Arrêtez les défaillances des joints dans les applications chimiques
Les pompes centrifuges sans joint avec accouplement magnétique sont devenues plus populaires parmi les utilisateurs finaux de l'industrie chimique. Les aimants aux terres rares ont réduit les coûts associés aux accouplements magnétiques en diminuant la masse de l'aimant et la puissance requise. Cette innovation a permis de réduire le coût de l'attelage et le coût global d'exploitation.
La défaillance du joint est l'une des causes les plus courantes d'entretien et d'arrêt de la pompe. Si le joint tombe en panne, le fluide s'échappe le long de l'arbre qui relie le moteur à la roue. Même lorsqu'un entretien est prévu, la pompe doit être mise hors service pour remplacer le joint.
Alors que la technologie des joints mécaniques s'est améliorée au fil du temps, les innovations nécessitent souvent des équipements supplémentaires. Les garnitures mécaniques doubles, dos à dos ou en tandem, sont courantes dans des conditions difficiles telles que le pompage de produits chimiques.
Le maintien du fluide barrière dans ces conceptions signifie souvent l'achat de réservoirs de fluide barrière, de commandes et même de pompes supplémentaires. Les joints à gaz sont une autre option mais nécessitent également un équipement de support qui présente un risque de défaillance.
Au début, les utilisateurs finaux ne considéraient que les pompes sans joint lors de la manipulation de fluides dangereux. Le coût initial d'une pompe à couplage magnétique dépassait de loin une conception scellée conventionnelle. Cependant, au fil du temps, les opérateurs sont devenus plus préoccupés par le coût total de possession que par les dépenses en capital préliminaires.
Les pompes à couplage magnétique ont commencé à montrer un véritable avantage en termes de coût. Les conceptions sans joint ont remplacé les pompes mécaniquement scellées qui nécessitaient un retrait annuel pour l'entretien. Intervalles d'entretien et temps moyen entre les pannes prolongés. Les émissions ont diminué et la sécurité s'est améliorée.
Les opérateurs considèrent désormais les pompes sans joint pour des services qu'ils n'auraient pas eus il y a quelques années à peine - des applications non dangereuses qui sont encore difficiles et coûteuses à sceller.
Dans les pompes centrifuges, l'arbre transmet le couple du moteur à la roue. Un joint empêche le fluide pompé de s'échapper par l'arbre. Le joint comprend deux parties, l'une fixe et l'autre rotative. Les faces d'étanchéité sont généralement en carbone, en carbure de tungstène ou en carbure de silicium (SiC).
Dans une pompe magnétique sans joint, le couple du moteur fait tourner un porte-aimant ou des aimants d'entraînement. Le couple est transmis à travers une coque de confinement à un aimant interne ou un aimant entraîné. L'aimant fournit un couple à la roue. Le champ magnétique crée des courants de Foucault lorsqu'il traverse un récipient métallique. Les coquilles en céramique empêchent les courants de Foucault mais ne peuvent contenir qu'une pression limitée. Ces courants de Foucault créent de la chaleur directement entre les aimants, et cette chaleur doit être dissipée.
Figure 1. Trajectoire de circulation interne détaillée pour la pompe avec turbine arrière permettant une augmentation de la pression avant l'apport de chaleur. (Images et graphiques avec l'aimable autorisation de Dickow)
Les voies d'écoulement - une combinaison de passages à travers l'arbre de la pompe, le boîtier ou les deux - évacuent la chaleur dans le fluide pompé. Le liquide se déplace du refoulement de la pompe à l'aimant entraîné et revient soit à l'aspiration soit au refoulement. Le fluide peut affecter la tête d'aspiration positive nette s'il retourne à l'extrémité d'aspiration.
Une roue arrière sur l'aimant entraîné maintient le fluide sous une pression plus élevée après avoir absorbé la chaleur des courants de Foucault. La pression protège les fluides volatils du flash après l'ajout de chaleur dans le récipient. La turbine arrière élimine le besoin de refroidissement utilitaire ou de tuyauterie coûteuse pour renvoyer le fluide vers le réservoir d'aspiration.
Figure 2. Le circuit de circulation interne détaillé pour la pompe avec des alésages d'injection de turbine permet au fluide de rester au-dessus de la pression d'aspiration.
Image 1. Les pompes sans joint délivrent un couple à la roue à travers une série d'aimants dans une coque de confinement. Le fluide pompé évacue la chaleur générée par les aimants pendant le fonctionnement.
Dans les pompes sans joint, l'équilibre de la poussée de l'extrémité humide est vital. L'extrémité humide flotte, de sorte que les manchons d'arbre et les paliers lisses doivent supporter la poussée radiale de la roue et de l'extrémité humide en rotation. Un film fluide stable et une force hydrodynamique soutiennent l'ensemble arbre. Le fluide ne lubrifie pas les roulements car ils n'entrent pas en contact.
Les charges axiales axiales peuvent présenter des risques lors des perturbations du système. L'extrémité humide est conçue pour réduire la force axiale de la pompe, mais des bagues de démarrage ou des paliers de butée axiale sont souvent utilisés lorsque le système subit des changements. Lorsque l'espace entre un anneau de démarrage et la surface de contact se ferme, la force de l'autre anneau de démarrage augmente. Si la pression d'aspiration augmente soudainement, l'espace de l'anneau de démarrage avant se fermera et l'espace de l'anneau de démarrage arrière s'ouvrira. La pompe produit automatiquement une force d'équilibrage dans le sens de l'aspiration de la pompe. Lorsqu'elle est associée à des surfaces d'appui en SiC, cette conception permet à l'extrémité humide de ne pas avoir de pièces qui seraient considérées comme des pièces d'entretien de routine.
De plus en plus d'utilisateurs finaux installent des pompes sans joint pour les applications chimiques. Le coût réduit des accouplements magnétiques fait de cette technologie un choix abordable pour les fluides dangereux.
La surface d'usure des chemises d'arbre, des paliers lisses et des bagues de démarrage est généralement en carbone ou en SiC. La dureté ainsi que la tolérance à l'usure et à la chaleur du SiC le rendent adapté à presque toutes les applications. Un revêtement similaire à la poussière de diamant sur la surface SiC améliore le pouvoir lubrifiant et prolonge la durée de vie, au cas où l'écoulement du liquide et le film stable seraient perturbés.
Les fabricants de pompes sans joint utilisent plusieurs matériaux pour les pièces en contact avec le fluide, allant de la fonte aux alliages de nickel, selon le service. Certains matériaux courants comprennent la fonte ductile, l'acier au carbone, l'acier inoxydable 316 et l'acier inoxydable duplex. Les zones mouillées, voire des pompes entières, sont désormais fabriquées à partir de thermoplastiques. Ces matériaux fonctionnent bien lors du pompage de fluides corrosifs, mais rencontrent de sérieuses limitations dans les applications à haute pression ou à haute température.
Les applications difficiles exigent souvent une approche non traditionnelle. Lors de la sélection de pompes pour le traitement chimique et pétrochimique, les gestionnaires d'installations doivent garder l'esprit ouvert sur la meilleure façon de relever les défis de l'étanchéité et de l'entretien des pompes. Les pompes sans joint améliorent la fiabilité, prolongent le temps moyen entre les pannes et réduisent le coût total de possession. Cette technologie peut avoir un impact significatif sur les économies et la sécurité dans n'importe quelle installation, quelle que soit l'application.