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Manuels de Formation Exploitation et Entretien Section 0 Unité Cycle Combiné Tome S0T1 Ch. 1 – Description générale de la centrale

1.

Centrale à Cycle Combiné C.le Sousse (Tunisie) – 400 MW

DESCRIPTION GÉNÉRALE DE LA CENTRALE

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Tome S0T1 Ch. 1 – Description générale de la centrale

INDICE 1.1

INTRODUCTION

3

1.2

DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L’INSTALLATION

4

1.3

CONDITION DU SITE ET FONCTIONNEMENT

5

□ □ □ □

Localisation de l’installation Aspects climatiques Seismicitè Conditions de marche

1.4

LAYOUT DE LA CENTRALE

7

1.5

ELÉMENTS PRINCIPAUX

10

1.6

SYSTÈMES DU CYCLE COMBINÉ

12

1.7

SYSTÈMES AUXILIAIRES

13

1.8

SYSTÈME ÉLECTRIQUE

15

1.9

SYSTÈME DE CONTROLE «Distributed Control System» DCS

16

1.10

DOCUMENTS ANNEXÉS

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1.1

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INTRODUCTION La centrale Thermoélectrique en cycle combiné mono-arbre, construite à Sousse, est composée d’une turbine a gaz, d’une chaudière de recuperation sans feu additionel d’une turbine à vapeur et d’un alternateur et leur auxiliares. La turbine a gaz et la chaudière de rècuperation sont conçues pour fonctionner au gaz naturel comme combustible principal, avec comme combustible de secours ( en cas d’indisponibilitè du gaz ) le gasoil. La puissance brute totale, mesurèe aux bornes de l’alternateur du cycle combinè est environ de 430 MW avec le gaz et de 350 MW avec le gasoil. Le système a été conçu et réalisé pour être utilisé en service continue, cependant les dèmarrages et arrets constituent des conditions normales de service.

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1.2

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DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L’INSTALLATION CONFIGURATION Le module en cycle combiné mono-axe est constitué d’une turbine à gaz et d’une turbine à vapeur qui, reliées le long du meme axe, entrainent le générateur électrique placé au milieu de celles-ci. La turbine à gaz installée est le modèle Ansaldo V94.3A4 , avec des brûleurs à faibles émissions de Nox. La turbine à vapeur est celle à condensation modèle Ansaldo MT 15 à déchargement axial et est dotée d’un clabotage de type SSS, tandis que le générateur électrique est celui synchrone à deux pôles, refroidi en hydrogène. Le module générateur d’énergie (appelé «Power Island») est complété par une chaudière de récupération (CMI) de type vertical à trois niveaux de pression, avec une section de resurchauffe à vapeur installèe à l’echappement de la turbine à gaz. La condensation du vapeur s’effectue dans un condenseur reliè à la turbine à vapeur et refroidissè avec eau de mer. Le module en cycle combiné est équipé de différents systèmes auxiliaires, indispensables pour le faire fonctionner et pour la gestion générale, parmi ceux-ci: une poste pour la réduction de la pression et le filtrage du gaz naturel, un circuit d’alimentation gazoil, un système de refroidissement à circuit fermé et un système de refroidissement avec eau de mer, une poste électrique, à travers laquelle la puissance électrique produite est introduite à haute tension (225 kV) dans le Réseau National Electrique. Pur la conduite et la supervision de la centrale un système de controle commande rèalise les taches de règulation, d’automatisme et de protection depuis la salle de commande centralisèe.

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1.3

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CONDITIONS DU SITE ET FONCTIONNEMENT Localisation de l’installation Le site se situe près le deux villes de Sousse et Monastir qui se trouvent sur la cote Tunisienne du mer mèditerranèe.

Aspects climatiques En ce qui concerne les aspects climatiques du site, nous rapportons les données suivantes caractéristiques qui ont été utilisés comme base pour la conception de la plante: Températures ambiantes  Maximale absolue  Minimale absolue Humidité ambiante  Pluies

Intervalle d'humidité relative:

+ 43,8 °C 0 °C 51 ÷ 89%



Gènèralement sous forme d’orages d’assez courte durée, la règion se situe entre le iso hydriques 300 à 400 mm



Les vents ont une rèpartition sasonniére et ils subissent l’influence de la mere t de la terre. Les vents de terre venant d’ouest soufflent en pèriode froide et les vents d’est en saison chaude rafraichissent le climat. Le sirocco est un vent entre SO et SE sec et chaud amenant gèneralement beaucoup de poussières et de sable en suspension qui souffle par rafales. Sur le mer se charge de vapeur d’eau et il peu faire monter la temperature.



Les marées ont une caractère semi-diurne avec une amplitude moyenne de l’ordre de 0,5 mètre

Vent

Marèe

Seismicité L’intensitè maximale probable pour la région est de VIII de l’echelle Mercalli correspondant à 5.5 de l’echelle Richter qui en compte 9.

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Conditions de marche Le cycle combinè est destinè à assurer une production de semi-base et pourtant il est capable de fonctionner sans limitation de durée à la puissance nominale. En cas d’incident sur le reseau auquel il est raccordé, le cycle combiné est capable de supporter l’absence de tension d’alimentation de ses auxiliaires pendant une durée maximale inferieur à 0,5 sec. La tyrbine à gaz est en mesure de dèmarrer rapidement à partir de l’état froid tandis que pour la turbine à vapeur il y a une installation que permet un conditionnement correct lors des operations de démarrage à l’état froid, tiède et chaud. La mise en arret du groupe turboalternateur (TG+TV+alternateur) est possible dans toutes les conditions d’exploitation. Une mise all’arret imposée, inopinément et brusquement par un incident d’exploitation est supportèe sans dommage. Le groupe turboalternateur peut fonctionner à vide et au minimum technique sans limitation de durée. Marche en ilotage: après la perte totale de la charge à une puissance quelconque, la turbine a gaz peut fonctionner en alimentant les auxiliarès de la central pendant une durée limitée. Il est possible le transfer d’un combustible à l’autre en suivant une procedure de réduction de charge et de melange temporaire des deux combustibles injectè avec une charge costante.

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1.4

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LAYOUT DE LA CENTRALE Les éléments et les systèmes de la centrale sont placés selon une logique qui privilégie les critères de fonctionnement et l’entretien, mais qui ne néglige pas les conséquences des émissions acoustiques et de l’environnement. L’aire est subdivisée en zones fonctionnelles que l’on peut résumer de la manière suivante: Zone entrée principale, sud-ouest outre le poste de garde et les parkings, à gauche il y a le bâtiment qui abrite les bureaux administratifs et la salle de contrôle avec les cabines d’automatisation de la centrale. En face de le batiment technique se trouvent les transformateurs èlectrique. Zone du cycle combinée Placé dans la zone centrale, il comprend le module de génération thermoélectrique à cycle combiné. Les turbomachines, avec leurs panneaux électriques, se trouvent à l’intérieur d’un bâtiment fermé (salle des machines) pour faciliter les interventions opérationnelles et d’entretien, ainsi que pour limiter ultérieurement les émissions acoustiques. Dans la même zone, on trouve les autres éléments principaux du module, qui n’ont pas besoin d’être couverts, mais qui sont équipés de protections acoustiques : dans le secteur nord, la chaudière à récupération et la chaudière auxiliaire. Zone équipements auxiliaires Située à nord de l’entrée de la centrale. En se déplaçant de sud au nord, nous trouvons l’atelier, les réservoirs d’eau démineralisée et de service - anti-incendie, le bâtiment des pompes anti-incendie, les systèmes pour la production et le stockage d’eau déminéralisée, les traitements des eaux contaminées. A l’extremitè nord se trouvent la poste de stockage et traitement du gasoil, avec les pompes de transfert ainsi que la station de pompage eau de mer et la poste de conditionnement de gaz.

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ELÉMENTS PRINCIPAUX Le gruope à cycle combiné est formé des éléments suivants: o

Turbine à gaz du type à haut rendement «heavy duty» à axe unique, modèle V94.3A4 est alimentée au gaz naturel comme combustible principal, le gazoil est utilisé comme secours en cas d’indisponibilité du gaz. La chambre de combustion est de type annulaire, et les 24 brûleurs sont réalisés avec une technologie qui réduit les émissions d’NOx à sec, pour limiter au maximum les polluants présents dans les gaz d’échappement, qui sont surveillés à travers un système spécial. La machine se trouve dans une cabine insonorisée, équipée de détecteurs qui relèvent la présence de gaz et un système anti-incendie.

o

Chaudière de récupération de type vertical, à trois niveaux de pression à circulation naturelle, avec une section de resurchauffe. Le dégazeur est intégré par une tourelle, placée sur le ballon de séparation de la vapeur à basse pression. La conduite de fumées du TG au GVR n’est pas dotée d’une cheminée de by-pass fumées, c’est pourquoi les transitoires de démarrage et de blocage de la turbine à vapeur, doivent être gérés à travers le système de vapeur by-pass.

o

Générateur électrique synchrone triphasé à deux pôles (50 Hz 3000 rpm) refroidi à l’hydrogène. Le système d’excitation est de type statique et est associé à un système convertisseur pour le lancement de la turbine à gaz. Le générateur électrique est relié à l’axe du turbo gaz de manière permanente, tandis que la liaison avec la turbine à vapeur se fait à travers un joint à branchement automatique de type SSS.

o

Turbine à vapeur, modèle Ansaldo MT 15 à decharge de vapeur axial et installation au sol. L’équipement est a deux corps distincts : le premier pour la section de Haute pression et le deuxième à flux opposés pour les sections de Moyenne et Basse Pression. La turbine à vapeur est reliée au générateur électrique, à travers un joint mécanique automatique de type SSS, pour en assurer le fonctionnement à partir de la turbine à gaz de manière indépendante.

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o

Condenseur à eau de mer, dimensionné pour condenser la vapeur évacuée par la turbine à vapeur pendant le fonctionnement normal en cycle combiné et quand elle provient du système de by-pass en cas de fonctionnement en cycle simple. Pour le refroidissement et la condensation de la vapeur est utilisée eau de mer en circuit ouvert.

o

Transformateur de groupe d’une puissance nominale de 440 MVA et 225/20 kV de tension. Isolation à huile ODAF (circulation huile guidée et forcée, refroidissement air forcé).

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SYSTÈMES DU CYCLE COMBINÉ Le cycle est formé des systèmes suivants : □

Système de vapeur principale avec les stations de by-pass correspondantes, a pour mission d’alimenter la turbine à vapeur, grâce à la vapeur produite par la chaudière de récupération à trois niveaux différents de pression, y compris la vapeur RH (surchauffée).

□

Système condensé, prélève le condensât à l’intérieur du puits de condenseur et l’envoie à travers deux pompes d’extraction (une qui fonctionne et l’autre prête à intervenir) à la section de basse pression de la chaudière de récupération où se trouve le dégazeur. En outre, Il alimente les désurchauffeurs des stations de by-pass de la moyenne et basse pression.

□

Système d’eau d’alimentation, prélève l’eau du ballon de chaudière à basse pression et alimente, à travers deux pompes d’alimentation, (une qui fonctionne et l’autre prête à intervenir) les sections de moyenne et haute pression de la chaudière, outre les désurchauffeurs de SH et RH ainsi que des stations de by-pass de haute pression.

□

Système de purge et drainages, recueille, à travers des tuyaux spéciaux, les éventations et les purges d’air de la chaudière qui, après un refroidissement indispensable, sont transportées dans une baignoire de neutralisation ou dans le réservoir de l’eau de service. Les drainages sous vide du cycle thermique et de la turbine à vapeur sont recueillis dans le réservoir d’expansion, et ensuite transférés au condenseur.

□

Système de dosage chimique, permet d’injecter des produits chimiques dans des endroits spéciaux du cycle eau-vapeur qui améliorent le dégazage, ils préviennent la corrosion et facilitent la chute des matières insolubles dans les ballons de chaudière à partir desquels ils sont évacués avec le système de purge.

□

Système d’échantillonnage et analyse, a pour but de prélever des échantillons de vapeur et de condensât, afin d’en évaluer les caractéristiques chimiques à travers une analyse et, si nécessaire, d’agir sur le réglage du système d’injection chimique.

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SYSTÈMES AUXILIAIRES Il y a plusieurs Systèmes dans la Centrale, appelés auxiliaires, car ils ne sont pas directement concernés par le cycle thermique de production énergétique, mais tout de même nécessaires pour faire fonctionner la centrale dans son ensemble. Les systèmes sont les suivants: □

Poste gaz naturel: ce système a pour objectif d’alimenter les circuits de la centrale (constitués par la TG et par la chaudière auxiliaire) à un niveau de pression stable et approprié.

□

Système de refroidissement en circuit fermé: veille au refroidissement d’une série de circuits, à travers la circulation forcée d’eau déminéralisée avec des électropompes. La chaleur extraite est ensuite évacuée à travers un échangeur refroidi avec eua de mer. Parmi les principaux circuits, nous pouvons citer le générateur électrique, les circuits de lubrification des deux turbines, les pompes d’alimentation de la chaudière, les échangeurs de drainage, le système d’échantillonnage chimique.

□

Système de la vapeur auxiliaire: la vapeur auxiliaire est une vapeur à pression réduite, qui est utilisée pendant le fonctionnement pour la mise en route des éjecteurs à vide en direction du condenseur, et pendant la mise en marche pour alimenter le système de tenue de la turbine à vapeur et le préchauffage de la chaudière. La vapeur est produite par le biais d’une chaudière auxiliaire.

□

Système eau industrielle: elle est prélevée de l’aqueduc, ou provient de la desalinisation de l’eau de mer et est stockée dans un réservoir spécial, pour être ensuite utilisée comme suit : alimentation du système d’eau sanitaire, réserve antiincendie, alimentation système demi, lavage des sols.

□

Système de production et distribution de l’eau déminéralisée: la production d’eau déminéralisée, représente un aspect important dans le fonctionnement d’une Centrale thermoélectrique à cycle combiné, car c’est grâce à ce fluide qu’on réalise le cycle eau/vapeur, et avec lequel on refroidit les circuits du cycle fermé. Il est donc indispensable de prévoir sa production, qui sert non seulement pour le remplissage mais surtout pour combler les pertes qui ont naturellement lieu pendant le fonctionnement normal de la centrale. L’eau demi est produite en partant de l’eau industrielle prélevée de l’aqueduc, en utilisant un système d’osmose inversé. L’eau que l’on obtient est stockée dans un réservoir spécial, à partir duquel on procède à sa distribution aux différents circuits par le biais de pompes.

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□

Système de traitement des eaux usées: elles sont classées comme huileuses, de process ou sanitaires, en fonction du type de contaminant et, par conséquent, sont recueillies et traitées de manière séparée, afin d’être réutilisées comme eau industrielle.

□

Système air comprimé: obtenu par le biais de compresseurs sans lubrification, il est filtré et asséché, pour être utilisé comme air instrument ou seulement filtré pour l’emploi comme air puissance.

□

Système anti-incendie: cet important système, a pour mission d’empêcher la formation de flammes et d’en limiter au maximum la propagation à d’autres parties de la centrale. Il est formé d’un système d’extinction fixe, d’un système de détection et d’un système d’alarme. Les fluides utilisés varient en fonction du type d’environnement et des équipements, et sont en général de l’eau ou du gaz come le CO2 et l’FM200 qui sont répandus à travers des distributeurs fixes et automatisés.

□

Système de ventilation et de conditionnement (HVAC): la centrale est dotée d’un système de ventilation qui est chargé de maintenir une température adéquate à l’intérieur des bâtiments. Il est prévu aussi un conditionnement de l’environnent dans les bâtiments, qui abritent les panneaux de contrôle ou du personnel opérationnel.

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1.8

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SYSTÈME ÉLECTRIQUE Le système électrique de la Centrale, a comme objectif de transférer la puissance électrique produite par les turbines au réseau de transmission externe, mais aussi d’alimenter tous les circuits électriques de la centrale aux niveaux de tension correspondants. A partir du générateur la puissance électrique est produite à une tension de 20 kV et est transférée au transformateur de group, à travers les barres électriques, qui s’occupe d’hausser la tension au niveau du réseau externe (225 kV). Pour la distribution interne on prévoit trois niveaux de tension, une moyenne (6.6 kV) et deux basse (400 V triphasé, 230 V monophasé), en fonction de la puissance demandée et des types de circuits. Le système électrique est équipé en outre d’un système de protections et de dispositifs pour la synchronisation automatique avec le réseau externe. Pendant le fonctionnement de la centrale le système de moyenne tension est alimenté par un transformateur de soutirage qui reçoit l’énergie du génerateur ou par le reseau externe. Ce système de moyenne tension alimente, outre les moteurs avec une puissance supérieure à 200 kV, les cadres de distribution électrique à basse tension aussi que les transformateurs pour le système d’excitation et de lancement du turbo gaz. En outre, il y un système de courant continu à batterie, un système d’alimentation sans interruption (UPS) pour les circuits privilégiés et un système d’urgence alimenté par un moteur diésel de 1100 kVA.

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SYSTÈME DE CONTROLE «Distributed Control System» DCS Description générale La Centrale de Sousse est équipée d’un Système de Contrôle centralisé, pour effectuer le monitorage et l’automatisation des différents éléments et systèmes. Etant donné que les systèmes de contrôle des deux turbo machines en place (GTCMPS pour la TG et STCS pour la TV) sont construits grâce à la même technologie que le système DCS (qui gère le reste de la centrale), l’ensemble apparaît complètement intégré. Les principales fonctions du DCS (Système à commande directe) sont :  Acquisition des données, élaboration et visualisation des fluctuations de la centrale  Contrôle des loop de réglage local  Enregistrement et archivage des variables du système  Coordination de la centrale  Contrôles séquentiels (de groupe/sous-groupe fonctionnel)  Contrôle on/off (utilisation)  Présentation et gestion des alarmes  Réglages  Interface HMI (interface homme/machine)  Calcul des variables pour la supervision et calcul des prestations  Coordination protection de la centrale  Calcul des prestations de la centrale  Mise en route automatique des groupes fonctionnels En général, dans des conditions de travail normales, le contrôle et la supervision des installations principales et auxiliaires sont effectués par la salle de contrôle. Le DCS est configuré, de manière à permettre la gestion automatique de la centrale, après que celle-ci ait été positionnée de manière stable. L’opérateur gère et surveille la centrale à partir d’une salle de contrôle centralisée, exclusivement par le biais de stations de travail, placées sur un terminal vidéographique, clavier et mouse.

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Le DCS est formé principalement par : o

Stations de contrôle de process, pour l’interfaçage du système en direction du domaine et de l’élaboration des algorithmes de contrôle et de surveillance de la centrale: une station de contrôle process est normalement consacrée à une zone fonctionnelle de la centrale, et est formée par une série de cabines où sont placés les chargeurs, les fiches électroniques et les boîtes à bornes.

o

Stations opérateur (placées sur ordinateur portable, vidéo en couleurs LCD, clavier et mouse) à partir desquelles il est possible de contrôler et de surveiller la centrale, par le biais de synoptiques vidéo, c'est-à-dire par exemple surveiller les fluctuations de process acquises par le système, ou l’éventuelle mise en place d’alarmes, régler les dispositifs on/off de la centrale, mettre en place les points de réglages de la centrale, faire l’archivage historique des données de la centrale (dans les stations operateur où cette fonction est prévue).

Niveau d’automatisation Dans des conditions de fonctionnement normal, le système d’automatisation coordonne et gère le fonctionnement complet de la centrale par charges, comprises entre le minimum technique et la charge maximale. En général, la gestion des changements d’état normaux, accidentels et le fonctionnement normal seront contrôlés (de manière automatique dans de nombreux cas) par le DCS, par le biais de stations opérateur; toutes les informations indispensables seront disponibles auprès de l’opérateur (l’état de fonctionnement des appareils mis en route), les valeurs des fluctuations du système, l’évolution des séquences, l’état et les paramètres de fonctionnement de tous les contrôles à boucle fermée.

Mission de l’opérateur En général, l’opérateur est appelé à effectuer les missions suivantes: - Un rôle actif, quand il doit entreprendre des actions spécifiques, par exemple pour gérer le régime transitoire d’un appareil. - Un rôle passif quand on lui demande de surveiller uniquement la centrale. Pour le premier type de mission l’opérateur a: - La possibilité d’agir sur l’actionneur unique (mis à part les éventuels actionneurs pilotés seulement sur place et non par le DCS). - La possibilité d’intervenir sur plusieurs appareillages (exemple: séquences qui opèrent auprès d’ un ensemble d’actionneurs et qui ont une fonction précise pour la centrale.

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Pour le deuxième type de mission, l’opérateur a le rôle de superviseur du DCS, comme les page-écran, les page-alarme, les missions de diagnostic, qui lui permettent de surveiller la centrale à différents niveaux (système, sous ensemble, domaine). En général, il est prévu que la centrale fonctionne de manière indépendante et continue, en s’adaptant aux variations de charge, sans que l’opérateur intervienne. Une intervention sera prévue systématiquement, chaque fois que la centrale ou le système deviendront dangereux pour soi ou à l’égard d’autres personnes, et de toute façon chaque fois qu’il y a une modification au niveau de la centrale, dont la rapidité est incompatible avec les temps de réponse de l’Opérateur.

Fonctions du DCS Pendant le fonctionnement normal de la centrale, les écrans vidéo des stations opérateur sont le moyen utilisé en principe pour la contrôler. Les page-écran seront ainsi organisées: a) L’ensemble des écrans de la centrale, qui représentent le cycle thermique complet avec la situation des éléments principaux et les valeurs des fluctuations principales du système. b) Ecrans concernant les éléments de processus principaux, à partir desquels on peut distinguer: L’identification de chaque donnée représentée La situation de chaque système (soupape ouverte/fermée, Moteur On/Off) La valeur actuelle des changements observés (et éventuellement la balise et ses udm) Alarmes. c) Ecrans concernant les principaux éléments (Turbine à gaz, turbine à vapeur, Chaudière de récupération, Générateur, etc.), à partir de chacun desquels on peut voir les principaux paramètres opérationnels de ces machines, c'est-à-dire des données analogiques, l’état de chaque élément et des alarmes. En ce qui concerne les systèmes électriques, on effectue le type de surveillance suivant: d) Ecran vidéo de l’unifilaire électrique, uniquement le montant de la machine, le transformateur électeur est exclu, avec les paramètres électriques les plus importants représentés. e) Barres électriques et interrupteur de la machine avec l’indication de la tension, du courant, facteurs de puissance active et réactive et de l’état de l’interrupteur.

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DOCUMENTS ANNEXÉS SOUSSE C.C.P.P. SCHEMÀ GÉNÉRAL DE MASSE (rev.3)

0485 A1VV*S015

SOUSSE C.C.P.P. PLANT BLOCK DIAGRAM (rev.3)

0485 SNC867254-40SK0011

SOUSSE C.C.P.P. PLAN D’IMPLANTATION (rev.5)

0485 Y0VV*O060

SOUSSE C.C.P.P. PLAN D’IMPLANTATION ALTERNATIF “A” (rev.0)

0485 Y0VV*O061

SALLE DE MACHINES AMENAGEMENT DES EQUIPMENTS MECANIQUE (rev.3) 0485 A1VVBP001 (3 fueilles) TURBINE À GAZ AE94.3A4 ARRANGEMENT GÉNÉRALE (rev.5)

0485 S1MB*P051 (3 fueilles)

CHAUDIÉRE À RECUPERATION (HRSG) ENSAMBLE GÉNÉRALE (rev.A)

0485 B1HA*P991

TURBINE À VAPEUR ENSAMBLE GÉNÉRALE (rev.0)

0485 T1MA*M002

CONDENSEUR À EAU DE MER ENCOMBREMENT GÉNÉRALE (rev.6)

0485 F1MAGM005

GENÉRATEUR ÉLÈCTRIQUE DISPOSITION MECANIQUE DE L’ALTERNATEUR (rev.0)

0485 G1MKAU006

SOUSSE C.C.P.P. SCHÈMA ÉLÈCTRIQUE UNIFILAIRE GÉNÉRALE (rev.2)

0485 A1VVCU001

SOUSSE C.C.P.P. ARCHITECTURE DE LES PROTECTIONS (rev.2)

0485 A1VVCU003

SOUSSE C.C.P.P. ARCHITECTURE DU SYSTÈME DCS (rev.4)

0485 D1VVHI950 (4 fueilles)

SOUSSE C.C.P.P. AMENAGEMENT SALLE DE COMMANDE (rev.D)

0485 A1UCBE100

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