La méthodologie d’évaluation des moteurs révèle que la qualité du combustible impacte significativement les performances des moteurs W20V32. Cette étude met en lumière des solutions économiquement viables, essentielles pour optimiser le fonctionnement des centrales électriques tout en préservant l’environnement.
Université de Dschang
Faculté des Sciences
Département des Sciences de la Terre
Mémoire de fin de formation
Option : Mines et Pétrole Spécialité : Pétrole
Présentation du projet
Étude et évaluation de l’impact de la qualité du combustible sur le fonctionnement des moteurs W20V32 de la centrale électrique de Farcha/N’Djamena
DJEGUELBE Franklin
Maître-ès-Sciences en Chimie Inorganique Matricule : CM-UDS-17SCI 2564
Supervisé par : Prof. TEPONNO Rémy Bertrand
Maître de Conférences Université de Dschang
Encadreurs Professionnels : M. METHONE Hermann
Chef d’Exploitation de la Centrale de Farcha
M. ALLA-ASRA Ngaro
Ing. des Travaux en Electromécanique
Septième Promotion
Sommaire
Dédicace i
Remerciements ii
Sommaire iv
Liste des figures vi
Liste des tableaux vii
Liste des abréviations viii
Résumé x
Abstract xi
Introduction générale 1
Chapitre I : Généralités 3
I.1 Présentation de l’entreprise d’accueil 3
I.1.1 Historique de la société 3
I.1.2 Organisation de la centrale de Farcha 4
I.2 Présentation de la centrale 4
I.3 Présentation de la zone d’étude 4
I.3.1 Relief et hydrographie 6
I.3.2 Le climat 7
I.3.3 L’énergie domestique : 7
I.4 Revue de la littérature 8
I.4.1 Généralités sur le moteur Diesel 8
I.4.2 Moteur thermique de marque WÄRTSILÄ W20V32 10
I.4.3 Les principaux composants du Moteur W20V32 10
I.4.4 Étude du combustible : le LFO 12
A. Indice de cétane 14
B. Pouvoir calorifique 14
Chapitre II : Matériel et méthodes 16
II.1 Matériel 16
II.1.1 Séparateur LFO 16
II.1.2 Système d’alimentation et de circulation du carburant 17
A. Unité d’alimentation HFO/LFO 17
B. Unité de surpression : 17
II.1.3 Filtre à combustible 18
II.1.4 Pompe d’injection et injecteur 18
II.1.5 Appareil de mesure de pression maximale : Manomètre Kitsler 2516B11 19
II.1.6 Chemise-Cylindre (Chambre de combustion) 19
II.1.7 Matériels technologiques et informatiques 20
II.2 Méthodes 21
II-2-1 La documentation 21
II-2-2 La méthodologie liée au circuit combustible 21
Chapitre III : Résultats 27
III.1 Données de la Société de Raffinage de N’Djaména 27
III.2 Les indicateurs de performance 28
III.2.1 La consommation spécifique 28
III.2.2 Facteur de charge 28
III.2.3 Mesure de la pression maximale 29
III.3 Optimisation du séparateur 30
Chapitre IV : Interprétation et discussion des résultats 34
IV.1 Paramètres physiques 34
IV.1.1 Densité 34
IV.1.2 La viscosité cinématique 34
IV.1.3 Point d’écoulement 34
IV.1.4 Distillation 35
IV.2 Paramètres chimiques 35
IV.2.1 La couleur 35
IV.2.2 Indice de cétane 35
IV.2.3 Teneur en résidus de carbone 36
IV.2.4 Teneur en soufre 36
IV.2.5 Corrosion à la lame de Cuivre 36
IV.2.6 La teneur en eau 37
IV.2.7 Point éclair 38
IV.2.8 Teneur en cendres 38
IV.3 La consommation spécifique 38
IV.4 Facteur de charge 39
IV.5 La Pression maximale 39
IV.6 Optimisation du séparateur 40
Conclusion générale et recommandations 42
Références bibliographiques 44
Annexes 46
Résumé
Située à la latitude 12°8’ Nord et à la longitude 15°2’ Est, la Ville de N’Djaména, capitale et plus grande ville du Tchad est alimentée en électricité par la Société Nationale d’Electricité (SNE) qui utilise le gasoil comme combustible. Ce travail est focalisé sur l’étude évaluative de l’impact de la qualité du combustible sur les moteurs W20V32 utilisés par la centrale électrique de Farcha.
L’échantillonnage portait sur deux générateurs à savoir le G1 et G7 dont les parties qui font l’objet de cette étude sont : le séparateur qui constitue le système de traitement, les systèmes d’alimentation et de circulation du carburant, le filtre combustible, les pompes d’injection, les injecteurs et la chambre de combustion. Pour atteindre nos objectifs, les méthodes de séparation (centrifugation), de caractérisation, d’injection et de combustion ont été mises en œuvre.
Les résultats obtenus grâce à ces méthodes ci-haut sont économiquement et techniquement rentables, raison pour laquelle, il faut valoriser ces méthodes. Techniquement, sur 81 MW installées, seulement 67 MW sinon moins sont fournies par la centrale électrique de Farcha aux usagers. Les pannes récurrentes des moteurs poussent cette entreprise à ne pas satisfaire tous les quartiers de la capitale les amenant à utiliser d’autres sources pour s’électrifier.
Le gasoil fournit par la Société de Raffinage de N’Djaména à la centrale n’est pas totalement exempte des impuretés et autres contaminants lorsque nous comparons les caractéristiques. La plus grande difficulté est que la centrale ne dispose pas d’un laboratoire pour une vérification des paramètres issus de la SRN avant utilisation.
Le moteur G1 consomme une quantité de 220,90 g/kWh de LFO dû à l’usure avancée des pompes et injecteurs et le non-respect des marges de maintenance tandis que le G7 révisé juste au début de cette étude consomme 205,70 g/kWh de LFO qui respecte la valeur maximale fixée. En ce qui concerne le niveau d’exploitation maximale des moteurs, le G1 est moins exploité avec 74,66% tandis que le G7 réalise une charge acceptable de 80 % rentable techniquement.
Économiquement, la méthode de séparation permet à la société d’augmenter un revenu de
400 444 044 FCFA soit 695 215 $ ou encore 608 577 € en trois mois.
Les méthodes de séparation, de caractérisation et d’injection du LFO permettent de préserver l’environnement par la réutilisation du combustible contaminé qui passe par la centrifugeuse.
Mots clés : Combustion ; Impact ; Qualité ; Séparation, injection ; Gasoil ; W20V32.
Abstract
Located at latitude 12°8 North and longitude 15°2 East, the city of N’Djaména, the capital and largest city in Chad, is supplied with electricity by the National Electricity Company (SNE), which uses diesel as fuel. This work is focused on assessing the impact of fuel quality on the W20V32 engines used by the Farcha power plant.
The sampling covered two generators, namely the G1 and G7, whose parts that are the subject of this study are: the separator that constitutes the process system, the fuel supply and circulation systems, the fuel filter, the injection pumps and injectors and the combustion chamber. To achieve our objectives, the methods of separation (centrifugation), characterization, injection and combustion were implemented.
The results obtained with these methods are economically and technically profitable, which is why these methods must be valorized. Technically, out of 81 MW installed, only 67 MW or less are supplied by the Farcha Power Plant to the users. Recurrent engine failures mean that the company does not satisfy all the districts of the capital, leading them to use other sources for electrification.
The diesel oil supplied by the N’Djamena Refining Company to the power station is not totally free of impurities and other contaminants when we compare the characteristics. The biggest difficulty is that the power plant does not have a laboratory for checking the parameters from the SRN before use. The G1 engine consumes a considerable amount of 220.90 g/kWh of LFO due to the advanced wear of the pumps and injectors and the failure to respect maintenance margins, while the G7 engine overhauled just at
the beginning of this study consumes 205.70 g/kWh of LFO which respects the maximum value. About the maximum operating level of the engines, the G1 is less exploited with 74.66% while the G7 achieves an acceptable load of 80% that is technically profitable.
Economically, the separation method allows the company to increase a revenue of FCFA 400,444,044 or $695,215 or €608,577 in three months.
The methods of separation, characterization and injection of the LFO allow to preserve the environment by separator reusing the contaminated fuel.
Keywords: Combustion; Impact; Quality; Separation, injection; Gasoil; W20V32.
Introduction générale
Le bilan énergétique du Tchad montre l’état de sous-développement du pays en matière de consommation de l’énergie, ceci en quantité comme en qualité. Le pays s’est engagé sur la voie de la modernisation de ses infrastructures afin d’améliorer les conditions d’accès de sa population à l’énergie. La consommation énergétique est passée de 200 kep en 1993 à 240 kep en 2002 puis à 292 kep en 2005.
Les combustibles ligneux (bois et charbon) représentent encore 90% de la consommation d’énergie, contre seulement 10% pour les énergies conventionnelles (produits pétroliers et électricité). Les ménages cuisinent principalement à l’aide des combustibles ligneux (88%) et s’éclairent majoritairement au moyen de lampes à pétrole (69% des ménages) (RIAED, 2007). De tout ce qui précède, la Société Nationale d’Electricité (SNE) est le principal opérateur public de ce secteur qui assure la production et la distribution de l’électricité dans les principales villes du pays.
Le parc de production électrique se compose de centrales alimentées uniquement en gasoil.
Le terme « combustible » englobe de nombreuses substances capables de brûler en vue de produire de la chaleur, de la lumière ou de la force motrice. Elles permettent d’alimenter notamment les chaudières, les centrales thermiques ou les moteurs thermiques (Boust et Lebreton, 2019). Ces moteurs peuvent être impactés par la qualité du combustible d’où la nécessité de notre étude.
Les moteurs thermiques Diesel puisent leur énergie primaire à partir des combustibles issus des hydrocarbures. Chaque fabricant fixe les caractéristiques requises par les combustibles pour un fonctionnement optimal de sa machine. Ainsi, les raffineries respectent scrupuleusement les proportions des additifs dans le carburant en le traitant de façon à pouvoir satisfaire aux exigences des consommateurs.
Malgré cela, dans certaines installations industrielles, il est installé des unités de traitement supplémentaires qui permettent de maintenir le combustible dans un niveau de qualité acceptable pour le fonctionnement des machines. C’est le cas de la centrale électrique de Farcha/N’Djaména qui exploite les moteurs W20V32 fonctionnant au gasoil. Avant d’être envoyé vers le moteur, le gasoil passe d’abord par une unité de traitement appelée séparateur.
En cas de panne du séparateur et lorsque le moteur consomme directement le gasoil non traité, cela peut impacter négativement certains organes du moteur. À cet effet :
- Quelles sont les fréquences des pannes de ces moteurs thermiques ?
- Quels sont les différents organes qui peuvent être affectés par la qualité du gasoil fourni par la Société de Raffinage de N’Djaména (SRN) ?
- Quelles sont les caractéristiques dudit combustible ?
- Les séparateurs jouent-ils leurs rôles ?
- Quelle évaluation faut-il faire sur le circuit combustible et les pertes qui en découlent, comment remédier ?
Notre travail a pour principal objectif de faire une étude évaluative de l’impact de la qualité du combustible (gasoil) sur le fonctionnement des moteurs W20V32 de la centrale électrique de Farcha au Tchad.
Il est spécifiquement question pour nous :
- d’étudier le circuit combustible depuis le dépotage jusqu’à l’entrée dans la chambre de combustion des moteurs ;
- de faire la comparaison des caractéristiques du fournisseur (raffinerie) et celui du constructeur ;
- d’identifier tous les éléments du moteur qui peuvent être impactés par la qualité du combustible ;
- enfin, faire une évaluation technique et économique du fonctionnement des moteurs avec le LFO traité et non traité.
Ces objectifs nous ont permis de formuler quelques hypothèses ci-après :
- Le combustible utilisé par la centrale pourrait-il contenir des impuretés ou de l’eau qui affecteront les moteurs ?
- La mise en marche des séparateurs améliorerait la qualité du carburant qui aurait un effet positif sur le rendement des moteurs ?
Le but de cette étude est d’améliorer la qualité du combustible qu’utilisent les moteurs de la centrale de Farcha afin d’accroître le rendement de l’entreprise.
Pour atteindre les objectifs fixés, le travail est subdivisé en quatre (4) chapitres précédés d’une introduction générale :
- le premier chapitre traitera les généralités sur l’entreprise d’accueil, la zone d’étude et une revue de la littérature sur les moteurs Diesel et particulièrement les moteurs W20V32 ;
- le deuxième chapitre traitera les matériels et la méthode utilisés sur le terrain pour l’atteinte des objectifs ;
- le troisième chapitre exposera les résultats obtenus ;
- au quatrième chapitre, il sera question de l’interprétation des résultats suivie d’une discussion.
En fin, nous tirerons une conclusion générale bouclée par les recommandations.
Questions Fréquemment Posées
Quel est l’impact de la qualité du combustible sur les moteurs W20V32?
L’analyse présente l’impact de la qualité du combustible sur les moteurs W20V32 de la centrale électrique de Farcha, soulignant l’importance de cette qualité pour le bon fonctionnement des moteurs.
Quelles méthodes sont utilisées pour évaluer les moteurs W20V32?
Les méthodes de séparation et d’injection du LFO sont utilisées, et elles se sont révélées économiquement rentables tout en préservant l’environnement.
Comment les moteurs G1 et G7 se comparent-ils en termes de performance?
Les moteurs G1 et G7 ont des performances différentes, avec des consommations spécifiques notables.