L'industrie du stockage cryogénique et du traitement des hydrocarbures représente l'un des environnements les plus exigeants pour les technologies de mesure de débit. Fonctionnant à des températures extrêmes, de -116 °C à la température ambiante, les installations de traitement des gaz de pétrole liquéfiés (GPL) nécessitent une instrumentation de précision capable de maintenir son exactitude même dans des conditions de traitement difficiles. Les usines de traitement de gaz et les terminaux de stockage cryogénique modernes s'appuient fortement sur des solutions de mesure de débit avancées pour garantir la sécurité des opérations, un transfert de propriété précis et un contrôle optimal des procédés.
L'éthane présente des défis de mesure uniques pour les applications cryogéniques. Fonctionnant à des températures aussi basses que -116 °C à l'état liquide, l'éthane présente des variations de densité comprises entre 552 et 568 kg/m³ et une viscosité allant de 0,18 à 0,22 cP. Le fluide passe de l'état liquide à l'état vapeur selon les conditions de fonctionnement, ce qui exige des débitmètres capables de supporter des pressions de 3,57 à 29,1 kg/cm²G. La mesure du débit d'éthane est essentielle dans les installations pétrochimiques où cet hydrocarbure sert de matière première pour la production d'éthylène.
La mesure du débit de propane dans les applications de stockage cryogénique implique la surveillance du propane liquide à des températures de fonctionnement comprises entre -50 °C et +40 °C. Avec une masse volumique de 581 à 585 kg/m³ en phase liquide et une viscosité de 0,19 à 0,21 cP, le propane requiert une instrumentation robuste capable de supporter des pressions de service allant jusqu'à 35,7 kg/cm²G. Les débitmètres de propane doivent s'adapter à des débits variables, depuis les charges minimales jusqu'à un débit maximal de 30 800 kg/h dans certaines applications, ce qui fait du rapport de modulation un critère de sélection essentiel.
La mesure du débit des gaz hydrocarbonés dans les torchères et les conduites de traitement exige une technologie de débitmètre massique thermique capable de gérer des diamètres importants, jusqu'à 914 mm (36 pouces). Avec des masses moléculaires comprises entre 21,48 et 21,58 et des facteurs de compressibilité d'environ 0,9887, ces flux gazeux nécessitent des instruments capables de maintenir une précision constante sur des débits allant de 0,1 MMSCFD (minimum) à 330 MMSCFD (maximum). La plage de pression de fonctionnement (87-116 PSIG) et la plage de températures (86-104 °F) définissent les paramètres de sélection des instruments.
Les débitmètres Coriolis constituent la solution de choix pour la mesure de l'éthane et du propane liquides dans les installations de stockage cryogénique. Ces débitmètres massiques mesurent directement le débit massique sans compensation de densité, ce qui les rend idéaux pour les applications de transfert de propriété exigeant une précision de ±0,05 % ou mieux. Le débitmètre massique Coriolis excelle dans les mesures de débit bidirectionnelles, essentielles lors des opérations de chargement et de déchargement dans les terminaux de stockage.
Les applications allant de 4 à 20 pouces de diamètre utilisent la technologie Coriolis pour les installations de débitmètres d'éthane et de propane, fournissant une mesure fiable pour des débits normaux de 800 m³/h à 2 000 m³/h en service liquide et jusqu'à 65 000 kg/h en applications vapeur.
La technologie des débitmètres massiques thermiques domine la mesure des hydrocarbures gazeux dans les systèmes de torchage et les conduites de grand diamètre. Les débitmètres massiques thermiques à insertion constituent une solution économique pour les installations de tuyauterie de 45 à 90 cm (18 à 36 pouces) où il est essentiel de minimiser les pertes de charge. Ces instruments mesurent le débit massique de gaz en détectant la dissipation de chaleur des capteurs chauffés, fournissant ainsi une mesure directe de la masse sans compensation de pression ni de température.
Pour les applications de séparateurs de vapeurs de torchère manipulant à la fois des vapeurs d'éthane et de propane, les débitmètres massiques thermiques fournissent une mesure fiable à des pressions proches de la pression atmosphérique (0,1 kg/cm²G) sur des plages de température allant de la température ambiante.
Le choix d'une instrumentation de débit appropriée exige une évaluation minutieuse des conditions de conception par rapport aux paramètres de fonctionnement. Les débitmètres d'éthane peuvent fonctionner à -116 °C, mais doivent résister à des températures de conception comprises entre -118 °C et +65 °C, avec des pressions de conception atteignant 43,5 kg/cm²G en service vapeur. De même, les débitmètres de propane sont soumis à des conditions de conception allant de -52 °C à +115 °C, avec des pressions pouvant atteindre 35,7 kg/cm²G, ce qui nécessite l'utilisation de matériaux de construction adaptés aux conditions cryogéniques.
Dans les installations de traitement des hydrocarbures, les débitmètres doivent être conformes aux classifications des zones dangereuses de type T3, groupe gaz IIA, zone 1. Les instruments certifiés ATEX avec un indice de protection antidéflagrant Ex « d » garantissent un fonctionnement sûr en atmosphères potentiellement explosives. L’indice de protection IP 67 assure une protection essentielle contre les agressions environnementales tout en préservant l’intégrité de l’instrument.
Les systèmes modernes de mesure de débit s'intègrent parfaitement aux systèmes de contrôle-commande distribués (DCS) grâce au protocole de communication HART. Les transmetteurs intelligents fournissent une sortie analogique 4-20 mA avec superposition numérique HART, permettant la configuration, le diagnostic et la surveillance à distance. Les instruments avancés offrent des capacités de transmission multivariables, permettant de mesurer simultanément le débit massique, la densité, la température et les valeurs du totalisateur afin d'optimiser les stratégies de contrôle des procédés.
Le dimensionnement des débitmètres doit prendre en compte toute la plage de fonctionnement tout en maintenant la précision dans des conditions de débit normales. Les débitmètres massiques Coriolis fonctionnent généralement de manière optimale entre 20 % et 100 % de leur capacité nominale, tandis que les débitmètres massiques thermiques offrent des performances optimales sur une plage de mesure plus étendue. L'évaluation des débits minimum, normal et maximum garantit que les instruments sélectionnés conservent la précision spécifiée sur toute la plage de fonctionnement. Vous trouverez ci-joint un exemple de tableau de dimensionnement d'un débitmètre Coriolis pour la mesure du débit d'éthane .
Les pertes de charge admissibles ont une incidence significative sur le choix du débitmètre, notamment dans les systèmes à alimentation gravitaire et les applications basse pression. Les débitmètres Coriolis imposent généralement une perte de charge maximale de 0,3 kg/cm², tandis que les débitmètres massiques thermiques n'offrent pratiquement aucune restriction au débit. La compréhension de l'hydraulique du système permet de prévenir la cavitation en présence de liquides et garantit une pression aval adéquate pour les exigences du procédé.
Le maintien de la précision des mesures exige un étalonnage périodique à l'aide d'étalons de référence certifiés. Les débitmètres massiques Coriolis bénéficient d'un étalonnage en usine avec de l'eau ou des hydrocarbures légers, les spécifications de précision incluant la linéarité, l'hystérésis et la répétabilité. Les certificats d'étalonnage, documentant les conditions de test, les enregistrements de pression et la vérification de l'étendue de mesure, assurent la traçabilité pour les transferts de propriété.
Le choix de la technologie de mesure de débit appropriée pour les applications gazeuses à base d'éthane, de propane et d'hydrocarbures exige une compréhension approfondie des conditions de procédé, des propriétés des fluides et des exigences opérationnelles. Les débitmètres massiques Coriolis offrent une précision inégalée pour le transfert de propriété des liquides, tandis que les débitmètres massiques thermiques constituent des solutions économiques pour la surveillance des gaz dans les conduites de grand diamètre et les systèmes de torchage.
Le succès du stockage cryogénique et du traitement des hydrocarbures repose sur une instrumentation de débit fiable, performante quelles que soient les températures extrêmes, la plage de pression et les conditions d'écoulement. En adaptant la technologie des débitmètres aux exigences spécifiques de chaque application, les opérateurs bénéficient d'une précision de mesure optimale, du respect des réglementations et d'une efficacité opérationnelle maximale dans ces environnements industriels exigeants.
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