Les défis auxquels sont confrontées les industries de transformation ont évolué, même si le pompage de fluides, parfois dangereux ou toxiques, demeure essentiel. La sécurité et la fiabilité restent primordiales. Cependant, les opérateurs augmentent les vitesses, les pressions, les débits et même les caractéristiques des fluides (température, concentration, viscosité, etc.) lors des opérations par lots. Pour les exploitants de raffineries de pétrole, d'installations de traitement de gaz et d'usines pétrochimiques et chimiques, la sécurité implique la maîtrise et la prévention des pertes de fluides pompés et de toute exposition à ces derniers. La fiabilité, quant à elle, se traduit par des pompes fonctionnant efficacement et économiquement, nécessitant un entretien réduit.
Une garniture mécanique correctement conçue garantit à l'opérateur de pompe un fonctionnement durable, sûr et fiable grâce à une technologie éprouvée. Parmi les nombreux équipements rotatifs et composants présents sur le marché, les garnitures mécaniques ont démontré leur fiabilité dans la plupart des conditions d'exploitation.
POMPES ET JOINTS — UN CHOIX ADAPTÉ
Il est difficile de croire que près de 30 ans se sont écoulés depuis la promotion massive des pompes sans garniture mécanique dans l'industrie des procédés. Cette nouvelle technologie était présentée comme la solution à tous les problèmes et limitations perçues des garnitures mécaniques. Certains suggéraient même que cette alternative permettrait d'éliminer complètement leur utilisation.
Toutefois, peu après cette promotion, les utilisateurs finaux ont constaté que les garnitures mécaniques pouvaient satisfaire, voire dépasser, les exigences réglementaires en matière d'étanchéité et de confinement. De plus, les fabricants de pompes ont soutenu cette technologie en proposant des chambres d'étanchéité modernisées pour remplacer les anciens presse-étoupes à compression.
Les chambres d'étanchéité actuelles sont conçues spécifiquement pour les joints mécaniques, permettant une technologie plus robuste dans une plateforme à cartouche, facilitant l'installation et créant un environnement qui permet aux joints de fonctionner à leur plein potentiel.
AVANCÉES EN MATIÈRE DE CONCEPTION
Au milieu des années 1980, de nouvelles réglementations environnementales ont contraint l'industrie à prendre en compte non seulement le confinement et les émissions, mais aussi la fiabilité des équipements. Le temps moyen entre les réparations (MTBR) des garnitures mécaniques dans une usine chimique était alors d'environ 12 mois. Aujourd'hui, ce MTBR moyen est de 30 mois. L'industrie pétrolière, soumise à des normes d'émissions parmi les plus strictes, affiche actuellement un MTBR moyen supérieur à 60 mois.
Les garnitures mécaniques ont conservé leur réputation en démontrant leur capacité à satisfaire, voire à surpasser, les exigences des meilleures technologies de contrôle disponibles (MTD). De plus, elles ont atteint cet objectif tout en restant une technologie économique et écoénergétique, conforme aux réglementations environnementales et d'émissions.
Les logiciels informatiques permettent de modéliser et de prototyper les joints d'étanchéité avant leur fabrication, afin de vérifier leur comportement dans des conditions de fonctionnement spécifiques avant leur installation sur site. Les capacités de conception et les technologies des matériaux de surface des joints ont progressé au point de permettre leur développement sur mesure pour une application donnée.
Les logiciels et technologies de modélisation informatique actuels permettent l'utilisation de programmes de revue de conception 3D, d'analyse par éléments finis (FEA), de dynamique des fluides numérique (CFD), d'analyse de corps rigides et de diagnostic par imagerie thermique, qui étaient auparavant difficilement accessibles ou trop coûteux pour une utilisation fréquente avec les anciens logiciels de dessin 2D. Ces progrès en matière de techniques de modélisation ont contribué à améliorer la fiabilité de la conception des garnitures mécaniques.
Ces programmes et technologies ont ouvert la voie à la conception de joints de cartouche standard dotés de composants beaucoup plus robustes. L'élimination des ressorts et des joints toriques dynamiques du fluide de process a notamment permis de privilégier la technologie des stators flexibles.
CAPACITÉ DE TESTS DE CONCEPTION PERSONNALISÉE
L'introduction de cartouches d'étanchéité standardisées a considérablement contribué à améliorer la fiabilité des systèmes d'étanchéité grâce à leur robustesse et leur facilité d'installation. Cette robustesse permet une utilisation dans un plus large éventail de conditions d'application, tout en garantissant des performances fiables.
De plus, la conception et la fabrication plus rapides de systèmes d'étanchéité sur mesure permettent un réglage précis en fonction des exigences de fonctionnement des pompes. La personnalisation peut être apportée soit par des modifications du joint lui-même, soit, plus facilement, par des composants auxiliaires tels qu'un plan de tuyauterie. La capacité à contrôler l'environnement du joint dans différentes conditions de fonctionnement, grâce à un système de support ou à des plans de tuyauterie adaptés, est essentielle à la performance et à la fiabilité du joint.
Une évolution naturelle s'est également produite, avec le développement de pompes conçues sur mesure et de garnitures mécaniques adaptées. Aujourd'hui, une garniture mécanique peut être rapidement conçue et testée pour tout type de conditions de process ou de caractéristiques de pompe. Les faces d'étanchéité, les dimensions de la chambre d'étanchéité et l'ajustement de la garniture dans cette chambre peuvent être conçus et fabriqués sur mesure pour une large gamme d'applications. La mise à jour de normes telles que la norme API 682 a également contribué à une plus grande fiabilité des garnitures grâce à des exigences validant leur conception, leurs matériaux et leur fonctionnement.
UNE ADAPTATION SUR MESURE
L'industrie des joints d'étanchéité est confrontée quotidiennement à la banalisation de cette technologie. Trop d'acheteurs pensent qu'un joint est un joint, point final. Les pompes standard peuvent souvent utiliser le même joint de base. Cependant, lors de leur installation et de leur utilisation dans des conditions de process spécifiques, une personnalisation du système d'étanchéité est souvent nécessaire pour obtenir la fiabilité requise dans ces conditions de fonctionnement et pour ce procédé chimique particulier.
Même avec une conception de cartouche standard identique, de nombreuses possibilités de personnalisation existent, du choix des matériaux à la configuration de la tuyauterie. Les conseils du fabricant de joints concernant le choix des composants du système d'étanchéité sont essentiels pour atteindre le niveau de performance et de fiabilité requis. Ce type de personnalisation permet aux joints mécaniques d'atteindre une durée de vie moyenne avant réparation (MTBR) de 30 à 60 mois, au lieu de 24 mois.
Grâce à cette approche, les utilisateurs finaux ont l'assurance de recevoir un système d'étanchéité conçu spécifiquement pour leur application, sa forme et sa fonction. Cette solution leur permet d'acquérir les connaissances nécessaires sur le fonctionnement de la pompe avant même son installation. Ils n'ont plus besoin de deviner comment la pompe fonctionne ni si elle est adaptée à l'application.
CONCEPTION FIABLE
Bien que la plupart des opérateurs de procédés effectuent les mêmes tâches, les applications diffèrent. Les procédés fonctionnent à des vitesses, des températures et des viscosités différentes, avec des procédures opérationnelles et des configurations de pompes différentes.
Au fil des ans, l'industrie des garnitures mécaniques a introduit des innovations majeures qui ont permis de réduire la sensibilité des garnitures aux variations des conditions de fonctionnement et d'accroître leur fiabilité. Ainsi, même en l'absence d'instruments de surveillance pour détecter les vibrations, les variations de température, l'usure des roulements et les charges du moteur, les garnitures actuelles continueront, dans la plupart des cas, à remplir leurs fonctions principales.
CONCLUSION
Grâce à l'ingénierie de la fiabilité, aux améliorations des matériaux, à la conception assistée par ordinateur et aux techniques de fabrication avancées, les garnitures mécaniques continuent de démontrer leur valeur et leur fiabilité. Malgré l'évolution des normes de contrôle des émissions et de confinement, ainsi que des limites de sécurité et d'exposition, les garnitures mécaniques ont su s'adapter aux exigences les plus strictes. C'est pourquoi elles restent la solution privilégiée dans les industries de transformation.
Date de publication : 30 juin 2022