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LES TURBINES A GAZ
Historique sur les turbines à gaz
L’idée d’une turbine à gaz ou d’une turbine à air chaud, est assez ancienne. Des 1731 l’Anglais John Barber déposa un brevet sur ce sujet. Cependant, il fallut attendre environ cent ans avant que la turbine à gaz se développe pour être mise en service .
Entre 1935 et 1945, de nombreuses réalisations apparaissent, notamment dans le domaine aéronautique où les turbines à gaz bénéficient des actives recherches menées au cours de la dernière guerre mondiale. Le premier vol d’un avion équipé d’un turboréacteur a lieu en Allemagne, fin août 1939 (moteur HE S 3 monté sur avion Heinkel 178 V1),réalisé par l’allemand Hans Joachim Pabst von Ohain.
La période industrielle, commence en 1939. C’est, en effet, au cours des cinquante dernières années que ces machines se sont développées de façon tout à fait spectaculaire.
Actuellement, la turbine à gaz fait partie de notre environnement courant : l’aviation commerciale et militaire utilise quasi exclusivement des machines de ce type pour propulser ses aéronefs. Pour les applications industrielles, la turbine à gaz est maintenant le concurrent direct des moteurs diesels, et cette évolution est loin d’être terminée.
Généralités sur les turbines à gaz
La turbine à gaz est une machine thermique à flux continu appartenant aux moteurs à combustion interne, réalisant différentes transformations thermodynamiques, dans une succession d’organes comportant un compresseur, une turbine couplée mécaniquement sur un arbre, et une chambre de combustion intercalée entre ces deux derniers .Ceci permet de transformer l’énergie contenue dans le combustible en une énergie mécanique dont on peut l’utiliser sur l’arbre de la turbine (machine industrielles) ou sous forme d’énergie propulsive dans un jet ( turboréacteurs).
La turbine à gaz est considérée comme un système autosuffisant, car grâce à son compresseur la turbine prend l’air atmosphérique et le comprime, ensuite elle augmente la puissance énergétique de l’air dans sa chambre de combustion et convertie cette puissance en énergie mécanique utile pendant les processus de détente qui a lieu dans la section turbine.
L’énergie mécanique qui en résulte est transmise par l’intermédiaire d’un accouplement à une machine réceptrice, qui produit la puissance utile pour le processus industriel.
Les turbines à gaz fonctionnent suivant le cycle thermodynamique le plus simple : cycle de Joule .
Composants de la turbine à gaz
Dans sa forme la plus simple et la plus répandue, une turbine à gaz est composée de trois éléments essentiels :
Un compresseur, généralement centrifuge ou axial, qui a pour rôle de comprimer de l’air ambiant à une pression comprise aujourd’hui entre 10 et 30 bars environ et cela pour fournir la quantité nécessaire pour la combustion .
Une chambre de combustion, dans laquelle le combustible injecté sous pression est brûlé avec l’air comprimé, et par la suite délivre la pression de ces gaz issus de cette combustion vers la turbine.
Une turbine de puissance, généralement axiale, dans laquelle sont détendus les gaz qui sortent de la chambre de combustion.
Domaine d’utilisation
Production d’électricité
Cette application est extrêmement courante : l’arbre de la turbine entraîne un réducteur dont l’arbre à petite vitesse entraîne un alternateur. Le système mécanique est simple et peut être comparé à un groupe turboalternateur à vapeur. Produire uniquement de l’électricité avec une turbine à gaz n’est intéressant que pour des conditions d’exploitation imposant ce système.
Production combinée chaleur-force
Ce type d’application est le plus courant car il permet :
sur le plan national, d’économiser l’énergie fossile, gazeuse ou liquide,
sur le plan industriel, d’économiser sur les dépenses énergies.
Pompage et compression
Dans tous les types d’application étudiés, il est tout à fait possible de remplacer l’alternateur entraîné par une pompe, par un compresseur. Le choix entre une turbine à un ou à deux arbres dépend du type de machine accouplé à la turbine et du mode d’exploitation envisagé.
Utilisation des turbines à gaz pour la propulsion
L’utilisation de la turbine à gaz dans l’aviation (avions, hélicoptères) est bien connue.
Dans le domaine des transports civils et militaires, les turbines à gaz sont également utilisées pour la propulsion, car elles permettent d’obtenir de grandes puissances avec des poids et dimensions faibles par rapport à ceux des moteurs diesels.
Définition d’un Turbocompresseur
Un turbocompresseur est une machine dans laquelle a lieu un transfert d’énergie entre une partie solide tournante (un rotor) et un fluide. On distingue généralement les machines suivantes pour la transformation d’énergie du fluide vers le rotor ou du rotor vers le fluide.
Dans le premier cas, ce sont des machines motrices comme les turbines à gaz et les turbines hydrauliques et les éoliennes pour la production de l’énergie électrique . Alors que dans le second cas, ce sont des machines réceptrices parmi lesquelles on retrouve les pompes, les compresseurs, les ventilateurs.
Présentation de la TAG SGT-400
La turbine à gaz SGT-400 combine 25 années d’expériences dans le domaine de l’industrie et de l’énergie. Cette machine est réputé pour son rendement élevés et sa performance en matière d’émission, car elle utilise les dernières technologies de combustion, tous cela dans un design industriel robuste.
Cette dernière atteint une puissance utile de 12,9 MW jusqu’à 14,3 MW pour la production d’électricité et de 13,4 MW ou 14,9 MW pour la transmission mécanique.
La turbine à gaz SGT-400 se compose de deux roues turbines indépendants mécaniquement. La roue turbine HP (haut pression) entraîne le rotor du compresseur axial de la turbine elle même, tandis que la roue BP (basse pression) du deuxième étage sert à entraîner la machine réceptrice .
Le but des roues turbines non reliés est de permettre aux deux roues de fonctionner à des vitesses différentes pour satisfaire aux exigences de charge variable .
Impact sur l’environnement
Lors d’une réaction de combustion, l’azote N2 contenu dans l’air comburant, est rejeté tel qu’il est sans être modifié. Cependant, sous certaines conditions, il se combine avec de l’oxygène pour former ce qu’on appel des NOx.
Les NOx ont une grande responsabilité dans la formation de pluies acides. Ils font également partie des gaz à effet de serre qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre. L’augmentation de leur concentration dans l’atmosphère terrestre est l’un des facteurs à l’origine du réchauffement climatique.
Les paramètres influençant la production de NOx sont :
La température élevée de la flamme (supérieure à 1200°C), L’excès d’air, c’est-à-dire la présence importante d’oxygène (O2) n’ayant pas réagi dans les fumées, Le temps de séjour des atomes d’azote (N) dans la zone chaude de la flamme, La concentration du combustible en N2. Les deux premiers paramètres dépendent de la conception du brûleur, le troisième dépend de la conception de la chaudière.
La SGT-400 est équipée d’un bruleur appelé bruleur DLE ( Dry Low Emissions ) son rôle est de minimiser les NOx cela en faisant un pré mélange d’air/carburant avant la chambre de combustion assurant ainsi un refroidissement du tube à flamme .
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : DESCRIPTION DE LA REGION DE RHOURDE NOUSS
I.1 Introduction
I.2 Présentation de la société SONATRACH
I.3 Répartition géographique des réserves en hydrocarbures
I.4 Situation géographique du site de Rhourde Nouss
Ι.5 Différents pôles du champ de Rhourde Nouss
I.6 Historique
I.7 Organigramme du site de Rhourde Nouss
I.8 Description des usines du site de Rhourde Nouss
I.8.1 Usines de traitement de gaz
I.8.2 Central électrique du site
I.8.3 Centre de Séparation et de Compression (CSC)
I.8.4 Centre processing and facility (CPF)
I.9 Production du site de Rhourde Nouss
I.9.1. Charge et produits
I.9.2. Réseaux collectes
I.10 Conclusion
CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES TURBINES A GAZ
II .1. Introduction
II .2. Autres types de turbines
II.2.1 Turbine à vapeur
II.2.2 Turbine hydraulique
II.3 Historique sur les turbines à gaz
II.4 Généralités sur les turbines à gaz
II.5 Composants de la turbine à gaz
II.6 Catégories des turbines à gaz
II.7 Classifications des turbines à gaz
II .7.1 Par mode de construction
II .7.2 Par mode de travail
II .7.3 Par le mode de fonctionnement thermodynamique
II.8 Domaine d’utilisation
II.8.1 Production d’électricité
II.8.2 Production combinée chaleur-force
II.8.3 Pompage et compression
II.8.4 Utilisation des turbines à gaz pour la propulsion
II.9 Combustibles utilisés pour les TAG
II.10 Généralité sur le turbocompresseur
II.10.1 Définition d’un Turbocompresseur
II.10.2 Composition d’un Turbocompresseur
II.11 Conclusion
CHAPITRE III : DESCRIPTION DE LA TURBINE A GAZ SIEMENS SGT-400
III.1 Introduction
III.2 SIEMENS en Algérie
III.3 Les turbines à gaz SIEMENS
III .4 Présentation de la TAG SGT-400
III.5 Principe de fonctionnement
III.6 Caractéristiques de la turbine à gaz SGT-400
III.7 Principaux composants de la TAG SGT-400
III.7.1 Section admission
III.7.2 Section compression
III.7.3 Section combustion
III.7.4 Section détente (turbine)
III.7.5 Section échappement
III.8 Partie auxiliaires
III.8.1 Système-de-démarrage
III.8.2 Système de lubrification et graissage d’huile
III.8.3 Système d’alimentation du combustible
III.8.4 Systèmes de contrôle
III.8.5 Système de refroidissement et d’étanchéité
III.9 Dimensionnements de la TAG SGT-400
III.10 Situation de la TAG SGT-400 dans le processus du site de RN
III.11 Entrainement mécanique
III.11.1 Compresseur centrifuge booster Siemens STC-SV
III.11.2 données techniques du compresseur Siemens STC-SV
III.11.3 Domaines d’application
III.12 Impacte sur l’environnement
III.13 Conclusion
CHAPITRE IV :ETUDE THERMODYNAMIQUE DE LA TAG SIEMENS SGT-400
IV.1 Introduction
IV.2 Etude thermodynamique de la SGT-400
IV.2.1 Diagramme TS
IV.2.2 Caractéristiques de la SGT-400 d’après les données du constructeur SIEMENS
IV.2.3 Caractéristiques de fonctionnement d’après les condition réels relevés sur l’usine
IV.3 Rendements thermique de la turbines à gaz SGT-400
IV.3.1 Travail utile du compresseur axiale et de la turbine
IV.3.2 Quantité de chaleur fournit dans la chambre de combustion
IV.4 Calculs de la consommation spécifique du fuel gaz
IV.5 Puissance utile de la TAG SGT-400
IV.6 Influence des facteurs extérieurs sur les performances de la SGT-400
IV.7 Manque à gagner engendré
IV.8 Conclusion
CHAPITRE V : AMELIORATION DES PERFORMENCES DE LA TAG SIEMENS SGT-400
V.1. Introduction
V.2. Analyse thermodynamique
V.2.1 Description générale et diagramme TS
V.2.2. Cycle proposé
V.3. Choix et calculs de l’échangeur de chaleur
V.3.1 Solutions proposées
V.3.1 Caractéristiques techniques et dimensionnement de l’changeur de chaleur choisit
V.3.3 Calculs des paramètres de l’échangeur de chaleur
V.4 Rendement de la turbine à gaz SGT-400 après régénération
V.4.1 quantité de chaleur fournit après régénération dans la chambre de combustion
V.4.2 Rendement thermique de la TAG SGT-400 après régénération
V.5. Consommation spécifique du fuel gaz après régénération
V.6. Gains en consommation
V.7 Etude comparative
V.8 Interprétation des résultats
V.9 Gains apporté par la mise en place du système de régénération
V.10 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
