D 2 Séparateurs

FORMATION TECHNICIENS DE PRODUCTION T.P.S 2006

Module D Cours N°2- LES SEPARATEURS

Réalisé par Le Cabinet Ali Bouchahoua

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SOMMAIRE

1 - LES SEPARATEURS 1.1 Définition d‘un séparateur 1.2 Principe fondamental du séparateur 1.3 Mécanisme du séparateur 1.4 Schéma de principe d’un séparateur 1.5 Les Types de séparateurs    

Séparateurs Verticaux Séparateurs Horizontaux Séparateurs Sphériques Performances Comparées des Séparateurs

1.6 Branchement des séparateurs 2- EQUIPEMENTS DES SEPARATEURS 2.1 Appareils de contrôle   

Sécurité Niveaux Régulation

3- CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT DES SEPARATEURS 3.1 Effet de la Température 3.2 Effet de la Pression 3.3 Effets de la vitesse d’écoulement des fluides

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1 - LES SEPARATEURS A l’origine, la séparation se faisait à pression atmosphérique dans de simples bacs de décantation. Cette méthode avait le double inconvénient d’entraîner des pertes de produits considérables et d’obliger à reprendre l’huile à la pompe pour la renvoyer au stockage. Les séparateurs actuels travaillent sous pression. Le rendement est ainsi amélioré et la pression sert de moteur pour le transfert de l’huile. 1.1 Définition d ‘un Séparateur C‘est une capacité fonctionnant à pression constante grâce à une régulation appropriée. De volume suffisant, elle est équipée d’un système intérieur de chicanes et de grillages qui provoquent un ralentissement dans l’écoulement du mélange diphasique qui l’alimente, provoquant ainsi la séparation effective de la phase gazeuse et de la phase liquide, et, limitant également l’entraînement mécanique de gouttelettes liquides dans le gaz, et de bulles de gaz dans le liquide. 1.2 Principe fondamental du séparateur Contrairement aux procédés complexes de récupération de liquide à partir d’un effluent diphasique nécessitant toujours un apport extérieur d’énergie, un séparateur fonctionnant à une pression P et une température T sépare la phase liquide et la phase gazeuse existant dans l’effluent diphasique à cette pression et à cette température. Il ne provoque aucune modification de l’équilibre liquide vapeur préexistant, mais engendre simplement leur séparation par la différence de leurs masses spécifiques. 1.3 Mécanisme d’un séparateur Un séparateur reçoit des produits déjà partiellement séparés. Ces produits sont des liquides, huile et eau contenant du gaz dissous et du gaz chargé d’huile en suspension. Le premier rôle du séparateur est d’isoler les liquides dans une chambre de tranquillisation pour que le gaz ait le temps de se libérer. Le phénomène n’est pas instantané, et, si tout le gaz libérable à la pression du séparateur n’a pas pu se vaporiser, le dégagement sera trop rapide au moment où l’huile passera à la pression inférieure de l’étage suivant. Il y aura alors perte par entraînement des produits légers qui, normalement auraient du rester en dissolution dans le mélange. Par ailleurs, des dispositifs à chicanes et des filtres à brouillard favorisent la coalescence sur les parois des gouttelettes liquides en suspension dans le gaz et les traînent dans la chambre de décantation. Le mécanisme permet de comprendre que l’unité de séparation ne peut fonctionner correctement que si elle n’est pas surchargée c.à.d., si le temps de tranquillisation est assez long pour permettre le dégazage de l’huile et si la vitesse d’écoulement et suffisamment lente pour éviter les entraînements. Ainsi, même si la production a été réduite on a toujours intérêt à maintenir en service la batterie de séparateurs complète. Le rendement est meilleur. Inversement, le chef de champ TPS/ Cabinet Ali BOUCHAHOUA/ Formation des techniciens de production/ Cession Novembre 2006

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doit connaître la capacité maximum de ses appareils pour éviter les surcharges et les pertes qui s’en suivent. Le traitement consistera donc, lorsqu’on dispose en tête de puits d’un effluent diphasique à une pression et une température données généralement élevées à obtenir séparément à la pression atmosphérique et à température ambiante : la phase gazeuse et la phase liquide, cette dernière étant la plus importante possible. 1.4 Schéma de principe d’un séparateur L’appareil est constitué par une enveloppe cylindrique, résistante à la pression et fermée à chaque extrémité par un fond bombé (1). Pour certains séparateurs, nous le verrons plus loin, cette enveloppe est sphérique. L’effluent est amené par la conduite (2) dans la chambre de séparation (3). Le jet liquide se brise contre le déflecteur (4). Par gravité, le liquide tombe sur le plancher perforé (5) et s’accumule dans la chambre de décantation (6) où des cloisons brise vagues (7) tranquillisent le fluide et permettent la séparation par différence de densités de l’eau et de l’huile. Le gaz de la masse liquide pénètre dans la chambre de séparation secondaire (8) par les perforations du plancher (9) et s’y débarrasse des liquides maintenus en suspension qui tombent par gravité. Dans certains séparateurs, un réseau de chicanes disposées en écran dans cette chambre force le courant de gaz humide à suivre un parcours sinueux. Cette disposition favorise, par projection sur les parois des particules lourdes, la coalescence des gouttelettes liquides et leur ruissellement vers le bas. Les brouillards formés de particules trop fines pour être précipitées par gravité sont retenus dans un filtre (10). Le gaz traité est évacué par la conduite (11). Les liquides récupérés dans la chambre de décantation sont purgés par deux conduites. Au point le plus bas est piqué le soutirage de l’eau (12) dont la densité est supérieure à celle de l’huile. L’huile est prise par un tube crépiné en dessus du plan d’eau (13). Les vannes contrôlant l’entrée et les sorties du séparateur sont généralement commandées par des dispositifs automatiques.

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I - Ecrans horizontaux 2 - Ecrans verticaux. Suppression des vagues 3 - Extracteur de brouillard. Récupération du condensat 4 - Tube crépiné. Départ de l’huile 5 - Départ de l’eau de séparation 6 - Drain. Vidange du séparateur 7- Soupapes de sécurité. Elles libèrent le gaz du séparateur en cas de surpression vers la cheminé de détente pour les séparateurs H.P. à l’air libre pour les séparateurs M.P. 8 - Indicateur de température 9 - Indicateur de pression 10 - Ecran des flotteurs. Stabilisation du niveau 11 - Flotteur de l’huile — d< 0,8 12 - Flotteur de l’eau - 0,8< d < 1 13 - Niveau visuel 14 - Vanne automatique d’entrée du brut réglée manuellement 15 - Vanne automatique de sortie d’huile régulée par le contrôleur du niveau d’huile (16) 16 - Contrôleur de niveau d’huile commandé par torsion depuis le flotteur (11) 17 - Vanne automatique de sortie d’eau manoeuvrée par le contrôleur de niveau d’eau (18) 18 - Contrôleur de niveau d’eau command par torsion depuis le flotteur (12) 19 - Vanne automatique de sortie de gaz régulée par le contrôleur de pression (20) 20 - Contrôleur de pression de gaz 21 - Vanne de purge de contrôle du gaz 22 - Vannes de purge des vannes automatiques.

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Les points à contrôler sont les suivants : -

Pression constante, régulée par une vanne automatique placée sur la sortie gaz et asservie à un manomètre. Niveau constant, régulé par une vanne automatique sur la sortie de liquide et asservie par un flotteur flottant à la surface du liquide. Dans le cas de séparation de 2 liquides, un plongeur repère l’interface des 2 liquides et agit sur une vanne automatique placée sur la sortie du liquide le plus lourd. En plus de cette régulation, des organes de sécurité protègent le séparateur, ou le mettent hors circuit dans le cas d’un fonctionnement anormal, soupapes, plaques d’éclatement, vannes motorisées à l’arrivée de l’effluent, etc. Ces séparateurs comme tous les appareils travaillant en pression sont soumis à une réglementation du Service des Mines ou des Bureaux de Contrôle. 1.5 Types de séparateurs Il existe trois types : les séparateurs verticaux, horizontaux et sphériques. En règle générale, on utilise les séparateurs verticaux lorsque le GOR n’est pas très élevé, inférieur à 200, et lorsqu’il y a risque de dépôt de produits solides tels que sables et paraffines, car ces appareils sont d’un nettoyage facile. Les séparateurs horizontaux sont des capacités plus fortes. Le rapport surface/volume du liquide décanté est élevé, ce qui favorise le dégazage des fluides à GOR élevé. Ils tolèrent bien les à-coups de débit. Les séparateurs sphériques sont peu employés. Leur forme ramassée en rend le transport commode Leur résistance à la pression est excellente. Leur grosse capacité en gaz fait qu’ils sont le plus souvent réservés à des champs à condensats. Leur rendement est mauvais si le régime de production est irrégulier. a) Séparateur Vertical Le corps cylindrique à fond bombé (1) est placé verticalement sur un socle; support. L’entrée de fluide se fait à peu près à mi-hauteur du séparateur (2). Cette entrée peut être disposée tangentiellement au cylindre ou munie d’un déflecteur (3) qui dévie le fluide vers la paroi. L’effluent prend ainsi un mouvement tourbillonnaire rapide. Les particules liquides lourdes sont chassées vers l’extérieur par la force centrifuge, se plaquant contre la paroi où elles adhèrent par capillarité, ruissellent, vers le bas, et s’accumulent dans la chambre de décantation (4). Cette chambre est protégée par un écran en forme de cloche (5) qui met les liquides décantés à l’abri des turbulences de la chambre de séparation primaire (6). Le gaz s’échappe vers le haut et gagne la sortie après passage dans une section filtrante à chicanes (7). Les égouttures de la section filtrante sont amenées dans la chambre de décantation par un conduit (8). Les dispositifs habituels de purge et de contrôle de pression que nous verrons plus loin équipent le séparateur. La capacité d’un séparateur vertical va jusqu’à 850 m 3/jour, et sa pression de service peut atteindre 420 kg/cm². TPS/ Cabinet Ali BOUCHAHOUA/ Formation des techniciens de production/ Cession Novembre 2006

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Séparateur vertical haute pression

Séparateur vertical basse pression

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On notera sur le schéma (fig. 5) -

Le trou d’homme placé au bas de l’appareil rend sa visite et son nettoyage très faciles.

-

Le stockage du liquide dans un corps cylindrique étroit. Le rapport de la surface liquide au volume total est faible. Cette disposition n’est pas favorable au dégazage. Ces séparateurs n’ont pas un bon rendement en présence d’un GOR élevé (supérieur à 200 m3/m3).

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b)

Séparateur Horizontal (fig .6).

Le fonctionnement de ce séparateur a déjà été décrit. Sa capacité est très supérieure à celle du séparateur vertical puisqu’elle atteint couramment 5 000 m 3/jour. Certains de ces appareils, en service notamment au Moyen-Orient, peuvent traiter jusqu’à 20 000 m 3/jour. Les pressions de service sont du même ordre que celles du séparateur vertical. Le principal avantage du séparateur horizontal est la grande surface de vaporisation offerte à l’huile décantée. Cette surface est, en effet, parallèle à l’axe du cylindre, et le rapport surface/volume est beaucoup plus grand que pour l’appareil vertical. Le dégazage est rapide, ce qui permet d’admettre des GOR élevés (supérieurs à 200) et des débits irréguliers, par suite du gros volume de séparation. A noter enfin que, comparativement aux séparateurs verticaux, 1’accès aux divers organes extérieurs est plus facile, mais par contre, la visite et le nettoyage intérieur sont moins aisés.

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c)

Séparateur Sphérique (fig. 7)

L’effluent pénètre dans le haut de l’appareil (1) et ruisselle sur un déflecteur en forme de cloche hémisphérique (2). Le liquide s’accumule dans la partie inférieure où il est drainé par deux vannes de purge. TPS/ Cabinet Ali BOUCHAHOUA/ Formation des techniciens de production/ Cession Novembre 2006

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Le gaz humide monte, passe dans la section de filtration (3) et s’accumule sous la cloche intérieure. II est repris par une conduite de décharge (4) qui traverse la section de filtration et ressort au bas de l’appareil. Les contrôles sont automatiques.

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Ce type de séparateur est relativement récent. Sa construction ramassée le rend peu encombrant et facilement transportable. Il offre une excellente résistance aux fortes pressions. Le dégazage des produits de la chambre de décantation est celle qui donne le meilleur rapport surface/volume. Par contre, le rendement est mauvais dans le cas de production liquide par bouchons. Ces caractéristiques particulières font que ces séparateurs sont habituellement réservés à des champs de distillat où le GOR est très élevé (quelques centaines de grammes de gazoline par m3 de gaz). d) Sphériques

Performances comparées des Séparateurs Horizontaux, Verticaux et

(1: le plus favorable, 2: intermédiaire, 3: le moins favorable) TPS/ Cabinet Ali BOUCHAHOUA/ Formation des techniciens de production/ Cession Novembre 2006

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1.6 Branchements des séparateurs Les séparateurs sont branchés en parallèle lorsque leurs entrées et leurs sorties sont communes. Ils sont branchés en série ou en cascade, lorsque la sortie de l’un arrive dans l’entrée de l’autre. Une considération importante entrant dans le principe de la séparation est le temps de séjour de l’huile dans le séparateur. Si les dimensions d’un séparateur sont trop petites et que le débit est grand, il est évident que l’huile n’aura pas de temps de se décanter : une partie de l’huile sera emportée par le gaz à la torche. Les temps minimum recommandés sont les suivants :  Pour une pression dans le séparateur de 0 à 42 kg/cm2 : il faut 1 minute. 2  Pour une pression dans le séparateur de 42 à 77 kg/cm : il faut 50 secondes. 2  Pour une pression dans le séparateur au-dessus de 77 kgf/cm : il faut 30 secondes. D’autre part, si l’on a affaire à de l’huile qui risque de s’émulsionner, ce temps doit être multiplié par 3, 4, 5 ou 6, ce qui peut conduire à des temps de l’ordre de 5 minutes. Le temps de séjour de l’huile permet de faire les calculs de dimensions des séparateurs. 2- EQUIPEMENT DES SEPARATEURS Un séparateur est équipé d’un certain nombre de contrôles qui surveillent son fonctionnement et assurent la sécurité de marche. Les appareils de contrôle peuvent : - Soit, fournir de simples indications à l’usage de l’opérateur, c’est le cas des manomètres, thermomètres et niveau. - Soit, régler le fonctionnement du séparateur par le moyen d’un organe d’exécution, généralement une vanne, qui lui est asservie. Dans ce cas, ces appareils prennent le noms de contrôleurs. Les dispositifs de sécurité essentiels sont représentés par des soupapes et des joints d’éclatement. Le rôle de ces dispositifs est d’éviter que le séparateur ne soit soumis à des pressions trop élevées. Une fonction de sécurité est assurée aussi par les régulateurs de niveau dans le but d’éviter les engorgements. 2.1 Appareils De Contrôles a) Sécurité 

Appareils de contrôle – indicateurs : Ce sont les manomètres, les thermomètres étudiés dans le cours “Mesures Pétrolières”.



Les Niveaux : A basse de pression, le niveau peut être un simple tube transparent, le plus souvent en matière plastique. A haute pression (10 kgf/cm² et au dessus), les niveaux visuels utilisent du verre en plaque. Comme elles doivent offrir une résistance élevée, ces plaques sont épaisses (1 à 20 mm) et emprisonnées dans une cage métallique. L’étanchéité verre sur métal est assurée par un joint malléable. Le serrage est obtenu soit par étrier, soit par bride.

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Le montage d’un verre de niveau exige beaucoup de soins et d’attention, une vérification de la parfaite planéité des portées métalliques, notamment, l’absence de voiles, de corps étrangers ou de bavures. Le serrage des écrous doit être progressif et uniforme (serrage en croix) faute de quoi, le verre casse. On distingue deux types de niveaux. Les niveaux à lecture par transparence et les niveaux à lecture par réfraction. Les premiers sont montés avec deux glaces opposées, et la lumière traverse l’appareil. Ils sont plus lisibles, mais de réalisation moins simple que les niveaux à réfraction. Ces derniers n’ont qu’une seule glace, et la lecture doit être améliorée par des rainures de section triangulaires, gravées sur la face intérieure de la glace. Ces rainures forment un faisceau de prismes parallèles juxtaposés dans le sens de la longueur. Grâce à cet artifice, la hauteur de liquide reste visible, même lorsqu’il s’agit de repérer une interface entre deux fluides incolores tels que gazoline et gazoline + eau par exemple. Les niveaux sont raccordés sur les séparateurs par l’intermédiaire de robinets à trois voies munis d’un clapet de sécurité à bille. Le robinet à trois voies permet le passage d’un écouvillon dans le niveau, car de fréquents nettoyages sont parfois nécessaires. La bille de sécurité ferme le robinet en cas de rupture de la glace, le pointeau du robinet se prolonge par un poussoir qui empêche la bille de s’appliquer sur son siège au moment d’une purge ou de la première mise en service. Un robinet de purge au point bas complète l’équipement.

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VALVES : OFFSET STAIGHT-TRHU and OS & Y (Outside Screw & Yoke) VALVES to 4,000 psi with any end connections.  Bail chec empêche la fuite du produit,  Dishec hand - wheel empêche l’incendie.  Teflon packing est standard dans les vannes.

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Manipulation des niveaux Le niveau visuel d’un séparateur en service doit montrer continuellement de petites oscillations. L’immobilité du niveau est un indice de bouchage. Pour purger le niveau : fermer les deux robinets de contrôle, ouvrir la purge et laisser décomprimer. Décoller légèrement le robinet supérieur et vérifier qu’il n’est pas bouché, puis refermer. Répéter l’opération avec le robinet inférieur. Fermer la vanne de purge. Pour la mise en service décoller la vanne du haut puis celle du bas. Quand le niveau est établi, ouvrir en grand les deux vannes. Ne jamais laisser les deux vannes de contrôle de niveau en ouverture partielle, les billes de sécurité ne pourraient pas fonctionner. Ne jamais se placer en face d’un niveau pendant les manipulations, une rupture de glace est toujours possible et peut blesser gravement. Si une rupture de glace survient, fermer les robinets. Le nettoyage se fait en enlevant le bouchon supérieur après décompression, et en passant dans le corps de niveau, un écouvillon imbibé de solvant ou d’acide chlorhydrique dilué. Dans ce dernier cas, il faudra rincer abondamment à l’eau claire avant la remise en service.

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Les sécurités automatiques : Actuellement, beaucoup de centres de traitement sont automatisés et fonctionnent sans surveillance. Ceci n’est possible qu’avec des équipements de sécurité qui protègent le matériel en cas de dérèglement des automatismes. De tels équipements se composent de détecteurs d’alerte, de relais et de vannes.

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

Les vannes automatiques (tout ou rien) type”Fail Safe” :

Les sécurités automatiques sont basées sur le principe du “Fail Safe”. Ce terme désigne un montage où en l’absence de fluide moteur, la vanne prend d’elle-même une position conforme aux conditions exigées par la sécurité. Les positions de fail safe généralement adoptées sont :    

Vanne d’arrivée de l’effluent = normalement fermées ; Vannes de décharge des liquides = normalement fermées ; Vannes de décharge du gaz sur torche = normalement ouvertes. Les Détecteurs de défauts :

Ils sont installés sur les appareils à protéger. Ils possèdent un élément de mesure du paramètre à contrôler, qui actionne un distributeur pneumatique à trois voies. En fonctionnement normal, ils laissent passer le fluide moteur vers la vanne de contrôle. Si la grandeur contrôlée sort des limites fixées, le détecteur coupe l’alimentation et décomprime à l’atmosphère le circuit pilote de la vanne. La vanne prend alors d’elle-même la position de sécurité convenable. Les principaux détecteurs sont :  Alarme haute pression,  Alarme basse pression,  Alarme niveau haut,  Alarme niveau bas,  Alarme haute température,  Alarme basse température, Sur un même appareil, ou sur un groupe d’appareils solidaires les uns des autres, les détecteurs sont raccordés en série; ainsi un défaut signalé en un point quelconque place tout le groupe intéressé en position de sécurité. Le signal du détecteur est généralement transmis par un relais. 

Les Relais :

Un relais se place entre la vanne et le détecteur de défaut dont il reçoit la commande. En marche normale, le relais laisse passer du gaz moteur dans le circuit de vanne. Quand, par suite d’un défaut, le détecteur interrompt son signal, le relais coupe l’alimentation et décomprime le circuit pilote qu’il contrôle. Les relais sont utilisés pour transmettre les signaux et pour sélectionner les asservissements en fonction de l’incidence du défaut sur la marche de telle ou telle unité de l’installation. Certains relais comportent un dispositif de verrouillage à réarmement manuel, qui oblige l’opérateur à intervenir pour procéder à une vérification avant la remise en service. b) Sécurité dé pression : Les sécurités doivent protéger toute enceinte sous pression. Les séparateurs sont, en général, pourvus de deux sécurités de pression. Soit, deux soupapes soit, une soupe et un joint d’éclatement qui libèrent le gaz à l’atmosphère si, par accident la pression interne de l’appareil dépasse une valeur limite. TPS/ Cabinet Ali BOUCHAHOUA/ Formation des techniciens de production/ Cession Novembre 2006

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

Les Soupapes

Une soupape est une vanne dont la position normale est fermée. Un clapet (1) est appliqué sur un siège par un ressort (2). Ce clapet est soumis à l’action de deux forces opposées : la force pressante du gaz qui s’exerce en “P’’ tend à le soulever; la force du ressort qui l’applique sur le siège. La compression du ressort est réglée par la vis (3). Le tarage de la soupape est réglé sur un banc d’étalonnage au moyen d’une pression sous le clapet, et d’un manomètre qui indique la valeur de cette pression. On agit sur la vis de réglage jusqu’à obtention de la valeur désirée. Quand la soupape est en service, si la pression appliquée en “P’’ dépasse la valeur de tarage, le clapet se soulève et libère le gaz, la pression dans le séparateur décroît. La soupape se referme quand la pression est à nouveau normale. Les échappements des soupapes sont le plus souvent raccordés sur une conduite de torche. Si, par hasard, ce n’est pas le cas, ainsi que cela se produit souvent sur une installation provisoire, on devra prendre garde à l’effet de réaction du jet d’échappement, et le diriger, au moyen d’un coude, dans un sens (généralement vers le haut) où il n’aura aucun effet nuisible. Un séparateur vertical, de petites dimensions et mal ancré; peut être renversé par l’effet de réaction d’une soupape dont le dégagement se fait dans le plan horizontal. Le montage de vannes d’isolement en amont des soupapes ou joints d’éclatement est à proscrire car, par suite d’un oubli ou d’une fausse manoeuvre, la sécurité peut être supprimée. Si l’on dispose de deux soupapes installées sur le même appareil et, que l’on désire, malgré tout, pour des raisons de commodité d’entretien, pouvoir les isoler, les vannes devront être munies d’un dispositif de verrouillage interdisant l’isolement des deux soupapes à la fois. Les soupapes doivent être soumises à des contrôles périodiques que l’on a trop tendance à négliger. Des oxydations ou des gommages du mécanisme, peuvent se produire, qui modifient le tarage (pression de déclenchement trop élevée). Pour cette raison, on double souvent la soupape d’un joint d’éclatement.

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 Les Joints d’éclatement : Les joints d’éclatement sont des calottes métalliques obtenues par emboutissage. Leur profil permet de les fixer entre deux brides spéciales. Les joints sont prélevés dans des feuilles minces d’acier ou de laiton dont la résistance à la rupture est calculée en fonction d’une pression déterminée. Cette pression est de 10 % > à la pression de service de l’appareil à protéger.

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Ainsi, sur un séparateur, la soupape ouvre dés que la pression de service est dépassée. Et, en cas de non fonctionnement de la soupape, le joint d’éclatement cède avant que la pression d’épreuve ne soit atteinte. L’avantage du joint d’éclatement est sa parfaite sûreté puisqu’il ne comporte aucun organe mécanique. Une fatigue prolongée risque tout au plus d’affaiblir sa résistance, ce qui, en somme, va dans le sens de la sécurité. Par contre, toute rupture du joint impose le remplacement de la pièce, donc une intervention de reconditionnement. Les joints d’éclatement, établis pour des pressions faibles, sont très minces et fragiles. Une manipulation maladroite peut suffire à les déformer. Toute déformation, en créant une amorce de rupture, affaiblit le joint. Un joint ainsi abîmé est à rejeter.

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c) Régulation Les pressions et les niveaux des séparateurs sont maintenus aux valeurs désirées par des dispositifs de régulation qui sont des vannes automatiques pilotées par des contrôleurs. 

Les Vannes Automatiques

Les séparateurs sont généralement équipés de vannes à clapets.

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Les Contrôleurs de Pression :

Le rôle des contrôleurs est de commander les mouvements de la vanne de sortie de gaz, pour maintenir constante dans le séparateur la pression qui a été choisie. La figure 11 montre schématiquement le fonctionnement d’un contrôleur de pression. La sortie du gaz du séparateur (1) est réglée par la vanne (8). Cette vanne est à action directe (normalement ouverte). Le gaz moteur est fourni par le détendeur (5) à une pression de l’ordre de 20 psi. Un orifice limitateur (6) règle le débit du gaz moteur à environ 30 litres par heure. Ce gaz s’échappe à l’atmosphère par l’ajutage (7) plus grand que l’orifice limitateur. Le tube de bourdon (2) mesure la pression du séparateur. Il est articulé en son extrémité libre “B” sur une lame métallique mince : la palette. La palette repose sur un point d’appui mobile “A”. Si la pression dans le séparateur augmente l’extrémité libre “B” du type de bourdon se déplace vers le haut. La palette bascule autour du point “A”, et son extrémité “C” se rabaisse en démasquant l’orifice de fuite (7). Le circuit gaz moteur de la vanne se décomprime la vanne ouvre. Inversement, une baisse de pression du séparateur amène la palette en contact de l’orifice de fuite qu’elle obture. La pression augmente dans le circuit pilote : la vanne ferme.

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Un dispositif de réglage (4) permet d’ajuster la grandeur réglée en montant ou en abaissant le point d’appui “A” (réglage du point de consigne), et de modifier la sensibilité de l’appareil par déplacement latéral de ce même point d’appui. Dans la réalité, une vanne régulatrice de pression ne travaille jamais complètement ouverte ou complètement fermée, mais toujours en position intermédiaire. Les contrôleurs de pression comportent des dispositifs correcteurs de trouver le point d’équilibre désirable. En général, les vannes du type à double clapet ont une réponse est plus nuancée que celle des vannes à clapet unique.

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Les Contrôleurs de Niveaux

Les contrôleurs de niveaux commandent les vannes de purge des séparateurs. Ils sont à action “tout ou rien” quand chacune de leurs actions provoque l’ouverture ou la fermeture complète de la vanne sans stabilisation intermédiaire. Avec ce type de contrôleur, le niveau liquide est maintenu dans le séparateur entre deux valeurs extrêmes. La vanne ouvre quand le liquide atteint un niveau haut. Elle ferme quand le liquide atteint un niveau bas. La purge est discontinue et se fait par décharges successives. Ils sont à action proportionnelle quand leur action sur la vanne est telle que celle ci se trouve, à tout moment, dans une position d’ouverture partielle, proportionnelle à la variation du niveau et, par conséquent, au débit. En action proportionnelle, la purge est continue et le niveau est maintenu constant dans le séparateur. L’action des contrôleurs sur les vannes de purge est transmise soit, par des liaisons mécaniques simples soit, par des circuits pneumatiques (il existe d’autres modes de transmissions soit électrique, soit électropneumatique). -

Contrôleur à Tube de Flexion :

L’élément de mesure : le plongeur (1) constitué par un empilage de disques plastiques de densité > à 1. Ce plongeur ne flotte pas. Il est suspendu à un tube de flexion (2). Le tube est obturé côté plongeur et, à son autre extrémité, soudé à une bride extérieure du séparateur (3). La sortie à l’atmosphère se fait ainsi sans presse étoupe, ce qui élimine les frottements et les fuites éventuelles. Le tube élastique fléchit proportionnellement au poids du plongeur qu’il supporte. Comme le plongeur est réglé pour travailler partiellement immergé dont le liquide dont on veut contrôler le niveau, son poids apparent varie en raison inverse de la poussée d’Archimède. Les déplacements du tube de torsion provoqués par les variations de la charge qu’il supporte sont transmis à l’extérieur par l’axe (4). Cet axe est logé dans le tube de flexion et soudé à son extrémité libre, il porte un bloc obturateur (5) qui contrôle l’orifice de fuite (6). L’espacement du bloc obturateur et de l’orifice de fuite est réglable, ce qui permet d’ajuster le niveau. Quand le liquide s’élève dans le séparateur, le poids apparent du plongeur diminue, et le tube de flexion tend à revenir en position horizontale. Le bloc obturateur (5) se rapproche de l’orifice (6) et réduit le débit de fuite. La pression augmente dans le circuit moteur. La vanne ouvre. Le cycle inverse s’accomplit quand le niveau baisse. Le contrôle est à action proportionnelle, la régulation se faisant à niveau constant, BSB construit un appareil basé sur le même principe, mais où une régulation “tout ou rien” est obtenue par adjonction d’un relais. Il existe aussi des contrôleurs de niveau dont la commande est faite par flotteur. Leur gros avantage est qu’ils permettent de régler, sans trop de difficultés, le niveau d’interface de deux liquides de densités très voisines tels que l’huile et I’eau. Problèmes très difficile à résoudre dans les séparateurs haute pression.

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Contrôleur à Tube de Torsion :

Ce dispositif construit par BSB et MASONEILAN entre autres est également basé sur la déformation élastique d’un tube, mais le tube travaille en vrillage et non plus en flexion. Le montage de la tige de transmission, sans presse étoupe, est identique à celui du modèle précédent, mais le déplacement du plongeur se traduit par une rotation de l’axe ainsi que le montre le schéma de la figure 12. Cette disposition permet le montage d’un boîtier très complet que nous étudierons au cours de régulation.

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3- CONDITION DE FONCTIONNEMENT DES SEPARATEURS Les trois éléments physiques qui conditionnent le fonctionnement d’un séparateur sont la température, la pression et la vitesse de passage des fluides. Dans la pratique, ces trois paramètres ne sont pas indépendants, mais interfèrent les uns avec les autres. 3.1 Effet de la Température : En théorie pure, l’état d’un fluide diphasique dépend de sa pression et de sa température. L’expérience de Clapeyron démontre que : pour une pression donnée, constante, le rapport en volume de la phase gazeuse à la phase liquide est fonction de la température. Si la température augmente, la valeur du rapport évolue en faveur de la phase gazeuse. Il existe une température critique au dessus de laquelle, il ne peut plus y avoir de condensation. Inversement un abaissement de température dans les mêmes conditions de pression augmente le volume de récupération liquide. En d’autres termes, pour un même séparateur qui traite un certain volume d’hydrocarbures : à température élevée, on récupère plus de gaz et moins d’huile qu’à température élevée, on récupère plus de gaz et moins d’huile qu’à température basse. De plus, à température élevée, la densité corrigée de l’huile est plus forte qu’à basse température (le produit a moins de valeur). Ceci s’explique par le fait qu’à haute température, une partie des vapeurs condensables étant évacuée avec le gaz, on ne recueille plus que les fractions liquides lourdes.

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3.2 Effets de La Pression Toujours d’après la loi de Clapeyron : à température constante, l’équilibre des phases est fonction de la pression du fluide. Une baisse de pression s’accompagne de vaporisation et réciproquement. La fraction vaporisée est d’autant plus importante que la décompression est plus rapide car il se produit alors un entraînement par le gaz libéré, de produits condensables qui, normalement, auraient pu rester liquides. Comme d’autre part, un des buts du traitement est de ramener la pression des effluents à la pression atmosphérique, il n’est évidemment pas possible de retenir la totalité des fractions légères à l’état condensé, mais une pression de traitement bien choisie peut limiter les pertes par vaporisation. Nous avons vu que la plus forte récupération liquide est obtenue quand la détente est progressive et, que pour cette raison, on installe généralement plusieurs étages de séparateurs, dont la pression de fonctionnement est déterminée expérimentalement dans chaque cas d’exploitation. 3.3 Effets de la vitesse d’écoulement des fluides : Nous venons d’examiner les effets exclusivement physiques de la température et de la pression sur le comportement du fluide, mais s’il est certain qu’une bonne séparation ne peut pas être obtenue hors des conditions d’équilibre, la seule réalisation de ces conditions n’est pas suffisante pour que le traitement soit bon. La vitesse d’écoulement à travers le séparateur joue un rôle capital. Nous connaissons le principe de fonctionnement des séparateurs qui se ramène en définitive à retenir par adhérence capillaire, contre des parois judicieusement, disposées, les gouttelettes liquides en suspension dans le gaz et, à les accumuler dans une zone calme ou les gaz dissous se libèrent. Ceci n’est possible que si les turbulences dans le corps de l’appareil ne sont pas excessives. Si la vitesse de passage du gaz est trop grande, l’adhérence des gouttes liquides sur les parois n’est pas suffisante et elles sont entraînées. De même, si le débit du liquide est trop important ou très irrégulier, la zone de tranquillisation se trouve perturbée. La libération des bulles de gaz n’a pas le temps de se faire ou se fait mal. Le séparateur du second étage reçoit alors une huile mal dégazée : comme sa pression est inférieure à celle de l’étage précédent, la vaporisation est brutale et s’accompagne d’un entraînement de produits légers, avec, parfois apparition de mousse. Ceci nous conduit à la notion de capacité d’un séparateur. Les constructeurs garantissent leurs séparateurs pour des entraînements inférieurs à 1 litre d’huile pour 70.000 m3 de gaz, mais ceci s’applique à des conditions standards qu’il faut se garder de négliger. Le débit de gaz est donné en m3 standards, c.a.d. en m3 exprimés à pression atmosphérique, mais traversant le séparateur à la pression de service maximum de cet appareil. Les températures sont ramenées à 15 °C et, de plus, ces chiffres ne sont valables que pour une alimentation continue, sans à coup, avec de l’huile ne formant pas de mousse. La température qui peut augmenter la quantité de gaz libéré et son volume apparent et, surtout la pression, ont une très grosse influence sur la vitesse d’écoulement, (une augmentation de température produit le même effet qu’une baisse de pression). Supposons, à titre d’exemple, un séparateur capable de traiter 600.000 m3 de gaz en 24 heures sous une pression de 100 bars. Le volume apparent de gaz traité par le séparateur en 24 heures est de 600 000 :100 = 6.000m3. TPS/ Cabinet Ali BOUCHAHOUA/ Formation des techniciens de production/ Cession Novembre 2006

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Si la pression est rabaissée à 10 bars, le volume apparent devient alors 600.000 : 10 = 60.000 m3 en 24 heures. La vitesse de passage se trouve multipliée par 10, puisque dans un même temps, le volume traité est dix fois plus grand. Dans ce dernier cas, le séparateur sera surchargé t, il se produira des entraînements. Ajoutons que, l’aptitude de l’huile à former de la mousse peut diviser par trois la capacité des séparateurs. Dans la pratique courante, l’opérateur d’une batterie de séparation n’a que très peu de moyens d’agir sur la tempérament de celle-ci. Exception faite de quelques séparateurs spéciaux équipés d’échangeurs, la correction du traitement est donc uniquement obtenue par réglage des pressions et des débits admis dans l’appareil.

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