Les pompes / extracteurs

Ces machines sont prévues pour fonctionner de manière continue et fournir un débit constant égal au maximum de leur production.

Exemple :
Un extracteur de pétrole sur un gisement pur fournit 240 m³/min.
Même si la consommation en aval est plus faible, la pompe fournit 240 m³/min.
Les pompes/extracteurs ont également une grande inertie de démarrage, il faut plusieurs secondes pour qu’une pompe passe de 0 m³/min à son débit maximum.

Les consommateurs de fluide (exemple : raffinerie)

Les consommateurs ne fonctionnent pas en continu mais par à-coup.
Chaque machine a un “buffer” intégré en entrée (50 m³ pour les raffineries).
Lorsqu’on démarre une raffinerie, celle-ci va vouloir remplir son “buffer” le plus rapidement possible.
Par conséquent, même si la consommation théorique est de, par exemple, 30m³/min, si la raffinerie est alimentée par un tuyau Mk.1, elle remplit son buffer à un débit de 300m³/min, et va ensuite s’arrêter de consommer quand celui-ci sera plein.
Ces machines fonctionnent donc par à-coup.

Les croisements de pipeline

Les croisements ne fonctionnent pas du tout comme les répartiteurs des convoyeurs.
Ils sont seulement là pour répartir la pression des fluides entre les différentes conduites connectées.
Il faut aussi tenir compte du fait que le fluide choisit toujours le chemin le plus court.

Exemple :
Si plusieurs raffineries sont connectées en série via une ligne principale en Mk.2, si la première raffinerie essaye de se remplir à un débit de 600m³/min, elle consomme la totalité du débit disponible et il ne reste plus rien pour les raffineries suivantes.

Le comportement d’une usine simple

Soit un extracteur de pétrole tournant à 600m³/min (gisement pur à 250%), alimentant une ligne en Mk.2 (600m³/min) de 20 raffineries connectées consommant chacune 30m³/min.

Lorsque le système démarre, le pipeline est vide.
L’extracteur tourne donc à plein régime pour remplir les pipelines ainsi que les raffineries.

La première raffinerie remplit son buffer.
Elle va donc, comme nous l’avons vu précédemment, consommer les 600m³/min disponible jusqu’à remplir son buffer (de 50m³).
Pendant ce temps, les 19 autres raffineries ne reçoivent aucun débit.

Lorsque cette première raffinerie sera pleine, la suivante pourra se remplir, tant que la première n’a pas terminé sa production et aura à nouveau besoin de débit. Et ainsi de suite.

Cependant, dans la production de plastique par exemple, il faut 6 secondes pour qu’une raffinerie effectue sa production.
Ce qui signifie qu’au bout de ces 6 secondes, la première raffinerie va à nouveau consommer du débit (600m³/min) et ne va rien laisser pour les suivantes.
Certes, le temps de remplissage sera très court (mois d’une seconde) mais plus il y a de raffinerie sur la ligne et plus on s’éloigne de la première raffinerie, plus les temps de remplissage disponibles vont devenir rares, jusqu’à arriver à un point où la dernière raffinerie aura de grosse difficulté à se remplir.

Cela a pour impact que la consommation moyenne sur le pipeline ne sera pas de 600m³/min, mais sera inférieure à ce débit. La conséquence est que l’extracteur, voulant tourner en continu à 600m³/min, va à un moment tenter de pousser du fluide dans un pipeline saturé.
La pompe va donc s’arrêter.
Dès que le pipeline n’est plus saturé, la pompe redémarre.
Mais il lui faut un certain temps pour redémarrer à plein régime.
Conséquence : la production moyenne n’est pas de 600m³/min.

 

Pistes de solutions

Solution 1 : le buffer

Placer un buffer entre l’extracteur/pompe et les consommateurs a pour effet de lisser les à-coups provoqués par les consommateurs.
En effet, contrairement à la pompe, le buffer n’a aucune inertie et est capable de passer à 0 m³/min au débit maximal instantanément.
Cela a pour conséquence que la pompe peut tourner librement et fournir son débit maximum en continu.
Si la consommation en aval est plus faible que les 600m³/min, le buffer va se remplir et la pompe se retrouve face à un pipeline saturé.
Elle s’arrête.
Cependant, le buffer pourra continuer à fournir les consommateurs pendant que le pipeline se vide et que la pompe redémarre.

Cette solution règle le problème de perte de débit moyen lié à la coupure et au temps de redémarrage de l’extracteur/pompe.

Solution 2 : les pompes de pipeline placées entre deux croisements

Placer une pompe entre deux croisements a pour effet de « forcer » la circulation du fluide.
Par conséquent, si on place une pompe entre la raffinerie 1 et 2 mettons, lorsque la raffinerie 1 va vouloir se remplir à 600m³/min, celle-ci ne recevra pas les 600m³/min car la pompe va forcer la circulation du fluide dans le reste du pipeline.
Cela permet donc à toutes les raffineries de se remplir en même temps.
Cependant, la répartition des débits dans les croisement dans ce cas n’est pas claire et les pompes coûtent cher !

Solution 3 (notre préférée) : les valves !

On remarque que le principal problème est que les consommateurs fonctionnent par à-coup, et sans aucune limite de débit.
La solution ultime est donc de limiter leur débit avec … des valves !

Si une raffinerie a besoin d’un apport de 30m³/min et que nous plaçons sur son entrée une valve réglée à 30m³/min, lorsque celle-ci va vouloir se remplir, elle ne pourra pas aller plus vite que les 30m³/min.
Par conséquent, il restera 570 m³/min disponible sur la ligne.
Si ce modèle est
appliqué sur les 20 raffineries, cela signifie que TOUTES les raffineries pourront consommer du fluide simultanément !
On résout donc le problème de disponibilité pour les dernières raffineries.

De plus, si une raffinerie consomme 30m³/min et que son débit entrant est limité à 30m³/min, cette raffinerie ne remplira jamais complètement son buffer et va fonctionner de manière CONTINUE !

Cet état de fait appliqué à toutes les raffineries a pour conséquence que la consommation sur la ligne entière est continue et égale à 600m³/min.
Par conséquent, la pompe/extracteur tourne à plein régime sans jamais s’arrêter et sans nécessiter de buffer !

Attention !

Si la consommation n’est pas égale à la production (si on alimente 18 raffineries et pas 20 la consommation ne sera que de 560m³/min), il faudra malgré tout prévoir un buffer entre la pompe/extracteur et la ligne de consommation.
Car, dans ce cas, la pompe va forcément s’arrêter à un moment, puisque les pipelines seront saturés, et le buffer va permettre de continuer à alimenter la ligne le temps que la pompe redémarre une fois les pipelines vidés.

Merci a Damgot pour l’article d’origine !