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Présentation pfe esprit 2012
Le document présente un projet réalisé par Vivo Energy portant sur l'étude et l'automatisation du système de pompage d'additifs pour le stockage et la distribution de carburants. Il détaille la problématique liée à la santé et sécurité des ouvriers, les solutions techniques proposées, ainsi que les spécificités des pompes utilisées. Des perspectives d'amélioration et d'optimisation du processus d'additivation ainsi que des résultats techniques sont également abordés.
Présentation pfe esprit 2012
- 1. Département Engineering Ecole Supérieure Privéed’ingénierie et de Technologies Vivo ENERGY Réalisé par: Chedly Ben Menadi Encadreur ESPRIT: Mr Ahmed Teyeb Encadreur Vivo ENERGY: Mr Kais
- 2. Présentation del’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion Perspectives 2
- 3. Vivo ENERGY PLAN DUSITE Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 3
- 4. 4 Vivo ENERGY Franchise deShell, à caractère industriel et commercial Vivo ENERGY Société énergétique de stockage, de distribution et de commercialisation Carburant Lubrifiants Essence sans plomb 95 Essence sans plomb 98 Gasoil extra Gasoil extra 50 GÉNÉRALITÉS Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Domaines Activités Normes rigoureuses Moyens
- 5. Présentation de l’entreprise Choix dusujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives CHOIX DU SUJET ET PROBLÉMATIQUE Santé de l’ouvrier Sécurité de l’ouvrier Préservation de l’environnement Détermination des Normes Dispositif d’additivation manuel Perte de temps Perte du produit Manipulation dangereuse 5
- 6. Dispositif d’additivation manuel Ancienneméthode Utiliser un tuyau au dessus des camions-citernes Inhaler les vapeurs toxiques Automatiser le processus d’additivation Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives CHOIX DU SUJET ET PROBLÉMATIQUE 6 Nouvelle méthode
- 7. Contrôle -Pmax=21,7 barPompe à déplacement positif -Capacitéjournalière de 10 m3/ jour - H fluide = 80% Hmax fluide - 1,5 " 3/8" InjecteursRéservoir fermé Conduite CAHIER DE CHARGE Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Choix du groupe de pompage 7
- 8. Pompes volumétriques Pompage additifs Présentationde l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Deux pièces mobiles LES POMPES À DÉPLACEMENT POSITIF 8 Polyvalentes Efficacité Viscosité HL-897 Débit réduit Viking pump Débit stable à pression variable Facile à utiliser et à entretenir Fiable et précise
- 9. DESCRIPTION D’UNE POMPEDP Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Parties externes (tête, corps, support) Parties internes (rotor, roue de guidage) Bague Joint d'arbre Les principaux éléments qui constituent la pompe DP sont: 9
- 10. Débit: L’exploitation journalière moyennedes additifs est de 10 m3 chacun Nemo 6133 CRITÈRES DE CHOIX Débit nécessaire Débit d’injection Nombre d’injecteurs 3 m3 /h Débit sortie pompe Nemo 2041 Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 10
- 11.
- 12. Pertes des charges: - régulières et singulières: ΔH=7,65 m Débit: Exploitation journalière moyenne des additifs est de 10 m3 chacun Nemo 6133 Contraintes dûes au réseau CRITÈRES DE CHOIX Débit nécessaire Débit d’injection Nombre d’injecteurs 3 m3 /h Nemo 2041 Débit sortie pompe Débit sortie pompe4,15 m3 /h Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 12
- 13.
- 14. Pertes des charges: - régulières et singulières: ΔH=7,65 m Débit: Exploitation journalière moyenne des additifs est de 10 m3 chacun Nemo 6133 Contraintes dû au réseau CRITÈRES DE CHOIX Débit nécessaire Contraintes dû au réseau Pertes des charges : - régulières et singulières: ΔH=7,03 m Débit d’injection Nombre d’injecteurs 3 m3 /h Nemo 2041 Débit sortie pompe Débit sortie pompe4,15 m3 /h 4,17 m3 /h Débit: Débit necessaire = 3 m3/h Débit de sortie pompe pour Nemo 6133 = 4,15 m3/h ≥ 3 m3/h Débit de sortie pompe pour Nemo 2041 = 4,17 m3/h ≥ 3 m3/h Pression au refoulement de la pompe: Pnemo 6133 =22,45 Bar Pnemo 2041 =22,4 Bar Pression au refoulement maximum de la pompe est exprimée par: Pmaximal de la pompe=PMax arrivé à l’injecteur+ ΣΔH = 22,45 Bar Pmaximal de la pompe=PMax arrivé à l’injecteur+ ΣΔH = 22,4 Bar Nemo 6133 Nemo 2041 Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 14
- 15. Présentation de l’entreprise Choix dusujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives TABLEAUX CARACTÉRISTIQUE DES POMPES DP 15
- 16. Surpression de 5,55Bar Un limiteur de pression. Limiteur de pression réglable de 4 à 11 bar VÉRIFICATION DES RÉSULTATS Débit requis Nemo 6133: 4,15 m3/h > 3 m3/h Pression maximale requise Nemo 6133: 28 bar > 22,45 bar Débit requis Nemo 2041: 4,17 m3/h > 3 m3/h Thermal relief valve Bypass relief valve Un limiteur de la pression dûe à la température Pression maximale requise Nemo 2041: 28 bar > 22,4 bar Nemo 6133 Nemo 2041 Surpression de 5,6 Bar Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 16
- 17. La pression devapeur LA CAVITATION Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Pression requise pour mettre un liquide en ébullition La cavitation P entrée < P vapeur Création de bulles de vapeur Peut endommager la parie intérieure de la pompe 17
- 18. LE NET POSITIVESUCTION HEAD NPSHDisponibl e NPSHRequis NPSHD : Pression absolue à l'orifice d'aspiration NPSHR : Pression minimum requise à l’orifice d'aspiration NPSH Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Doit être calculé Fourni par le fabricant 18
- 19. LE NET POSITIVESUCTION HEAD Pression agissant sur la surface du liquide Pertes de chargeHauteur manométrique statique Pression de vapeur saturante NPSH D hs Le Nemo 6133 Le Nemo 2041 NPSHD-Nemo 6133 NPSHD-Nemo 20412,937m 3,55m Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 19
- 20. 6,2 feet =1,89m LA CHARTE NPSHR NPSHR-Nemo 6133 =1,89/0,968=1,95m =1,89/0,88=2,14m NPSHR-Nemo 2041 Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 20
- 21. LE NET POSITIVESUCTION HEAD Pression agissant sur la surface du liquide Pertes de chargeHauteur manométrique statique Pression de vapeur saturante NPSHD hs Le Nemo 6133 Le Nemo 2041 NPSHD-Nemo 6133 NPSHD-Nemo 2041> 2,14m > 1,95m NPSHD-Nemo 6133 > NPSHR-Nemo 6133 NPSHD-Nemo 2041 > NPSHR-Nemo 2041 Fonctionnement normal des pompes Pas de risque de cavitation 2,937 m 3,55m Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 21
- 22. 15 m au minimum CONCEPTION Présentationde l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Stocka ge des additifs Poste de chargeme nt Minimiser les risques de contact22
- 23. Support pompes DP « Bâti» CONCEPTION Réservoir additif Vannes à boisseau Pompes DP en parallèle Limiteur de pression Filtre Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Deux pompes DP ?Exigence Vivo Energy Pompe de secours 23
- 24. Les contrôleurs « ProPac»Bras de chargement Les injecteurs « Miniblock V4 » CONCEPTION Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 24
- 25. CONCEPTION Limiteur de pression Point d’injection Pompes DP RéservoirBrasde chargement Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives 25
- 26. Nouveau dispositif Maitrise desdifférentes étapes d’ajout d’additifs. Automatisation du processus d’additivation normes de sécurité et de contrôle Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Participation sur site dans les étapes de réalisation du projet Conception d’un système d’acheminement des additifs. 26
- 27. Poste d’additivation Alternative intéressante Productiond’une valeur ajoutée En cours de réalisation Système de supervision à distance. Automatisation du processus Validation Lacunes Présentation de l’entreprise Choix du sujet et problématique Etude du système de pompage Présentation de la solution Conclusion et perspectives Système de sécurité incendie.27
- 28.
Notes de l'éditeur
- #2 Tout d’abord je tiens à remercier les membres du jury pour avoir aimablement accepté de juger mon travail. Mon stage s’est déroulé dans les locaux de Vivo ENERGY et plus précisément dans le département engineering où j’ai pu réalisé mon Projet de fin d’études qui porte sur l’Installation d’un Poste Automatique d’Ajout d’Additifs dans le Carburant et se veut aboutissement d’une formation théorique et pratique en ingénierie électromécanique.
- #3 Ma présentation suivra le plan suivant Je commencerai par présenter l’entreprise du sage, expliquerai le choix du sujet et poserai ma, problématique, je présenterai par la suite l’étude du système de pompage, exposerai une solution globale du système et je finirai par une conclusion et des perspectives
- #4 La société Vivo energy de Tunisie est située à Tunis. Le site de la société objet de ce Projet de Fin d’Etudes se trouve à 16 km du siège social, dans la zone pétrolière de Radés-Pétrole.
- #5 La société Vivo energy de Tunisie est la franchise de la multinationale Shell, elle est à caractère industriel et commercial. Les domaines d’activité de la société couvrent le stockage, la distribution et la commercialisation de produits carburants et lubrifiants, la société applique des normes rigoureuses pour assurer la qualité et la conformité de tous ses produits pétroliers vis-à-vis des spécifications techniques, notamment pour les carburants économiques Gasoil Extra et Sans plomb Extra.
- #6 Le choix du sujet est déterminé par les normes suivantes, la santé et la sécurité des ouvriers et la préservation de l’environnement, afin de permettre aux ouvriers de manipuler les produits sans courir de risque ce qui procure une économie de temps et une rentabilité supérieur.
- #7 le dispositif d’additivation manuel est au centre de ma problématique au niveau de l’ancienne méthode d’ajout d’additif pratiquée par Shell, les ouvriers été obligés d’utilisé un tuyau pour verser les additifs dans le carburant au dessus des camions en inhalant les vapeurs toxiques des additifs sans compté la déperdition du à la manipulation. D’où l’idée d’automatiser le processus d’additivation.
- #8 Nous disposons pour notre sujet d’un réservoir étanche d’une capacité de 10m3 qui achemine son contenu à travers un réseau de canalisations d’un diamètre de 1,5 puis de 3/8 de pouces jusqu’aux injecteurs avec une pression maximum de 21,7 bar admissible. L’acheminement des additifs se fait à travers un groupe de pompage que nous allons détailler maintenant.
- #9 Les pompes à déplacement positif sont des pompes volumétriques extrêmement polyvalentes. ils excellent dans le pompage de liquides épais tels que les additifs puisque son efficacité augmente avec l’augmentation de la viscosité. la HL-897 de chez viking pump travail a des débits réduits, son débit n’est pas affecté par le changement de pression contrairement à une pompe centrifuge. Parce que les pompes à engrenages internes n’ont seulement deux pièces mobiles, ils sont fiables, faciles à utiliser et à entretenir.
- #10 Elle est constituée du corps de la pompe, d’un rotor et d’une roue de guidage, d’une bague et d’un joint.
- #11 Nous avons une exploitation journalière moyenne de 10 m3 pour chaque additif. Le débit nécessaire pour chaque additif est le débit d’injection d’un seul injecteur fois le nombre d’injecteurs en fonctionnement, tout calcul fait, nous obtenant un débit maximum de 3 m3/h. Concernant le débit de sortie de la pompe du Némo 6133
- #12 Ce diagramme représente le débit de la HL 897 en m3/h en fonction de la vitesse de rotation du rotor de cette pompe, il s’agit donc de la courbe caractéristique de la HL 897 pour un produit de masse volumique de 880 Kg/m3, nous pouvons observer qu’à 1200 révolutions per minutes nous obtenant un débit de 4,15 m3/h
- #13 Les pertes de charges régulières et singulières lors de l’utilisation de cet additif sont de 7,65 m. Quant au débit de sortie de la pompe du Némo 2041
- #14 Nous effectuant le même travail nous pouvons observer ce diagramme qui représente le débit de la HL 897 en m3/h en fonction de la vitesse de rotation du rotor de la pompe, il s’agit donc de la courbe caractéristique de la HL 897 pour un produit de masse volumique de 968 Kg/m3, nous pouvons observer qu’à 1200 révolutions per minutes nous obtenant un débit de 4,17 m3/h
- #15 Les pertes de charges régulières et singulières lors de l’utilisation de cet additif sont de 7,03 m. La pression maximale que doit exercée la pompe est de 22,45 bar concernant le Nemo 6133 et la pression maximale que doit exercée la pompe est de 22,4 bar pour le Nemo 6133 Donc pour récapituler, nous avons besoins de 3m3/h au refoulement, le débit de sortie de la pompe pour le Nemo 6133 est de 4,15m3/h avec une pression maximale que la pompe ne doit dépasser de 22,45 bar, le débit de sortie de la pompe pour le Nemo 2041 est de 4,17m3/h avec une pression maximale de 22,4 bar que la pompe ne doit dépasser.
- #16 Concernant la pression admise pour notre pompe nous pouvons voir sur le tableau caractéristique des pompes à déplacement positif que la HL-897 est protégé pour une pression maximale de 28 bar.
- #17 Vérifions nos résultat, le débit requis au Nemo 6133 est de 4,15 m3/h, un résultat largement au 3 m3/h demandé, le débit requis pour le Nemo 2041 est de 4,17 m3/h, largement supérieur au 3 m3/h demandé. Nous pouvons observer que le problème se situe au niveau de la pression, elle est supérieur a ce que nous pouvons permettre, une surpression de 5,55 bar pour le nemo 6133 et une surpression de 5,6 bar pour le Nemo 2041. Un limiteur de pression est donc nécessaire pour palier à ce problème et un limiteur de la pression dû à la température, certes facultatif mais protège le réseau de la hausse de température.
- #18 Nous allons nous penché maintenant sur le problème de cavitation, pour la comprendre, nous devons parler de la pression de vapeur, la pression de vapeur est la pression requise pour mettre un liquide en ébullition à une température bien déterminer, La cavitation provient quand la pression à l’entrée de la pompe est inférieur à la pression de vapeur du liquide. Les bulles de vapeur se déplace à l’intérieur de la pompe pour exploser arrachant de petites particules de la pompe avec elles.
- #19 et pour empêcher ce phénomène nous devons calculer NPSH ou le Net Positive Suction Head de la pompe. NPSH est définie en deux parties: NPSH disponible (NPSHD): c’est la pression absolue à l'orifice d'aspiration de la pompe. ET NPSH requis (NPSHR): La pression minimum requise à l'orifice d'aspiration de la pompe pour empêcher la pompe de caviter. NPSHd est fonction de notre système et doit être calculée, alors que NPSHR est une fonction de la pompe et doit être fourni par le fabricant.
- #20 Le Net Positive Suction Head disponible est égal à la Pression agissant sur la surface du liquide + ou - Hauteur manométrique statique tout dépend de du réservoir, moins les Pertes de charge et moins la pression de vapeur saturante, nous obtenons un NPSHD-Nemo 6133 de 2,937m et un NPSHD-Nemo 2041 de 3,55m
- #21 Nous pouvons voir le tableau caractérisant le NPSHr de chaque pompe, donné par le fabricant, nous avons donc pour la famille HL 6,2 pied soit 1,89m. En le divisant par la masse volumique de chaque additif, nous obtenant leur NPSHr respectif.
- #22 Le NPSH délivré doit toujours être supérieure au NPSH requis pour que le système de pompage puisse fonctionner sans cavitation. En d'autres termes, Nous devons avoir plus de pression côté aspiration qu’en demande la pompe. Fonctionnement normal des pompes. Pas de risque de cavitation !!
- #23 Nous passons maintenant à la présentation de la solution, ou une conception en 3 dimensions à été faite afin de bien saisir le projet. Notre système est constitué de 2 parties principales, une partie de stockage et une partie d’injection. Selon le fournisseur des équipements Chemtec energy, Le lieu de stockage des additifs doit être éloigné d’au moins 15 m, du poste de chargement des hydrocarbures pour minimiser tout risque de contacte des additifs avec les camions-citernes
- #24 La partie de stockage est constitué d’un réservoir, d’un filtre, d’un bâti, d’un limiteur de pression, de plusieurs vannes à boisseaux sphériques, et clapets anti-retour non représentés ici, et de deux pompes à déplacement positifs disposés en parallèle. Vous me direz pourquoi une deuxième pompe alors que nous avons démontré qu’une seule pompe suffisait largement? Et bien, une des exigences imposée été de mettre une pompe de secours, si l’une des pompes venait à tomber en panne, la deuxième prendrait immédiatement la relève.
- #25 La partie injection se compose principalement de trois contrôleurs d’injection ProPac, d’un bras de chargement qui n’entre pas dans le projet, mais est représenté ici par souci de clarté, et 12 minblock injecteurs.
- #26 Chaque système d’ajout d'additif comprend un réservoir d'additif, le fluide est aspiré à travers la conduite d’aspiration en inox jusqu’à l’ensemble de pompes. En aval du système de pompage, un limiteur de pression renvoi le fluide en excès au réservoir à travers une conduite de sécurité. Le fluide est ensuite acheminé à travers la conduite de refoulement aux miniblock injecteurs, les quels injectent l’additif dans le bras de chargement à travers un orifice. Dans chaque bras de chargement est prévu un débitmètre (non représenté). Le signal du débit du carburant est envoyé au propac pour qu’il le compare avec le signal envoyé par le débitmètre du miniblock et une régulation du taux d’injection est effectué à fur et à mesure que le chargement ai lieu.
- #27 Ce nouveau dispositif à permit la maitrise des différentes étapes d’ajout d’additifs grâce à l’automatisation du processus d’additivation selon les normes de sécurité et de contrôle établis par le cahier de charge. Ma participation ne se pas limitée à la conception théorique mais elle à été effective dans la mesure où j’ai suivi sur site les étapes d’installation du poste de chargement en attendant le projet de réalisation du poste d’additivation à quelques mètres de ce dernier.
- #28 L’automatisation du poste d’additivation reste une solution très intéressante qui permet la production de produits pétroliers d’une qualités supérieurs tout en respectant les normes internationales de sécurité des employés et de la préservation de l’environnement. Il s’agit comme je viens de le dire d’un poste d’additivation qui n’a pas encore été mit en place, donc qui n’a pas encore fait ses preuves, d’où l’impossibilité de saisir les lacunes, quand ce projet sera réaliser de nouvelles perspectives pourront s’ouvrir, telles que la mise en place d’un système de supervision à distance et d’un système de sécurité incendie.
- #29 Merci de votre attention