Maintenir la vanne de sortie fermée pendantPompes centrifugesCette opération comporte de multiples risques techniques.
Conversion d'énergie incontrôlée et déséquilibre thermodynamique
- 1.1 En circuit fermé, lors de la forte augmentation de la température du fluide, la quasi-totalité de l'énergie fournie est convertie en chaleur. Le fluide ne pouvant évacuer cette chaleur, la température dans la chambre de la pompe augmente brusquement. Un fonctionnement continu induit la vaporisation du fluide, accélérant la carbonisation du matériau d'étanchéité.
1.2 Défaillance du système d'étanchéité Dans un environnement de température élevée et de vaporisation du fluide, le joint mécanique qui dépend de la lubrification et du refroidissement du fluide entraînera une défaillance par surchauffe – le joint mécanique subira un frottement sec et la face du joint sera brûlée.
Contraintes mécaniques anormales
- 2.1 Dépassement de la force axiale La force axiale de fermeture de la vanne est généralement de 1,5 à 5 fois supérieure à celle en conditions normales de fonctionnement. La charge sur le palier de butée peut alors atteindre, voire dépasser, sa limite de charge, entraînant la fragmentation ou la déformation de la cage du palier.
2.2 Dommages dus aux vibrations et à la fatigue La différence de dilatation thermique causée par une température élevée entraîne une déformation thermique ou une contrainte thermique, un jeu anormal entre la roue et le corps de pompe, et l'influence d'une charge hydraulique déséquilibrée, ce qui provoque une altération de l'équilibre dynamique du rotor, une augmentation des vibrations et des dommages dus à la fatigue des pièces.
Cavitation et dommages matériels
3.1 Tolérance NPSH pour la vaporisation du fluide inversé [la tolérance de cavitation (NPSHa) du dispositif doit être inférieure au NPSHr nécessaire de la pompe], entraînant la formation de bulles. L'onde de choc générée par l'implosion de ces bulles peut atteindre 690 MPa, provoquant des piqûres et un écaillage en nid d'abeille de la roue dentée.
3.2 Détérioration de la structure métallographique : Pour les roues en acier inoxydable austénitique, une sensibilisation peut se produire à des températures localement élevées, entraînant une augmentation du taux de corrosion intergranulaire et une diminution de la résistance à la traction. Pour les roues en acier au carbone, les problèmes à haute température sont plus importants : oxydation et décarburation à haute température, par exemple, provoquent une diminution de la résistance superficielle et une dégradation générale. La présence d’impuretés telles que le soufre et le phosphore favorise leur ségrégation aux joints de grains à haute température, ce qui engendre une fragilité thermique et un risque de fissuration en cours de fonctionnement. Sous l’effet prolongé d’une température élevée, l’acier au carbone présente une faible résistance au fluage, et une température localement élevée peut accélérer la déformation par fluage, pouvant mener à la rupture de la roue ou à une défaillance par fatigue.
Risques liés à la sécurité du système et aux risques économiques
4.1 La pression de la coquille du palier sous pression dépasse la limite et le fonctionnement de la vanne de fermeture entraîne une pression de sortie de la pompe de 120 à 150 % de la valeur nominale, ce qui présente un risque de rupture du seuil de pression de la soupape de sécurité et peut provoquer une décharge de surpression ou une fissuration de la soudure de la canalisation.
4.2 Augmentation de la consommation d'énergie et des coûts de maintenance L'arrêt de la vanne est la « condition fatale » des pompes centrifuges, ce qui augmente considérablement la consommation d'énergie à court terme, et un fonctionnement à long terme entraînera des dommages importants à l'équipement, et le coût total de maintenance peut augmenter de 3 à 10 fois.
Détérioration des conditions de travail des médias spéciaux
Pour les fluides volatils (par exemple, le GPL), le fonctionnement de la vanne fermée accélérera la vaporisation de la phase liquide, et l'écoulement diphasique gaz-liquide dans la chambre de la pompe provoquera des changements d'écoulement soudains, entraînant des oscillations périodiques des forces axiales et accélérant l'usure des composants.
Expérience du secteur et exigences standard
6.1 Expérience industrielle : D’après l’expérience pratique, la durée de fonctionnement de la vanne de la pompe centrifuge ne doit pas excéder 2 minutes, et est généralement limitée à 1 minute. Il est recommandé de mettre en place un système de verrouillage pour déclencher automatiquement la protection contre l’arrêt en cas de fermeture de la vanne de sortie ou de dépassement de la durée de fonctionnement.
6.2 La norme API 610, 12e édition, précise que certaines pompes à haute énergie, à engrenages intégrés ou multicellulaires, subissent une élévation de température rapide lorsque la vanne de refoulement est fermée, ce qui rend les essais impossibles et/ou dangereux dans cette configuration. Cette élévation de température est étroitement liée à la densité de puissance. La densité de puissance PD peut être approximée par :
Puissance nominale P : Puissance par étage lorsque l’eau est exprimée en hp (ou MW)
D imp : Diamètre nominal de la roue en pouces (ou en mètres)
Buse D : diamètre nominal de la bride de sortie en pouces (ou en mètres). Pour les pompes monoblocs à double aspiration, la buse D correspond au diamètre de la bride d’entrée.
La valeur critique typique pour PD est de 0,286 hp/in.3 (13 MW/m3), au-delà de laquelle il est recommandé de ne pas faire fonctionner la pompe avec la vanne de sortie fermée pendant les tests de performance.
Date de publication : 4 juin 2025