Éditorial : Au-delà de la rénovation du boîtier de roulement

Jul 17, 2023

Figure 1 : Conception actuelle de la pompe en porte-à-faux (Source de l'image : Sulzer Ltd.)

Ce qui est généralement négligé, c'est un moyen de mettre à niveau la partie liquide complète de la pompe pour obtenir encore plus d'améliorations de la fiabilité, sans qu'il soit nécessaire de modifier la tuyauterie et les fondations existantes. Cet article discutera à la fois des avantages de la modernisation des boîtiers de roulement ainsi que des mises à niveau supplémentaires qui peuvent être appliquées pour obtenir la meilleure fiabilité possible des pompes en porte-à-faux horizontales API-610.

Les pompes suspendues à un étage sont une ressource mondiale extrêmement importante pour le transfert de fluides d'un endroit à un autre. Ce style spécifique de pompe est le plus répandu de tous les types de pompes trouvés dans le monde, car il offre un choix relativement large d'offres de gammes de débit et de pression et est généralement simple à entretenir (Figure 1). Les processus servis peuvent aller de liquides de gravité spécifique lourds à légers et cryogéniques à des températures supérieures à 800 ° F (427 ° C), dans certains cas. Cette polyvalence place souvent ces pompes sous les projecteurs de la maintenance pour augmenter la fiabilité et la durée de fonctionnement afin de maintenir les unités de production opérationnelles.

Les pompes en porte-à-faux à un étage n'ont cessé d'évoluer depuis leur création. Au fur et à mesure que la technologie et l'expérience ont été acquises, les progrès de la fabrication, des matériaux et de la conception ont continué d'améliorer la fiabilité globale de ces types de pompes. Les critères de conception de base pour les pompes horizontales de type OH sont restés relativement constants ; composé d'un boîtier de palier avec un palier radial et de butée, et la roue en porte-à-faux sur un arbre à l'extérieur du boîtier de palier. Les normes de l'industrie, telles que l'API-610, les recommandations d'achat et les considérations de conception ont été mises en avant et régulièrement révisées pour aider à augmenter la fiabilité globale de ce style de pompe.

La mise à niveau du boîtier de roulement de l'édition actuelle API-610 commune sert à fournir plusieurs mises à niveau des pompes de style ancien qui peuvent être soumises à des calendriers de temps moyen entre réparations (MTBR) courts ou à des exigences de réduction des émissions fugitives. Ces mises à niveau fourniront, dans la plupart des cas, une seule rangée, une rainure profonde, un roulement radial et des butées à contact oblique dos à dos appariées. La lubrification est améliorée grâce aux bagues déflecteurs d'huile et aux canaux de lubrification. Des carters d'huile, des ventilateurs et des ailettes en fonte plus grands ont été ajoutés pour réduire ou supprimer le besoin d'eau de refroidissement externe. Enfin, la chambre d'étanchéité et l'arbre sont conçus pour respecter les limites de déviation API-610 actuelles et les dimensions du tableau 7. Cela permet l'utilisation d'un joint API-682 pour une technologie de joint améliorée, une durée de vie et des performances d'étanchéité améliorées.

Ce qui n'est généralement pas envisagé, ce sont les mises à niveau des composants de tête doseuse existants de la pompe. De nombreuses pompes existantes ont été conçues avant de nombreuses normes de l'industrie et ne contiennent pas plusieurs fonctionnalités qui facilitent la maintenance et la fiabilité de l'enceinte de pression. Les opportunités de mise à niveau suivantes sont des éléments que Sulzer a mis en œuvre avec plusieurs utilisateurs finaux, ce qui se traduit par un équipement de pompage plus robuste et des intervalles de fonctionnement prolongés entre les réparations.

Améliorations du chargement des buses L'équipement qui a été acheté et installé avant la mise en œuvre des spécifications de l'industrie moderne peut manquer de capacité à gérer les forces et les moments de la buse externes imposés par la tuyauterie connectée. Ces forces, lorsqu'elles sont appliquées en excès, peuvent entraîner la déformation du carter et/ou de la base de la pompe, en raison d'un désalignement, de vibrations excessives et éventuellement d'un contact avec les pièces d'usure. Souvent, ces pompes étaient conçues avec des pieds de montage minces, un renfort de sangle minimal et des brides à face plate et conçues pour 150 ou 300 psi (10 ou 20 bar). Ces configurations peuvent être mises à niveau avec des modifications appropriées des modèles existants tout en conservant la capacité de s'adapter aux installations de tuyauterie et de plaque de base existantes.

Les pieds de montage et les sangles hérités peuvent avoir une épaisseur d'un pouce ou même moins, selon la conception d'origine. Les pompes conformes à la norme API-610 de style plus récent sont fournies avec des pieds et des sangles beaucoup plus épais pour répondre aux exigences de chargement de la buse API-610. La figure 2 illustre les modifications de modèle qui ont été apportées à une conception héritée pour améliorer la rigidité globale de la pompe.

Comme on peut le voir sur la figure 2, l'épaisseur du pied de montage a plus que doublé, offrant une résistance supplémentaire au moulage. L'âme du contreventement du pied aux murs extérieurs de la volute a également augmenté d'épaisseur. En plus de ces modifications, les brides de ce cas ont été modifiées de la conception originale à face surélevée 300 # de l'American National Standards Institute (ANSI) à une épaisseur ANSI 600 # avec les mêmes dimensions de perçage et d'usinage que les brides 300 # d'origine. Toutes ces modifications ont contribué à améliorer la résistance globale du carter à la flexion en présence de contraintes sur les tuyaux ou à augmenter la tolérance globale des contraintes sur les tuyaux en ce qui concerne l'alignement de la pompe.

La mise à niveau finale mise en œuvre pour ce boîtier afin d'améliorer la rigidité globale de la pompe et des connexions du boîtier a été l'installation de soufflets sur les brides de ventilation et de vidange. L'ajout de goussets réduit le risque de défaillance des soudures de tuyaux de petit diamètre en raison de la fatigue due aux vibrations.

Disposition d'étanchéité du boîtier Les pompes ANSI/American Society of Mechanical Engineers (ASME) B73.1 et les pompes de style pré-API jusqu'à API-610 4e édition ne nécessitaient pas l'utilisation d'un joint enroulé en spirale à compression contrôlée et confinée entre le boîtier et le couvercle du boîtier . Dans de nombreux cas, le joint utilisé était une feuille non métallique qui serait prise en sandwich entre la bride du couvercle et le boîtier. Ces joints pourraient être quelque peu peu fiables car la compression sur la surface d'étanchéité pourrait varier en fonction du couple appliqué au boulonnage du boîtier. De plus, les matériaux pourraient avoir des limites pour la température et la composition chimique du fluide pompé. L'API-610 5e édition a introduit l'exigence d'un joint enroulé en spirale à compression contrôlée et confinée pour améliorer les capacités d'étanchéité de la pompe et étendre les limites opérationnelles de température et de produit.

De nombreux fabricants de rénovations de boîtiers de roulement intègrent l'utilisation d'un joint enroulé en spirale dans la conception d'un nouveau couvercle de carter. Cependant, le boîtier doit également être préparé pour cette conversion dans la plupart des cas. De nombreuses pompes de style ancien peuvent avoir un évidement pour un joint de style non métallique, mais cette dimension de la machine était rarement une profondeur contrôlée avec précision. D'autres styles de boîtier peuvent ne pas avoir d'évidement de joint du tout. La possibilité d'améliorer la conception globale de l'étanchéité peut être incorporée lors de l'application de modifications aux modèles de boîtiers existants, comme décrit dans la section précédente. Si les dimensions existantes du boîtier à l'interface du couvercle du boîtier ne permettent pas l'incorporation d'une rainure de joint enroulée en spirale, un revêtement supplémentaire peut être appliqué au diamètre extérieur. Le cercle des boulons de fermeture du carter est ensuite augmenté pour créer l'espace nécessaire à l'incorporation d'une chambre d'étanchéité moderne API-610 Tableau 7.

Rerates hydrauliques et mises à niveau métallurgiques Dans les applications de raffinage modernes, il est fort probable que le point de fonctionnement de conception de la pompe d'origine change au cours de la durée de vie prévue de la pompe, en raison d'autres demandes de production, par rapport aux exigences de fonctionnement d'origine. Un retarage hydraulique pourrait être appliqué pendant la phase de reconception du boîtier nouvellement fourni pour optimiser les performances de la pompe afin de répondre aux exigences opérationnelles actuelles. Des extensions de lèvre en volute ou des réductions de la conception originale peuvent suffire. Si nécessaire, une boîte de noyau de volute alternative pourrait être créée pour fournir des profils hydrauliques plus proches. Une turbine révisée à haute ou basse capacité peut être installée pour optimiser davantage le meilleur point d'efficacité au débit de fonctionnement et à la pression différentielle souhaités.

Les figures 4a et 4b illustrent un rerate effectué sur une pompe en porte-à-faux. Le point de fonctionnement initial demandé pour cette pompe avait été réduit et un nouveau procédé discontinu nécessitait une réduction encore plus importante du débit. Une combinaison des modifications de la volute ci-dessus et d'un remplacement de la roue a entraîné une courbe de fonctionnement satisfaisante répondant aux exigences du client.

Améliorations de la corrosion / érosion Pour aider à lutter contre les effets de la corrosion ou de l'érosion dans les carters de pompe, il peut être prudent d'améliorer la métallurgie du carter pour mieux l'adapter au fluide de procédé. Ces changements peuvent inclure des mises à niveau de l'acier au carbone vers un acier inoxydable martensitique, austénitique ou duplex. Alternativement, bon nombre de ces pompes héritées peuvent être en fonte. Le remplacement de la fonte par de l'acier au carbone ou un autre alliage soudable peut ajouter des décennies à la durée de vie de l'équipement. Pour des conditions hautement érosives, des étapes supplémentaires impliquant l'application de revêtements dans les passages d'écoulement peuvent également être envisagées. Celles-ci peuvent inclure des technologies telles que les pulvérisations d'oxygène à haute vitesse (HVOF), les recouvrements de soudure et les revêtements de diffusion.

Conclusion Les mises à niveau de boîtiers de roulements en porte-à-faux sont depuis longtemps une mise à niveau éprouvée pour aider à étendre le MTBR des pompes de style API et pré-API. Cependant, il est important de réaliser que des gains supplémentaires peuvent être réalisés avec l'application appropriée de la nouvelle technologie de pompe à l'équipement existant sans qu'il soit nécessaire de modifier sur le terrain l'installation existante. Ces modifications, bien qu'elles puissent sembler longues et coûteuses à l'avance, sont susceptibles d'être éclipsées par le coût des modifications sur le terrain des plaques de base et des installations de tuyauterie. En plus de ces dépenses, des améliorations de l'efficacité peuvent souvent être incorporées pour prolonger davantage la durée de vie de l'unité et réduire les coûts d'exploitation tout en répondant aux exigences de production révisées de l'installation.

Source : Sulzer Ltd.