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Remise en marche de l'unité de traitement des gaz aux amines U88

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par Bechir KOUMA
Institut National Polytechnique Felix Houphouet Boigny - Ingénieur pétrole 2007
  

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CHAPITRE 3: RÉSULTATS ET DISCUSSIONS

- 28 -

I-ANALYSE DES POSSIBILITÉS DE REMISE EN MARCHE DU RÉSEAU BP DE L'UNITÉ U 88

I-1 Recensement de toutes les causes possibles de moussage du réseau de lavage aux amines de gaz BP

Le principal problème des unités de lavage aux amines est que les solutions d'amines ont tendance à mousser lorsqu'elles, sont en contact avec des hydrocarbures liquides. Il s'agit d'un problème grave car malgré tous les séparateurs d'entraînement que l'on puisse installer, les solutions d'amines sortent sous forme de mousse soit avec le gaz traité, soit avec l'H2S dans la colonne de régénération.

Dans le cas précis du réseau BP les causes pouvant entraîner le moussage de la colonne 88C13 sont numérotées de [1] à [11] (voir Figure 7).

NB: Voir annexe 1 & 2 pour les équipements citez ci-dessous, excepté les ballons 81B07 ; 81B09 ; 84B04

> Cause n° [1] à n° [4] elles sont dues à l'arrivée de condensats venant des unités en amont U81, U84 et HSK 2, ce qui peut être le fait d'une mauvaise séparation au niveau des ballons séparateurs de condensats 81 B07 ; 81B09 ; 84B04, B2003 avec une augmentation anormale du niveau de ces ballons.

> Cause n° [5] elle est due à des purges non régulières au niveau du ballon 88B15. Ce ballon qui devrait normalement stopper l'envoi de condensats vers la colonne 88C13. Une purge non faite sur ce ballon entraînera une accumulation de condensats dans celui-ci et un entraînement de ces condensats vers la colonne 88 C 13.

> Cause n° [6] elle est due à un débit de gaz trop élevé envoyé vers le réseau BP, ce réseau ayant une capacité hydraulique de 4,827t/h. Un débit de gaz supérieur à cette capacité à l'entrée de ce réseau entraînera un disfonctionnement de celui-ci pouvant conduire au moussage de la solution d'amine.

> Cause n° [7] c'est le fait de la réaction des amines avec des oxydes de fer. Pour l'éviter il est nécessaire de filtrer 10% de la solution d'amine en circulation.

- 29 -

> Cause n° [8] elle est due à une modification brusque du débit de gaz à traiter. Il est nécessaire que le débit de gaz vers la colonne d'absorption soit constant ou du moins subisse des variations lentes.

> Cause n° [9] L'engorgement de la colonne d'absorption peut être une cause du moussage de la solution d'amine. Pour qu'un plateau travaille correctement, il est nécessaire que les sections de passage prévues pour le liquide et la vapeur permettent effectivement un écoulement régulier des deux phases.

Lorsqu'il y a entraînement excessif de liquide et étranglement qui provoque une accumulation de ce dernier sur les plateaux, on dit qu'il y a engorgement.

> Cause n° [10] elle est due à une température de la DEA inférieure à la température du gaz, il y a risque de condensation de ce gaz. En effet la température de la DEA étant inférieure à celle du gaz, celui-ci cédera de sa chaleur à la DEA en se condensant.

> Cause n° [11] elle est due au fait que le gaz à traiter atteigne sa température de rosée à l'entrée de l'absorbeur ; il se condense et réagit avec l'amine pour former de la mousse.

- 30 -

[1] 81 B 07 ENVOIE
DES
CONDENSATS

[7] REACTION DES AMINES AVEC DES OXYDANTS

[2] 81 B 09 ENVOIE
DES
CONDENSATS

[8]CHANGEMENT
RAPIDE DANS LES
DEBITS DE GAZ À
TRAITER

[3] 84 B 04 ENVOIE
DES
CONDENSATS

[9]
ENGORGEMENT
AU NIVEAU DE LA
COLONNE 88 C 13

[4] B 2003 ENVOIE
DES
CONDENSATS

[10]
TEMPERATURE
DEA < À LA
TEMPERATURE
DU GAZ

[5] ABSCENCE
DE
PURGE DE 88 B 15

[11] LES GAZ
SONT À LEUR
TEMPERATURE

DE ROSEE.

[6] DEBIT DE GAZ
TROP ELEVES
VERS 88 C13

MOUSSAGE DE U88 BP

Figure 7 : Diagramme d'Ishikawa des différentes causes de moussage

- 31 -

I-2 Analyse des différentes causes de moussage du réseau BP

I-2-1 Analyse des causes [1] à [4] : les ballons 81B07, 81B09, 84B04

et B2003 envoient des condensats sur le réseau BP

La vérification que ces ballons pourraient envoyer des condensats sur le réseau BP se fera par l'analyse du niveau d'hydrocarbure liquide dans ces ballons.

Le complexe HSK2 étant en arrêt, je n'ai pas pu estimer les niveaux et débits de dégazages du

10

ballon B2003 : celui-ci alimente directement les fours de ce complexe en combustible.

Pour ces ballons la cible du niveau d'hydrocarbure est de 50%. On se base sur le fait qu'une montée anormale du niveau d'hydrocarbure liquide dans ces ballons pourrait être la cause d'arrivée de condensats sur le réseau BP.

Pendant la période du 01/01/2008 au 14/02/2008 la moyenne des niveaux des ballons 81 B07et 81B09 est de 54%, celle du ballon 84B04 est de 44%.

Ces résultats (Figure 8) montre que le niveau moyen des ballons est autour de la cible 50% mais ceci n'exclut pas une montée brusque du niveau d'hydrocarbure dans ces ballons comme 0 celui du 81B07 le 05/01/2008.

Figure 8 : Niveau des ballons en %

- 32 -

I-2-2 Analyse de la cause [5] : Purge non régulière de 88B15

Concernant la cause [5] cette situation est évitable grâce à l'intervention des opérateurs extérieurs en effectuant des purges régulières sur ce ballon. 1 L'intervention de l'opérateur tableau est aussi importante grâce à la surveillance de l'alarme de niveau 88LAH009 qui s'allume lorsque le niveau d'hydrocarbure liquide dans le ballon 88B15 devient important.

I-2-3 Analyse de la cause [6] : Débit de charge du réseau BP supérieure à la capacité maximum du réseau

La démarche concernant la cause [6] consistera à vérifier que les débits de gaz venant des ballons de dégazages 81B09 ; 81B07 ; 84B04 ; B2003 vers le réseau BP sont inférieurs ou égaux à la capacité maximale de traitement de gaz de celui-ci (4.827t/h).

Le complexe HSK2 étant en arrêt le débit de dégazage moyen du ballon B2003 n'a pu être 0 estimé. Le dégazage du ballon B2003 alimente directement les fours de ce complexe en combustible.

Figure 9 : Estimation des débits de gaz BP produit par la raffinerie

- 33 -

J'ai pris les débits de dégazage sortant de 81B09 ; 81B07 ; 84B04 qui devraient alimenter le réseau BP (Voir Figure 9).

On note que le débit moyen de gaz BP sortant de ces ballons est de 6,53 t/h tandis que les débits de charges moyens des unités U81 et U84 étaient respectivement de 260 t/h et 28 t/h.

La section BP supporterait donc difficilement ce débit car elle a été dimensionnée pour un débit maximum de 4,827 t/h. L'excès de débit de charge est de 35 % en plus par rapport aux 4,827t/h.

I-2-4 Analyse de la cause [7] : Réaction des amines avec des oxydants

L'unité U88 possède un filtre 88FL11 dont le rôle est de filtrer 10% de la solution d'amine circulant en permanence. L'amine et l'H2S sont des produits corrosifs, ils s'attaquent aux installations produisant des oxydes de fer ; la présence de particules de fer dans la solution d'amine provoque le moussage de celle-ci.

Actuellement ce filtre fonctionne normalement et les absorbeurs M P et HP sont en marche stables. La capacité de ce filtre est de 10 t/h de DEA, alors que la quantité de DEA en circulation durant la période du 1/01/2008 au 14/02/2008 est d'une moyenne de 36 t/h ; ce filtre est adapté à ce débit.

I-2-5 Analyse de la cause [8] : La température des gaz est égale à la température de rosée de ceux-III l'eltILplIGIIMEORILEIKILIVJEIE&13

Pour la vérification de cette cause, les chromatographies des dégazages des ballons 84B04 ; 81B07 et 81B09 seront utilisées.

Les différentes possibilités de dégazage vers l'absorbeur 88 C 13 sont les suivants :

> Dégazage de 81B07

> Dégazage de 81B09

> Dégazage de 84B04

> Dégazage de 81B07 + 81B09,

> Dégazage de 81 B07 + 84B04,

> Dégazage de 84B04 + 81 B09,

> Dégazage de 84B04 + 81 B09 + 81 B07,

- - 34 --

Tous ces ballons n'ayant pas toujours des dégazages réguliers vers le réseau BP ; tous les cas possibles de dégazages seront analysés. On aura donc à déterminer 7 températures de rosée. Pour la détermination des températures de rosée il faut :

> Les chromatographies des dégazages de 81B07 ; 81B09 ; 84B04.

> Les températures et les débits moyens des dégazages.

> La pression à l'entrée de l'absorbeur.

> Le logiciel PRO II qui servira à simuler le gaz dans les conditions de température et de pression du réseau BP.

La simulation sur PRO II permettra de déterminer la température de rosée des différents dégazages et les phases dans lesquelles ceux-ci se trouveront.

I-2-5-1 Les chromatographies des dégazages

Les résultats (Tableau 10) des analyses du laboratoire des gaz sont les suivantes : Tableau 10 : Chromatographie des dégazages de 81 B07, 81 B09 et 84B04

Chromatographie
% mol

81B07

81B09

84B04

112

41.34

0.17

10

C1

6.65

2.08

23

C2

8.39

11.08

28

C3

19.47

30.81

12

IC4

8.56

54.29

3

NC4

15.59

1.03

3

C5

0

0.04

0

112S

0

0.5

20

PM

26.98

27

27.2

En ce qui concerne les autres cas de figure notamment les chromatographies de :

>

81B07

+ 81B09,

 

>

81B07

+ 84B04,

 

>

84B04

+ 81B09,

 

>

84B04

+ 81B09

+ 81B07,

Le principe suivant est utilisé pour déterminer leurs compositions molaires :

Avec le composant

: le débit de dégazage du ballon (1) contenant le composé : le débit de dégazage du ballon (2) contenant le composé

- 35 -

On obtient les résultats suivants :

L'enssemble des dégazages de ces ballons (Tableau 11) comportent plus de 33% de C4 sauf ceux de 81 B07+84B04.

Tableau 11 : Estimation des chromatographies des possibilités de dégazages

Chromatographie
% mol

81B07+81B09

81B07+84B04

81B09+84B04

81B07+81B09+84B04

112

15,76

33,92

1,75

15,16

C1

3,81

10,59

5,45

5,86

C2

10,06

13,11

13,82

11,98

C3

26,52

17,73

27,83

25,00

IC4

36,97

7,25

46,11

33,39

NC4

6,54

12,61

1,35

6,17

C5

0,31

4,80

3,64

2,41

112S

0,02

0,00

0,03

0,02

PM

26.99

27,3

27,3

27,1

I-2-5-2Les températures, débits et pression des gaz à l'entrée de l'absorbeur

Les débits et les températures sont des moyennes estimées pendant la période du 1/01/2008 au 14/02/2008 (Tableau 12).

La pression de 6 bars est celle de l'entrée de l'absorbeur 88C13

Tableau 12 : Estimation des températures des possibilités de dégazages

GAZ VENANT DE

Débit t/h

T°C

P° bar

81B07

2.4

42

6

81B09

3.94

32

6

84B04

0.8

32

6

81B07 + 81B09

6.34

36,29

6

81B07 + 84B04

3.2

39,90

6

84B04 + 81B09

4.74

32

6

84B04 + 81B09 + 81B07

7.14

35,84

6

En ce qui concerne les températures des dégazages de : 81B07 + 81B09 ; 81B07 + 84B04 ; 84B04 + 81B09 ; 84B04 + 81B09 + 81B07 celles -ci seront déterminées selon le principe suivant :

Dans le cas d'un mélange de plusieurs fluides de température Ti, l'énergie calorifique apportée par chacun des fluides est mise en commun.

- 36 -

La température finale T peut donc se calculer par :

Où Ci est la capacité calorifique du gaz i et mi sa masse.

La détermination des capacités calorifiques des gaz de 81 B07 ; 81 B09 ; 84B04 se fera grâce au logiciel PRO II.

> 81 B07 Cp =0.5290 Kcal/Kg .C

> 81 B09 Cp =0.4309 Kcal/Kg.C
> 84B04 Cp =0.4214 Kcal/Kg.C

I-2-5-3 La détermination des différentes températures de rosée grâce à

la simulation sur PRO II

Cette simulation à pour objectif de déterminer dans les 7 possibilités d'alimentations du réseau BP de l'unité U 88 ; le comportement de ces dégazages aux températures et pressions du réseau et de la colonne 88 C 13.

Pour chaque cas je déterminerai :

> La température de rosée du mélange à la pression du réseau (Dew point temperature at stream pressure).

> La pression de rosée du mélange à la température du réseau (Dew point pressure at stream temperature).

> la phase du mélange.

NB : Les lignes de gaz BP n'étant pas calorifugées, on se mettra dans les conditions les plus défavorables pour la simulation sur PRO II :

Température du gaz = Température extérieure ambiante = 30°C

- 37 -

Tableau 13 : Résultats des simulations sur PRO II des différentes possibilités de dégazages

Name

81B09 vers
88C 13 BP

81B09 vers 88C 12 MP

81B07 vers
88C 13 BP

84B04 vers
88C 13 BP

81B07+81B09
vers 88C 13 BP

81B07+84B04
vers 88C 13
BP

84B04+81B09 vers
88C 13 BP

81B07+81B09+84B04
vers 88C 13 BP

Temperature (°C)

30

30

30

30

30

30

30

30

Pressure (bar)

6

16

6

6

6

6

6

6

Flowrate (kg/h)

3940

3940

2400

800

6340

3200

4740

7140

Phase

Vapor-Liquid

Liquid

Vapor

Vapor

Vapor

Vapor

Vapor

Vapor

Thermodynamic
system

AMIN

AMIN

AMIN

AMIN

AMIN

AMIN

AMIN

AMIN

Liquid Mole
Fraction

0.02

1

0

0

0

0

0

0

Vapor Mole
Fraction

0.98

0

1

1

1

1

1

1

Dew Point Pressure
at Stream T
(bar)

5,97

5.97

17

32,2

8.8

19

9

9,6

Dew Point
Temperature at
Stream P

30,2

66,8

9,6

-15,7

23

4,9

25,1

20,1

(°C)

- 38 -

Gaz venant de 81B09 vers U88 réseau BP

On note:

> Que le fluide est à 98 % en phase gazeuse.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 5.97 bars si le gaz reste à T=30°C.

> Qu'elles apparaissent aussi à une température de 30.2°C si la pression reste constante à 6 bars.

NB : Le dégazage de 81 B 09 peut se faire sur le réseau BP ou sur le réseau MP .Selon les opérateurs tableaux celui-ci se fait sur le réseau BP car lorsqu'on dégaze 81 B 09 sur le réseau MP on note une arrivée massive de condensats.

Une simulation du comportement des dégazages de 81B09 vers le réseau MP de U88 donne le résultat suivant : L'enssemble du dégazage est en phase liquide avec une température de rosée de 66.8°C. La simulation confirme les observations faites par les opérateurs tableaux.

Gaz venant de 81B07 vers U88

On note:

> Que le fluide est en phase gazeuse.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 17 bars si le gaz reste à T=30°C.

> Elles apparaissent aussi à une température de 9.6°C si la pression reste constante à 6 bars.

Gaz venant de 84B04 vers U88

On note:

> Une absence de condensats dans le gaz.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 32.2 bars si le gaz reste à T=30°C.

> Q u'elles apparaissent aussi à une température de -15.7°C si la pression reste constante à 6 bars.

Gaz venant de 81B07 + 81B09 vers U88

On note:

> Que la phase du dégazage est à 100% en phase vapeur.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 8.8bars si le gaz reste à T=30°C.

> Q u'elles apparaissent aussi à une température de 23°C si la pression reste constante à 6 bars.

- 39 -

Gaz venant de 81B07 + 84B04 vers U88

On note:

> Que le fluide est en phase gazeuse avec une absence de condensats.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 19 bars si le gaz reste à T=30°C.

> Q u'elles apparaissent aussi à une température de 4.9 °C si la pression reste constante à 6 bars.

Gaz venant de 84B04 + 81B09 vers U88

On note:

> Que le dégazage se fait sans condensation de gaz sur la ligne.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 9 bars si le gaz reste à T=30C.

> Q u'elles apparaissent aussi à une température de 25.12°C si la pression reste constante à 6 bars.

Gaz venant de 84B04 + 81B09 + 81B07 vers U88

On note:

> Une absence de condensats dans le gaz.

> Que les premières gouttes de condensats apparaissent à une pression de 9.6 bars si le gaz reste à T=30°C.

> Q u'elles apparaissent aussi à une température de 20.1°C si la pression reste constante à 6 bars.

Sur les sept (7) possibilités de dégazages vers le réseau BP de l'unité U88, six (6) se font en phase gazeuse avec une absence de phase liquide pouvant conduire au moussage de la solution d'amine. La pression du réseau BP et celle de la colonne étant régulé à 6 bars. On note que la température de rosée de ces dégazages est en dessous de 26°C sauf dans le cas du dégazage de 81 B09 où elle est de 30.2C.

Le dégazage de ce ballon aurait donc une probabilité plus élevée de produire des condensats puisque sa température 30° C, est inférieure sa température de rosée 30.2° C.

- 40 -

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