Bilan pression

Le bilan pression permet de déterminer quelles sont les pressions aux points stratégiques de l’installation process. Ce bilan est important car c’est grâce à lui que les pressions seront les bonnes et donc que les échanges de matières pourront se faire correctement.

Un fluide véhiculé subit un frottement dans les conduites, dans les équipements. Ces frottements réduisent la pression initiale du fluide ce qui conduit à des pertes de charges exprimé en Pascal (Pa).

Il y a deux types de perte de charge :

-          Les pertes de charges régulières sont dues à la longueur de la conduite et sa rugosité. Plus la conduite est longue, plus les pertes de charge régulières seront importantes. Ces pertes de charges sont liées à la vitesse du liquide et au diamètre de la conduite. Une vitesse importante et un diamètre étroit augmentent les pertes de charge. De même plus elle est rugeuse plus ces pertes seront importantes (ex : Béton vs Acier).

-          Les pertes de charges singulières sont dues à la singularité de la géométrie par laquelle le fluide passe (rétrécissement, agrandissement...). Les pertes de charges associées à ces singularités sont répertoriées dans le très bon livre Mémento des pertes de charges, I.Idel'cik, ISBN : 978-2-212-05900-7.

En résumé, les pertes de charges sont fonction :

• De la longueur de la conduite
• De la singularité des conduites
• Du diamètre de la conduite
• De la rugosité de la conduite
• De la viscosité du fluide
• De la vitesse du fluide

1.     Principales pertes de charges

a.     Equipements

Voici un tableau donnant un ordre d’idée des pertes de charges à considérer pour les principaux équipements.

Tableau 1 : Perte de charge des principaux équipements

Ces pertes de charges sont valables pour des valeurs de débit maximal. Comme décrit plus haut, les pertes de charges sont fonction du débit. Ainsi pour un débit plus faible, la perte de pression est plus faible. Voici une formule grossière permettant d’estimer la perte de charge pour un débit normal.

ΔP = K (w²) / (ρ)

                                               w            Débit massique du fluide            (kg/s)

                                               K            Constante a déterminer              (kg/m³.s)

                                               ρ             Masse volumique du fluide        (kg/m³)

La valeur du K est déterminée pour le débit max. Il est donc ensuite possible de calculer la ΔP pour un débit normal car la valeur du K est constante pour chaque équipement.

Ainsi la perte de charge pour un échangeur est de 0.5 bara au débit désign de 1000 m³/h et pour une masse volumique de 1000 kg/m³. La perte de charge de cette échangeur sera de 0.3 bar pour un débit normal de 800 m³/h (K = 5e-4 kg/m³.s).

b.     Lignes

Les pertes de charges sont fonction de la géométrie, de la vitesse du fluide dans les conduites mais aussi de leur viscosité. Les tableaux ci dessous donnent des critères à respecter en fonction de l'état du fluide (Liquide / Vapeur) et du type de celui-ci (aspiration de pompe...). Les critères à respecter ne sont pas les mêmes suivants les différents cas de figure.

Tableau 2 : Perte de charge dans les lignes

2.     Exemple d’un Bilan de Pression

Il est désormais possible de déterminer les différentes pressions en chaque point d’une unité process. Voici un exemple de bilan pression d’une unité process.

Figure 1 : Bilan Pression d’une installation Process

Dans cette installation, les pressions statiques sont les suivante :

-          h1 = 3 m (rho = 997 kg/m3), soit une pression statique de 0.3 bara

-          h2 = 3 m (rho = 651 kg/m3), soit une pression statique de 0.2 bara

Il est important de remarquer que la perte de charge d’une vanne est de 0.7 bar (pour un fluide). Néanmoins, cette perte de charge peut-être bien plus élevée pour une vanne reliant deux équipements à des pressions différentes. La différence de pressions entre ces deux équipements se retrouvera dans la vanne.

Enfin, la pression du flux d’alimentation situé en haut de la colonne doit correspondre à la pression du plateau.

J.M