Comment surmonter le défi de la marche à sec

Mar 10, 2023

Le fonctionnement à sec se produit lorsqu'une pompe fonctionne sans quantité de liquide adéquate. Cela entraîne une augmentation de la pression, du débit ou une surchauffe qui provoquera une panne de la pompe. En conséquence, les éléments de pompage se grippent sur l'arbre. Cet article explique comment le problème peut être évité.

La cavitation des pompes et les pannes liées à la marche à vide coûtent aux entreprises des millions de dollars par an, y compris les coûts de remplacement des équipements endommagés et les pertes de ventes dues à de mauvaises performances. Avec une amélioration de l'économie et une augmentation prévue de la production de carburant, les ventes de pompes de traitement des fluides devraient augmenter de 5,5 % par an pour atteindre 84 milliards de dollars en 2018.

Compte tenu de cette prolifération, le modèle historique suggère que les coûts associés aux réparations ou aux remplacements augmenteront également de façon spectaculaire.

Lorsque la cavitation se produit, des bulles de vapeur se forment et se dilatent dans le liquide de pompage du côté aspiration de la pompe avant d'atteindre le côté refoulement à haute pression de la pompe et de s'effondrer violemment près de la surface de l'élément de pompage. Cela déclenche des ondes de choc à l'intérieur de la pompe qui causent des dommages importants à l'élément de pompage.

Si elle n'est pas traitée, la cavitation détruira l'élément de pompage et d'autres composants au fil du temps, raccourcissant considérablement la durée de vie de la pompe. La cavitation peut également provoquer des vibrations excessives entraînant une défaillance prématurée du joint et du roulement, en plus de créer une augmentation immédiate de la consommation d'énergie et une diminution du débit et de la pression de sortie.

Alors que la cavitation est une cause courante de dégradation et de défaillance de la pompe liée à la physique impliquée dans l'opération de pompage, le fonctionnement à sec, d'autre part, est généralement lié à la façon dont les pompes sont activement utilisées par les utilisateurs finaux. La cavitation elle-même peut également être si répandue qu'elle crée une situation de fonctionnement à sec à l'intérieur de la pompe en raison de la formation excessive de vapeur. Les pompes s'appuient le plus souvent sur le fluide de pompage lui-même pour lubrifier les surfaces d'appui de l'élément de pompage. Si une pompe fonctionne sans ce fluide, la lubrification faible à inexistante au niveau de ces surfaces d'appui entraînera une génération de chaleur excessive, une usure accrue et potentiellement même une défaillance de la pompe si l'élément de pompage se grippe ou se casse. La durée de vie d'une pompe soumise à un fonctionnement à sec sera considérablement réduite ou, dans le pire des cas, arrêtée prématurément.

La cause la plus immédiate de fonctionnement à sec est généralement une erreur humaine. Les entreprises comptent sur les opérateurs pour surveiller les pompes, mais des problèmes surviennent dans les cas où les opérateurs laissent involontairement les pompes fonctionner pendant un certain temps après la fin de l'opération de pompage. Par exemple, une fois le déchargement terminé, un conducteur de camion de transfert peut laisser une pompe fonctionner sans surveillance, sans savoir que la pompe fonctionne toujours. Ce fonctionnement continu après que tout le fluide de pompage a été transféré créera une condition de fonctionnement à sec à l'intérieur de la pompe, entraînant des dommages dus à ce manque de lubrification. Une telle situation peut également se produire lors de l'amorçage de la pompe, lorsque le système de tuyauterie et le corps de pompe n'ont pas encore été remplis de fluide et que la pompe fonctionne à sec jusqu'à la fin de la période d'amorçage.

En réponse, de nombreuses entreprises ont installé des dispositifs de protection et de contrôle de différentes conceptions qui arrêtent la pompe immédiatement après la fin de l'opération de pompage, empêchant ainsi le fonctionnement à sec. Les ingénieurs consacrent également beaucoup de temps et d'efforts pour s'assurer que les pompes sont correctement configurées pour l'amorçage, ce qui augmente le coût et la complexité de la plomberie. Ce niveau de protection a un coût important. Malgré tous les efforts d'un opérateur, des événements nuisibles peuvent toujours se produire en raison de systèmes de surveillance défectueux, d'une mauvaise utilisation de l'équipement de contrôle ou d'événements imprévisibles. Les propriétaires de pompes souhaitent spécifiquement une technologie pour empêcher les résultats dommageables du fonctionnement à sec afin qu'ils ne dépendent pas des opérateurs comme seule ligne de défense. En plus de la protection contre le fonctionnement à sec, les ingénieurs chargés de la spécification des pompes et le personnel de maintenance sont toujours à la recherche d'une solution pour prévenir le problème omniprésent de la cavitation dans les applications de pompage les plus exigeantes, avec pour résultat prometteur des coûts de maintenance réduits et un débit accru.

La solution Les ingénieurs de Parker ont développé une technologie hybride à deux étages en incorporant une pompe centrifuge comme premier étage devant une pompe trilobe rotative volumétrique comme deuxième étage. Cette approche hybride à deux étages augmente le débit à travers la roue centrifuge, élevant la pression de la charge de fluide pour les rotors à trois lobes du deuxième étage. En effet, la roue centrifuge alimente l'étage à lobes rotatifs, éliminant pratiquement les problèmes de cavitation courants dans les pompes volumétriques ordinaires.

Les rotors à trois lobes et les joints d'essuie-glace en instance de brevet de la société sont la clé des capacités de fonctionnement à sec et de la capacité d'aspiration à sec de la pompe. Ils sont préchargés contre les parois internes du corps de pompe et produisent un vide jusqu'à 27 pouces de mercure. Cela permet à la pompe de s'auto-amorcer, évitant tout problème d'amorçage à sec ou de bouchon de vapeur courant dans les pompes centrifuges ordinaires.

Les opérateurs de l'industrie pétrolière et gazière ont fait entendre leur voix pour résoudre leurs principaux modes de défaillance : des délais de fonctionnement à sec extrêmement courts ou inexistants et des niveaux de cavitation inacceptables lors du pompage de liquides extrêmement légers avec des pressions de vapeur élevées. Les applications qui nécessitaient deux ou trois pompes différentes pour être entièrement traitées peuvent désormais être desservies par un seul produit.