PFE Chaudière

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SOMMAIRE INTRODUCTION CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA SAMIR

1) HISTORIQUE …………………………………………………………………….page 7 2) FICHE SIGNALETIQUE…………………………………………………………page 9 3) LES ACTIVITES ET LES PRODUITS A LA SAMIR…………………………..page 10 4) ORGANIGRAMME DE LA SAMIR…………………………………………….page 12 5) LES DIFFERENTES UNITES DE LA SAMIR………………………………….page 13 6) SECURITE A LA SAMIR………………………………………………………..page 13 CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CENTRALE THERMIQUE I DE LA « SAMIR » I - TRAITEMENT DES EAUX……………………………………………………….page 16 1)

Les incidents de l’eau non traitée sur les installations ………………………page 17

2)

Les titres et indices de l’eau …………………………………………………page 17

3)

Technique de traitement de l’eau : (déminéralisation)………………………page 18

II - DESCRIPTION DE LA CHAUDIERE…………………………………………….page 23 1)

Définition de la chaudière ……………………………………………………page23

2)

Les principaux éléments de la chaudière……………………………………..page 24 III - LE FONCTIONNEMENT DE LA CHAUDIÈRE………………………………..page 28 Circuit Eau/Vapeur……………………………………………………………..page 28 Circuit Air/Gaz ………………………………………………………………...page 30 MST Génie Energétique

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IV – LA DISTRIBUTION DE LA VAPEUR………………………………………….page 32 Vapeur Haute pression (45 bar)………………………………………………page 32 Vapeur moyenne pression (15 bar)…………………………………………...page 34 Vapeur basse pression (3,5 bar)………………………………………………page 35 Vapeur très basse pression (0,8)……………………………………………...page 35 CHAPITRE III : CALCUL DU RENDEMENT DE LA CHAUDIERE « 41H4 » La partie théorique ………………………………………………………………page 37 la première méthode………………………………………………………….page 37 La deuxième méthode………………………………………………………..page 44 II.

Présentation des résultats……………………………………………………….. page 50 la première méthode………………………………………………………….page 50 La deuxième méthode………………………………………………………..page 54 Remarques et commentaires……………………………………………………...page 57 CONCLUSION ………………………………………………………………………..page 59 ANNEXES……………………………………………………………………………...page 63

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REMERCIEMENT Ce travail a été effectué à la Société Anonyme Marocaine d’Industrie de Raffinage « SAMIR », sous la direction de Mr D.ESSAFI de la SAMIR et Messieurs B. HARTITI et H. CHAFFOUI mes encadrants à la Faculté des Sciences et Technique de Mohammedia.

J’ai l’immense plaisir d’exprimer toute ma gratitude envers mes encadrants, Mr HARTITI et Mr CHAFFOUI. Je tiens aussi à remercier Mr D.ESSAFI le parrain de mon stage pour son soutien et ses conseils, ainsi que l’équipe des opérateurs dans la salle de contrôle de la zone I, pour leurs renseignements et leur compréhensibilité. Mes sincères remerciements sont adressés au personnel travaillant au sein de la SAMIR de Mohammedia en l’occurrence ceux de la direction des ressources humaines qui m’ont permis d’effectuer ce stage.

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DEDICACE Je dédie ce travail :

A toute ma famille qui m’a soutenue jusqu’au la fin de ce rapport, surtout ma mère qui m’a beaucoup aidé et qui m’a donné le courage de finir ce travail et de réussir dans ma vie.

A mes fidèles amis (es) spécialement les amis de la « FSTM ». A mes professeurs à la faculté des sciences et techniques de Mohammedia qui m’ont donné la base de mes capacités intellectuelles.

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INTRODUCTION Notre formation à la Faculté des Sciences et Techniques de Mohammedia « FSTM » est clôturée par un stage de fin d’étude pour l’obtention du diplôme de Maîtrise. Pour cette raison, j’ai eu l’occasion d’effectuer mon stage à la société anonyme marocaine de l’industrie de raffinage « SAMIR » au sein de la direction de production service « utilités ». L’objectif principal de ce service est la production de la vapeur, pour des différentes utilisations, qu’on va voir dans ce travail. La vapeur d'eau est une source d’énergie. Elle est utilisée notamment dans les machines à vapeur à titre d’exemple les turbines, les turbopompes, les turbocompresseurs … Ce rapport présente une étude de la central thermoélectrique I da la SAMIR. Il se compose de trois chapitres .Le premier chapitre est la présentation de la société « SAMIR », le deuxième est la description de la centrale thermoélectrique en

commençant

par le

traitement des eaux, puis le fonctionnement de la chaudière qui est un générateur de vapeur et finalement la distribution de cette vapeur au sein de la société. Le dernier chapitre porte sur la détermination du rendement de la chaudière 41H4 par la méthode indirecte.

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1. Historique : Le Maroc a décidé d’assurer la maîtrise de ses besoins en énergie et de créer une indépendance énergétique, par la signature d’une convention entre l’Etat représenté par le Bureau des Etudes et des Participants Industrielles et par l’Office Italiennes des Hydrocarbures représenté par sa filiale ANIC ; cette convention est dans le but de construire une raffinerie proche du port de Mohammedia dénommée « Société Anonyme Marocaine Italienne de Raffinage ». La « SAMIR » a connu depuis sa création un grand développement concernant la création de nouvelles unités.

•

1959 : sa majesté Mohammed V a posé la première pierre de la

nouvelle

raffinerie. •

1962 : Le démarrage de l’activité de la raffinerie.

•

1973 : Le choc pétrolier induit une flambée des prix au niveau international et l’Etat marocain décide de racheter les parts de l’ANIC.

•

1980 : Un nouveau projet d’égale envergure est lancé. La SAMIR construit un complexe des huiles lubrifiantes de 100.00T/An qui a été inauguré le 9 mars par feu sa majesté Hassan II.

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1984 : Démarrage du complexe des huiles ; bitumes et para raffinage.

•

1991 : La SAMIR entreprend le réarrangement de l’ensemble des installations existantes en vue d’améliorer la qualité de ses produits.

•

1996 : Dans le cadre de la première phase du processus de privatisation de la société, la SAMIR est introduite en bourse de Casablanca de 30% du capital Social.

•

1997 : Dans le cadre de la seconde phase de privatisation de la SAMIR, le Groupe Corral acquiert 60.9% du capital de cette dernière.

•

1998 : Le groupe CORRAL rachète la part encore détenue par l’Etat, soit 6,77%.

•

1999 : La fusion absorption de la Société Chérifienne des Pétroles « SCP » par la SAMIR lui permet l’augmentation de son capital.

•

2000 : l’Etat a procédé à la privatisation de la SAMIR. C’est le groupe SuedoSaoudien CORRAL qui détient la direction et 67,3% du capital, les 32,7% restants sont détenus par divers actionnaires à la bourse de Casablanca. Ce groupe qui détient aussi la raffinerie de Sidi Kacem, a procédé à la fusion des deux raffineries sous une seule raison sociale celle de la SAMIR.

•

2001 : La nomination de M. ABDERRAHMAN SAAIDI au poste de Directeur Général après le départ en retraite de l’ancien DG Monsieur A.MENJOUR.

•

2002 : Création de Somirgy en partenariat avec le groupe Somepi.

•

2003 : Création de la FONDATION SAMIR.

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2. Fiche signalétique : Raison sociale

Société Anonyme Marocaine d’Industrie de Raffinage

Forme juridique

Société anonyme

Date de constitution

1959

Capital social

1.189.966.500 dhs

Actionnariat

CORRAL (66.72%) PUBLIC à travers la bourse (33.28%)

Effectif

1528 doits 140 cadres

Registre de commerce

B.P. 91, Mohammedia

Numéro de patente

36.404.860

Identification fiscale

03100228

Affiliation à la CNSS

1417395

Téléphone

03-32-42-01/42 ; 03-32-74-80/87

Fax

03-31-69-56 ; 03-31-71-88

Adresse

B.P. 89, Route côtière101, Mohammedia, Maroc

Superficie

190 Hectares

Capacité de production

7.750.000 Tonnes/an..

activités Raffinage / l’Exploration production / Trading

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3. Les activités et les produits à la SAMIR : a) La production : • Propane et butane Essence super et ordinaire Kérosène et jet feu Gasoil • Fuel-oil • Huiles lubrifiantes • Butine b) Les installations : • Superficie : 190 Hectares • Puissance installée : 25 MW La capacité de production : •

Distillation atmosphérique =6.250.000 tonnes • Reformage catalytique = 330.000 tonnes • Hydrodésulfuration = 400.000 tonnes • Mérox kérosène = 200.000 tonnes • Lavage Mérox essence légère LPO = 350.000 tonnes • Huiles de base = 125.000 tonnes • Bitumes routiers = 170.000 tonnes • Bitumes oxydés 27.000 tonnes • Cires et paraffines = 20.000 tonnes

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4. Organigramme de la SAMIR :

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5. les différentes unités de la SAMIR :

La Société Anonyme Marocaine de l’Industrie de raffinage « SAMIR », comprend les unités de fabrication suivantes :  3 Toppings (unité de distillation atmosphérique),  1 Mérox Kérosène (désulfuration du Kérosène),  1 ATK Kérosène (désulfuration du Kérosène),  1 HDS hydrodésulfuration GO ou Kérosène,  2 HTD préparation de la charge platforming,  2 centrales thermiques,  2 Platforming (amélioration de la qualité des essences en indice d’octane), et production de GPL,  2Mérox GPL désulfuration GPL,  2 Mérox LSR désulfuration LSR essence légère,  1 Lavage a la MEA (monoethanoamine) GPL et GAZ,  2 Séparation C3/C4 (propane/butane),  1 DSV Distillation Sous Vide (la première unité du complexe des huiles lubrifiantes,  1 Extraction au furfural,  Déparaffinage,  Hydro finissage des huiles de base,  Oxydation des bitumes,  Traitement a la terre activée des paraffines et cires.

6. SECURITE A LA SAMIR Dans les raffineries, le pétrole est soumis à des températures pouvant atteindre 800°C et à des pressions pouvant aller jusqu'aux 200 bar dans certains hydrocraqueurs, et ainsi toutes ces choses le rendent spontanément explosif en cas de fuite. Les incendies pétroliers sont très difficiles à éteindre. Ils exigent des techniques d’étouffement spéciales, l’eau n’étant pas un

agent extincteur en l’occurrence, ils se rallument aisément si leur cause subsiste.

L’emploi universel des produits pétroliers accroît le risque d’accidents. C’est pour ces raisons que la Samir dispose d’un service de sécurité, qui se compose de 32 sapeurs pompiers professionnels répartis en quatre équipes et sous la responsabilité d’un chef opérateur assurant ainsi la sécurité 24h /24 pour mener à bien ses tâches. Ce service remplie les deux activités principales suivantes : L’intervention : Le service de sécurité dispose : •

D’un parc important de camions pompe et d’émulseurs.

•

D’un réseau maillé qui mène l’eau sous pression pour la lutte contre le feu en chaque

point des installations. •

De deux extincteurs répartis dans chaque service, permettant une première

intervention par le personnel d’exploitation tous les 200 m, un point d’alarme assure la rapidité d’action des brigades d’intervention. La prévention : elle s’exprime par : •

Le suivie d’opération de travaux et d’entretien de différents points.

•

Le contrôle des conditions de travail pour éviter les accidents qui s’y rapportent.

Le fonctionnement des différentes unités de la raffinerie la SAMIR, dépend principalement de la production de la vapeur qui sert généralement à :  La production de l’énergie électrique par l’intermédiaire des turboalternateurs.  Fournir de la chaleur à certains produits visqueux pour les rendre pompables.  Accélérer le mouvement de séparation des produits dans la colonne de séparation.  Barbotage dans les ballons. Pour satisfaire ce besoin, la SAMIR a mis en œuvre deux centrales thermo électriques CTE1 et CTE2. La CTE1 se compose de deux chaudières 41H4 et 41H5 de capacité 36T/h. La CTE 2 se compose de quatre chaudières A, B, C et D de capacité de 80T/h.

Ce rapport, représente une étude générale de la centrale thermique de la zone I. Plus particulièrement, cette étude s’intéresse au traitement de l’eau qui entre dans la chaudière, les éléments qui la constitue et après une description du fonctionnement de la chaudière ; des méthodes de calcul de son rendement sera présenté.

I. TRAITEMENT DES EAUX L’eau est un élément très important dans la vie quotidienne. Elle est constituée des molécules H2O ; un assemblage de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. L’eau provient de sources diverses et elle est destinée à des utilisations tout aussi diverses telles que :  L’eau potable qui est destinée aux besoins humains ;  L’eau de mer qui est destinée au réseau incendie et à quelques systèmes de réfrigération ;

 L’eau déminéralisée qui est destinée aux circuits de réfrigération et à la fabrication de vapeur, après traitement préliminaire ; Il est indispensable de traiter l’eau entrant à la chaudière, car elles risque au cours de leur utilisation d’entraîner des phénomènes d’entartrage, primage et corrosion.

1- Les incidents de l’eau non traitée sur les installations : L’eau non traitée provoque des phénomènes très dangereux tels que :  L’entartrage : Les sels dissous dans l’eau peuvent causer ce phénomène plus au moins important .Par ailleurs les tartres ont une conductibilité thermique très inférieure à celle des métaux. Ceci se traduit par une diminution du transfert de chaleur entre les gaz de combustion et l’eau causant, ainsi une baisse du rendement calorifique de la chaudière, mais aussi une surchauffe du métal des tuyaux, ce qui se traduit par la rupture de ces derniers.  Le primage, c’est un entraînement plus ou moins important de vésicules liquides dans la vapeur. Ce phénomène provoque à la fois une baisse de rendement énergétique de la vapeur et les dépôts dans les circuits de vapeur.

 La corrosion est un phénomène chimique qui porte atteinte à un objet solide et provoque une altération de la matière. Les facteurs qui la favorisent sont l’oxygène (O2), le dioxyde de carbone (CO2), les sels dissous, la soude caustique.

2- Les titres et indices de l’eau : L’eau contient des sels de calcium et de magnésium qui sont responsable de sa dureté, cette dernière est mesurée par le TH, titre hydrotimétrique. Pour savoir si l’eau est acide ou basique, on utilise le PH, potentiel hydrogène. Il varie de 0 à 14, de l’acide fort (0) à la base forte (14). La moitié de l’échelle est réservée à la neutralité (7).

L’eau contient de la silice qui peut être entraînée par la vapeur. Si l’eau contient peu de silice, sa conductivité électrique, mesurée en microsimens est faible. Inversement, sa résistance mesurée en megaohms, est forte.

3- Technique de traitement de l’eau : (déminéralisation) L’eau contient des sels minéraux dissous et des gaz que l’on peut citer : • • • • • • • • • • • • • • • •

Bicarbonate de calcium Ca (HCO3)2 Bicarbonate de magnésium Mg (HCO3)2 Sulfate de calcium Ca SO4 Sulfate de magnésium Mg SO4 Sulfate de sodium Na2 SO4 Chlorure de calcium Ca CL2 Chlorure de magnésium Mg CL2 Chlorure de sodium Na Cl Chlorure de potassium K Cl Nitrate de sodium Na NO3 Nitrate de potassium K NO3 Nitrate de d’ammonium NH4 NO3 Silicate de calcium CaSi O3 Silicate de magnésium Mg Si O3 Silicate de sodium Na Si O3 Les gaz dissous oxygene O2, acide carbonique CO2 et l’azote N2. Dans la solution aqueuse, les sels s’hydrolysent, pour donner naissance à des ions. On

peut classer ces ions en cations et anions.  Les cations : •

Calcium Ca ++

•

Magnésium Mg++

•

Sodium Na+

•

Potassium K+

•

Ammonium NH4+

 Les anions : • • • • •

Chlorure CLSulfates SO4- Bicarbonate HCO3Carbonate CO3 - Nitrate NO3-

Pour éliminer ces éléments, on utilise les propriétés de certaines résines à échanger ses ions. Les résines sont des solides insolubles granulés, divisées on deux types :  La résine cationique lorsqu’elle est avide de cations.  La résine anionique, lorsqu’elle est a vide d’anions. On trouve, dans la centrale thermoélectrique N°1 de la SAMIR, deux installations de traitements des eaux qui fonctionnent d’une manière alternative. Chaque installation contient quatre colonnes, deux cationiques et deux anioniques. Chaque colonne est constituée par un récipient cylindrique fermé à axe vertical, contenant la résine (voir figure1). Cette dernière peut être placée directement au contact du dispositif collecteur de liquide traité, et elle est supportée par une couche de matériaux granulaires inertes : silex, anthracite ou grains plastiques.

La figure1 : La colonne

Pour obtenir une eau pure, déminéralisée, il faut qu’elle suive les étapes suivantes :  1ère étape : Dans un premier temps, les pompes aspirent l’eau de ville existant dans les bacs de stockage, et la refoule avec une pression variant entre 3 et 4 bars, dans la première colonne cationique (cation faible). La résine de cette colonne décompose tous les carbonates et les bicarbonates de l’eau de ville. Exemple: 2RH+ + CaCO3 4RH+ + CaCO3

RCa+ + CO2 + H2O (reaction incomplete) RCa+ + H2CO2 + H2O (reaction complete)

 2ème étape : L’eau traverse la deuxième colonne cationique (cation fort), dans ce cas les résines décomposent tous les sels d’acides forts ; Exemple : 2RH+ + CaCl2

RCa+ + 2HCl

Lorsque la résine est totalement saturée, on retrouve dans l’eau de sortie des cations non fixés. Pour cette raison on doit faire une régénération à ces cations ; la résine cationique riche en anions mobiles H+ les a échangé contre les cations de l’eau. Lorsqu la résine a épuisé ses réserves d’ions H+, il faut lui envoyer l’acide sulfurique H2SO4, pour la réapprovisionner en ions H+. Exemple: RMg + H2SO4

RH+ + Mg SO4

 3ème étape : La résine de la troisième colonne est composée de groupement basique (OH -), elle retiendra les acides fort libérés par la dernière colonne de cation.

Exemple : ROH- + HCl

RCl- + H2O

 4ème étape : Une tour de ruissellement placée près de la troisième colonne, permettra d’éliminer à l’atmosphère la presque totalité du gaz carbonique contenu dans l’eau grâce à un contre courant d’air arrivant au bas de la tour.

 5ème étape : Dans la 2ème colonne anionique, la résine retiendra les dernières traces de gaz carbonique ainsi que la silice. Au bout d’un certain temps, ces résines demande elles aussi, à être régénérée. C’est la soude NaOH qui lui apporte ses ions OH-. Exemple : RHSiO3 + NaOH

ROH- + NaHSiO3

 6ème étape: C’est la dernière étape, il existe une colonne appelé « Mix bed », qui est chargé d’éliminer les ions quels qu’ils soient se trouvant encore dans l’eau déminéralisée à la sortie de l’appareil précèdent. On peut schématiser ces étapes dans la figure 2 :

Figure 2 : chaîne de déminéralisation

Cf : Signifie Cation Faible CF: Signifie Cation Fort Af : Signifie Anion faible AF : Signifie Anion Fort D : Signifie Dégazeur de CO2 Quelques caractéristiques de l’eau de ville et l’eau déminéralisée (voir tableau 1) : Conductivité Eau de ville Eau déminéralisée

μs 435 0.2

PH

Dureté totale

Silice SiO2

7.4 7.4

ppm 25 0.1

ppm 2.7