Directives pratiques pour les pompes centrifuges dans les usines pétrolières, gazières, pétrolières et pétrochimiques

Jul 31, 2023

La sélection, la configuration, l'emballage, l'installation, la mise en service et le fonctionnement des pompes nécessitent beaucoup plus de soin que ce qui est habituellement exercé. Voici des directives pratiques et des recommandations utiles pour les pompes centrifuges dans différents services pétroliers, gaziers, pétroliers et pétrochimiques.

Le type de pompe le plus couramment utilisé dans les industries est la pompe centrifuge. Cela s'explique par leur flexibilité, leur fiabilité, leurs relations tête-débit privilégiées, leurs prix raisonnables et leurs technologies bien développées. Ils sont généralement entraînés par des moteurs électriques, bien que des pompes centrifuges à turbine à vapeur aient été utilisées dans certaines applications. Les pompes horizontales peuvent être considérées comme plus souhaitables, mais dans certaines applications, les conditions et les exigences spécifiques peuvent nécessiter la sélection de pompes verticales.

Dans de nombreuses installations, il y a eu une politique de "voyons comment ça se déroule" pour toutes les étapes des projets, de la conception, la sélection de la pompe, l'emplacement de la pompe, la tuyauterie de la pompe à l'exploitation et à la maintenance. Cette politique n'est ni adaptée ni productive. Une telle politique ne s'applique pas aux usines pétrolières, gazières, pétrolières et pétrochimiques. Toutes les étapes et étapes - dimensionnement de la pompe, sélection de la pompe, commande/achat de la pompe, inspection, installation, fonctionnement et maintenance - doivent être basées sur des évaluations techniques précises, des connaissances/expériences d'experts et des références de fonctionnement réussies récentes.

De nombreuses pompes dans les principaux services pétroliers et gaziers ont été installées dans une configuration 1+1 (une opération et une en veille), car l'arrêt d'une pompe ne devrait pas arrêter la production. L'arrêt de l'usine ou de l'installation en raison d'un déclenchement de la pompe n'est tout simplement pas une option en raison des dommages financiers et d'autres préoccupations. Cependant, il convient également d'accorder plus d'attention aux domaines clés liés à l'augmentation de la fiabilité et de la disponibilité. Les joints et les roulements sont un élément clé à cet égard.

La température de fonctionnement est un paramètre clé pour les pompes et leurs systèmes. Les pompes pour les services à haute ou basse température nécessitent une grande attention. À titre indicatif, pour des températures de fonctionnement inférieures à 5 F (-15 C) et supérieures à 266 F (130 C), des directives de conception et de fabrication robustes doivent être utilisées pour les pompes. Cela se traduit généralement par l'utilisation de pompes American Petroleum Institute (API) 610 ou équivalentes. Il existe différentes caractéristiques et dispositions pour les températures de fonctionnement élevées ou basses.

Par exemple, les corps de pompe doivent être soutenus par l'axe central pour réduire les effets des différences de température. Habituellement, des matériaux et des systèmes d'étanchéité spéciaux, compatibles avec les températures de fonctionnement, doivent être utilisés. La configuration de la pompe à évacuation par le haut et supportée par l'axe central offre une stabilité lorsqu'elle est soumise à des températures extrêmes et aux charges de tuyauterie associées (produites) sur les buses de la pompe.

La vitesse de la pompe doit généralement être choisie à un stade précoce du processus de dimensionnement/sélection. La sélection de la vitesse pratique la plus élevée est souvent souhaitable car elle donne la plus petite taille et, généralement, le coût le plus bas et le confinement le plus facile de la pression du système. L'efficacité est généralement améliorée avec une plus grande vitesse. Cependant, des vitesses plus élevées peuvent réduire la durée de vie des composants, tels que les joints ou les roulements, et la fiabilité globale. Par conséquent, une optimisation est nécessaire pour trouver la vitesse optimale pour chaque pompe. Les directives de code (telles que l'API 610) et les références précédemment réussies doivent également être vérifiées.

Aujourd'hui, les joints mécaniques sont spécifiés pour presque toutes les pompes. Bien sûr, il existe des pompes sans joint, telles que les pompes à entraînement magnétique, qui n'ont pas besoin de joints. Les garnitures mécaniques de type cartouche sont le plus souvent préférées. Presque tous les joints utilisent une petite quantité du liquide pompé ou un autre liquide pour rincer les faces du joint.

Les garnitures mécaniques nécessitent une attention particulière pour leur sélection, leur montage, leur installation et leur mise en service. Les joints doivent être vérifiés pour détecter les fuites, en particulier pendant les premières heures de fonctionnement. Une fuite mineure à travers le joint se réduit généralement à négligeable après un court laps de temps, mais si elle continue, il pourrait y avoir un problème. S'il y a quelque chose qui ne va pas avec l'installation du joint, le joint peut tomber en panne dans les premières heures (ou le premier jour) de fonctionnement. Sinon, on pourrait conclure que l'installation du joint a été effectuée correctement.

Le joint mécanique a été responsable de nombreux arrêts imprévus des pompes de traitement/principales. Le coût global du remplacement et de la maintenance des joints tout au long du cycle de vie d'une pompe est l'un des coûts les plus élevés associés au fonctionnement et à la maintenance de la pompe. À titre d'estimation approximative, environ 3 000 $ à 20 000 $ (en moyenne) peuvent être dépensés pour le remplacement du joint mécanique de la pompe. Certaines pompes peuvent nécessiter le remplacement du joint mécanique de la pompe tous les un à trois ans. Bien qu'en cas d'erreur dans la sélection du joint ou de problèmes opérationnels persistants, une défaillance du joint puisse survenir tous les quelques mois. Ce n'est ni acceptable, ni rentable, et la cause profonde du problème doit être trouvée et éliminée.

Un test de performance en atelier est un test important pour presque toutes les pompes. Les courbes de pompe pour la tête par rapport au débit, la tête d'aspiration positive nette (NPSH), l'efficacité, la puissance, etc. étaient des prédictions théoriques ou étaient basées sur les données de pompes similaires. Ces courbes doivent de préférence être vérifiées pour chaque pompe dans l'atelier du fabricant avant que la pompe ne soit livrée sur le chantier. Idéalement, un fabricant de pompes devrait faire fonctionner chaque pompe dans l'atelier pendant une période suffisante et mesurer tous les paramètres requis à différents points de fonctionnement pour vérifier les performances et le fonctionnement sans problème.

Il existe de nombreuses procédures pour les tests de performance des pompes. Le nombre de points et les définitions sont généralement sujets à négociation entre les différentes parties, mais ce qui suit sont des lignes directrices approximatives. Idéalement, plus de huit points de fonctionnement doivent être pris en compte et les données de test complètes, y compris la hauteur, la capacité, l'efficacité et la puissance, pour ces points doivent être mesurées et enregistrées. Ces points sont généralement :

Ce dernier point près de la fin de la courbe pourrait être à 125 % ou 130 % du débit nominal ou même plus si la courbe théorique s'étend au-delà.

L'établissement du NPSH requis (NPSHr) présente généralement beaucoup plus de difficultés pour un fabricant de pompes que d'autres paramètres de performance. Par conséquent, il convient d'être plus prudent lorsque le NPSH disponible (NPSHa) est trop proche du NPSHr (faible marge de NPSH).

Pour les pompes critiques, les faibles marges NPSH et autres, un test NPSHr doit être spécifié. Comme autre indication approximative, une marge NPSH inférieure à 1,5 mètre (ou parfois 2 mètres) peut conduire à un test NPSHr.

Amin Almasi est un consultant principal en machines/mécanique en Australie. Il est ingénieur professionnel agréé par Engineers Australia (MIEAust CPEng–Mechanical) et IMechE (CEng MIMechE). Il est titulaire d'un baccalauréat ès sciences et d'une maîtrise ès sciences en génie mécanique et est un RPEQ (Registered Professional Engineer in Queensland). Il est l'auteur de plus de 200 documents et articles traitant des pompes, des équipements rotatifs, des équipements mécaniques, de la surveillance de l'état et de la fiabilité.