARALITES SUR LES FOURS ET LES THERMOCOUPLES..........15
I. Four......................................................................................................................... 16
A. Definition et role............................................................................................................. 16
B. Quelques types de fours.................................................................................................. 17
II. Thermocouple.......................................................................................................... 18
A. Définition et rôle............................................................................................................. 18
B. Principe de fonctionnement............................................................................................ 19
Principe physique : Effet Seebeck .......................................................................................................20
Fonction caractéristique .....................................................................................................................21
C. Types de Thermocouples................................................................................................. 21
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page xi
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
D. Comparaison des quelques types thermocouples............................................................. 22
III. Objectifs des mesures de température de surface ................................................. 24
IV. Présentation de quelques méthodes de fixation des thermocouples sur les surfaces
des conduites ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients ....................................... 25
A. Méthode 1 : application au V-Pad.................................................................................... 25
B. Méthodes 2 : application au Refracto-Pad ....................................................................... 26
C. Méthode 3 : Xtracto-Pad................................................................................................. 27
D. Méthode 4 : application au Weld-Pad.............................................................................. 29
E. Méthodes 5 .................................................................................................................... 30
Chapitre 3: PROBLEMATIQUE ET OPTIMISATION DE LA METHODE DE
REMPLACEMENT DES THERMOCOUPLES ENCASTRES.................................... 32
I. Problématique......................................................................................................... 33
But de notre l’étude............................................................................................................................35
Validation du but et de l’étude ...........................................................................................................35
II. Etude de la technologie de fixation des thermocouples sur la surface des conduites de
la chaudière ................................................................................................................... 36
1. Analyse du besoin ...............................................................................................................................36
a) Schéma du besoin...........................................................................................................................37
b) Enoncé du besoin............................................................................................................................37
c) Validation du but et de l’étude.......................................................................................................37
2. Analyse fonctionnelle du besoin .........................................................................................................38
a) Les éléments du milieu extérieur du support lors de la phase de fonctionnement et à l’arrêt .....38
b) Identification des fonctions de services..........................................................................................38
c) Diagramme pieuvre du support......................................................................................................39
d) Caractérisation des fonctions ........................................................................................................40
Analyse fonctionnelle technique.........................................................................................................42
Recherche des solutions .....................................................................................................................47
a) Solution 1........................................................................................................................................47
b) Solution 2........................................................................................................................................48
c) Solution 3........................................................................................................................................49
d) Solution 4........................................................................................................................................49
Choix de la solution.............................................................................................................................50
Chapitre 4: DIMENSIONNEMENT, ESTIMATION FINANCIERE, ACTIVITES
PARALLELES ET ASPECTS SECURITES.................................................................... 52
I. Dimensionnement, dessin d’ensemble et dessins de définitions ................................ 53
Dessin d’ensemble ..............................................................................................................................53
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page xii
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Dimensionnement de la bride.............................................................................................................53
Dessins de définitions des pièces à fabriquer .....................................................................................58
II. Estimation financière............................................................................................... 59
Coût pour la méthode actuelle ...........................................................................................................59
Coût après optimisation......................................................................................................................62
Comparaison : avant l’optimisation et après l’optimisation ...............................................................66
III. Sécurité au travail ................................................................................................ 67
A. Les travaux en hauteur.................................................................................................... 67
B. Les travaux à chaud......................................................................................................... 68
Generalités..........................................................................................................................................68
Les considérations du permis de travail à chaud ................................................................................70
Gestion des risques de travail à chaud................................................................................................71
Contrôle des dangés de santé des travaux à chaud............................................................................73
C. Admission dans un espace confiné .................................................................................. 74
IV. Activités parallèles : DEROULEMENT DU STAGE A LA COTCO................................. 80
CONCLUSION ET PERSTECTIVES....................................................................................... 83
Références Bibliographique ............................................................................................ 84
A. Bibliographie .................................................................................................................. 84
B. Webographie.................................................................................................................. 85
Liste des annexes............................................................................................................ 86
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 1
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
INTRODUCTION GENERALE
Le transport du pétrole brut par oléoduc étant une activité de haute importance à la fois
économique, commerciale, environnementale et sociale, elle nécessite un suivi de plus prêt. Et
pour ce faire, la Cameroon Oil Transportation Company (COTCO) a mis en place deux
stations de pompages donc une dans la localité de Dompta et l’une autre dans la localité de
Belabo, une station de réduction de pression à Kribi et enfin un terminal flottant situé à environ
12 km de la station de réduction.
Les stations de pompage permettent d’augment le débit du pétrole brut et de le réchauffer
pour éviter qu’il ne gèle durant le transport ; ce qui pourrait boucher le pipeline.
L’augmentation du débit se fait grâce à des pompes centrifuges multi-étages entrainés par des
turbines qui fonctionnent au distillat. Ce distillat est produit grâce à des mini raffineries
installées sur chaque site. Ces raffineries ont parmi leurs équipements des fours à pétrole brut
qui permettent de chauffer le pétrole avant la distillation. Parmi les accessoires des fours, on
note les thermocouples qui sont des capteurs de température.
Les capteurs de températures permettent de déterminer le régime du four notamment à
travers les différentes valeurs des températures de brut mesurées à différents points. Des lors,
nous pouvons comprendre que les thermocouples sont indispensables au fonctionnement du
four, qui lui-même est indispensable dans le processus de raffinage. Et sans raffinage, il n’y a
pas production du distillat. Donc les turbines de pourront plus entrainer les pompes. Alors le
débit du brut va plus tôt diminuer. Donc le pétrole brut prendra plus de temps que prévu pour
arriver au terminal flottant. Ce qui pourrait entrainer des conséquences financières négatives.
Comme tout équipement, ces thermocouples peuvent êtres défaillant. Et l’un des moments
les moins souhaitable est durant la production. Ce qui n’est pas un événement impossible. Dans
le but d’assurer une maintenance préventive et corrective des capteurs de température, une
méthode de remplacement des thermocouples est généralement appliquée. Mais elle présente
des risques dans son exécution. A savoir des risques liés au travail en hauteur dans les espaces
confinés et les risques liés au travaux à chaud dans les espaces confinés. De plus, nous avons
affaire au hydrocarbure donc une explosion peut se produit d’un moment à moment autre
malgré le respect des procédures avant toutes interventions. Ce qui pourrait entrainer des
conséquences négatives très lourdes sur la vie des employés, les équipements et surtout sur le
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 2
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
plan financier. En plus des risques, sa mise en œuvre prend minimum dix jours et son coût est
donc évalué à environ sept millions (7.000.000) de franc CFA pour le remplacement d’un
thermocouple.
Dans le but de réduire les risques liés au remplacement des capteurs, préserver la vie de
ses employés, réduire les coûts des interventions, préserver ses installations et en réduire les
temps d’arrêt de la production, la société nous a donné la mission d’: « Optimisation des
méthodes de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole
brut des stations de pompage de COTCO » qui est notre thème de stage. Notre contribution
est ainsi exposée sous forme de quatre chapitres :
 Chapitre I : présentation de l’entreprise ;
 Chapitre II : généralités sur les fours et les thermocouples ;
 Chapitre III : problématique et optimisation de la méthode de remplacement
des thermocouples ;
 Chapitre IV : dimensionnement, estimation financière, aspect sécuritaire et
activités parallèles ;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 3
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
PRESENTATION DE
L’ENTREPRISE
Aperçu
Cette première partie traite les points suivants :
 Historique ;
 Fiche signalétique ;
 Activités ;
 Système de transport par pipeline ;
 Organigramme de COTCO ;
 Présentation de la station de pompage N° 3 ;
 Valeurs de COTCO ;
Chapitre
1
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 4
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
II. Presentation de l’entreprise
Historique
Le pétrole Tchadien est convoité depuis les années 1960, notamment avec les
recherches infructueuses menées par deux groupes français au nord du pays : le bureau des
recherches pétrolières (de 1962 à 1965) et l’institution française de recherche l’ORSTOM
(1965 à 1967) en 1969 les recherches et travaux entrepris par le groupe américain
CONTINENTAL OIL COMPANY (CONOCO) qui avait obtenu l’aval du gouvernement de
l’ancien président TCHADIEN NGARTA TOMBALBAYE après le départ des compagnies
françaises, les recherches se révèlent fructueuses au sud du TCHAD. Suite à cette découverte
la CONOCO signe un contrat avec le gouvernement tchadien qui stipule que le Tchad recevra
50% de bénéfices nets plus une garantie de 12% de la production.
Par la suite, la CONOCO cède 50% de ces parts à la compagnie
HOLLANDAISE SHELL, 25% à CHEVRON et 12,5% à ESSO qui sont deux compagnies
américaines. Il ne restera que 12,5% qu’elle va finalement céder à ESSO qui en 1977 va
acquérir 12,5% des parts de SHELL. En prenant ces parts, la compagnie américaine se retrouve
au niveau que SHELL soit 37,5%. La situation interne du s’aggravant, la CONOCO se retire
du projet. Cela n’empêchant pas pour autant la poursuite des négociations entre les différents
partis. En 1992 CHEVRON quitte le consortium en vendant ses parts à la compagnie française
ELF. Dans le nouveau partage EXXON détiendra 40% de même que SHELL, ELF se contente
de 20%. Le Tchad étant un pays enclavé, le Cameroun est choisi par les promoteurs pour
acheminer le pétrole via la construction d’un pipeline de 1081 km partant de KOME jusqu’à
KRIBI.
A la même période la banque mondiale est sollicitée par ESSO pour garantir le projet
des risques politiques et soutenir financièrement les Etats Camerounais et Tchadien afin de les
permettre de prendre part au consortium pétrolier changé du développement du projet d’où la
naissance du projet du pipeline TCHAD-CAMEROUN.
La Cameroon Oil Transportation Company (COTCO), créée en 1998, est une co‐
entreprise de droit camerounais montée par les sociétés Exxon, Chevron, Petronas, ainsi que
les gouvernements du Tchad et du Cameroun dans le cadre de la mise en œuvre du projet
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 5
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Pipeline Tchad-Cameroun au Cameroun. La COTCO a pour mission d’exporter, vers les
marchés internationaux, le pétrole brut produit à partir des champs pétrolifères tchadiens. Le
Cameroun accueille sur 890 Km, une partie de l’oléoduc qui relie le Tchad au terminal maritime
offshore de Kribi, au large du Cameroun ; régit par le projet de développement
Tchad/Cameroun. Le tronçon camerounais est géré par la « Cameroon Oil Transportation
Company » (COTCO) et celui du Tchad par la « Tchad Oil Transportation Company »
(TOTCO). L’État camerounais en est actionnaire, à travers la SNH, à hauteur de 5,17%.
Fiche signalitique de l’entreprise
 Dénomination : Cameroon oil transportation compagny
Sigle (COTCO) ;
 Raison social : Société Anonyme (S.A) ;
 Numéro de contribuable : M089700006137L ;
 Date de création : 1998 ;
 Activité : Transport du pétrole brut ;
 Capital : 65 855 300 dollars américains ;
 Chiffre d’affaire :
 Nombre d’employés :
 Directeur général : JOHNNY MALEC ;
 Adresse siège social : 164, RUE TOYOTA (Rue 1239)
Bonapriso ;
 Boite postale : BP : 3738 Dla-Cmr ;
 FAX : (237)233 42 95 96 / 233 43 35 82 ;
 R.C : Dla/1997/B/018521;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 6
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Figure 1 - Immeuble siège COTCO Douala
Activités
Le Cameroun accueille sur 890 Km, une partie de l’oléoduc qui relie le Tchad au
terminal maritime offshore de Kribi, au large du Cameroun ; régit par le projet de
développement Tchad/Cameroun. Le tronçon camerounais est géré par la « Cameroon Oil
Transportation Company » (COTCO) et celui du Tchad par la « Tchad Oil Transportation
Company ».
La COTCO est une entreprise de prestation de service dont le but principal est basé
sur l’acheminement du brut de son lieu d’extraction jusqu’au point de départ vers les marchés
internationaux. COTCO fait essentiellement dans le secteur de transport pétrolier par pipeline.
Il est à noter que le secteur de transport par pipeline des hydrocarbures en provenance des pays
tiers est régit par la loi n°96/14 du 5 aout 1998 et par son décret d’application n°97/116 du 7
juillet 1997. À travers le projet développement, COTCO travaille aussi avec les communautés
qui se trouvent à proximité des opérations pour déterminer par quels moyens il peut contribuer
à améliorer la qualité de la vie dans les régions voisines.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 7
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Présentation du système de transport par pipeline
Données techniques
 Longueur et diamètre : 1081 km dont 890 km en terre camerounaise, d’un diamètre de
76 cm.
 Profondeur : enfoui à environ 1 m de profondeur.
 Sites fixes : 3 stations de pompages (dont 2 en terre camerounaise, à Dompta et
Bélabo), et une station de réduction de pression (PRS) à Kribi.
 Installation offshore : terminal flottant de stockage et de déchargement.
 Emprise foncière : largeur de 30 à 50 m.
Sécurité et gestion des risques d’exploitation
 Surveillance aérienne de l’emprise du Pipeline ;
 Système automatique de détection des fuites : à l’aide de transmetteurs situés le long
du Pipeline ou encore d’un équipement de nettoyage des parois internes du Pipeline «
RACLEUR » qui possède également des transmetteurs et qui est lancé dans le Pipeline
à des fréquences prédéfinies ;
 Suivi et contrôle de la corrosion : on utilise généralement le système de protection
cathodique qui se sert du courant électrique pour lutter contre la corrosion dans le
Pipeline. Ce système est basé sur la réaction de l’électrolyse où les parois du Pipeline
sont la cathode et le courant envoyé par l’anode ;
 Plusieurs programmes d’inspections et de maintenance ;
Suivi environnemental
 Poursuite de la surveillance aérienne et de la maintenance de l’emprise du système de
transport ;
 Depuis 2011, un programme de surveillance avec des marcheurs locaux est mis en place
;
 Inspections mensuelle détaillées portant, entre autres, sur l’érosion des sols sur
l’ensemble du tracé ;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 8
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Figure 2 – Profil du Pipeline TCHAD – CAMEROUN
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 9
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Organigramme de COTCO
Durant notre stage, nous avons été affecté au département des opérations dont
l’organigramme est présenté comme suite.
General Manager
Deputy Genaral Manager
Tchad Interface Manager
Executive Assistance
SSHE
Manager
PA and
Goverment
relation
manager
ETS operation
superintendent
Commer
cial
Manager
Business
Service
Manager
General
Counsel
General
Service
Manager
Occupational
Health
Manager
Human
Ressources
Manager
ETS flow Assirance
and PBP
Coordinator
Figure 3 - Organigramme de COTCO
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Présentation de la station de pompage N°3
Le site de Belabo est la 3ieme stations de pompage du pipeline Tchad-Cameroun
derrière celles de KOME et de DOMPTA. Comme les deux autres elle a pour objectif d’élevé
la pression à environ 50 bars en direction de Kribi. Cette station est dotée de plusieurs
équipements majeurs dont les principaux sont les trois pompes qu’elle possède entrainée par 3
turbines qui fonctionnent au distillat.
C’est sur cette station que nous avons été affecté durant les trois semaines de la fin du
stage. Sa vue globale et son plan d’ensemble simplifié sont données par les figures ci-
dessous.
Figure 4 - Organigramme du département des opérations
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Figure 5 - Plan simplifié de la station de pompage de Belabo (PS3)
Figure 6 - Station de Pompage de Belabo (PS3)
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Organigramme de la station de pompage de Belabo (PS3)
Valeurs de COTCO
Sécurité et gestion des risques d’exploitation
 Système de contrôle de l’intégrité des opérations et de gestion des risques ;
 Surveillance aérienne de l’emprise du pipeline ;
 Système automatique de détection des fuites ;
 Suivi et contrôle de la corrosion ;
 Plusieurs programmes d’inspection et de maintenance ;
 Plusieurs exercices de formation à l’intervention en cas d’urgence pour la préparation
à toute éventualité d’incident opérationnel ;
Field Superintendent
General
Services
Administrator
Plan
Supervisor
SHE
Coordinator
Cr03 &
Cr04
Site Security
Administration
Mecachaud
Supervisor
Control
Room
E & I Lead Mechanical
Lead
Material
Coordinator
Occupational
Health
Manager
Lead
Driver
Campboss Pictet
Supervisor
Airfield Coordinator
Figure 7 - Organigramme de la Station de Pompage de Belabo
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 13
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Suivi environnemental
 Stricte adhésion au plan de gestion de l’environnement ;
 Poursuite de la surveillance aérienne et de la maintenance de l’emprise du système de
transport ;
 Inspections mensuelle détaillées portant, entre autres, sur l’érosion des sols sur
l’ensemble du tracé ;
 Paiement effectif de toutes les compensations ;
 Processus de suivi et de traitement des revendications (incluant une plateforme
COTCO/CPSP/ONGs) en place et respecté ;
 Programme des compensations régionales et communautaires achevé ;
 Audits environnementaux annuels du projet conduit par l’environnemental control
monitoring group (ECMG) pour le compte des préteurs du projet pipeline TCHAD-
CAMEROUN ;
 Revues socio-économiques du projet conduites par international advisory group
(IAG) pour le compte de la banque mondiale et des gouvernements du TCHAD et du
CAMEROUN ;
Sécurité au travail
 La vision de COTCO : un environnement de travail sans accident « PERSONNE NE
SE BLESSE » ;
 Chaque individu partage la conviction que tous les accidents et blessures sont
évitables ;
 Chaque individu accepte la responsabilité de sa propre sécurité, et est capable
d’intervenir pour, assurer la sécurité des autres ;
 Notre objectif : zéro accident pour les employés, les contractants et les tiers ;
 Pour atteindre nos objectifs de sécurité nous nous appuyons sur :
 Un engagement fort et permanent de tous (dirigeants, employés et
contractants) ;
 Des programmes et outils d’identification et de gestion des risques liés à nos
activités ;
 La communication et le partage d’expérience et de leçon apprise aux travers de
réunions de sécurité à tous les niveaux de l’organisation ;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Des programmes de reconnaissance et de récompense de l’excellence en matière
de sécurité ;
 Des indicateurs de performance et de l’efficacité des programmes ;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
GENARALITES SUR
LES FOURS ET LES
THERMOCOUPLES
Aperçu
Cette deuxième partie traite les points suivants :
 Les fours ;
 Les thermocouples ;
 Objectifs des mesures de température ;
 Présentation de quelques méthodes de fixation des
thermocouples sur les surfaces des conduites ainsi que leurs
avantages et leurs inconvénients ;
Chapitre
2
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 16
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
I. Four
A. Definition et role
Dans le domaine industriel, un four est un appareil de chauffage capable de déporter la
chaleur produite à l'aide d'un fluide caloporteur. Son rôle est d’échauffer le fluide caloporteur
à une certaine température pour une éventuelle utilisation dans l’entreprise. Pour le cas PS3 le
four permet de chauffer le pétrole brut jusqu’à une température avoisinant les 410°C avant
d’être distillé pour obtenir le distillat. Le four est constitué de deux grandes sections à savoir :
 La section de rayonnement direct : la section de rayonnement direct est typiquement
là où le rayonnement provenant des flammes chauffe les tuyaux. Les tuyaux peuvent
être verticaux ou horizontaux, disposés le long de la paroi réfractaire, au milieu ou bien
disposés en cellules. Les tuyaux sont typiquement écartés de 300 - 450 mm (12 - 18")
à l'intérieur du four. Sur l'illustration de droite, les tuyaux de process sont disposés
horizontalement et les brûleurs sont situés au milieu du four.
 La section de chaleur de convection : la section de la chaleur de convection est située
au-dessus de la section du rayonnement direct. Dans cette zone, la chaleur n'est pas
aussi intense et les tuyaux ne sont typiquement pas soumis au contact direct avec la
flamme. Ici, les tuyaux sont typiquement écartés de 150 - 230 mm (6 - 9") à l'intérieur
du four, ce qui rend parfois difficile la fixation de thermocouples de surface.
Typiquement, les thermocouples de surface sont seulement installés sur la rangée du
fond.
Figure 8 Section de radiation directe
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
B. Quelques types de fours
Dans le domaine industriel on rencontre plusieurs types de fours parmi lesquels :
 Pétrole brut : les fours à pétrole brut chauffent du pétrole brut pour une utilisation dans
une installation de distillation. La composition du pétrole brut peut varier largement
suivant le type. Les fours à pétrole brut fonctionnent dans des conditions stables.
Noté bien : C’est ce type de fours qui sont installés sur les stations de pompage de COTCO.
 Reformeur à vapeur / reformeurs primaires : c’est un four de réaction (tubes remplis
de catalyseur) qui crée du gaz de synthèse pour la production d'hydrogène, d'ammoniac
ou de méthanol. Ces reformeurs primaires sont des fours très chauds qui sont exploités
en général dans des conditions stables mais les tuyaux sont soumis à des
déformations/mouvements importants.
 Hydrotraitement : les fours à hydrotraitement chauffent des matières
premières pour qu’elles puissent être traitées (hydrotraiteurs) ou craquées et traitées
(hydrocraqueurs). Les fours à hydrotraitement sont exploités en général dans des
conditions stables avec un potentiel de cokage en fonction du type de matériau qu'ils
traitent. Les unités à hydrotraitement typiques peuvent traiter quasiment toutes les
fractions de pétrole.
 Reformage catalytique : le four de reformage chauffe la fraction de naphta pour une
utilisation dans des réacteur de reformage. Ces fours multi cellules sont très chauds et
les tuyaux sont souvent soumis à une déformation tridimensionnelle qui peut s'avérer
problématique.
 Unité de cokéfaction : le four de cokerie chauffe des fractions de pétrole lourd à
haute teneur en résidus de pétrole et en produits asphaltés pour une utilisation dans un
réservoir à coke. Une formation prématurée de coke dans les tuyauteries peut être un
problème, ainsi que le mouvement fréquent du four provoqué par les variations de
température et le décokage.
 Fluid catalytic cracking (Craquage catalytique de fluide) : les fours FCC chauffent
du gazole pour un traitement dans la colonne montante FCC, et sont généralement des
fours qui sont exploités dans des conditions stables.
 Vide : les fours sous vide chauffent des résidus de pétrole brut pour une utilisation
future dans une unité de distillation sous vide. Les fours sous vide fonctionnent dans
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
des conditions stables, mais la formation de coke peut devenir un problème avec ce type
de four.
II. Thermocouple
A. Définition et rôle
Un thermocouple est un dispositif électrique composé de deux conducteurs (chefs
d'orchestre) différents formant des jonctions électriques aux températures différentes. Un
thermocouple produit une tension dépendante de température en raison de l'effet
thermoélectrique et cette tension peut être interprétée pour mesurer la température. Les
thermocouples sont largement utilisés comme capteur de température.
Les thermocouples sont généralement utilisés dans la science et l’industrie ; les
demandes(applications) incluent la mesure de température pour des fours, l'échappement de
turbine à gaz, des moteurs diesel et d'autres processus industriels. Les thermocouples sont aussi
utilisés dans des maisons, des bureaux(fonctions) et des affaires(activités) comme les capteurs
de température dans des thermostats et aussi comme des capteurs de flamme dans des
dispositifs de sécurité pour des appareils fonctionnant au gaz (à essence). Les thermocouples
sont appropriés pour mesurer sur une large plage de température de -270 jusqu'à 3000 ° C.
Pour bien prendre des mesures de température les thermocouples doivent :
 Avoir une bonne précision : ils fournissent des données précises pour déterminer
l'évaluation de la longévité du tuyau.
 Avoir une bonne longévité : ils résistent à l'environnement difficile du four pendant
des périodes prolongées et doivent durer au minimum un cycle complet de
préparation.
 Avoir une facilité d'installation :
 Fixation sûre par soudure ou par bridage sur la paroi du tuyau pour
correspondre à toutes les tailles de tuyau.
 Installation rapide pour respecter les délais d'entretien serrés lors d'un arrêt.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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 Remplacement rapide lors d'un arrêt
B. Principe de fonctionnement
La figure ci-dessous illustre la configuration standard des thermocouples utilisés.
Brièvement, la température désirée Tsense est obtenue en utilisant trois apports (saisies) : la
fonction caractéristique E(T) du thermocouple, la tension mesurée 𝑉 et la température des
jonctions de référence Tref. A partir de la solution de l'équation E(Tsense) = V + E(Tref) on
obtient Tsense. Ces détails sont souvent cachés de l'utilisateur puisque le bloc de jonction de
référence (avec le thermomètre Tref), le voltmètre et le résolveur d'équation sont combinés dans
un seul (simple) produit.
Figure 10 Thermocouple type K (Chromel - Alumel) dans une
configuration standard de thermocouple de mesure.
Figure 9 Thermocouple
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Principe physique : Effet Seebeck
L'effet Seebeck se réfère à une force électromotrice lorsqu'il existe un gradient de
température dans un matériau conducteur. Dans des conditions de circuit ouvert où il n'y a pas
d'écoulement de courant interne, le gradient de tension (∇V) est directement proportionnel au
gradient de température (∇T): ∇V = −S (T) ∇T. Où S(T) est une propriété de matériau
dépendant de la température connue sous le coefficient Seebeck.
La configuration standard de mesure montrée dans la figure ci-dessus, montre quatre régions
de température et donc quatre contributions de tension :
1- Changement deTmeter à TREF, dans le fil de cuivre inférieur.
2- Changement de TREF à Tsense, dans le fil d'aluminium.
3- Changement de Tsense à TREF, dans le fil de chrome.
4- Changement de TREF à Tmeter, dans le fil de cuivre supérieure.
Les premières et quatrièmes contributions se compensent exactement, parce que ces
régions comportent le même changement de température et un matériau identique. Par
conséquent, Tmetern'a aucune influence sur la tension mesurée. Les deuxièmes et troisièmes
contributions ne se compensent pas, car ils comportent des matériaux différents.
Figure 11 - Point de prise température du thermocouple
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
La tension mesurée se révèle être: 𝑉 = ∫ (𝑆+(𝑇′) − 𝑆−(𝑇′))𝑑𝑇
𝑇𝑠𝑒𝑛𝑠𝑒
𝑇 𝑟𝑒𝑓
; où 𝑆+ et 𝑆− sont les
coefficients de Seebeck des conducteurs fixés aux bornes positives et négatives du voltmètre
respectivement (chrome et aluminium sur la figure ci-dessus).
Fonction caractéristique
Une intégral n’a pas besoin d’être exécutée pour chaque mesure de température. Au
contraire le comportement du thermocouple est capturé par une fonction caractéristique
E(T) qui doit seulement être consulté à deux arguments: V = E(Tsense) − E(Tref).
En ce qui concerne les coefficients de Seebeck, la fonction caractéristique est définie par :
E(T) = ∫ (𝑆+(𝑇′) − 𝑆−(𝑇′))𝑑𝑇
𝑇
+ 𝑐𝑜𝑛𝑡
La constant d'intégration dans cet indéfini intégral n'a aucune signification, mais est
conventionnellement choisi de telle sorte que E(0°C) = 0.
C. Types de Thermocouples
Certaines combinaisons d'alliages sont devenues populaires en tant que normes de
l'industrie. La sélection de la combinaison est conduite par le coût, la disponibilité, la
commodité, le point de fusion, des propriétés chimiques, la stabilité et la production. Différents
types sont les mieux adaptés pour des applications différentes. Ils sont d'habitude choisis sur la
base des variations de température et de la sensibilité nécessaire. Les thermocouples avec des
sensibilités basses (B, R et des types de S) ont des résolutions proportionnellement inférieures.
D'autres critères de sélection incluent l'inertie chimique du matériel de thermocouple et si elle
est ou non magnétique. Les types de thermocouple standard sont inscrits dans le tableau ci-
dessous.
Note Bien : les thermocouples installés sur les chaudières des plates formes de COTCO sont
de type K.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Thermocouple Types K
Type K (chromel - alumel) est le thermocouple a usage général le plus commun avec une
sensibilité d'environ 41 µ V / ° C. C'est peu coûteux et une large variété de
sondes(d'investigations) est disponible dans ses-200 °C pour +1350 gamme de °C. Le type K
a été spécifié à un moment où la métallurgie a été moins avancée (promue) qu’elle ne l’est
aujourd'hui et par conséquent les caractéristiques peuvent varier considérablement entre des
échantillons.
 Composition : Chromel (alliage nickel + chrome)
/ Alumel (alliage nickel + aluminium (5 %) + silicium)
 Usage continu de 0 °C à 1 100 °C ; usage intermittent de -180 °C à 1 200 °C. Sa table de
référence s'étend à 1 370 °C.
 Stabilité moins satisfaisante que d'autres thermocouples : Son hystérésis
entre 300 °C et 550 °C provoque plusieurs degrés d'erreurs. Au-dessus de 800 °C,
l'oxydation provoque progressivement sa dérive hors de sa classe de tolérance.
 Bonne tenue aux radiations.
 Utilisation sous atmosphère inerte ou oxydante.
 Thermocouple le plus courant. Il est bon marché.
 Couleurs selon CEI 584-3 : Gaine Vert / + Vert / - Blanc
 Couleurs selon NF C 42-323 1985 :
 KC : Gaine Violet / + Jaune / - Violet
 VC : Gaine Marron / + Jaune / - Rouge
 WC : Gaine Blanc / + Jaune / - Blanc
 Couleurs selon ANSI MC96-1 : Gaine Jaune / + Jaune / - Rouge
Comme les couleurs varient avec les fabricants, voici un moyen infaillible de reconnaître le
type de conducteur : l'alumel est vivement attiré par un petit aimant puissant.
D. Comparaison des quelques types thermocouples
La table ci-dessous décrit les propriétés de différents types de thermocouple. Dans les
colonnes de tolérance, T représente la température de la jonction chaude, dans des degrés
Celsius. Par exemple, un thermocouple avec une tolérance de ±0.0025 × T aurait une tolérance
de ±2.5 °C à 1000 °C.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Tableau 3 Comparaison de quelques types de Thermocouples
Figure 12 - Les différentes tensions des thermocouples en fonction de la température de référence 0°C
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
III. Objectifs des mesures de température de surface
L'objectif des mesures de température de surface est :
 De déterminer la durée de vie du tuyau et son parcours.
 De fournir des dispositifs de protection techniques au sein d'une installation.
 Grâce à des thermocouples de surface fonctionnant avec précision, les industrielles
peuvent protéger les opérations de chauffage sur leur équipement. Ceci peut accroître
la durée de vie des tuyaux dans les fours et augmenter la production.
 Surveiller la limite de température maximale admissible du tuyau.
 Surveiller les températures et donner l'alerte dans les cas où de hautes températures
réduisent l'espérance de vie du tuyau.
 Vérifier si la température du fluide caloporteur est celle souhaitée.
Les mesures de température permettent de détecter rapidement une surchauffe à partir de
formations de coke (voir figure ci-dessous) et permettent un réglage précis de la commande
du four.
Figure 13 Formation de Coke dans une conduite
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
IV. Présentation de quelques méthodes de fixation des
thermocouples sur les surfaces des conduites ainsi que leurs
avantages et leurs inconvénients
A. Méthode 1 : application au V-Pad
V-Pad est le thermocouple de loin le plus précis
pour tous les chauffages de process ; il peut aussi
détecter l'amorce (le départ) de problèmes de cokage grâce
à son faible encombrement. Ceci a été prouvé par des tests
sur le terrain ainsi que par l'expérience acquise dans
l'industrie.
L'exécution V-Pad comprend un bloc usiné en forme de V
qui est soudé au câble à isolation minérale.
Critères d'application :
 Conçu pour des mesures de la température critiques
à mi- paroi.
 Conçu pour un usage avec du pétrole brut, et des
applications de fours à vide et à coke.
 Détection rapide de coke pour optimiser les
opérations et accroître la production.
 Facilité d'installation pour minimiser les temps
morts pendant le rééquipement.
 Convient pour toutes les tailles de tuyau, grâce à sa forme en V, réduisant ainsi
l'inventaire des pièces détachées.
 Installation longitudinale sur le tuyau V-Pad.
Les caractéristiques du V-Pad comprennent :
 Le bloc en forme de V ne requiert aucun usinage spécial pour s'adapter à tout profil de
tuyau.
Figure 14 Thermocouple V-Pad fixé sur une conduite
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 26
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Le thermocouple est soudé sur la base du V-Pad pour apporter une précision
maximum et une réponse rapide.
 La construction du bloc en forme de V permet une soudure de pénétration totale entre
la jonction et la surface du tuyau, éliminant ainsi les espaces d'air potentiels et des
imprécisions de mesure substantielles.
B. Méthodes 2 : application au Refracto-Pad
Refracto-Pad utilise un thermocouple “WeldPad” et un bouclier thermique.
Les caractéristiques du Refracto-Pad comprennent :
 Connexion sur le tuyau de process solidement soudée.
 Bouclier thermique breveté avec une pièce moulée spéciale pour l'isolation.
 Bouclier et profilé de capteur conçus pour correspondre à la courbure du tuyau.
 Le bouclier protège le câble de capteur et permet de le guider rapidement hors de la
chaleur rayonnante, ce qui accroît la durée de vie du capteur.
Critères d'application :
 Conçu pour un important flux de chaleur ou des applications difficiles, y compris
l'impact de flammes.
 Dans les environnements difficiles, ces capteurs assurent des lectures fiables grâce à
leur exécution protégée brevetée.
 Jonction isolée ou non isolée.
 Installatio n radiale ou longitudinale sur le tuyau.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
C. Méthode 3 : Xtracto-Pad
L'exécution Xtracto-Pad utilise un “Weld-Pad” fixé sur un canal de guidage et un bouclier
thermique.
Les caractéristiques du Xtracto-Pad incluent celles du Refracto-Pad plus :
 L'exécution avec thermocouple amovible permet le remplacement du thermocouple
sans meulage ou soudage supplémentaire. Elle permet également aux pièces soudées
Figure 15 - Thermocouple Refracto-Pad fixé sur une conduite
Figure 16 Thermocouple - Retracto-Pad
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
d'être fixées sans la présence du capteur. La construction composée de Weld-
Pad/canal de guidage, bouclier thermique et attaches peut être posée par le fabricant
du chauffage/chaudière ou, dans le cas de tuyaux de fours spéciaux, par le fabricant
du tuyau.
 Caractéristiques spéciales pour améliorer la fiabilité et la précision de lecture.
Critères d'application :
 Conçu pour un important flux de chaleur ou des
applications difficiles, jusqu'à et y compris l'impact
de flammes.
 Les pièces pouvant être soudées peuvent être
envoyées au fabricant du four ou du tuyau pour
l'installation initiale. Ceci est particulièrement utile
pour les tuyaux spéciaux, y compris des tubes
obtenus par coulée centrifuge en alliage unique.
 Conçu pour une utilisation avec des reformeurs
catalytiques, des reformeurs à la vapeur, au
méthane ou au naphta et des fours de réaction.
 Installation radiale ou longitudinale sur le tuyau.
Noté Bien : d’après le constructeur WIKA, Cette exécution
(Xtracto-Pad) a été adoptée, comme standard pour tous les tuyaux
de four à haute teneur en chrome qui requièrent un traitement élaboré avant et après la
soudure.
Figure 17 Xtracto-Pad
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 29
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
D. Méthode 4 : application au Weld-Pad
L'exécution Weld-Pad est une construction spécifique lui
permettant d'être soudée directement sur le tuyau du four.
Les caractéristiques du Weld-Pad comprennent :
 Conception pour des applications basse température où la
précision n'est pas cruciale.
 Utilisation pour saisir les courbes de température.
 Alternative à bas coût.
Critères d'application :
 Utilisation là où l'impact de flammes n'est pas un problème.
 Facilité d'installation.
 Petite taille.
 Installation radiale ou longitudinale sur le tuyau.
Figure 18 Thermocouple - Weld-Pad
Figure 19 Thermocouple bridé et soudé sur une
conduite : application du Weld-Pad
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
E. Méthodes 5
Pour ce type de thermocouple, le fabricant prévoit directement les chanfreins à leur
l’extrémité. Et ils sont montés souder sur la tuyauterie.
Caractéristique :
 Alternative à bas coût.
 Connexion sur le tuyau de process solidement soudée.
 N’utilise pas de bouclier thermique
Critères d’application :
 Facilité d'installation.
 Petite taille.
Tableau 4 - Tableau comparatif des quatres premières méthodes (source WIKA)
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Utilisation là où l'impact de flammes n'est pas un problème.
Figure 20 - Thermocouple soudé sur une conduite à extrémité ronde
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
PROBLEMATIQUE ET
OPTIMISATION DE LA
METHODE DE
REMPLACEMENT DES
THERMOCOUPLES
ENCASTRES
Aperçu
Cette troisième partie traite les points suivants :
 Problématique ;
 Analyse fonctionnelle ;
 Recherche des solutions ;
 Choix de la solution ;
Chapitre
3
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 33
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
I. Problématique
Le COTP permet d’obtenir par un procédé de raffinage un carburant dérivé appelé Distillat.
Pour se fait le pétrole brut est porté à haute température dans la chaudière puis fractionné. Le
suivi du chauffage du brut dans la chaudière se fait grâce à des thermocouples installés à des
points bien précis à savoir la zone rayonnante, la zone de convection et la zone d’échappement.
Le contrôle de la consommation en carburant de la chaudière est étroitement lié au bon
fonctionnement des thermocouples, précisément ce lui indiquant la température du pétrole brut
à la sortie de la chaudière donc le contrôle permet d’augmenter ou de réduire le débit de Distillat
utilisé comme combustible. La connaissance des indications des valeurs exactes des
températures permet de protéger la chaudière de certains dommages. Ainsi donc la défaillance
de ces thermocouples pourrait affecter le régime de fonctionnement de la chaudière.
Impactes liés au disfonctionnement des thermocouples :
 Si, au lieu d’augmenter le débit en distillat dans la chaudière on réduisait plutôt à cause
d’une valeur de température erroné donné par l’un des thermocouples, alors la
température du brut à la sortie de la chaudière risquerait d’être encore plus basse que
celle de la consigne. Il serait possible qu’à la fin du raffinage, le distillat produit n’ait
pas les propriétés chimiques et physiques souhaité ou recommandé. Donc le produite
issu du raffinage ne serait plus approprié pour faire tourner les turbines et les
générateurs de la plateforme.
 Où si dans le cas contraire le débit de Distillat utilisé comme combustible augmentait
plutôt, pour les mêmes raisons, le brut risque d’être très chaud et avoir une forte
pression lors de la distillation. Cela peut endommager les plateaux de distillation. Une
température excessive pourrait provoquer la destruction des parois réfractaires et
favorisé la formation des cokes …
Pour la maintenance corrective des thermocouples, l’unité de raffinage est mise en arrêt ce
qui a forcément un impact négatif sur la production. Après l’arrêt de l’unité de raffinage, il est
donc maintenant question pour les espères d’effectuer une maintenance corrective sur ces
thermocouples défaillants. Pour ce faire, ils ont donc une démarche qu’ils suivent.
Description de la démarche
 On commence par isoler les sections des conduites de pétrole brut concerné ;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 34
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Puis on effectue un drainage complet de toutes les conduites isolées ;
 Ensuite on purge complètement les conduites avec un gaz inerte ;
 Et en fin, vérifier avec un détecteur de gaz s’il n’y a pas de gaz dangereux dans
l’espace où on va intervenir ;
Comme détecteur de gaz, ce lui qui est utilisé à COTCO est le Draëger XAM 7000 qui
détecte les gaz tels que :
 SH2 (sulfure d’hydrogène) ;
 CH4 (méthane) ;
 CO2 (dioxyde de carbone) ;
 CO (monoxyde de carbone) ;
 O2 (dioxygène) ;
Dans la chaudière, les thermocouples sont fixés et soudés sur les surfaces externes des
conduites ou tuyaux.
 Accéder à l’espace confiné (l’intérieur
de la chaudière)
 Défaire la soudure du thermocouple
défaillant
 Placer le nouveau thermocouple
 Souder le nouveau thermocouple
 Sortir de l’espace confiné
Une telle intervention peut prendre environ cinq jours de
préparation et approximativement une à deux jours
d’exécution d’après les espères de l’entreprise.
Evaluation des risques liés à cette démarche :
 Risques liés au travail dans l’espace confiné :
 Risques liés au travail à chaud dans les espaces confinés :
 Risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés :
Figure 21 Thermocouple fixé dans la chaudière
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 35
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Les espaces confinés sont dangereux parce qu’ils contiennent une atmosphère qui ne se
renouvelle pas facilement. Toute activité ou tout processus générant ou libérant des substances
toxiques ou consommant de l’oxygène se produit ainsi dans un espace qui va très vite amplifier
les risques liés à la présence de ces substances ou à la diminution de la concentration
d’oxygène. En outre, la personne exposée ne peut généralement pas évacuer rapidement les
lieux si elle ressent des difficultés, car ces espaces peuvent être difficiles d’accès, poser des
problèmes pour les déplacements (topologie, insuffisance d’éclairage, glissance des sols,
encombrement…).
Ainsi il est donc maintenant question pour nous d’optimiser la méthode de remplacement
de ces thermocouples en réduisant non pas seulement les risques liés à l’intervention, mais
aussi le temps et les coûts de cette d’intervention.
But de notre l’étude
But : Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés.
Validation du but et de l’étude
Pourquoi ce but ?
 Pour réduire les risques liés à une intervention ;
 Préserver la vie des employés ;
 Réduire le temps d’intervention ;
 Réduire les coûts des interventions ;
 Préserver les installations de l’entreprise ;
 Réduire les temps d’arrêt de la production ;
Qu’est ce qui peut amener notre but à ne plus être valide ?
 La découvertes d’une nouvelle technologie de prise de température de surface à la
surface des tuyaux dans la chaudière.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Après avoir présenté la problématique, nous allons maintenant passer à l’analyse
fonctionnelle et en fin la recherche des solutions.
II. Etude de la technologie de fixation des thermocouples sur
la surface des conduites de la chaudière
Il est question pour de revoir la conception du support du thermocouple à la surface de la
conduite. Pour ce fait, nous allons effectuer l’analyse fonctionnelle de ce support ou la
technologie de fixation de ces thermocouples sur les surfaces des conduites de la chaudière.
Cette analyse fonctionnelle passera par l’analyse du besoin et l’analyse fonctionnelle du
besoin.
1. Analyse du besoin
 A qui le produit rend – il service ? à COTCO et à tous les utilisateurs des chaudières
qui utilises aussi les thermocouples du même type sur les surfaces des conduites.
 Sur quoi le produit agit – il ? Notre produit agit sur le thermocouple et la surface des
conduites de la chaudière.
 Pourquoi le produit a- t- il été conçu ? Pour permet au thermocouple d’êtres bien fixé
sur la surface des conduites.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
a) Schéma du besoin
b) Enoncé du besoin
« Le support rend service à COTCO et à tous les utilisateurs des chaudières qui utilises
aussi les thermocouples du même type sur les surfaces des conduites en leur permettant d’avoir
de bonne valeur des température grâce au thermocouple et en agissant sur les surfaces des
conduites de pétrole brut de la chaudière. »
c) Validation du but et de l’étude
Comme nous l’avons dit dans la problématique, le but de notre étude est d’optimiser les
méthodes de remplacement des thermocouples encastrés.
Pourquoi ce but ?
 Pour réduire les risques liés à l’intervention ;
COTCO et tous les utilisateurs des chaudières
qui utilisent aussi les thermocouples du
même type sur les surfaces des conduites.
Figure 22 Schéma du Besoin du Support
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 38
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Préserver la vie des employés ;
 Réduire le temps d’intervention ;
 Réduire les coûts de l’intervention ;
 Préserver les installations de l’entreprise ;
 Réduire les temps d’arrêt de la production ;
Qu’est ce qui peut amener notre but à ne plus être valide ?
 La découvertes d’une nouvelle technologie de prise de température de surface des
conduites à l’intérieur des chaudières ;
2. Analyse fonctionnelle du besoin
a) Les éléments du milieu extérieur du support lors de la phase de
fonctionnement et à l’arrêt
 La surface de la conduite sur laquelle il est fixé ;
 L’environnement ;
 Le local (‘intérieur de la chaudière) ;
 Les flammes ;
 Les fumées ;
 Coke ;
 Les isolants thermiques ;
 Les parois de la chaudière ;
 Les bruleurs ;
 Le thermocouple ;
b) Identification des fonctions de services
Fonction principale : FP
Fonctions complémentaires et de fonctions contraintes : FC
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Tableau 5 Fonctions de services
Nom Enoncé
FP1 : Transférer l’intégralité d’énergie qu’il reçoit de la surface au
thermocouple
FC1 : Résister au vibration
FC2 : Aucune influence sur les isolants thermiques
FC3 : Supporter des hautes températures
FC4 : s’adapter au local
FC5 : Se déplacer dans son environnement
FC6 : Resister à la corrosion
FC7 : Resister à la fumée (dépôts de coke)
FC8 : S’adapter à son environnement
FC9 Faciliter d’installation sur les surfaces des conduites
FC10 : Limiter les accidents pour l’utilisateur
c) Diagramme pieuvre du support
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
d) Caractérisation des fonctions
Tableau 6 Caractérisation des fonctions
Fonctions Expressions Critères Niveaus Flexibilités Remarques
FP1 Transférer
l’intégralité
d’énergie qu’il
reçoit de la
surface au
thermocouple
Conductivité
thermique du
matériau
Elevé F0 Il est
important
que notre
support ait
une bonne
conductivité
thermique
Rendement
énergique
Elevé F0 Le
rendement
doit tendre
Parois
chaudière
Bruleur
FC5
FC6
FC8
FC1
1
SUPPORT
Surface de
conduite
Environnement
Coke
Local
Fumée
Thermocouple
Flamme
Utilisateur
FC3
Isolant
thermique
FC7
Figure 23 Diagramme pieuvre du support
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
vers 100%
en terme
d’énergie
transférée
FC1 Résister au
vibration
Stabilité Bonne F0 Supporté les
vibrations
Frequence de
vibration
Faible F0 Etre stable
FC2 Aucune influence
sur les isolants
thermiques
Inpact sur le
isolant
Inexistant F0
FC3 Supporter des
hautes
températures
Température de
fusion
≥ 720°𝐶 F2 le matériau
ne doit pas
se dilaté
Température de
dilatation
≥ 500°𝐶 F2 Le matériau
ne doit pas
se déformer
Propriétés
mécanique,
physique et
chimique
Inchangés F3 Conserver
les
propriétés
mécaniques,
physique et
chimique du
matériau
FC4 s’adapter au local Hauteur du local F3 Insertion
facile dans le
local
Largeur du local F3
Longueur du
local
F3
FC5 Se déplacer dans
son
environnement
Encombrement Faible F3
FC6 Résister à la
corrosion
Oxydation du
matériau de la
machine
Faible F1 Le matériau
utilisé doit
avoir une
bonne
résistance à
la corrosion
FC7 Resister à la
fumée
Impactes de la
fumée sur le
rendement
null F0
FC8 S’adapter à son
environnement
Hauteur F3
Largeur F3
Longueur F3
FC9
Faciliter
d’installation sur
les surfaces des
conduites
Temps
d’installation
petit F0
Risques liés à
l’installation
Faible F1
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
FC10 Limiter les
accidents pour
l’utilisateur
Fréquence
d’accident
null F1
Encombrement Faible F3
Analyse fonctionnelle technique
Afin de mener à bien cette analyse fonctionnelle technique, nous allons utiliser la méthode
FAST (Functional Analysis System Technique) qui s’appuie sur les fonctions de service pour
aboutir aux fonctions techniques.
1- FP1 : Transférer l’intégralité d’énergie qu’il reçoit de la surface au
thermocouple
Voir annexe 12
2- FC1 : Résister au vibration
Voir annexe 13
3- FC2 : Aucune influence sur les isolants thermiques
FC2
FT1 : aucun
impact sur les
isolants
thermiques
ST1 : Créer un gap
entre le support et
les isolants
thermiques
Fonctions de service Fonctions de technique Solution technologique
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
4- FC3 : supporter des hautes températures
FT3:Conserver
lespropriétés
mécaniques,
physiqueset
chimiquesdu
matériau
FC3
Fonctionsdeservice
FT1:résisteràdes
températures
élevées>400°C
ST1:Utiliserun
aciercarleur
températurede
fusionestau-
dessusde1000°C
ST5:Utiliserla
fonteouletitant
FT2:Avoirune
températurede
dilatationélevée
FonctionstechniquesSolutiontechnologiqueContraintes
Minimisé les coûts et le temps des opérations de maintenance corrective et réduire au
maximum les risques liés à ces opérations
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
5- FC4 : s’adapter au local
FC4
Fonctionsdeservice
FT1:Pénétrerdans
lelocal
FT11:Avoirdes
dimensions
inférieur
àcelledel’entrée
dulocal
ST1:
Hauteur<?
Longueur<?
Largeur<?
FT12:Etre
démontabl
ST2:
Assemblagepar
visserie
FT21:Avoirde
dimensions
inférieuresàcelledu
localde
stockage
FT2:Sepositionner
danslelocal
FonctionstechniquesSolutiontechnologiqueContraintes
Minimisé les coûts et le temps des opérations de maintenance corrective et réduire au
maximum les risques liés à ces opérations. Démontage et montage facile.
ST3:
Hauteur<?
Longueur<?
Largeur<?
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 45
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
6- FC5 : Se déplacer dans son environnement
7- FC6 : Resister à la corrosion
8- FC8 : S’adapter à son environnement
FC5
FT1 : être moins
encombrant
ST1 : ses
dimensions
doivent ères
inférieures à celle
du local
Fonctions de service Fonctions techniques Solution technologique
FC6 FT1 : être peux
corrosif ou
presque
inoxydable
ST1 : utiliser les
métaux inoxydable
(à l’exemple de
l’inox)
Fonctions de service Fonctions technique Solution technologique
FC8 FT1 : s’adapter à
la surface de
positionnement
ST1 :
Transversalement
ou
longitudinalement
Fonctions de service Fonctions technique Solution technologique
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
9- FC9 : Faciliter d’installation sur les surfaces des conduites
10- FC10 : Limiter les accidents pour l’utilisateur
FC9
Fonctions de service
FT1 : Réduire le
temps d’installation
ST1 : préparer les
soudures en
mettant les
chanfreins où il
faut
ST2 : mettre les
congés et les
arrondis où il faut
et éviter les angles
vifs
FT2 : réduire les
risques liés à
l’installation
Fonctions techniques Solution technologique Contraintes
Minimisélescoûtsetletempsdesopérations
demaintenancecorrectiveetréduireau
maximumlesrisquesliésàcesopérations.
Démontageetmontagefacile.
FC10
Fonctions de service
FT1 : définir le
mode opératoire
d’installation et de
maintenance
ST1 : rédiger une
notice
d’installation et
de maintenance
ST2: mettre les
congés et les
arrondis où il faut
et éviter les angles
vifs
FT2 : réduire les
risques liés à
l’installation
Fonctions techniques Solution technologique Contraintes
Minimisélescoûtsetletempsdesopérations
demaintenancecorrectiveetréduireau
maximumlesrisquesliésàcesopérations.
Démontageetmontagefacile.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 47
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
11- FC7 : Résister à la fumée
Les dépôts de coke n’ont pas d’influence sur la conductivité thermique des matériaux.
Donc notre support pourra résister parfaitement au dépôts de coke.
Après avoir fini avec l’analyse fonctionnelle technique, nous allons passer à la recherche des
solutions. Qui s’appuie sur la revue de la littérature et de l’analyse fonctionnelle.
Recherche des solutions
Pour chaque solution, nous allons donner ses avantages et ses inconvénients.
a) Solution 1
Voir Annexe 1.
Annexe 1 – Solution 1
Tableau 7 - Solution 1: Avantages et Inconvénients
Avantages Inconvénients
Précisions N’a pas encore été testé
industriellement pour les prises de
température sur les surfaces des
conduites.
Maintenabilité -Facile à maintenir car pas besoin
d’accéder à l’espace confiné, elle
peut se faire de l’extérieure de la
chaudière.
-Simple à installer et à démonter
Risques liés à
l’exécution
d’une
maintenance
corrective
- Elimine tous risques liés aux
espaces confinés.
-Elimine tous risques liés au
travail en hauteur dans les espaces
confinés.
-Elimine tous risques liés aux
travaux à chaud dans les espaces
confinés.
Mise en œuvre Elle reste complexe, car en plus de
changer le type de thermocouple, il
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 48
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
faut faire coïncider le plan médian
qui contient l’axe horizontale du
thermocouple et celui qui contient
l’axe verticale de la conduite.
Efficacité Pas approprié pour les prises de
température des surfaces conduites à
l’intérieure des chaudières.
Approprié pour les prises de
température des fluides circulants
dans des tuyaux (voir Annexe 5).
b) Solution 2
Voir Annexe 2
Annexe 2 - solution 2
Tableau 8 - Solution 2: Avantages et Inconvénients
Avantages Inconvénients
Précisions Bon pour l’application aux basses
températures (en dessous de
480°C) grâce à son bouclé
thermique d’après de constructeur
WIKA.
Maintenabilité Facile à remplacer Nécessite l’accès à l’espace confiné
et un échafaudage cette espace avant
tous remplacements
Risques liés à
l’exécution
d’une
maintenance
corrective
-Elimine tous risques liés aux
travaux à chaud dans les espaces
confinés.
-risques liés au travail dans les
espaces confinés
-risques liés au travail en hauteur
dans un espace confiné
Mise en œuvre Apres fixation de son bouclier
thermique et de ses éléments de
bridages, sa mise en œuvre reste
facile pour tout éventuelle
remplacement.
Elle ne demande pas à changer le
type de thermocouple utilisé
comme la solution 1.
Efficacité Approprié pour les prises de
température des surfaces
conduites à l’intérieure des
chaudières.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 49
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
c) Solution 3
Voir Annexe 3.
Annexe 3 - Solution 3
Tableau 9 - Solution 3: Avantages et Inconvénients
Avantages Inconvénients
Précisions N’a pas encore été testé
industriellement pour les prises de
température sur les surfaces des
conduites.
Maintenabilité -Facile à maintenir car pas besoin
d’accéder à l’espace confiné, elle
peut se faire de l’extérieure de la
chaudière.
-Simple à installer et à démonter
Risques liés à
l’exécution
d’une
maintenance
corrective
- Elimine tous risques liés aux
espaces confinés.
-Elimine tous risques liés au
travail en hauteur dans les espaces
confinés.
-Elimine tous risques liés aux
travaux à chaud dans les espaces
confinés.
Mise en œuvre Facile Mais nécessite le change du type de
thermocouple utilisé.
Efficacité Pas approprié pour les prises de
température des surfaces conduites à
l’intérieure des chaudières.
Approprié pour les prises de
température des fluides circulants
dans des tuyaux (voir Annexe 5).
d) Solution 4
Voir Annexe 4.
Annexe 4 - Solution 4
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Tableau 10 - Solution 4: Avantages et Inconvénients
Avantages Inconvénients
Précisions Bon pour l’application aux hautes
températures (au-dessus de 480°C).
Maintenabilité Facile à remplacer Nécessite l’accès à l’espace confiné
et un échafaudage cette espace avant
tous remplacements
Risques liés à
l’exécution
d’une
maintenance
corrective
-Elimine tous risques liés aux
travaux à chaud dans les espaces
confinés.
-risques liés au travail dans les
espaces confinés
-risques liés au travail en hauteur
dans un espace confiné
Mise en œuvre Apres fixation de ses éléments de
bridages, sa mise en œuvre reste
facile pour tout éventuelle
remplacement.
Elle ne demande pas à changer le
type de thermocouple utilisé
comme les solutions 1 et 3.
Efficacité Pas très utilisé pour dans les
chaudières à basse température.
Choix de la solution
Le choix de la solution définitive est basé sur certain critères tels que :
 Le type de thermocouple utilisé : il est important que la solution choisie soit adapter
au type de thermocouple actuellement installé sur les chaudières. Car il y a n’a encore
en stock au magasin.
 La mise en œuvre : elle doit être le moins complexe possible.
 Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective : la solution choisie soit celle
qui offre le minimum de risques lors de toutes d’opération de dépannage ou de
réparation.
 Maintenabilité : elle doit être le moins complexe possible à maintenir.
 Adapter à la prise de température sur la surface des conduites à l’intérieure des
chaudières.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 51
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Tableau 11 – Comparaison des différentes solutions
Critères Solution 1 Solution 2 Solution 3 Solution 4
Type de
thermocouple
A changer Conserver Changer Conserver
La mise en
œuvre
Complexe Moins complexe
que la solution 1
Moins complexe
que la solution 1
Moins complexe
que la solution 1
Maintenabilité Simple car ne
nécessite pas
d’accès à
l’intérieur de la
chaudière
Simple dans la
mesure où nous
avons déjà
accédé à l’espace
confiné et
préparer
l’échafaudage car
c’est simple à
démonter
Simple car ne
nécessite pas
d’accès à
l’intérieur de la
chaudière
Simple dans la
mesure où nous
avons déjà accédé
à l’espace confiné
et préparer
l’échafaudage car
c’est simple à
démonter
Risques liés à
l’exécution
d’une
maintenance
corrective
-risques liés au
travail dans les
espaces confinés
-risques liés au
travail en hauteur
dans les espaces
confinés
-risques liés au
travail dans les
espaces confinés
-risques liés au
travail en hauteur
dans les espaces
confinés
Adapter à la
prise de
température sur
la surface des
conduites à
l’intérieure des
chaudières
Non Oui Non Oui
Application
basse
température (en
dessous de
480°C)
Oui Oui Non Non
Après avoir énuméré les différents critères nécessaires au choix de la solution et
comparaison des différentes solutions sur la base de ces critères grâce au tableau ci-dessus,
nous allons passer au choix de la solution définitive. La solution que nous devons choisir doit
tenir compte du type de thermocouple installé et présent en stocke au magasin. Ce qui nous
permet déjà d’éliminer les solutions une et trois. La deuxième et la quatrième solutions
respectent presque toutes les mêmes critères mais la seulement c’est au niveau de leurs
efficacités. Ainsi, nous nous penchons vers la deuxième solution car elle est la plus efficace
grâce à son bouclier fameux bouclier thermique qui permet de transférer la chaleur de la surface
du pipe vers le point de mesure en minimisant les pertes calorifiques.
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 52
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
DIMENSIONNEMENT,
ESTIMATION FINANCIERE,
ACTIVITES PARALLELES ET
ASPECTS SECURITES
Aperçu
Cette quatrième partie traite les points suivants :
 Dimensionnement ;
 Estimation financière ;
 Aspect sécurité
 Activités parallèles
Chapitre
4
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 53
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Dans ce chapitre, il serait question pour nous dans un premier temps d’étudier plus en
profondeur la solution choix, ce qui passerait par un dimensionnement et une estimation
financière. Et comme notre ce jour à COTCO n’était pas uniquement focalisé sur
l’optimisation des méthodes de remplacement des thermocouples encastrés, en suite nous
allons faire un briefing sur les activités exercées en parallèles. Et en fin, la sécurité au travail
étant un des aspects les plus important au sein de la COTCO, nous nous attarderons sur
quelques points importants pour la mise en œuvre de la solution choisie.
I. Dimensionnement, dessin d’ensemble et dessins de
définitions
Ici, nous allons partir de la solution choisie, pour sortir le dessin d’ensemble (voir les
annexes 7 et 8) sur lequel nous allons nous appuyer pour effectuer le dimensionnement de
certaine pièce dans le but de ressortir les dessins définitions et de fabrications de ces différentes
pièces entrant dans la fabrication du support.
Dessin d’ensemble
Vois les annexes 7 et 8.
Dimensionnement de la bride
Hypothèses :
 Nous avons à faire ici à une poutre travaillant en flexion simple.
 Les actions aux extrémités de la bride sont dues aux support de la bride d’une part et
à l’écrou d’autre pas (voir figure ci-dessous).
 Au centre de la bride l’action est due thermocouple (voir figure ci-dessous).
 Le matériau utilisé est l’acier de construction usuelle non allié.
 Nous avons les données suivantes :
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 54
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 𝑅 𝑒 = limite d’élasticité
 𝑠 = coefficient de sécurité
 𝑒 = largeur de la poutre
 F = effort nécessaire pour stabiliser le thermocouple durant le fonctionnement
et en arrêt
 L = la longueur de la bride
 m = masse nécessaire pour stabiliser le thermocouple durant le
fonctionnement.
Figure 24 – Effort extérieurs sur la bride
Démarche
Le model sur lequel nous nous basons pour effectuer notre analyse est le suivi :
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 55
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Détermination de Ra et Rb
nous avons 𝐹 − 𝑅 𝑎 − 𝑅 𝑏 = 0
le problème étant symétrique nous pouvons dire que 𝑅 𝑎 = 𝑅 𝑏
alors 𝑹 𝒂 = 𝑹 𝒃 =
𝟏
𝟐
𝑭
 Détermination des efforts intérieurs
Efforts tranchants 𝑇 et moment fléchissant 𝑀𝑓 (de la gauche vers la droite) :
 0 ≤ 𝑥 <
𝐿
2
𝑻(𝒙) = 𝑹 𝒂 =
𝟏
𝟐
𝑭 ; 𝑴 𝒇𝒛(𝒙) = −
𝟏
𝟐
𝒙𝑭

1
2
𝐿 ≤ 𝑥 < 𝐿
𝑻(𝒙) = 𝑹 𝒃 = −
𝟏
𝟐
𝑭 ; 𝑴 𝒇𝒛(𝒙) = −
𝟏
𝟐
(𝑳 − 𝒙)𝑭
Figure 25 - Model de répartition des charges sur la bride
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 56
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Tracé des diagrammes
Figure 26 - Diagramme des efforts tranchants
Figure 27 - Diagramme des moments fléchissants
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 57
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
D’après les diagrammes des efforts tranchants et celui des moments fléchissants, nous avons :
 𝐓 𝐦𝐚𝐱 = 𝟎. 𝟓𝐅
 𝑴 𝒇 𝒎𝒂𝒙
= 𝟎. 𝟐𝟓𝑭𝑳
 Détermination des contraintes
L’effort tranchant crée la contrainte de cisaillement et le moment fléchissant crée la
contrainte de normale.
 Contrainte de cisaillement :
𝜏 =
𝑇 𝑚𝑎𝑥
𝑒ℎ
≤ 𝜏 𝑎𝑑𝑚 =
𝑅 𝑒𝑔
𝑠
𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑅 𝑒𝑔 =
𝑅 𝑒
2
⇒
𝑇 𝑚𝑎𝑥
𝑒ℎ
≤
𝑅 𝑒
2𝑠
⇒ 𝒉 ≥
𝑻 𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝟐 ∗ 𝒔
𝑹 𝒆 ∗ 𝒆
Données :
 𝑅 𝑒 = 235 𝑀𝑃𝑎
 𝑠 = 3.5
 𝑒 = 9 𝑚𝑚
 𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 0.5 ∗ 𝐹
 𝐹 = 𝑚𝑔
 𝑔 = 9.81 𝑚𝑠−2
 𝑚 = 10𝑘𝑔
A.N : 𝒉 ≥ 𝟎. 𝟏𝟔𝟑 𝒎𝒎
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 58
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Contrainte normale :
𝜎 =
𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑧
(
ℎ
2
) 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝐼𝑧 =
1
12
𝑒ℎ3
⇒ 𝜎 =
𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥
6𝑒ℎ2
≤ 𝜎 𝑎𝑑𝑚 =
𝑅 𝑒
𝑠
⇒
6 ∗ 𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥
𝑒ℎ2
≤
𝑅 𝑒
𝑠
⇒ 𝒉 ≥ √
𝟔 ∗ 𝒔 ∗ 𝑴 𝒇𝒛𝒎𝒂𝒙
𝑹 𝒆 ∗ 𝒆
Données :
 𝑅 𝑒 = 235 𝑀𝑃𝑎
 𝑠 = 3.5
 𝑒 = 9 𝑚𝑚
 𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥 = 0.25 ∗ 𝐹 ∗ 𝐿
 𝐹 = 𝑚𝑔
 𝑔 = 9.81 𝑚𝑠−2
 𝑚 = 10𝑘𝑔
A.N : 𝒉 ≥ 𝟓. 𝟑 𝒎𝒎
Nous avons : {
ℎ ≥ 0.163 𝑚
ℎ ≥ 5.3 𝑚𝑚
⇒ 𝒉 ≥ 𝟓. 𝟑 𝒎𝒎
Dessins de définitions des pièces à fabriquer
 Bride : voir Annexe 9
 Support de Bride : voir Annexe 10
 Bouclier Thermique : voir Annexe 11
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 59
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
II. Estimation financière
Coût pour la méthode actuelle
Nous allons évaluer les coûts d’une maintenance corrective sur un seul thermocouple
et pour une seule intervention en utilisant la procédure d’intervention actuelle ou avant
optimisation.
Après avoir isolé, drainé complètement les sections des conduites consternées et purgé avec
un gaz monitor (Draëger XAM 7000), les grandes étapes de cette démarche sont les
suivantes :
 Déconnecter le thermocouple ;
 Accéder à l’espace confiné ;
 Monter les échafaudages ;
 Défaire la soudure du thermocouple ;
 Placer le nouveau thermocouple et le souder ;
 Démonter les échafaudages ;
 Sortir de l’espace confiné ;
 Connecter le nouveau thermocouple ;
Evaluation du nécessaire et du temps à louer pour chaque étape :
 Déconnexion du thermocouple :
- Elle est effectuée par un électricien et instrumentaliste ;
- Temps à louer : 4 heures ;
- Coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h ;
 Montage les échafaudages :
- Nécessite deux échafaudeurs ;
- Temps à louer : 4 jours avant et à raison de 8 heures de travail par jour ;
- Coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h ;
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 60
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
 Défaire la soudure de l’ancien thermocouple, placer le nouveau thermocouple et le
souder :
- Nécessité en terme de technicité :
 Un soudeur certifier ;
 Un assistant du soudeur ;
 Un pompier ;
 Un mécanicien ;
- Temps à louer : 2 jours à raison de 8 heures par jour ;
- Coût :
 Soudeur : 26.680 F /h ;
 Assistant : 73.830 F /jour ;
 Pompier : 21.805 F /h ;
 Mécanicient: 26.680 F /h ;
- Nécessaire en terme de matériel :
 Un thermocouple : 400.000 F ;
 Un poste à souder au Tungsten Inert Gas (TIG) : 41.000 F /jour ;
 Câble de soudure (200 m) : 100 F /m /jour ;
 Une bobine : 200.000 F ;
 Une bouteille de CO2 : 150.000 F ;
- Logistique :
 Location de véhcule: 150.000 F /jour ;
 Temps à louer pour la location et le transport du materiel : 6 jours ;
 Montage les échafaudages :
- Nécessite deux échafaudeurs ;
- Temps à louer : 4 jours avant et à raison de 8 heures de travail par jour ;
- Coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h ;
 Connexion du thermocouple :
- Elle est effectuée par un électricien et instrumentaliste ;
- Temps à louer : 4 heures ;
- Coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h ;
Noté Bien :
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
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Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Toutes les informations ci-dessus nous viennent de COTCO.
Estimation du coût de la méthode actuelle
Tableau 12 - Coût d'une maintenance corrective après défaillance d'un thermocouple avant l'optimisation
Etape Données Coût
Déconnexion et connexion
du thermocouple
-temps : 8 heures
-coût d’un électricien et instrumentaliste :
26.680 F /h
-un électricien et instrumentaliste
213.440 F
Montage et démontage des
échafaudeurs
-temps : 8 jours (8 heures /jour)
-02 échafaudeurs
-coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h
3.415.040 F
Défaire la soudure de
l’ancien thermocouple,
placer le nouveau
thermocouple et le souder
-temps : 2 jours (8 heures/jour)
-un soudeur : 26.680 F /h
-un assistant : 73.830 F /jour
-un pompier : 21.805 F /h
-mécanicien : 26.680 F /h
1.350.300 F
Matériel et logistique -temps : 06 jours
-un thermocouple : 400.000 F
-une bobine : 200.000 F
-une bouteille de CO2 : 150.000 F
-un poste à souder au Tungsten Inert Gas
(TIG) : 41.000 F /jour
-câble de soudure (200 m) : 100 F /m /jour
-location de véhicule: 150.000 F /jour
2.016.000 F
Total 6.994.780 F
Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés
Page 62
Rapport de Stage Pré-Ingénieur
Coût après optimisation
Nous allons estimer les coûts de mise en œuvre de la nouvelle démarche d’une part et
les coûts liés à une maintenance corrective après défaillance du thermocouple.
Estimation des coûts de mise en œuvre
Celle-ci passe pas plusieurs étapes qui sont :
 Déconnecter du thermocouple ;
 Accéder à l’espace confiné ;
 Monter l’échafaudage ;
 Défaire la soudure du thermocouple ;
 Souder le bouclier thermique et les éléments de fixation de la bride ;
 Monter le thermocouple ;
 Démonter l’échafaudage ;
 Sortir de l’espace confiné ;
 Connecter le thermocouple ;
Evaluation du nécessaire et du temps à louer pour chaque étape :
 Déconnexion du thermocouple :
- Elle est effectuée par un électricien et instrumentaliste ;
- Temps à louer : 4 heures ;
- Coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h ;
 Montage les échafaudages :
- Nécessite deux échafaudeurs ;
- Temps à louer : 4 jours avant et à raison de 8 heures de travail par jour ;
- Coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h ;
 Défaire la soudure du thermocouple, souder le bouclier thermique et les éléments de
fixations de la bride et monter le thermocouple :
- Nécessité en terme de technicité :
 Un soudeur certifier ;
 Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole brut des stations de pompage de COTCO
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Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole brut des stations de pompage de COTCO

  • 1. Thème : Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole brut des stations de pompage de COTCO REPUBLIQUE DU CAMEROUN Paix-Travail-Patrie -------------- MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR -------------- UNIVERSITE DE YAOUNDE I -------------- ECOLE NATIONALE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE -------------- DEPARTEMENT DES GENIES MECANIQUE ET INDUSTRIEL REPUBLIC OF CAMEROON Peace-Work-Fatherland -------------- MINISTRY OF HIGHLY EDUCATION -------------- UNIVERSITY OF YAOUNDE I -------------- NATIONAL ADVANCED SCHOOL OF ENGINEERING -------------- DEPARTMENT OF MECHANICAL AND INDUSTRIAL ENGINEERING Rédigé par : Sous la supervision de : Année académique 2015/2016 Rapport de Stage Pré - Ingénieur M. Charles ACHA : Technical Support and Engineering Superintendent M. Joseph KENMOE : Corrosion Specialist M. Kingsley MENGOT : Machinery Engineer 01/10/2016 NJEDOKC NANFACK Donald
  • 2. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page i Rapport de Stage Pré-Ingénieur DEDICACE Je dédie ce travail à mes parents, Mr NJEDOCK Fabien et Mme NJEDOCK Marie Chantal ; eux qui n’ont ménagé aucun effort pour mon éducation et ma formation. Puissiez-vous trouver dans ce travail les prémices des résultats de tous les efforts et sacrifices consentis pour mon éducation et ma formation. Que Dieu, le Tout-Puissant vous accorde longue vie.
  • 3. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page ii Rapport de Stage Pré-Ingénieur REMERCIEMENTS Ce présent rapport de stage est le résultat de plusieurs efforts consentis dont seule la volonté du tout puissant est à l’origine. Ainsi je ne manquerai d’adresser ma profonde gratitude à toutes ces personnes qui ont participé de loin ou de près à la concrétisation de ce projet. Il s’agit en effet de :  L’Administrateur directeur générale de la Cameroon Oil Transportation Company Mr JOHNNY MALEC pour m’avoir accepté de me recevoir comme stagiaire académique au sein de cette entreprise et me donner l’opportunité de réaliser ce travail.  Les responsables du Département des Opérations pour l’accueil et l’encadrement qu’ils m’ont réservé au sein de cette division.  Mes encadreurs professionnels qui m’ont formé et accompagné tout au long de cette expérience professionnelle avec beaucoup de patience, de pédagogie, de gentillesse et de multiples conseils.  A tout le personnel de la station de pompage N°3 les multiples conseils et le sens d’hospitalité dont ils ont fait preuve durant tout mon séjour sur ce site.  A tout le personnel de COTCO pour les multiples conseils et le sens d’hospitalité dont ils ont fait preuve durant tout mon séjour au sein de cette entreprise.  A l’administration et au corps enseignant de l’ENSP, en particulier au Pr MEVA’A LUCIEN, chef de département des Génies industriel et mécanique, pour le dévouement et le sens de responsabilité dont ils ont fait preuve et continuent de faire tout au long de ma formation.  A toutes la famille NJEDOCK pour tous son soutien et son encourage permanant.  A Mr TCHASSEM Moise pour ses multiples conseils au quotidien.  A mes camarades de classes de la 4GM pour leurs soutiens.
  • 4. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page iii Rapport de Stage Pré-Ingénieur GLOSSAIRES Sigles Tableau 1 - Sigles Sigles Significations E.N.S.P Ecole Nationale Supérieure Polytechnique COTCO Cameroon Oil Transport Company S.A Société Anonyme COTP Crude Oil Topping Plant PS Pump Station PRS Pump reduce station FCC Fluid catalytic cracking CEI Commission électrotechnique internationale NF Norme française ANSI American National Standards Institute FAST Functional Analysis System Technique JSA Jobs safety analyst EPI Equipement de protection individuelle PIG Pipeline Inspection Gizmo ORSTOM l'Office de la recherche scientifique et technique outre-me CONOCO CONTINENTAL OIL COMPANY TOTCO Tchad Oil Transportation Company
  • 5. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page iv Rapport de Stage Pré-Ingénieur Abreviations Tableau 2 - Abreviations Abréviations Significations M Masse (Kilogramme Kg) V Volume (en mètre cube m3 ) P Puissance (kilowatt) MW Mégawatt Cv Cheval M Mètre S Seconde N Newton MPa Méga pascal µ V / ° C Micro volte par degré Celsius AN Application numérique
  • 6. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page v Rapport de Stage Pré-Ingénieur RESUME Le travail réalisé durant notre stage pré-ingénieur avait pour thème : « Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole brut des stations de pompage de COTCO ». L’objectif était d’optimiser la méthode de remplacement de ces thermocouples car celle actuellement utilisé présente des risques industriels notamment ceux liés aux travaux à chaud et en hauteurs dans les espaces confinés, déplus elle nécessite jusqu’à dix jours de travail pour sa mise en œuvre et coûte pratiquement 7.000.000 Franc CFA à la structure pour le remplacement d’un seul thermocouple. Et la société possède environ une trentaine de thermocouples installés sur ses chaudières. L’optimisation vise donc la réduction de ces risques industrielles, ainsi que le temps et les coûts de sa mise en œuvre. Pour se faire, nous avons passé en revue les différentes technologies de fixation des thermocouples sur les surfaces des conduites, puis nous avons effectué une analyse fonctionnelle qui nous a parmi de faire une recherche des solutions que nous avons comparées. Au ressort de cette comparaison, nous avons choisi la solution définitive par rapport à l’objectif visé. Ensuite nous avons fait ressortir les risques industriels, le temps et les coûts de mise en œuvre de cette solution. Et enfin nous avons comparé cette nous approche à celle actuellement utilisé. C’est ainsi que cette nouvelle approche a pu réduire certain risque industriel notamment ceux liés au travail à chaud dans les espaces confinés. Elle a fait passer le temps d’intervention de dix à cinq jours soit une réduction de 50%, et les coûts sont passés de 7.000.000 Franc CFA à pratiquement 2.500.000 Franc CFA soit une réduction de près de 64% des coûts d’intervention pour le remplacement d’un thermocouple. Mots clés : Thermocouple, espace confiné, chaudière de pétrole brut.
  • 7. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page vi Rapport de Stage Pré-Ingénieur ABSTRACT During our internship, our work has as theme : « Optimizing the replacement method of embedded thermocouples : case crude oil heater pomp station COTCO ». the objective was to optimize the replacement method of thermocouple because, one currently used presents industrial risks including those related to hot works and working at height in confined spaces, furthermore it requires ten days of work for its implementation and costs practically 7,000,000 Franc CFA to the company for the replacement of only one thermocouple. And the company has about thirty thermocouples installed on his crude oil heater. The optimization is therefore aimed to reduce these industrial risks as well as the time and cost of implementation. To get, we have reviewed the various thermocouple attachment technologies on the surfaces of pipes, then we performed a functional analysis that has us from doing a search for solutions we compared. At the end of this comparison, we chose the final solution in relation to the objective. Then we have highlighted industrial risks, time and implementation costs of this solution. Finally, we compared this approaches at the one which currently. It is thus that this new approach could reduce some industrial risks including those related to hot work in confined spaces. It increased the response time from ten to five days or a 50% discount, and costs increased from 7,000,000 to almost 2,500,000 Franc CFA Franc is a reduction of nearly 64% of the intervention costs for the replacement of a thermocouple. Keys words : Thermocouple, confine space, crude oil heater.
  • 8. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page vii Rapport de Stage Pré-Ingénieur Avant-propos L’Ecole Nationale Supérieure Polytechnique (ENSP), dans sa quête croissante de l’une des premières places, sinon la meilleure dans la formation aussi bien des jeunes Camerounais que des étrangers, a donné à voir au fil des ans plusieurs types de formations. Aujourd’hui, elle forme les ingénieurs de conception dans les domaines suivants : Génie Industriel, Génie Mécanique, Génie Electrique, Génie Civil, Génie Informatique et Génie des Télécommunications. Pour asseoir ainsi ces formations, elle a entrepris, avec la collaboration de certaines entreprises du pays d’associer les enseignements théoriques suivis à l’école aux réalités du terrain. C’est ainsi que l’on distingue trois principaux stages à l’E.N.S.P :  Un stage ouvrier : en 3ème année  Un stage pré ingénieur : en 4ème année  Un stage ingénieur : en 5ème année, stage de fin de formation Le deuxième stage est celui que nous avons effectué, dans la Cameroun Oil Transport Company (COTCO) qui nous a ouvert toutes grandes ses portes pendant la période allant du 01 juillet au 31 août 2016, avec pour thème : « Optimisation des méthodes de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole brut des stations de pompage de COTCO ».
  • 9. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page viii Rapport de Stage Pré-Ingénieur Liste des figures Figure 1 - Immeuble siège COTCO Douala..............................................................................6 Figure 2 – Profil du Pipeline TCHAD – CAMEROUN ...........................................................8 Figure 3 - Organigramme de COTCO.......................................................................................9 Figure 4 - Organigramme du département des opérations .....................................................10 Figure 5 - Plan simplifié de la station de pompage de Belabo (PS3)......................................11 Figure 6 - Station de Pompage de Belabo (PS3).....................................................................11 Figure 7 - Organigramme de la Station de Pompage de Belabo ............................................12 Figure 8 Section de radiation directe......................................................................................16 Figure 9 Thermocouple............................................................................................................19 Figure 10 Thermocouple type K (Chromel - Alumel) dans une configuration standard de thermocouple de mesure. .........................................................................................................19 Figure 11 - Point de prise température du thermocouple .......................................................20 Figure 12 - Les différentes tensions des thermocouples en fonction de la température de référence 0°C ............................................................................................................................... ..................................................................................................................................................23 Figure 13 Formation de Coke dans une conduite ...................................................................24 Figure 14 Thermocouple V-Pad fixé sur une conduite............................................................25 Figure 15 - Thermocouple Refracto-Pad fixé sur une conduite ..............................................27 Figure 16 Thermocouple - Retracto-Pad.................................................................................27 Figure 17 Xtracto-Pad.............................................................................................................28 Figure 18 Thermocouple - Weld-Pad ......................................................................................29 Figure 19 Thermocouple bridé et soudé sur une conduite : application du Weld-Pad...........29 Figure 20 - Thermocouple soudé sur une conduite à extrémité ronde...................................31 Figure 21 Thermocouple fixé dans la chaudière ....................................................................34 Figure 22 Schéma du Besoin du Support.................................................................................37 Figure 23 Diagramme pieuvre du support ..............................................................................40 Figure 24 – Effort extérieurs sur la bride................................................................................54 Figure 25 - Model de répartition des charges sur la bride .....................................................55 Figure 26 - Diagramme des efforts tranchants........................................................................56 Figure 27 - Diagramme des moments fléchissants..................................................................56 Figure 28 - Prise de température d'un fluide circulant dans une conduite grâce à un thermocouple............................................................................................................................87
  • 10. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page ix Rapport de Stage Pré-Ingénieur Liste des tableaux Tableau 1 - Sigles..................................................................................................................... iii Tableau 2 - Abreviations...........................................................................................................iv Tableau 3 Comparaison de quelques types de Thermocouples..............................................23 Tableau 4 - Tableau comparatif des quatres premières méthodes (source WIKA).................30 Tableau 5 Fonctions de services..............................................................................................39 Tableau 6 Caractérisation des fonctions.................................................................................40 Tableau 7 - Solution 1: Avantages et Inconvénients................................................................47 Tableau 8 - Solution 2: Avantages et Inconvénients................................................................48 Tableau 9 - Solution 3: Avantages et Inconvénients................................................................49 Tableau 10 - Solution 4: Avantages et Inconvénients..............................................................50 Tableau 11 – Comparaison des différentes solutions.............................................................51 Tableau 12 - Coût d'une maintenance corrective après défaillance d'un thermocouple avant l'optimisation............................................................................................................................61 Tableau 13 - Estimation des coûts de mise en oeuvre du système d'optimisation...................63 Tableau 14 - Estimation des coûts d'une maintenance corrective sur un thermocouple après optimisation..............................................................................................................................66 Tableau 15 - comparaison des méthodes avant l'optimisation et après l'optimisation ...........67 Tableau 16 - Travail à chaud Exigences de barrière ..............................................................69
  • 11. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page x Rapport de Stage Pré-Ingénieur Table des matières DEDICACE..........................................................................................................................i REMERCIEMENTS.............................................................................................................. ii GLOSSAIRES..................................................................................................................... iii Sigles .................................................................................................................................................... iii Abreviations ......................................................................................................................................... iv RESUME ........................................................................................................................... v ABSTRACT ....................................................................................................................... vi Avant-propos ................................................................................................................. vii Liste des figures............................................................................................................. viii Liste des tableaux............................................................................................................ ix Table des matières ........................................................................................................... x INTRODUCTION GENERALE ...............................................................................................1 Chapitre 1: PRESENTATION DE L’ENTREPRISE.................................................... 3 II. Presentation de l’entreprise.......................................................................................4 Historique..............................................................................................................................................4 Fiche signalitique de l’entreprise ..........................................................................................................5 Activités.................................................................................................................................................6 Présentation du système de transport par pipeline .............................................................................7 Organigramme de COTCO.....................................................................................................................9 Présentation de la station de pompage N°3 .......................................................................................10 Valeurs de COTCO ...............................................................................................................................12 Chapitre 2:GENARALITES SUR LES FOURS ET LES THERMOCOUPLES..........15 I. Four......................................................................................................................... 16 A. Definition et role............................................................................................................. 16 B. Quelques types de fours.................................................................................................. 17 II. Thermocouple.......................................................................................................... 18 A. Définition et rôle............................................................................................................. 18 B. Principe de fonctionnement............................................................................................ 19 Principe physique : Effet Seebeck .......................................................................................................20 Fonction caractéristique .....................................................................................................................21 C. Types de Thermocouples................................................................................................. 21
  • 12. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page xi Rapport de Stage Pré-Ingénieur D. Comparaison des quelques types thermocouples............................................................. 22 III. Objectifs des mesures de température de surface ................................................. 24 IV. Présentation de quelques méthodes de fixation des thermocouples sur les surfaces des conduites ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients ....................................... 25 A. Méthode 1 : application au V-Pad.................................................................................... 25 B. Méthodes 2 : application au Refracto-Pad ....................................................................... 26 C. Méthode 3 : Xtracto-Pad................................................................................................. 27 D. Méthode 4 : application au Weld-Pad.............................................................................. 29 E. Méthodes 5 .................................................................................................................... 30 Chapitre 3: PROBLEMATIQUE ET OPTIMISATION DE LA METHODE DE REMPLACEMENT DES THERMOCOUPLES ENCASTRES.................................... 32 I. Problématique......................................................................................................... 33 But de notre l’étude............................................................................................................................35 Validation du but et de l’étude ...........................................................................................................35 II. Etude de la technologie de fixation des thermocouples sur la surface des conduites de la chaudière ................................................................................................................... 36 1. Analyse du besoin ...............................................................................................................................36 a) Schéma du besoin...........................................................................................................................37 b) Enoncé du besoin............................................................................................................................37 c) Validation du but et de l’étude.......................................................................................................37 2. Analyse fonctionnelle du besoin .........................................................................................................38 a) Les éléments du milieu extérieur du support lors de la phase de fonctionnement et à l’arrêt .....38 b) Identification des fonctions de services..........................................................................................38 c) Diagramme pieuvre du support......................................................................................................39 d) Caractérisation des fonctions ........................................................................................................40 Analyse fonctionnelle technique.........................................................................................................42 Recherche des solutions .....................................................................................................................47 a) Solution 1........................................................................................................................................47 b) Solution 2........................................................................................................................................48 c) Solution 3........................................................................................................................................49 d) Solution 4........................................................................................................................................49 Choix de la solution.............................................................................................................................50 Chapitre 4: DIMENSIONNEMENT, ESTIMATION FINANCIERE, ACTIVITES PARALLELES ET ASPECTS SECURITES.................................................................... 52 I. Dimensionnement, dessin d’ensemble et dessins de définitions ................................ 53 Dessin d’ensemble ..............................................................................................................................53
  • 13. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page xii Rapport de Stage Pré-Ingénieur Dimensionnement de la bride.............................................................................................................53 Dessins de définitions des pièces à fabriquer .....................................................................................58 II. Estimation financière............................................................................................... 59 Coût pour la méthode actuelle ...........................................................................................................59 Coût après optimisation......................................................................................................................62 Comparaison : avant l’optimisation et après l’optimisation ...............................................................66 III. Sécurité au travail ................................................................................................ 67 A. Les travaux en hauteur.................................................................................................... 67 B. Les travaux à chaud......................................................................................................... 68 Generalités..........................................................................................................................................68 Les considérations du permis de travail à chaud ................................................................................70 Gestion des risques de travail à chaud................................................................................................71 Contrôle des dangés de santé des travaux à chaud............................................................................73 C. Admission dans un espace confiné .................................................................................. 74 IV. Activités parallèles : DEROULEMENT DU STAGE A LA COTCO................................. 80 CONCLUSION ET PERSTECTIVES....................................................................................... 83 Références Bibliographique ............................................................................................ 84 A. Bibliographie .................................................................................................................. 84 B. Webographie.................................................................................................................. 85 Liste des annexes............................................................................................................ 86
  • 14. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 1 Rapport de Stage Pré-Ingénieur INTRODUCTION GENERALE Le transport du pétrole brut par oléoduc étant une activité de haute importance à la fois économique, commerciale, environnementale et sociale, elle nécessite un suivi de plus prêt. Et pour ce faire, la Cameroon Oil Transportation Company (COTCO) a mis en place deux stations de pompages donc une dans la localité de Dompta et l’une autre dans la localité de Belabo, une station de réduction de pression à Kribi et enfin un terminal flottant situé à environ 12 km de la station de réduction. Les stations de pompage permettent d’augment le débit du pétrole brut et de le réchauffer pour éviter qu’il ne gèle durant le transport ; ce qui pourrait boucher le pipeline. L’augmentation du débit se fait grâce à des pompes centrifuges multi-étages entrainés par des turbines qui fonctionnent au distillat. Ce distillat est produit grâce à des mini raffineries installées sur chaque site. Ces raffineries ont parmi leurs équipements des fours à pétrole brut qui permettent de chauffer le pétrole avant la distillation. Parmi les accessoires des fours, on note les thermocouples qui sont des capteurs de température. Les capteurs de températures permettent de déterminer le régime du four notamment à travers les différentes valeurs des températures de brut mesurées à différents points. Des lors, nous pouvons comprendre que les thermocouples sont indispensables au fonctionnement du four, qui lui-même est indispensable dans le processus de raffinage. Et sans raffinage, il n’y a pas production du distillat. Donc les turbines de pourront plus entrainer les pompes. Alors le débit du brut va plus tôt diminuer. Donc le pétrole brut prendra plus de temps que prévu pour arriver au terminal flottant. Ce qui pourrait entrainer des conséquences financières négatives. Comme tout équipement, ces thermocouples peuvent êtres défaillant. Et l’un des moments les moins souhaitable est durant la production. Ce qui n’est pas un événement impossible. Dans le but d’assurer une maintenance préventive et corrective des capteurs de température, une méthode de remplacement des thermocouples est généralement appliquée. Mais elle présente des risques dans son exécution. A savoir des risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés et les risques liés au travaux à chaud dans les espaces confinés. De plus, nous avons affaire au hydrocarbure donc une explosion peut se produit d’un moment à moment autre malgré le respect des procédures avant toutes interventions. Ce qui pourrait entrainer des conséquences négatives très lourdes sur la vie des employés, les équipements et surtout sur le
  • 15. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 2 Rapport de Stage Pré-Ingénieur plan financier. En plus des risques, sa mise en œuvre prend minimum dix jours et son coût est donc évalué à environ sept millions (7.000.000) de franc CFA pour le remplacement d’un thermocouple. Dans le but de réduire les risques liés au remplacement des capteurs, préserver la vie de ses employés, réduire les coûts des interventions, préserver ses installations et en réduire les temps d’arrêt de la production, la société nous a donné la mission d’: « Optimisation des méthodes de remplacement des thermocouples encastrés : cas des chaudières de pétrole brut des stations de pompage de COTCO » qui est notre thème de stage. Notre contribution est ainsi exposée sous forme de quatre chapitres :  Chapitre I : présentation de l’entreprise ;  Chapitre II : généralités sur les fours et les thermocouples ;  Chapitre III : problématique et optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples ;  Chapitre IV : dimensionnement, estimation financière, aspect sécuritaire et activités parallèles ;
  • 16. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 3 Rapport de Stage Pré-Ingénieur PRESENTATION DE L’ENTREPRISE Aperçu Cette première partie traite les points suivants :  Historique ;  Fiche signalétique ;  Activités ;  Système de transport par pipeline ;  Organigramme de COTCO ;  Présentation de la station de pompage N° 3 ;  Valeurs de COTCO ; Chapitre 1
  • 17. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 4 Rapport de Stage Pré-Ingénieur II. Presentation de l’entreprise Historique Le pétrole Tchadien est convoité depuis les années 1960, notamment avec les recherches infructueuses menées par deux groupes français au nord du pays : le bureau des recherches pétrolières (de 1962 à 1965) et l’institution française de recherche l’ORSTOM (1965 à 1967) en 1969 les recherches et travaux entrepris par le groupe américain CONTINENTAL OIL COMPANY (CONOCO) qui avait obtenu l’aval du gouvernement de l’ancien président TCHADIEN NGARTA TOMBALBAYE après le départ des compagnies françaises, les recherches se révèlent fructueuses au sud du TCHAD. Suite à cette découverte la CONOCO signe un contrat avec le gouvernement tchadien qui stipule que le Tchad recevra 50% de bénéfices nets plus une garantie de 12% de la production. Par la suite, la CONOCO cède 50% de ces parts à la compagnie HOLLANDAISE SHELL, 25% à CHEVRON et 12,5% à ESSO qui sont deux compagnies américaines. Il ne restera que 12,5% qu’elle va finalement céder à ESSO qui en 1977 va acquérir 12,5% des parts de SHELL. En prenant ces parts, la compagnie américaine se retrouve au niveau que SHELL soit 37,5%. La situation interne du s’aggravant, la CONOCO se retire du projet. Cela n’empêchant pas pour autant la poursuite des négociations entre les différents partis. En 1992 CHEVRON quitte le consortium en vendant ses parts à la compagnie française ELF. Dans le nouveau partage EXXON détiendra 40% de même que SHELL, ELF se contente de 20%. Le Tchad étant un pays enclavé, le Cameroun est choisi par les promoteurs pour acheminer le pétrole via la construction d’un pipeline de 1081 km partant de KOME jusqu’à KRIBI. A la même période la banque mondiale est sollicitée par ESSO pour garantir le projet des risques politiques et soutenir financièrement les Etats Camerounais et Tchadien afin de les permettre de prendre part au consortium pétrolier changé du développement du projet d’où la naissance du projet du pipeline TCHAD-CAMEROUN. La Cameroon Oil Transportation Company (COTCO), créée en 1998, est une co‐ entreprise de droit camerounais montée par les sociétés Exxon, Chevron, Petronas, ainsi que les gouvernements du Tchad et du Cameroun dans le cadre de la mise en œuvre du projet
  • 18. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 5 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Pipeline Tchad-Cameroun au Cameroun. La COTCO a pour mission d’exporter, vers les marchés internationaux, le pétrole brut produit à partir des champs pétrolifères tchadiens. Le Cameroun accueille sur 890 Km, une partie de l’oléoduc qui relie le Tchad au terminal maritime offshore de Kribi, au large du Cameroun ; régit par le projet de développement Tchad/Cameroun. Le tronçon camerounais est géré par la « Cameroon Oil Transportation Company » (COTCO) et celui du Tchad par la « Tchad Oil Transportation Company » (TOTCO). L’État camerounais en est actionnaire, à travers la SNH, à hauteur de 5,17%. Fiche signalitique de l’entreprise  Dénomination : Cameroon oil transportation compagny Sigle (COTCO) ;  Raison social : Société Anonyme (S.A) ;  Numéro de contribuable : M089700006137L ;  Date de création : 1998 ;  Activité : Transport du pétrole brut ;  Capital : 65 855 300 dollars américains ;  Chiffre d’affaire :  Nombre d’employés :  Directeur général : JOHNNY MALEC ;  Adresse siège social : 164, RUE TOYOTA (Rue 1239) Bonapriso ;  Boite postale : BP : 3738 Dla-Cmr ;  FAX : (237)233 42 95 96 / 233 43 35 82 ;  R.C : Dla/1997/B/018521;
  • 19. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 6 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Figure 1 - Immeuble siège COTCO Douala Activités Le Cameroun accueille sur 890 Km, une partie de l’oléoduc qui relie le Tchad au terminal maritime offshore de Kribi, au large du Cameroun ; régit par le projet de développement Tchad/Cameroun. Le tronçon camerounais est géré par la « Cameroon Oil Transportation Company » (COTCO) et celui du Tchad par la « Tchad Oil Transportation Company ». La COTCO est une entreprise de prestation de service dont le but principal est basé sur l’acheminement du brut de son lieu d’extraction jusqu’au point de départ vers les marchés internationaux. COTCO fait essentiellement dans le secteur de transport pétrolier par pipeline. Il est à noter que le secteur de transport par pipeline des hydrocarbures en provenance des pays tiers est régit par la loi n°96/14 du 5 aout 1998 et par son décret d’application n°97/116 du 7 juillet 1997. À travers le projet développement, COTCO travaille aussi avec les communautés qui se trouvent à proximité des opérations pour déterminer par quels moyens il peut contribuer à améliorer la qualité de la vie dans les régions voisines.
  • 20. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 7 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Présentation du système de transport par pipeline Données techniques  Longueur et diamètre : 1081 km dont 890 km en terre camerounaise, d’un diamètre de 76 cm.  Profondeur : enfoui à environ 1 m de profondeur.  Sites fixes : 3 stations de pompages (dont 2 en terre camerounaise, à Dompta et Bélabo), et une station de réduction de pression (PRS) à Kribi.  Installation offshore : terminal flottant de stockage et de déchargement.  Emprise foncière : largeur de 30 à 50 m. Sécurité et gestion des risques d’exploitation  Surveillance aérienne de l’emprise du Pipeline ;  Système automatique de détection des fuites : à l’aide de transmetteurs situés le long du Pipeline ou encore d’un équipement de nettoyage des parois internes du Pipeline « RACLEUR » qui possède également des transmetteurs et qui est lancé dans le Pipeline à des fréquences prédéfinies ;  Suivi et contrôle de la corrosion : on utilise généralement le système de protection cathodique qui se sert du courant électrique pour lutter contre la corrosion dans le Pipeline. Ce système est basé sur la réaction de l’électrolyse où les parois du Pipeline sont la cathode et le courant envoyé par l’anode ;  Plusieurs programmes d’inspections et de maintenance ; Suivi environnemental  Poursuite de la surveillance aérienne et de la maintenance de l’emprise du système de transport ;  Depuis 2011, un programme de surveillance avec des marcheurs locaux est mis en place ;  Inspections mensuelle détaillées portant, entre autres, sur l’érosion des sols sur l’ensemble du tracé ;
  • 21. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 8 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Figure 2 – Profil du Pipeline TCHAD – CAMEROUN
  • 22. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 9 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Organigramme de COTCO Durant notre stage, nous avons été affecté au département des opérations dont l’organigramme est présenté comme suite. General Manager Deputy Genaral Manager Tchad Interface Manager Executive Assistance SSHE Manager PA and Goverment relation manager ETS operation superintendent Commer cial Manager Business Service Manager General Counsel General Service Manager Occupational Health Manager Human Ressources Manager ETS flow Assirance and PBP Coordinator Figure 3 - Organigramme de COTCO
  • 23. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 10 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Présentation de la station de pompage N°3 Le site de Belabo est la 3ieme stations de pompage du pipeline Tchad-Cameroun derrière celles de KOME et de DOMPTA. Comme les deux autres elle a pour objectif d’élevé la pression à environ 50 bars en direction de Kribi. Cette station est dotée de plusieurs équipements majeurs dont les principaux sont les trois pompes qu’elle possède entrainée par 3 turbines qui fonctionnent au distillat. C’est sur cette station que nous avons été affecté durant les trois semaines de la fin du stage. Sa vue globale et son plan d’ensemble simplifié sont données par les figures ci- dessous. Figure 4 - Organigramme du département des opérations
  • 24. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 11 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Figure 5 - Plan simplifié de la station de pompage de Belabo (PS3) Figure 6 - Station de Pompage de Belabo (PS3)
  • 25. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 12 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Organigramme de la station de pompage de Belabo (PS3) Valeurs de COTCO Sécurité et gestion des risques d’exploitation  Système de contrôle de l’intégrité des opérations et de gestion des risques ;  Surveillance aérienne de l’emprise du pipeline ;  Système automatique de détection des fuites ;  Suivi et contrôle de la corrosion ;  Plusieurs programmes d’inspection et de maintenance ;  Plusieurs exercices de formation à l’intervention en cas d’urgence pour la préparation à toute éventualité d’incident opérationnel ; Field Superintendent General Services Administrator Plan Supervisor SHE Coordinator Cr03 & Cr04 Site Security Administration Mecachaud Supervisor Control Room E & I Lead Mechanical Lead Material Coordinator Occupational Health Manager Lead Driver Campboss Pictet Supervisor Airfield Coordinator Figure 7 - Organigramme de la Station de Pompage de Belabo
  • 26. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 13 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Suivi environnemental  Stricte adhésion au plan de gestion de l’environnement ;  Poursuite de la surveillance aérienne et de la maintenance de l’emprise du système de transport ;  Inspections mensuelle détaillées portant, entre autres, sur l’érosion des sols sur l’ensemble du tracé ;  Paiement effectif de toutes les compensations ;  Processus de suivi et de traitement des revendications (incluant une plateforme COTCO/CPSP/ONGs) en place et respecté ;  Programme des compensations régionales et communautaires achevé ;  Audits environnementaux annuels du projet conduit par l’environnemental control monitoring group (ECMG) pour le compte des préteurs du projet pipeline TCHAD- CAMEROUN ;  Revues socio-économiques du projet conduites par international advisory group (IAG) pour le compte de la banque mondiale et des gouvernements du TCHAD et du CAMEROUN ; Sécurité au travail  La vision de COTCO : un environnement de travail sans accident « PERSONNE NE SE BLESSE » ;  Chaque individu partage la conviction que tous les accidents et blessures sont évitables ;  Chaque individu accepte la responsabilité de sa propre sécurité, et est capable d’intervenir pour, assurer la sécurité des autres ;  Notre objectif : zéro accident pour les employés, les contractants et les tiers ;  Pour atteindre nos objectifs de sécurité nous nous appuyons sur :  Un engagement fort et permanent de tous (dirigeants, employés et contractants) ;  Des programmes et outils d’identification et de gestion des risques liés à nos activités ;  La communication et le partage d’expérience et de leçon apprise aux travers de réunions de sécurité à tous les niveaux de l’organisation ;
  • 27. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 14 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Des programmes de reconnaissance et de récompense de l’excellence en matière de sécurité ;  Des indicateurs de performance et de l’efficacité des programmes ;
  • 28. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 15 Rapport de Stage Pré-Ingénieur GENARALITES SUR LES FOURS ET LES THERMOCOUPLES Aperçu Cette deuxième partie traite les points suivants :  Les fours ;  Les thermocouples ;  Objectifs des mesures de température ;  Présentation de quelques méthodes de fixation des thermocouples sur les surfaces des conduites ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients ; Chapitre 2
  • 29. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 16 Rapport de Stage Pré-Ingénieur I. Four A. Definition et role Dans le domaine industriel, un four est un appareil de chauffage capable de déporter la chaleur produite à l'aide d'un fluide caloporteur. Son rôle est d’échauffer le fluide caloporteur à une certaine température pour une éventuelle utilisation dans l’entreprise. Pour le cas PS3 le four permet de chauffer le pétrole brut jusqu’à une température avoisinant les 410°C avant d’être distillé pour obtenir le distillat. Le four est constitué de deux grandes sections à savoir :  La section de rayonnement direct : la section de rayonnement direct est typiquement là où le rayonnement provenant des flammes chauffe les tuyaux. Les tuyaux peuvent être verticaux ou horizontaux, disposés le long de la paroi réfractaire, au milieu ou bien disposés en cellules. Les tuyaux sont typiquement écartés de 300 - 450 mm (12 - 18") à l'intérieur du four. Sur l'illustration de droite, les tuyaux de process sont disposés horizontalement et les brûleurs sont situés au milieu du four.  La section de chaleur de convection : la section de la chaleur de convection est située au-dessus de la section du rayonnement direct. Dans cette zone, la chaleur n'est pas aussi intense et les tuyaux ne sont typiquement pas soumis au contact direct avec la flamme. Ici, les tuyaux sont typiquement écartés de 150 - 230 mm (6 - 9") à l'intérieur du four, ce qui rend parfois difficile la fixation de thermocouples de surface. Typiquement, les thermocouples de surface sont seulement installés sur la rangée du fond. Figure 8 Section de radiation directe
  • 30. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 17 Rapport de Stage Pré-Ingénieur B. Quelques types de fours Dans le domaine industriel on rencontre plusieurs types de fours parmi lesquels :  Pétrole brut : les fours à pétrole brut chauffent du pétrole brut pour une utilisation dans une installation de distillation. La composition du pétrole brut peut varier largement suivant le type. Les fours à pétrole brut fonctionnent dans des conditions stables. Noté bien : C’est ce type de fours qui sont installés sur les stations de pompage de COTCO.  Reformeur à vapeur / reformeurs primaires : c’est un four de réaction (tubes remplis de catalyseur) qui crée du gaz de synthèse pour la production d'hydrogène, d'ammoniac ou de méthanol. Ces reformeurs primaires sont des fours très chauds qui sont exploités en général dans des conditions stables mais les tuyaux sont soumis à des déformations/mouvements importants.  Hydrotraitement : les fours à hydrotraitement chauffent des matières premières pour qu’elles puissent être traitées (hydrotraiteurs) ou craquées et traitées (hydrocraqueurs). Les fours à hydrotraitement sont exploités en général dans des conditions stables avec un potentiel de cokage en fonction du type de matériau qu'ils traitent. Les unités à hydrotraitement typiques peuvent traiter quasiment toutes les fractions de pétrole.  Reformage catalytique : le four de reformage chauffe la fraction de naphta pour une utilisation dans des réacteur de reformage. Ces fours multi cellules sont très chauds et les tuyaux sont souvent soumis à une déformation tridimensionnelle qui peut s'avérer problématique.  Unité de cokéfaction : le four de cokerie chauffe des fractions de pétrole lourd à haute teneur en résidus de pétrole et en produits asphaltés pour une utilisation dans un réservoir à coke. Une formation prématurée de coke dans les tuyauteries peut être un problème, ainsi que le mouvement fréquent du four provoqué par les variations de température et le décokage.  Fluid catalytic cracking (Craquage catalytique de fluide) : les fours FCC chauffent du gazole pour un traitement dans la colonne montante FCC, et sont généralement des fours qui sont exploités dans des conditions stables.  Vide : les fours sous vide chauffent des résidus de pétrole brut pour une utilisation future dans une unité de distillation sous vide. Les fours sous vide fonctionnent dans
  • 31. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 18 Rapport de Stage Pré-Ingénieur des conditions stables, mais la formation de coke peut devenir un problème avec ce type de four. II. Thermocouple A. Définition et rôle Un thermocouple est un dispositif électrique composé de deux conducteurs (chefs d'orchestre) différents formant des jonctions électriques aux températures différentes. Un thermocouple produit une tension dépendante de température en raison de l'effet thermoélectrique et cette tension peut être interprétée pour mesurer la température. Les thermocouples sont largement utilisés comme capteur de température. Les thermocouples sont généralement utilisés dans la science et l’industrie ; les demandes(applications) incluent la mesure de température pour des fours, l'échappement de turbine à gaz, des moteurs diesel et d'autres processus industriels. Les thermocouples sont aussi utilisés dans des maisons, des bureaux(fonctions) et des affaires(activités) comme les capteurs de température dans des thermostats et aussi comme des capteurs de flamme dans des dispositifs de sécurité pour des appareils fonctionnant au gaz (à essence). Les thermocouples sont appropriés pour mesurer sur une large plage de température de -270 jusqu'à 3000 ° C. Pour bien prendre des mesures de température les thermocouples doivent :  Avoir une bonne précision : ils fournissent des données précises pour déterminer l'évaluation de la longévité du tuyau.  Avoir une bonne longévité : ils résistent à l'environnement difficile du four pendant des périodes prolongées et doivent durer au minimum un cycle complet de préparation.  Avoir une facilité d'installation :  Fixation sûre par soudure ou par bridage sur la paroi du tuyau pour correspondre à toutes les tailles de tuyau.  Installation rapide pour respecter les délais d'entretien serrés lors d'un arrêt.
  • 32. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 19 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Remplacement rapide lors d'un arrêt B. Principe de fonctionnement La figure ci-dessous illustre la configuration standard des thermocouples utilisés. Brièvement, la température désirée Tsense est obtenue en utilisant trois apports (saisies) : la fonction caractéristique E(T) du thermocouple, la tension mesurée 𝑉 et la température des jonctions de référence Tref. A partir de la solution de l'équation E(Tsense) = V + E(Tref) on obtient Tsense. Ces détails sont souvent cachés de l'utilisateur puisque le bloc de jonction de référence (avec le thermomètre Tref), le voltmètre et le résolveur d'équation sont combinés dans un seul (simple) produit. Figure 10 Thermocouple type K (Chromel - Alumel) dans une configuration standard de thermocouple de mesure. Figure 9 Thermocouple
  • 33. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 20 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Principe physique : Effet Seebeck L'effet Seebeck se réfère à une force électromotrice lorsqu'il existe un gradient de température dans un matériau conducteur. Dans des conditions de circuit ouvert où il n'y a pas d'écoulement de courant interne, le gradient de tension (∇V) est directement proportionnel au gradient de température (∇T): ∇V = −S (T) ∇T. Où S(T) est une propriété de matériau dépendant de la température connue sous le coefficient Seebeck. La configuration standard de mesure montrée dans la figure ci-dessus, montre quatre régions de température et donc quatre contributions de tension : 1- Changement deTmeter à TREF, dans le fil de cuivre inférieur. 2- Changement de TREF à Tsense, dans le fil d'aluminium. 3- Changement de Tsense à TREF, dans le fil de chrome. 4- Changement de TREF à Tmeter, dans le fil de cuivre supérieure. Les premières et quatrièmes contributions se compensent exactement, parce que ces régions comportent le même changement de température et un matériau identique. Par conséquent, Tmetern'a aucune influence sur la tension mesurée. Les deuxièmes et troisièmes contributions ne se compensent pas, car ils comportent des matériaux différents. Figure 11 - Point de prise température du thermocouple
  • 34. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 21 Rapport de Stage Pré-Ingénieur La tension mesurée se révèle être: 𝑉 = ∫ (𝑆+(𝑇′) − 𝑆−(𝑇′))𝑑𝑇 𝑇𝑠𝑒𝑛𝑠𝑒 𝑇 𝑟𝑒𝑓 ; où 𝑆+ et 𝑆− sont les coefficients de Seebeck des conducteurs fixés aux bornes positives et négatives du voltmètre respectivement (chrome et aluminium sur la figure ci-dessus). Fonction caractéristique Une intégral n’a pas besoin d’être exécutée pour chaque mesure de température. Au contraire le comportement du thermocouple est capturé par une fonction caractéristique E(T) qui doit seulement être consulté à deux arguments: V = E(Tsense) − E(Tref). En ce qui concerne les coefficients de Seebeck, la fonction caractéristique est définie par : E(T) = ∫ (𝑆+(𝑇′) − 𝑆−(𝑇′))𝑑𝑇 𝑇 + 𝑐𝑜𝑛𝑡 La constant d'intégration dans cet indéfini intégral n'a aucune signification, mais est conventionnellement choisi de telle sorte que E(0°C) = 0. C. Types de Thermocouples Certaines combinaisons d'alliages sont devenues populaires en tant que normes de l'industrie. La sélection de la combinaison est conduite par le coût, la disponibilité, la commodité, le point de fusion, des propriétés chimiques, la stabilité et la production. Différents types sont les mieux adaptés pour des applications différentes. Ils sont d'habitude choisis sur la base des variations de température et de la sensibilité nécessaire. Les thermocouples avec des sensibilités basses (B, R et des types de S) ont des résolutions proportionnellement inférieures. D'autres critères de sélection incluent l'inertie chimique du matériel de thermocouple et si elle est ou non magnétique. Les types de thermocouple standard sont inscrits dans le tableau ci- dessous. Note Bien : les thermocouples installés sur les chaudières des plates formes de COTCO sont de type K.
  • 35. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 22 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Thermocouple Types K Type K (chromel - alumel) est le thermocouple a usage général le plus commun avec une sensibilité d'environ 41 µ V / ° C. C'est peu coûteux et une large variété de sondes(d'investigations) est disponible dans ses-200 °C pour +1350 gamme de °C. Le type K a été spécifié à un moment où la métallurgie a été moins avancée (promue) qu’elle ne l’est aujourd'hui et par conséquent les caractéristiques peuvent varier considérablement entre des échantillons.  Composition : Chromel (alliage nickel + chrome) / Alumel (alliage nickel + aluminium (5 %) + silicium)  Usage continu de 0 °C à 1 100 °C ; usage intermittent de -180 °C à 1 200 °C. Sa table de référence s'étend à 1 370 °C.  Stabilité moins satisfaisante que d'autres thermocouples : Son hystérésis entre 300 °C et 550 °C provoque plusieurs degrés d'erreurs. Au-dessus de 800 °C, l'oxydation provoque progressivement sa dérive hors de sa classe de tolérance.  Bonne tenue aux radiations.  Utilisation sous atmosphère inerte ou oxydante.  Thermocouple le plus courant. Il est bon marché.  Couleurs selon CEI 584-3 : Gaine Vert / + Vert / - Blanc  Couleurs selon NF C 42-323 1985 :  KC : Gaine Violet / + Jaune / - Violet  VC : Gaine Marron / + Jaune / - Rouge  WC : Gaine Blanc / + Jaune / - Blanc  Couleurs selon ANSI MC96-1 : Gaine Jaune / + Jaune / - Rouge Comme les couleurs varient avec les fabricants, voici un moyen infaillible de reconnaître le type de conducteur : l'alumel est vivement attiré par un petit aimant puissant. D. Comparaison des quelques types thermocouples La table ci-dessous décrit les propriétés de différents types de thermocouple. Dans les colonnes de tolérance, T représente la température de la jonction chaude, dans des degrés Celsius. Par exemple, un thermocouple avec une tolérance de ±0.0025 × T aurait une tolérance de ±2.5 °C à 1000 °C.
  • 36. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 23 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Tableau 3 Comparaison de quelques types de Thermocouples Figure 12 - Les différentes tensions des thermocouples en fonction de la température de référence 0°C
  • 37. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 24 Rapport de Stage Pré-Ingénieur III. Objectifs des mesures de température de surface L'objectif des mesures de température de surface est :  De déterminer la durée de vie du tuyau et son parcours.  De fournir des dispositifs de protection techniques au sein d'une installation.  Grâce à des thermocouples de surface fonctionnant avec précision, les industrielles peuvent protéger les opérations de chauffage sur leur équipement. Ceci peut accroître la durée de vie des tuyaux dans les fours et augmenter la production.  Surveiller la limite de température maximale admissible du tuyau.  Surveiller les températures et donner l'alerte dans les cas où de hautes températures réduisent l'espérance de vie du tuyau.  Vérifier si la température du fluide caloporteur est celle souhaitée. Les mesures de température permettent de détecter rapidement une surchauffe à partir de formations de coke (voir figure ci-dessous) et permettent un réglage précis de la commande du four. Figure 13 Formation de Coke dans une conduite
  • 38. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 25 Rapport de Stage Pré-Ingénieur IV. Présentation de quelques méthodes de fixation des thermocouples sur les surfaces des conduites ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients A. Méthode 1 : application au V-Pad V-Pad est le thermocouple de loin le plus précis pour tous les chauffages de process ; il peut aussi détecter l'amorce (le départ) de problèmes de cokage grâce à son faible encombrement. Ceci a été prouvé par des tests sur le terrain ainsi que par l'expérience acquise dans l'industrie. L'exécution V-Pad comprend un bloc usiné en forme de V qui est soudé au câble à isolation minérale. Critères d'application :  Conçu pour des mesures de la température critiques à mi- paroi.  Conçu pour un usage avec du pétrole brut, et des applications de fours à vide et à coke.  Détection rapide de coke pour optimiser les opérations et accroître la production.  Facilité d'installation pour minimiser les temps morts pendant le rééquipement.  Convient pour toutes les tailles de tuyau, grâce à sa forme en V, réduisant ainsi l'inventaire des pièces détachées.  Installation longitudinale sur le tuyau V-Pad. Les caractéristiques du V-Pad comprennent :  Le bloc en forme de V ne requiert aucun usinage spécial pour s'adapter à tout profil de tuyau. Figure 14 Thermocouple V-Pad fixé sur une conduite
  • 39. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 26 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Le thermocouple est soudé sur la base du V-Pad pour apporter une précision maximum et une réponse rapide.  La construction du bloc en forme de V permet une soudure de pénétration totale entre la jonction et la surface du tuyau, éliminant ainsi les espaces d'air potentiels et des imprécisions de mesure substantielles. B. Méthodes 2 : application au Refracto-Pad Refracto-Pad utilise un thermocouple “WeldPad” et un bouclier thermique. Les caractéristiques du Refracto-Pad comprennent :  Connexion sur le tuyau de process solidement soudée.  Bouclier thermique breveté avec une pièce moulée spéciale pour l'isolation.  Bouclier et profilé de capteur conçus pour correspondre à la courbure du tuyau.  Le bouclier protège le câble de capteur et permet de le guider rapidement hors de la chaleur rayonnante, ce qui accroît la durée de vie du capteur. Critères d'application :  Conçu pour un important flux de chaleur ou des applications difficiles, y compris l'impact de flammes.  Dans les environnements difficiles, ces capteurs assurent des lectures fiables grâce à leur exécution protégée brevetée.  Jonction isolée ou non isolée.  Installatio n radiale ou longitudinale sur le tuyau.
  • 40. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 27 Rapport de Stage Pré-Ingénieur C. Méthode 3 : Xtracto-Pad L'exécution Xtracto-Pad utilise un “Weld-Pad” fixé sur un canal de guidage et un bouclier thermique. Les caractéristiques du Xtracto-Pad incluent celles du Refracto-Pad plus :  L'exécution avec thermocouple amovible permet le remplacement du thermocouple sans meulage ou soudage supplémentaire. Elle permet également aux pièces soudées Figure 15 - Thermocouple Refracto-Pad fixé sur une conduite Figure 16 Thermocouple - Retracto-Pad
  • 41. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 28 Rapport de Stage Pré-Ingénieur d'être fixées sans la présence du capteur. La construction composée de Weld- Pad/canal de guidage, bouclier thermique et attaches peut être posée par le fabricant du chauffage/chaudière ou, dans le cas de tuyaux de fours spéciaux, par le fabricant du tuyau.  Caractéristiques spéciales pour améliorer la fiabilité et la précision de lecture. Critères d'application :  Conçu pour un important flux de chaleur ou des applications difficiles, jusqu'à et y compris l'impact de flammes.  Les pièces pouvant être soudées peuvent être envoyées au fabricant du four ou du tuyau pour l'installation initiale. Ceci est particulièrement utile pour les tuyaux spéciaux, y compris des tubes obtenus par coulée centrifuge en alliage unique.  Conçu pour une utilisation avec des reformeurs catalytiques, des reformeurs à la vapeur, au méthane ou au naphta et des fours de réaction.  Installation radiale ou longitudinale sur le tuyau. Noté Bien : d’après le constructeur WIKA, Cette exécution (Xtracto-Pad) a été adoptée, comme standard pour tous les tuyaux de four à haute teneur en chrome qui requièrent un traitement élaboré avant et après la soudure. Figure 17 Xtracto-Pad
  • 42. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 29 Rapport de Stage Pré-Ingénieur D. Méthode 4 : application au Weld-Pad L'exécution Weld-Pad est une construction spécifique lui permettant d'être soudée directement sur le tuyau du four. Les caractéristiques du Weld-Pad comprennent :  Conception pour des applications basse température où la précision n'est pas cruciale.  Utilisation pour saisir les courbes de température.  Alternative à bas coût. Critères d'application :  Utilisation là où l'impact de flammes n'est pas un problème.  Facilité d'installation.  Petite taille.  Installation radiale ou longitudinale sur le tuyau. Figure 18 Thermocouple - Weld-Pad Figure 19 Thermocouple bridé et soudé sur une conduite : application du Weld-Pad
  • 43. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 30 Rapport de Stage Pré-Ingénieur E. Méthodes 5 Pour ce type de thermocouple, le fabricant prévoit directement les chanfreins à leur l’extrémité. Et ils sont montés souder sur la tuyauterie. Caractéristique :  Alternative à bas coût.  Connexion sur le tuyau de process solidement soudée.  N’utilise pas de bouclier thermique Critères d’application :  Facilité d'installation.  Petite taille. Tableau 4 - Tableau comparatif des quatres premières méthodes (source WIKA)
  • 44. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 31 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Utilisation là où l'impact de flammes n'est pas un problème. Figure 20 - Thermocouple soudé sur une conduite à extrémité ronde
  • 45. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 32 Rapport de Stage Pré-Ingénieur PROBLEMATIQUE ET OPTIMISATION DE LA METHODE DE REMPLACEMENT DES THERMOCOUPLES ENCASTRES Aperçu Cette troisième partie traite les points suivants :  Problématique ;  Analyse fonctionnelle ;  Recherche des solutions ;  Choix de la solution ; Chapitre 3
  • 46. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 33 Rapport de Stage Pré-Ingénieur I. Problématique Le COTP permet d’obtenir par un procédé de raffinage un carburant dérivé appelé Distillat. Pour se fait le pétrole brut est porté à haute température dans la chaudière puis fractionné. Le suivi du chauffage du brut dans la chaudière se fait grâce à des thermocouples installés à des points bien précis à savoir la zone rayonnante, la zone de convection et la zone d’échappement. Le contrôle de la consommation en carburant de la chaudière est étroitement lié au bon fonctionnement des thermocouples, précisément ce lui indiquant la température du pétrole brut à la sortie de la chaudière donc le contrôle permet d’augmenter ou de réduire le débit de Distillat utilisé comme combustible. La connaissance des indications des valeurs exactes des températures permet de protéger la chaudière de certains dommages. Ainsi donc la défaillance de ces thermocouples pourrait affecter le régime de fonctionnement de la chaudière. Impactes liés au disfonctionnement des thermocouples :  Si, au lieu d’augmenter le débit en distillat dans la chaudière on réduisait plutôt à cause d’une valeur de température erroné donné par l’un des thermocouples, alors la température du brut à la sortie de la chaudière risquerait d’être encore plus basse que celle de la consigne. Il serait possible qu’à la fin du raffinage, le distillat produit n’ait pas les propriétés chimiques et physiques souhaité ou recommandé. Donc le produite issu du raffinage ne serait plus approprié pour faire tourner les turbines et les générateurs de la plateforme.  Où si dans le cas contraire le débit de Distillat utilisé comme combustible augmentait plutôt, pour les mêmes raisons, le brut risque d’être très chaud et avoir une forte pression lors de la distillation. Cela peut endommager les plateaux de distillation. Une température excessive pourrait provoquer la destruction des parois réfractaires et favorisé la formation des cokes … Pour la maintenance corrective des thermocouples, l’unité de raffinage est mise en arrêt ce qui a forcément un impact négatif sur la production. Après l’arrêt de l’unité de raffinage, il est donc maintenant question pour les espères d’effectuer une maintenance corrective sur ces thermocouples défaillants. Pour ce faire, ils ont donc une démarche qu’ils suivent. Description de la démarche  On commence par isoler les sections des conduites de pétrole brut concerné ;
  • 47. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 34 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Puis on effectue un drainage complet de toutes les conduites isolées ;  Ensuite on purge complètement les conduites avec un gaz inerte ;  Et en fin, vérifier avec un détecteur de gaz s’il n’y a pas de gaz dangereux dans l’espace où on va intervenir ; Comme détecteur de gaz, ce lui qui est utilisé à COTCO est le Draëger XAM 7000 qui détecte les gaz tels que :  SH2 (sulfure d’hydrogène) ;  CH4 (méthane) ;  CO2 (dioxyde de carbone) ;  CO (monoxyde de carbone) ;  O2 (dioxygène) ; Dans la chaudière, les thermocouples sont fixés et soudés sur les surfaces externes des conduites ou tuyaux.  Accéder à l’espace confiné (l’intérieur de la chaudière)  Défaire la soudure du thermocouple défaillant  Placer le nouveau thermocouple  Souder le nouveau thermocouple  Sortir de l’espace confiné Une telle intervention peut prendre environ cinq jours de préparation et approximativement une à deux jours d’exécution d’après les espères de l’entreprise. Evaluation des risques liés à cette démarche :  Risques liés au travail dans l’espace confiné :  Risques liés au travail à chaud dans les espaces confinés :  Risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés : Figure 21 Thermocouple fixé dans la chaudière
  • 48. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 35 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Les espaces confinés sont dangereux parce qu’ils contiennent une atmosphère qui ne se renouvelle pas facilement. Toute activité ou tout processus générant ou libérant des substances toxiques ou consommant de l’oxygène se produit ainsi dans un espace qui va très vite amplifier les risques liés à la présence de ces substances ou à la diminution de la concentration d’oxygène. En outre, la personne exposée ne peut généralement pas évacuer rapidement les lieux si elle ressent des difficultés, car ces espaces peuvent être difficiles d’accès, poser des problèmes pour les déplacements (topologie, insuffisance d’éclairage, glissance des sols, encombrement…). Ainsi il est donc maintenant question pour nous d’optimiser la méthode de remplacement de ces thermocouples en réduisant non pas seulement les risques liés à l’intervention, mais aussi le temps et les coûts de cette d’intervention. But de notre l’étude But : Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés. Validation du but et de l’étude Pourquoi ce but ?  Pour réduire les risques liés à une intervention ;  Préserver la vie des employés ;  Réduire le temps d’intervention ;  Réduire les coûts des interventions ;  Préserver les installations de l’entreprise ;  Réduire les temps d’arrêt de la production ; Qu’est ce qui peut amener notre but à ne plus être valide ?  La découvertes d’une nouvelle technologie de prise de température de surface à la surface des tuyaux dans la chaudière.
  • 49. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 36 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Après avoir présenté la problématique, nous allons maintenant passer à l’analyse fonctionnelle et en fin la recherche des solutions. II. Etude de la technologie de fixation des thermocouples sur la surface des conduites de la chaudière Il est question pour de revoir la conception du support du thermocouple à la surface de la conduite. Pour ce fait, nous allons effectuer l’analyse fonctionnelle de ce support ou la technologie de fixation de ces thermocouples sur les surfaces des conduites de la chaudière. Cette analyse fonctionnelle passera par l’analyse du besoin et l’analyse fonctionnelle du besoin. 1. Analyse du besoin  A qui le produit rend – il service ? à COTCO et à tous les utilisateurs des chaudières qui utilises aussi les thermocouples du même type sur les surfaces des conduites.  Sur quoi le produit agit – il ? Notre produit agit sur le thermocouple et la surface des conduites de la chaudière.  Pourquoi le produit a- t- il été conçu ? Pour permet au thermocouple d’êtres bien fixé sur la surface des conduites.
  • 50. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 37 Rapport de Stage Pré-Ingénieur a) Schéma du besoin b) Enoncé du besoin « Le support rend service à COTCO et à tous les utilisateurs des chaudières qui utilises aussi les thermocouples du même type sur les surfaces des conduites en leur permettant d’avoir de bonne valeur des température grâce au thermocouple et en agissant sur les surfaces des conduites de pétrole brut de la chaudière. » c) Validation du but et de l’étude Comme nous l’avons dit dans la problématique, le but de notre étude est d’optimiser les méthodes de remplacement des thermocouples encastrés. Pourquoi ce but ?  Pour réduire les risques liés à l’intervention ; COTCO et tous les utilisateurs des chaudières qui utilisent aussi les thermocouples du même type sur les surfaces des conduites. Figure 22 Schéma du Besoin du Support
  • 51. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 38 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Préserver la vie des employés ;  Réduire le temps d’intervention ;  Réduire les coûts de l’intervention ;  Préserver les installations de l’entreprise ;  Réduire les temps d’arrêt de la production ; Qu’est ce qui peut amener notre but à ne plus être valide ?  La découvertes d’une nouvelle technologie de prise de température de surface des conduites à l’intérieur des chaudières ; 2. Analyse fonctionnelle du besoin a) Les éléments du milieu extérieur du support lors de la phase de fonctionnement et à l’arrêt  La surface de la conduite sur laquelle il est fixé ;  L’environnement ;  Le local (‘intérieur de la chaudière) ;  Les flammes ;  Les fumées ;  Coke ;  Les isolants thermiques ;  Les parois de la chaudière ;  Les bruleurs ;  Le thermocouple ; b) Identification des fonctions de services Fonction principale : FP Fonctions complémentaires et de fonctions contraintes : FC
  • 52. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 39 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Tableau 5 Fonctions de services Nom Enoncé FP1 : Transférer l’intégralité d’énergie qu’il reçoit de la surface au thermocouple FC1 : Résister au vibration FC2 : Aucune influence sur les isolants thermiques FC3 : Supporter des hautes températures FC4 : s’adapter au local FC5 : Se déplacer dans son environnement FC6 : Resister à la corrosion FC7 : Resister à la fumée (dépôts de coke) FC8 : S’adapter à son environnement FC9 Faciliter d’installation sur les surfaces des conduites FC10 : Limiter les accidents pour l’utilisateur c) Diagramme pieuvre du support
  • 53. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 40 Rapport de Stage Pré-Ingénieur d) Caractérisation des fonctions Tableau 6 Caractérisation des fonctions Fonctions Expressions Critères Niveaus Flexibilités Remarques FP1 Transférer l’intégralité d’énergie qu’il reçoit de la surface au thermocouple Conductivité thermique du matériau Elevé F0 Il est important que notre support ait une bonne conductivité thermique Rendement énergique Elevé F0 Le rendement doit tendre Parois chaudière Bruleur FC5 FC6 FC8 FC1 1 SUPPORT Surface de conduite Environnement Coke Local Fumée Thermocouple Flamme Utilisateur FC3 Isolant thermique FC7 Figure 23 Diagramme pieuvre du support
  • 54. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 41 Rapport de Stage Pré-Ingénieur vers 100% en terme d’énergie transférée FC1 Résister au vibration Stabilité Bonne F0 Supporté les vibrations Frequence de vibration Faible F0 Etre stable FC2 Aucune influence sur les isolants thermiques Inpact sur le isolant Inexistant F0 FC3 Supporter des hautes températures Température de fusion ≥ 720°𝐶 F2 le matériau ne doit pas se dilaté Température de dilatation ≥ 500°𝐶 F2 Le matériau ne doit pas se déformer Propriétés mécanique, physique et chimique Inchangés F3 Conserver les propriétés mécaniques, physique et chimique du matériau FC4 s’adapter au local Hauteur du local F3 Insertion facile dans le local Largeur du local F3 Longueur du local F3 FC5 Se déplacer dans son environnement Encombrement Faible F3 FC6 Résister à la corrosion Oxydation du matériau de la machine Faible F1 Le matériau utilisé doit avoir une bonne résistance à la corrosion FC7 Resister à la fumée Impactes de la fumée sur le rendement null F0 FC8 S’adapter à son environnement Hauteur F3 Largeur F3 Longueur F3 FC9 Faciliter d’installation sur les surfaces des conduites Temps d’installation petit F0 Risques liés à l’installation Faible F1
  • 55. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 42 Rapport de Stage Pré-Ingénieur FC10 Limiter les accidents pour l’utilisateur Fréquence d’accident null F1 Encombrement Faible F3 Analyse fonctionnelle technique Afin de mener à bien cette analyse fonctionnelle technique, nous allons utiliser la méthode FAST (Functional Analysis System Technique) qui s’appuie sur les fonctions de service pour aboutir aux fonctions techniques. 1- FP1 : Transférer l’intégralité d’énergie qu’il reçoit de la surface au thermocouple Voir annexe 12 2- FC1 : Résister au vibration Voir annexe 13 3- FC2 : Aucune influence sur les isolants thermiques FC2 FT1 : aucun impact sur les isolants thermiques ST1 : Créer un gap entre le support et les isolants thermiques Fonctions de service Fonctions de technique Solution technologique
  • 56. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 43 Rapport de Stage Pré-Ingénieur 4- FC3 : supporter des hautes températures FT3:Conserver lespropriétés mécaniques, physiqueset chimiquesdu matériau FC3 Fonctionsdeservice FT1:résisteràdes températures élevées>400°C ST1:Utiliserun aciercarleur températurede fusionestau- dessusde1000°C ST5:Utiliserla fonteouletitant FT2:Avoirune températurede dilatationélevée FonctionstechniquesSolutiontechnologiqueContraintes Minimisé les coûts et le temps des opérations de maintenance corrective et réduire au maximum les risques liés à ces opérations
  • 57. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 44 Rapport de Stage Pré-Ingénieur 5- FC4 : s’adapter au local FC4 Fonctionsdeservice FT1:Pénétrerdans lelocal FT11:Avoirdes dimensions inférieur àcelledel’entrée dulocal ST1: Hauteur<? Longueur<? Largeur<? FT12:Etre démontabl ST2: Assemblagepar visserie FT21:Avoirde dimensions inférieuresàcelledu localde stockage FT2:Sepositionner danslelocal FonctionstechniquesSolutiontechnologiqueContraintes Minimisé les coûts et le temps des opérations de maintenance corrective et réduire au maximum les risques liés à ces opérations. Démontage et montage facile. ST3: Hauteur<? Longueur<? Largeur<?
  • 58. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 45 Rapport de Stage Pré-Ingénieur 6- FC5 : Se déplacer dans son environnement 7- FC6 : Resister à la corrosion 8- FC8 : S’adapter à son environnement FC5 FT1 : être moins encombrant ST1 : ses dimensions doivent ères inférieures à celle du local Fonctions de service Fonctions techniques Solution technologique FC6 FT1 : être peux corrosif ou presque inoxydable ST1 : utiliser les métaux inoxydable (à l’exemple de l’inox) Fonctions de service Fonctions technique Solution technologique FC8 FT1 : s’adapter à la surface de positionnement ST1 : Transversalement ou longitudinalement Fonctions de service Fonctions technique Solution technologique
  • 59. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 46 Rapport de Stage Pré-Ingénieur 9- FC9 : Faciliter d’installation sur les surfaces des conduites 10- FC10 : Limiter les accidents pour l’utilisateur FC9 Fonctions de service FT1 : Réduire le temps d’installation ST1 : préparer les soudures en mettant les chanfreins où il faut ST2 : mettre les congés et les arrondis où il faut et éviter les angles vifs FT2 : réduire les risques liés à l’installation Fonctions techniques Solution technologique Contraintes Minimisélescoûtsetletempsdesopérations demaintenancecorrectiveetréduireau maximumlesrisquesliésàcesopérations. Démontageetmontagefacile. FC10 Fonctions de service FT1 : définir le mode opératoire d’installation et de maintenance ST1 : rédiger une notice d’installation et de maintenance ST2: mettre les congés et les arrondis où il faut et éviter les angles vifs FT2 : réduire les risques liés à l’installation Fonctions techniques Solution technologique Contraintes Minimisélescoûtsetletempsdesopérations demaintenancecorrectiveetréduireau maximumlesrisquesliésàcesopérations. Démontageetmontagefacile.
  • 60. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 47 Rapport de Stage Pré-Ingénieur 11- FC7 : Résister à la fumée Les dépôts de coke n’ont pas d’influence sur la conductivité thermique des matériaux. Donc notre support pourra résister parfaitement au dépôts de coke. Après avoir fini avec l’analyse fonctionnelle technique, nous allons passer à la recherche des solutions. Qui s’appuie sur la revue de la littérature et de l’analyse fonctionnelle. Recherche des solutions Pour chaque solution, nous allons donner ses avantages et ses inconvénients. a) Solution 1 Voir Annexe 1. Annexe 1 – Solution 1 Tableau 7 - Solution 1: Avantages et Inconvénients Avantages Inconvénients Précisions N’a pas encore été testé industriellement pour les prises de température sur les surfaces des conduites. Maintenabilité -Facile à maintenir car pas besoin d’accéder à l’espace confiné, elle peut se faire de l’extérieure de la chaudière. -Simple à installer et à démonter Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective - Elimine tous risques liés aux espaces confinés. -Elimine tous risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés. -Elimine tous risques liés aux travaux à chaud dans les espaces confinés. Mise en œuvre Elle reste complexe, car en plus de changer le type de thermocouple, il
  • 61. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 48 Rapport de Stage Pré-Ingénieur faut faire coïncider le plan médian qui contient l’axe horizontale du thermocouple et celui qui contient l’axe verticale de la conduite. Efficacité Pas approprié pour les prises de température des surfaces conduites à l’intérieure des chaudières. Approprié pour les prises de température des fluides circulants dans des tuyaux (voir Annexe 5). b) Solution 2 Voir Annexe 2 Annexe 2 - solution 2 Tableau 8 - Solution 2: Avantages et Inconvénients Avantages Inconvénients Précisions Bon pour l’application aux basses températures (en dessous de 480°C) grâce à son bouclé thermique d’après de constructeur WIKA. Maintenabilité Facile à remplacer Nécessite l’accès à l’espace confiné et un échafaudage cette espace avant tous remplacements Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective -Elimine tous risques liés aux travaux à chaud dans les espaces confinés. -risques liés au travail dans les espaces confinés -risques liés au travail en hauteur dans un espace confiné Mise en œuvre Apres fixation de son bouclier thermique et de ses éléments de bridages, sa mise en œuvre reste facile pour tout éventuelle remplacement. Elle ne demande pas à changer le type de thermocouple utilisé comme la solution 1. Efficacité Approprié pour les prises de température des surfaces conduites à l’intérieure des chaudières.
  • 62. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 49 Rapport de Stage Pré-Ingénieur c) Solution 3 Voir Annexe 3. Annexe 3 - Solution 3 Tableau 9 - Solution 3: Avantages et Inconvénients Avantages Inconvénients Précisions N’a pas encore été testé industriellement pour les prises de température sur les surfaces des conduites. Maintenabilité -Facile à maintenir car pas besoin d’accéder à l’espace confiné, elle peut se faire de l’extérieure de la chaudière. -Simple à installer et à démonter Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective - Elimine tous risques liés aux espaces confinés. -Elimine tous risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés. -Elimine tous risques liés aux travaux à chaud dans les espaces confinés. Mise en œuvre Facile Mais nécessite le change du type de thermocouple utilisé. Efficacité Pas approprié pour les prises de température des surfaces conduites à l’intérieure des chaudières. Approprié pour les prises de température des fluides circulants dans des tuyaux (voir Annexe 5). d) Solution 4 Voir Annexe 4. Annexe 4 - Solution 4
  • 63. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 50 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Tableau 10 - Solution 4: Avantages et Inconvénients Avantages Inconvénients Précisions Bon pour l’application aux hautes températures (au-dessus de 480°C). Maintenabilité Facile à remplacer Nécessite l’accès à l’espace confiné et un échafaudage cette espace avant tous remplacements Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective -Elimine tous risques liés aux travaux à chaud dans les espaces confinés. -risques liés au travail dans les espaces confinés -risques liés au travail en hauteur dans un espace confiné Mise en œuvre Apres fixation de ses éléments de bridages, sa mise en œuvre reste facile pour tout éventuelle remplacement. Elle ne demande pas à changer le type de thermocouple utilisé comme les solutions 1 et 3. Efficacité Pas très utilisé pour dans les chaudières à basse température. Choix de la solution Le choix de la solution définitive est basé sur certain critères tels que :  Le type de thermocouple utilisé : il est important que la solution choisie soit adapter au type de thermocouple actuellement installé sur les chaudières. Car il y a n’a encore en stock au magasin.  La mise en œuvre : elle doit être le moins complexe possible.  Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective : la solution choisie soit celle qui offre le minimum de risques lors de toutes d’opération de dépannage ou de réparation.  Maintenabilité : elle doit être le moins complexe possible à maintenir.  Adapter à la prise de température sur la surface des conduites à l’intérieure des chaudières.
  • 64. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 51 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Tableau 11 – Comparaison des différentes solutions Critères Solution 1 Solution 2 Solution 3 Solution 4 Type de thermocouple A changer Conserver Changer Conserver La mise en œuvre Complexe Moins complexe que la solution 1 Moins complexe que la solution 1 Moins complexe que la solution 1 Maintenabilité Simple car ne nécessite pas d’accès à l’intérieur de la chaudière Simple dans la mesure où nous avons déjà accédé à l’espace confiné et préparer l’échafaudage car c’est simple à démonter Simple car ne nécessite pas d’accès à l’intérieur de la chaudière Simple dans la mesure où nous avons déjà accédé à l’espace confiné et préparer l’échafaudage car c’est simple à démonter Risques liés à l’exécution d’une maintenance corrective -risques liés au travail dans les espaces confinés -risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés -risques liés au travail dans les espaces confinés -risques liés au travail en hauteur dans les espaces confinés Adapter à la prise de température sur la surface des conduites à l’intérieure des chaudières Non Oui Non Oui Application basse température (en dessous de 480°C) Oui Oui Non Non Après avoir énuméré les différents critères nécessaires au choix de la solution et comparaison des différentes solutions sur la base de ces critères grâce au tableau ci-dessus, nous allons passer au choix de la solution définitive. La solution que nous devons choisir doit tenir compte du type de thermocouple installé et présent en stocke au magasin. Ce qui nous permet déjà d’éliminer les solutions une et trois. La deuxième et la quatrième solutions respectent presque toutes les mêmes critères mais la seulement c’est au niveau de leurs efficacités. Ainsi, nous nous penchons vers la deuxième solution car elle est la plus efficace grâce à son bouclier fameux bouclier thermique qui permet de transférer la chaleur de la surface du pipe vers le point de mesure en minimisant les pertes calorifiques.
  • 65. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 52 Rapport de Stage Pré-Ingénieur DIMENSIONNEMENT, ESTIMATION FINANCIERE, ACTIVITES PARALLELES ET ASPECTS SECURITES Aperçu Cette quatrième partie traite les points suivants :  Dimensionnement ;  Estimation financière ;  Aspect sécurité  Activités parallèles Chapitre 4
  • 66. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 53 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Dans ce chapitre, il serait question pour nous dans un premier temps d’étudier plus en profondeur la solution choix, ce qui passerait par un dimensionnement et une estimation financière. Et comme notre ce jour à COTCO n’était pas uniquement focalisé sur l’optimisation des méthodes de remplacement des thermocouples encastrés, en suite nous allons faire un briefing sur les activités exercées en parallèles. Et en fin, la sécurité au travail étant un des aspects les plus important au sein de la COTCO, nous nous attarderons sur quelques points importants pour la mise en œuvre de la solution choisie. I. Dimensionnement, dessin d’ensemble et dessins de définitions Ici, nous allons partir de la solution choisie, pour sortir le dessin d’ensemble (voir les annexes 7 et 8) sur lequel nous allons nous appuyer pour effectuer le dimensionnement de certaine pièce dans le but de ressortir les dessins définitions et de fabrications de ces différentes pièces entrant dans la fabrication du support. Dessin d’ensemble Vois les annexes 7 et 8. Dimensionnement de la bride Hypothèses :  Nous avons à faire ici à une poutre travaillant en flexion simple.  Les actions aux extrémités de la bride sont dues aux support de la bride d’une part et à l’écrou d’autre pas (voir figure ci-dessous).  Au centre de la bride l’action est due thermocouple (voir figure ci-dessous).  Le matériau utilisé est l’acier de construction usuelle non allié.  Nous avons les données suivantes :
  • 67. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 54 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  𝑅 𝑒 = limite d’élasticité  𝑠 = coefficient de sécurité  𝑒 = largeur de la poutre  F = effort nécessaire pour stabiliser le thermocouple durant le fonctionnement et en arrêt  L = la longueur de la bride  m = masse nécessaire pour stabiliser le thermocouple durant le fonctionnement. Figure 24 – Effort extérieurs sur la bride Démarche Le model sur lequel nous nous basons pour effectuer notre analyse est le suivi :
  • 68. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 55 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Détermination de Ra et Rb nous avons 𝐹 − 𝑅 𝑎 − 𝑅 𝑏 = 0 le problème étant symétrique nous pouvons dire que 𝑅 𝑎 = 𝑅 𝑏 alors 𝑹 𝒂 = 𝑹 𝒃 = 𝟏 𝟐 𝑭  Détermination des efforts intérieurs Efforts tranchants 𝑇 et moment fléchissant 𝑀𝑓 (de la gauche vers la droite) :  0 ≤ 𝑥 < 𝐿 2 𝑻(𝒙) = 𝑹 𝒂 = 𝟏 𝟐 𝑭 ; 𝑴 𝒇𝒛(𝒙) = − 𝟏 𝟐 𝒙𝑭  1 2 𝐿 ≤ 𝑥 < 𝐿 𝑻(𝒙) = 𝑹 𝒃 = − 𝟏 𝟐 𝑭 ; 𝑴 𝒇𝒛(𝒙) = − 𝟏 𝟐 (𝑳 − 𝒙)𝑭 Figure 25 - Model de répartition des charges sur la bride
  • 69. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 56 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Tracé des diagrammes Figure 26 - Diagramme des efforts tranchants Figure 27 - Diagramme des moments fléchissants
  • 70. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 57 Rapport de Stage Pré-Ingénieur D’après les diagrammes des efforts tranchants et celui des moments fléchissants, nous avons :  𝐓 𝐦𝐚𝐱 = 𝟎. 𝟓𝐅  𝑴 𝒇 𝒎𝒂𝒙 = 𝟎. 𝟐𝟓𝑭𝑳  Détermination des contraintes L’effort tranchant crée la contrainte de cisaillement et le moment fléchissant crée la contrainte de normale.  Contrainte de cisaillement : 𝜏 = 𝑇 𝑚𝑎𝑥 𝑒ℎ ≤ 𝜏 𝑎𝑑𝑚 = 𝑅 𝑒𝑔 𝑠 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑅 𝑒𝑔 = 𝑅 𝑒 2 ⇒ 𝑇 𝑚𝑎𝑥 𝑒ℎ ≤ 𝑅 𝑒 2𝑠 ⇒ 𝒉 ≥ 𝑻 𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝟐 ∗ 𝒔 𝑹 𝒆 ∗ 𝒆 Données :  𝑅 𝑒 = 235 𝑀𝑃𝑎  𝑠 = 3.5  𝑒 = 9 𝑚𝑚  𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 0.5 ∗ 𝐹  𝐹 = 𝑚𝑔  𝑔 = 9.81 𝑚𝑠−2  𝑚 = 10𝑘𝑔 A.N : 𝒉 ≥ 𝟎. 𝟏𝟔𝟑 𝒎𝒎
  • 71. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 58 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Contrainte normale : 𝜎 = 𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥 𝐼𝑧 ( ℎ 2 ) 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝐼𝑧 = 1 12 𝑒ℎ3 ⇒ 𝜎 = 𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥 6𝑒ℎ2 ≤ 𝜎 𝑎𝑑𝑚 = 𝑅 𝑒 𝑠 ⇒ 6 ∗ 𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥 𝑒ℎ2 ≤ 𝑅 𝑒 𝑠 ⇒ 𝒉 ≥ √ 𝟔 ∗ 𝒔 ∗ 𝑴 𝒇𝒛𝒎𝒂𝒙 𝑹 𝒆 ∗ 𝒆 Données :  𝑅 𝑒 = 235 𝑀𝑃𝑎  𝑠 = 3.5  𝑒 = 9 𝑚𝑚  𝑀𝑓𝑧𝑚𝑎𝑥 = 0.25 ∗ 𝐹 ∗ 𝐿  𝐹 = 𝑚𝑔  𝑔 = 9.81 𝑚𝑠−2  𝑚 = 10𝑘𝑔 A.N : 𝒉 ≥ 𝟓. 𝟑 𝒎𝒎 Nous avons : { ℎ ≥ 0.163 𝑚 ℎ ≥ 5.3 𝑚𝑚 ⇒ 𝒉 ≥ 𝟓. 𝟑 𝒎𝒎 Dessins de définitions des pièces à fabriquer  Bride : voir Annexe 9  Support de Bride : voir Annexe 10  Bouclier Thermique : voir Annexe 11
  • 72. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 59 Rapport de Stage Pré-Ingénieur II. Estimation financière Coût pour la méthode actuelle Nous allons évaluer les coûts d’une maintenance corrective sur un seul thermocouple et pour une seule intervention en utilisant la procédure d’intervention actuelle ou avant optimisation. Après avoir isolé, drainé complètement les sections des conduites consternées et purgé avec un gaz monitor (Draëger XAM 7000), les grandes étapes de cette démarche sont les suivantes :  Déconnecter le thermocouple ;  Accéder à l’espace confiné ;  Monter les échafaudages ;  Défaire la soudure du thermocouple ;  Placer le nouveau thermocouple et le souder ;  Démonter les échafaudages ;  Sortir de l’espace confiné ;  Connecter le nouveau thermocouple ; Evaluation du nécessaire et du temps à louer pour chaque étape :  Déconnexion du thermocouple : - Elle est effectuée par un électricien et instrumentaliste ; - Temps à louer : 4 heures ; - Coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h ;  Montage les échafaudages : - Nécessite deux échafaudeurs ; - Temps à louer : 4 jours avant et à raison de 8 heures de travail par jour ; - Coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h ;
  • 73. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 60 Rapport de Stage Pré-Ingénieur  Défaire la soudure de l’ancien thermocouple, placer le nouveau thermocouple et le souder : - Nécessité en terme de technicité :  Un soudeur certifier ;  Un assistant du soudeur ;  Un pompier ;  Un mécanicien ; - Temps à louer : 2 jours à raison de 8 heures par jour ; - Coût :  Soudeur : 26.680 F /h ;  Assistant : 73.830 F /jour ;  Pompier : 21.805 F /h ;  Mécanicient: 26.680 F /h ; - Nécessaire en terme de matériel :  Un thermocouple : 400.000 F ;  Un poste à souder au Tungsten Inert Gas (TIG) : 41.000 F /jour ;  Câble de soudure (200 m) : 100 F /m /jour ;  Une bobine : 200.000 F ;  Une bouteille de CO2 : 150.000 F ; - Logistique :  Location de véhcule: 150.000 F /jour ;  Temps à louer pour la location et le transport du materiel : 6 jours ;  Montage les échafaudages : - Nécessite deux échafaudeurs ; - Temps à louer : 4 jours avant et à raison de 8 heures de travail par jour ; - Coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h ;  Connexion du thermocouple : - Elle est effectuée par un électricien et instrumentaliste ; - Temps à louer : 4 heures ; - Coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h ; Noté Bien :
  • 74. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 61 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Toutes les informations ci-dessus nous viennent de COTCO. Estimation du coût de la méthode actuelle Tableau 12 - Coût d'une maintenance corrective après défaillance d'un thermocouple avant l'optimisation Etape Données Coût Déconnexion et connexion du thermocouple -temps : 8 heures -coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h -un électricien et instrumentaliste 213.440 F Montage et démontage des échafaudeurs -temps : 8 jours (8 heures /jour) -02 échafaudeurs -coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h 3.415.040 F Défaire la soudure de l’ancien thermocouple, placer le nouveau thermocouple et le souder -temps : 2 jours (8 heures/jour) -un soudeur : 26.680 F /h -un assistant : 73.830 F /jour -un pompier : 21.805 F /h -mécanicien : 26.680 F /h 1.350.300 F Matériel et logistique -temps : 06 jours -un thermocouple : 400.000 F -une bobine : 200.000 F -une bouteille de CO2 : 150.000 F -un poste à souder au Tungsten Inert Gas (TIG) : 41.000 F /jour -câble de soudure (200 m) : 100 F /m /jour -location de véhicule: 150.000 F /jour 2.016.000 F Total 6.994.780 F
  • 75. Optimisation de la méthode de remplacement des thermocouples encastrés Page 62 Rapport de Stage Pré-Ingénieur Coût après optimisation Nous allons estimer les coûts de mise en œuvre de la nouvelle démarche d’une part et les coûts liés à une maintenance corrective après défaillance du thermocouple. Estimation des coûts de mise en œuvre Celle-ci passe pas plusieurs étapes qui sont :  Déconnecter du thermocouple ;  Accéder à l’espace confiné ;  Monter l’échafaudage ;  Défaire la soudure du thermocouple ;  Souder le bouclier thermique et les éléments de fixation de la bride ;  Monter le thermocouple ;  Démonter l’échafaudage ;  Sortir de l’espace confiné ;  Connecter le thermocouple ; Evaluation du nécessaire et du temps à louer pour chaque étape :  Déconnexion du thermocouple : - Elle est effectuée par un électricien et instrumentaliste ; - Temps à louer : 4 heures ; - Coût d’un électricien et instrumentaliste : 26.680 F /h ;  Montage les échafaudages : - Nécessite deux échafaudeurs ; - Temps à louer : 4 jours avant et à raison de 8 heures de travail par jour ; - Coût d’un échafaudeur : 26.680 F /h ;  Défaire la soudure du thermocouple, souder le bouclier thermique et les éléments de fixations de la bride et monter le thermocouple : - Nécessité en terme de technicité :  Un soudeur certifier ;