Dans les industries de transformation chimique, pétrochimique, pharmaceutique, de fabrication de batteries et autres industries exigeantes, les garnitures mécaniques doubles sont largement utilisées pour contenir des fluides de traitement dangereux, toxiques, volatils, abrasifs ou autrement difficiles.

Une garniture mécanique double repose sur un système de fluide tampon ou de barrière pour assurer le refroidissement, la lubrification, le contrôle de la pression et le confinement autour des faces du joint. Le système de circulation joue donc un rôle important dans le maintien d’un environnement d’étanchéité stable.

Pour les applications utilisant API 682 Plan 53C ou Plan 54 , la sélection du bon équipement de circulation et de pressurisation nécessite plus que la simple adaptation d'une pompe au débit requis. Les ingénieurs doivent prendre en compte la pression du fluide de barrière, la pression différentielle, la viscosité, la température, la compatibilité des matériaux, le risque de fuite, l'entraînement d'air, la durée de fonctionnement continu et l'architecture spécifique du plan de tuyauterie API.

UN Une micro-pompe à engrenages magnétique peut être envisagée pour certaines applications de circulation de fluide de barrière où une taille compacte, un débit volumétrique fluide, un confinement de fluide et un contrôle flexible du moteur sont requis.

Ce guide explique les principaux critères de sélection et montre où les micropompes à engrenages magnétiques Suofu peuvent s'intégrer dans les systèmes de support de garniture mécanique.

Réponse rapide : quelle pompe est adaptée à la circulation du fluide de barrière de garniture mécanique ?

Pour un système à garniture mécanique double, la pompe de circulation du fluide de barrière appropriée doit fournir :

• Flux stable et prévisible

• Pression différentielle suffisante

• Compatibilité avec le fluide barrière

• Capacité de température et de viscosité appropriée

• Faible risque de fuite

• Fonctionnement continu fiable

• Contrôle approprié du moteur et de la vitesse

• Compatibilité avec le système de support de joint sélectionné

Pour le plan API 54 , lorsqu'un système de fluide de barrière sous pression externe est utilisé, une pompe volumétrique telle qu'une pompe à engrenages à entraînement magnétique peut être envisagée lorsque le débit et la pression requis se situent dans son enveloppe de fonctionnement.

Pour API Plan 53C , l'accumulateur à piston maintient la pression du fluide de barrière et le mécanisme de circulation est généralement intégré au système d'étanchéité. Une pompe de circulation externe ne devrait donc pas être traitée comme une exigence inhérente au Plan 53C. La conception finale doit suivre la disposition du plan de tuyauterie spécifique du fabricant du joint.

1. Qu’est-ce qu’un système de circulation de fluide barrière ?

Dans une garniture mécanique à double pression, l'espace entre les faces du joint intérieur et extérieur est rempli d'un fluide barrière propre..

Le fluide de barrière est maintenu à une pression supérieure à la pression côté procédé de sorte que le gradient de pression aide à empêcher le fluide de procédé de pénétrer dans la chambre de fluide de barrière.

Un système complet de fluide barrière peut comprendre :

• Réservoir de liquide barrière

• Source de pression ou accumulateur

• Pompe de circulation

• Échangeur de chaleur

• Transmetteur de pression

• Surveillance de la température

• Surveillance du débit

• Filtres

• Vannes

• Tuyauterie et raccords

La configuration exacte dépend de la disposition de la garniture mécanique et du plan de tuyauterie API.

L'API 682 identifie le Plan 53C comme un système à piston-accumulateur pour les joints doubles sous pression, tandis que le Plan 54 utilise un système de fluide barrière sous pression alimenté en externe. Le plan 54 peut aller d'un agencement de circulation externe relativement simple à un système de support de joint technique plus grand.

2. Plan 53C vs Plan 54 : quelle est la différence ?

Comprendre la différence est important avant de sélectionner la pompe de circulation.

Plan API 53C

Le Plan 53C utilise un accumulateur à piston pour maintenir la pression dans le système de fluide barrière.

Une connexion de référence depuis la chambre d'étanchéité permet au système de suivre les changements de pression de processus. Le piston sépare le fluide sous pression du fluide de barrage.

Dans les configurations typiques du Plan 53C, la circulation du fluide barrière est induite par un anneau de pompage intégré à l'ensemble de garniture mécanique.

Le Plan 53C peut être utile lorsque :

• La pression de la chambre d'étanchéité varie pendant le fonctionnement

• Un double joint sous pression est requis

• La pression du fluide barrière doit suivre la pression du procédé

• L’entraînement des gaz dans le fluide barrière doit être contrôlé

• Un système de circulation continue externe n’est pas l’architecture préférée

John Crane identifie le Plan 53C comme un agencement piston-accumulateur dans lequel une ligne de référence suit la pression dans la chambre d'étanchéité et un anneau de pompage induit la circulation du fluide barrière.

Le Plan 53C nécessite-t-il toujours une pompe de circulation externe ?

Non.

Il s’agit d’une distinction importante.

Une pompe externe peut être utilisée dans un système technique particulier, mais ce n'est pas ce qui définit fondamentalement le Plan 53C. L’accumulateur à piston et le système de suivi de pression sont les caractéristiques déterminantes.

Plan API 54

Plan 54 utilise un système de fluide de barrière sous pression externe pour fournir du fluide de barrière propre à une garniture mécanique double.

Contrairement au Plan 53C, la circulation est assurée par un système extérieur.

Selon l'application, le système Plan 54 peut comprendre :

• Pompe de circulation externe

• Réservoir

• Échangeur de chaleur

• Équipement de contrôle de pression

• Contrôle de flux

• Instrumentation

Le plan 54 est généralement envisagé pour les applications exigeantes où une circulation contrôlée du fluide de barrière, une évacuation de la chaleur ou plusieurs joints partageant un système de support sont requis. Il est également utilisé pour les applications impliquant des fluides dangereux, des charges thermiques élevées et d'autres conditions d'étanchéité exigeantes.

Cela fait de la pompe de circulation un élément important de nombreux systèmes Plan 54..

3. Quels défis la pompe de circulation doit-elle relever ?

La pompe d’un système de fluide de barrière à garniture mécanique peut fonctionner dans des conditions très différentes de la circulation d’eau ordinaire.

3.1 Les fuites doivent être minimisées

Les fluides de barrière peuvent inclure :

• Lubrifiants synthétiques

• Huiles minérales ou blanches

• Huiles compatibles avec les procédés

• NMP et autres liquides spécifiques à l'application

• Autres fluides barrières spécialement formulés

Un joint d'arbre dynamique conventionnel introduit un chemin de fuite potentiel.

Une pompe à entraînement magnétique transfère le couple via un accouplement magnétique, permettant de séparer la chambre de pompage du moteur sans joint d'arbre rotatif classique.

Cela peut réduire considérablement le risque de fuite associé à une garniture mécanique dynamique conventionnelle.

Cependant, l'entraînement magnétique ne signifie pas que l'ensemble du système est automatiquement étanche . Les joints toriques, les connexions statiques, les raccords, les joints corps de pompe et les conditions de fonctionnement doivent encore être correctement conçus.

3.2 Les fluides barrières peuvent avoir une large plage de viscosité

Les fluides de barrière ne se limitent pas aux liquides aqueux à faible viscosité.

Selon l'application, les ingénieurs peuvent rencontrer des fluides à viscosité relativement faible ainsi que des huiles lubrifiantes et d'autres liquides à viscosité plus élevée.

La viscosité affecte :

• Efficacité de la pompe

• Slip interne

• Couple moteur

• Performances de démarrage

• Génération de chaleur

• Vitesse requise

Une pompe volumétrique à engrenages peut être avantageuse lorsqu'un débit stable est requis sur une plage de viscosité relativement large.

Cependant, la viscosité de fonctionnement réelle aux températures les plus basses et les plus élevées doit être fournie lors de la sélection de la pompe.

3.3 Un fonctionnement continu nécessite une stabilité à long terme

Les systèmes de support de garniture mécanique peuvent fonctionner en continu pendant des périodes prolongées.

La pompe de circulation doit donc être évaluée pour :

• Vitesse de fonctionnement continue

• Température du moteur

• Usure des roulements et des engrenages

• Propreté des fluides

• Conditions de lubrification

• Fréquence de démarrage et d'arrêt

• Pression de service réelle

• Durée de vie prévue

Au lieu de comparer les pompes uniquement en fonction du prix d'achat, les ingénieurs devraient évaluer le coût du cycle de vie , y compris la maintenance, les temps d'arrêt, la consommation d'énergie, la fréquence de remplacement et les conséquences d'une défaillance du système de support d'étanchéité.

3.4 La stabilité de la pression est importante

Le but d’un système de barrière-fluide n’est pas simplement de faire circuler du liquide.

Il doit maintenir la relation de pression requise autour de la garniture mécanique double.

Des fluctuations de débit excessives ou une pression instable peuvent affecter les conditions thermiques et de lubrification autour des faces du joint.

Pour cette raison, la pompe de circulation doit être sélectionnée en fonction du point de fonctionnement réel , notamment :

Débit requis + pression différentielle + résistance du système

Une pompe qui fournit un débit nominal élevé mais ne peut pas maintenir la pression requise n'est pas nécessairement une pompe adaptée.

3.5 Les conditions de piégeage d'air et de fonctionnement à sec nécessitent une attention particulière

Le démarrage, les changements de niveau du réservoir, la maintenance, une ventilation inappropriée ou l'entraînement de gaz peuvent introduire de l'air dans une boucle de circulation.

Une pompe peut donc rencontrer des conditions différentes du fonctionnement normal rempli de liquide.

Cela ne signifie pas que chaque application nécessite une pompe annoncée comme étant « capable de fonctionner à sec ».

Au lieu de cela, les ingénieurs doivent déterminer :

• L’air peut-il pénétrer dans l’entrée de la pompe ?

• La pompe est-elle toujours inondée ?

• Que se passe-t-il au démarrage ?

• Le réservoir contient-il du gaz entraîné ?

• Pendant combien de temps la pompe peut-elle fonctionner avec une quantité insuffisante de liquide ?

• L'auto-amorçage est-il nécessaire ?

• Quelle capacité de marche à sec a été validée pour le modèle sélectionné ?

La capacité de marche à sec dépend du modèle et de la configuration et ne doit jamais être généralisée à une série entière de pompes.

4. Comparaison des types de pompes pour la circulation des fluides de barrière

Différentes technologies de pompes ont des caractéristiques différentes.

Pour la circulation de fluide de barrière à débit faible à moyen , une pompe à engrenages magnétiques peut être une option intéressante lorsque le système donne la priorité à la compacité, au débit volumétrique contrôlé et à la réduction du risque de fuite du joint d'arbre dynamique.

Elle doit néanmoins être évaluée par rapport aux exigences complètes du système plutôt que sélectionnée simplement parce qu'il s'agit d'une pompe à engrenages.

5. Pourquoi envisager une micropompe à engrenages magnétiques ?

La série NP de Suofu combine le pompage à engrenages volumétriques avec un entraînement magnétique.

Les principales caractéristiques pertinentes pour la circulation des fluides barrières sont les suivantes :

Entraînement magnétique

L'accouplement magnétique transfère le couple du moteur au mécanisme de pompage sans joint d'arbre dynamique classique.

Cela peut aider à réduire un chemin de fuite courant et à isoler le moteur du fluide pompé.

Flux à déplacement positif

Le mécanisme d'engrenage fournit un déplacement défini par tour.

Cela permet d'ajuster le débit en fonction de la vitesse de la pompe et rend la pompe adaptée aux applications nécessitant une circulation contrôlée à faible et moyen débit.

Construction compacte

Le format micro-pompe peut simplifier l'intégration dans :

• Patins de support de garniture mécanique

• Plan Compact 54 unités

• Systèmes de lubrification

• Équipement de traitement

• Systèmes de support pour mélangeurs et agitateurs

• Modules de fluides barrières personnalisés

Options flexibles de moteur et de contrôle

En fonction de la configuration de la pompe, les pompes de la série Suofu NP peuvent être associées à différentes technologies de moteur, notamment :

• Moteurs CC sans balais

• Moteurs blindés

• Moteurs à courant alternatif

• Entraînements à fréquence variable

• Servomoteurs

• Configurations de moteur antidéflagrantes, le cas échéant

Le moteur doit être sélectionné en fonction des exigences requises en matière de débit, de pression, de plage de vitesse et de zone dangereuse.

6. Série Suofu NP pour la circulation des fluides barrières

La série NP de Suofu couvre une large plage de débits, permettant aux ingénieurs de sélectionner différentes tailles de pompe en fonction du débit de circulation requis.

Il s’agit de plages de débit par famille de produits plutôt que de points de fonctionnement garantis. Le débit réel dépend de la vitesse, de la pression différentielle, de la viscosité, de la température, de la configuration du moteur et d'autres conditions d'application. Les informations actuelles sur les produits de Suofu répertorient le NP51 jusqu'à 6 L/min, le NP60 jusqu'à 10,5 L/min, le NP98 jusqu'à 55 L/min et le NP106 jusqu'à 65 L/min.

7. Comment sélectionner une pompe à fluide à barrière de garniture mécanique

Un processus de sélection pratique peut être réduit à sept contrôles clés.

Contrôle 1 : Déterminer le débit requis

Déterminez d’abord :

• Débit minimum

• Débit normal

• Débit maximal

• Taux de circulation requis

• Fonctionnement continu ou intermittent

Ne sélectionnez pas la pompe uniquement en fonction du volume du réservoir.

Le débit de circulation requis doit être déterminé à partir des exigences du fabricant du joint, de la charge thermique, des exigences de contrôle de la température et de la conception du système.

Contrôle 2 : Déterminer la pression différentielle

Calculez la pression que la pompe doit surmonter.

Considérer:

• Pression du système de support du joint

• Résistance de la tuyauterie

• Chute de pression de l'échangeur de chaleur

• Chute de pression du filtre

• Vannes

• Raccords

• Élévation

• Marge de pression requise

La pompe sélectionnée doit fonctionner simultanément au débit et à la pression différentielle requis..

Contrôle 3 : Confirmer la compatibilité des fluides barrières

Fournissez le nom et la composition exacts du fluide lorsque cela est possible.

Vérifier:

• Compatibilité chimique

• Viscosité

• Densité

• Lubricité

• Température

• Compatibilité des joints

• Compatibilité des joints toriques

• Compatibilité avec les matériaux en contact

Les joints statiques tels que les joints toriques peuvent nécessiter différents élastomères en fonction du fluide et de la température.

Contrôle 4 : évaluer la température

Spécifier:

• Température minimale du fluide

• Température normale du fluide

• Température maximale du fluide

• Température ambiante

Les changements de température peuvent affecter la viscosité, les matériaux des joints, les jeux de la pompe, la charge du moteur et la pression du fluide de barrière.

Contrôle 5 : Évaluer les risques liés à l'air et à la marche à sec

Demander:

Que se passe-t-il si l'entrée de la pompe contient temporairement de l'air ?

Si la réponse est « la pompe doit continuer à fonctionner », alors la marche à sec et la capacité d’auto-amorçage deviennent des paramètres de sélection importants.

Cependant, ces capacités doivent être vérifiées pour la configuration exacte de la pompe , et non pour la famille de pompes générale.

Contrôle 6 : Sélectionnez le moteur et la méthode de contrôle

Pour une application à débit fixe, un moteur à vitesse fixe peut suffire.

Pour des conditions de fonctionnement variables, considérez :

• Contrôle de vitesse BLDC

• Commande analogique 0–5 V

• MLI

• Moteur à courant alternatif

• VFD

• Asservissement

Si l'équipement est installé dans une zone dangereuse, la certification antidéflagrante du moteur et les exigences en matière de zone dangereuse du système complet doivent être vérifiées séparément.

Contrôle 7 : vérifier le système complet

Avant de finaliser la pompe, vérifier :

Pompe → Tuyauterie → Réservoir → Échangeur de chaleur → Garniture mécanique → Instrumentation

La pompe de circulation ne doit pas être évaluée comme un composant isolé.

L’ensemble du circuit de fluide de barrière doit répondre aux exigences requises en matière de pression, de température, de débit, de sécurité et de surveillance.

8. Applications typiques

Réacteurs chimiques et agitateurs

Pour les réacteurs et agitateurs manipulant des fluides dangereux ou toxiques, une double garniture mécanique peut être utilisée pour améliorer le confinement.

Un système Plan 54 peut utiliser une pompe de circulation externe pour fournir un fluide de barrière propre et sous pression au joint.

Pour les agitateurs à basse vitesse, où la circulation intégrée au joint peut être limitée, un système de circulation conçu en externe peut être particulièrement pertinent.

API 682 Plan 54 est spécifiquement utilisé avec un fluide de barrière sous pression fourni en externe et s'applique aux équipements exigeants, notamment les mélangeurs et les agitateurs.

Équipement de meulage et de fraisage

Les équipements de broyage et de broyage peuvent impliquer :

• Matériaux de traitement abrasifs

• Vitesses de rotation élevées

• Génération de chaleur

• Fluides de procédé contaminés

Un système de fluide barrière correctement conçu peut aider à maintenir l’environnement de la garniture mécanique.

La pompe de circulation doit être sélectionnée en fonction des propriétés réelles du fluide de barrière et des exigences d'évacuation de la chaleur.

Pompes pour procédés chimiques

Les pompes de procédés chimiques peuvent manipuler des fluides dangereux, corrosifs, volatils ou toxiques.

Une double garniture mécanique combinée à un système de support de fluide barrière approprié peut fournir une couche de confinement supplémentaire.

Une pompe à engrenages magnétiques compacte peut être envisagée lorsque le débit et la pression du fluide de barrière requis se situent dans la plage de performances de la pompe.

Modernisation de l'équipement existant

Une pompe de circulation de fluide de barrière peut également être sélectionnée lors de la mise à niveau d'un système de support d'étanchéité existant.

Les objectifs typiques de rénovation comprennent :

• Remplacement d'une pompe nécessitant beaucoup d'entretien

• Réduire le risque de fuite des joints d'arbre dynamiques

• Améliorer la stabilité du flux

• Réduire l'empreinte de l'équipement

• Prise en charge du débit variable

• Améliorer l'intégration avec les systèmes de surveillance et de contrôle

Avant de remplacer la pompe d'origine, les ingénieurs doivent comparer le point de fonctionnement réel plutôt que de sélectionner une pompe de remplacement uniquement en fonction du débit nominal.

9. Quelles informations devez-vous fournir au fabricant de la pompe ?

Lorsque vous demandez une recommandation de pompe, la fourniture de données de fonctionnement complètes peut accélérer considérablement la sélection technique.

Plus les données de fonctionnement sont complètes, plus la pompe peut être adaptée avec précision au système de support de la garniture mécanique.

10. Pourquoi Suofu pour des solutions personnalisées de pompes à fluide de barrière ?

Une pompe de circulation de fluide de barrière est souvent intégrée dans un ensemble d'équipements plus grand plutôt que utilisée comme produit autonome.

Suofu peut personnaliser les configurations de pompes en fonction des exigences de l'application telles que :

• Débit

• Pression différentielle

• Puissance du moteur

• Tension

• Vitesse

• Méthode de contrôle de vitesse

• Configuration des ports

• Matériaux de pompe

• Exigences d'installation

La série NP couvre également une large gamme de capacités de débit, depuis la circulation de précision à faible débit jusqu'à la manipulation de fluides industriels à débit plus élevé.

Pour les OEM et les intégrateurs de systèmes d’étanchéité, le processus de sélection peut suivre :

Analyse d'application → Sélection de pompe → Test d'échantillons → Validation du système → Production de masse

Cette approche permet de garantir que la pompe est sélectionnée en fonction du point de fonctionnement réel plutôt que sur la base uniquement des spécifications nominales.

Foire aux questions

Qu'est-ce qu'une pompe de circulation de liquide barrière ?

Une pompe de circulation de fluide de barrière fait circuler un fluide de barrière propre à travers l'espace entre les joints dans un système de garniture mécanique à double pression. Il peut faire partie d'un système de support de joint externe tel que API Plan 54.

Quelle est la différence entre le Plan 53C et le Plan 54 ?

Le Plan 53C utilise un accumulateur à piston pour pressuriser le fluide de barrière et suivre les changements de pression dans la chambre d'étanchéité, la circulation étant généralement induite par un anneau de pompage. Le Plan 54 utilise un système de fluide de barrière sous pression externe, qui peut inclure une pompe de circulation externe.

Le Plan 53C nécessite-t-il une pompe de circulation externe ?

Pas nécessairement. Le plan 53C est fondamentalement un agencement de support de pression piston-accumulateur, et la circulation est généralement induite par l'anneau de pompage de la garniture mécanique. Une pompe externe peut être incluse dans un système technique particulier, mais elle n'est pas inhérente à la définition du Plan 53C.

Une pompe à engrenages magnétiques est-elle adaptée au Plan 54 ?

Il peut convenir à certains systèmes Plan 54 lorsque son débit, sa pression différentielle, sa température, sa viscosité, sa compatibilité avec les matériaux et sa configuration du moteur répondent aux exigences du système.

Pourquoi utiliser une pompe à entraînement magnétique pour le fluide de barrage ?

Une pompe à entraînement magnétique transmet le couple sans joint d'arbre dynamique classique à travers le corps de pompe. Cela peut réduire le risque de fuite associé à un joint d’arbre rotatif et peut être utile lorsque le confinement des fluides est important.

Une pompe à engrenages peut-elle gérer des fluides de barrière à haute viscosité ?

Les pompes volumétriques à engrenages sont généralement bien adaptées à de nombreuses applications de fluides visqueux. Cependant, l'augmentation de la viscosité augmente également les exigences en matière de couple moteur et affecte les conditions de démarrage et de fonctionnement. La pompe doit donc être sélectionnée en fonction de la plage de viscosité réelle.

Une pompe à liquide de barrage peut-elle fonctionner à sec ?

La capacité de fonctionnement à sec dépend du modèle et de la configuration. Certaines configurations de pompes peuvent tolérer des conditions limitées de fonctionnement à sec, tandis que d'autres nécessitent une lubrification liquide continue. Les limites de fonctionnement exactes doivent être confirmées pour la pompe sélectionnée.

Comment choisir la bonne pompe de circulation à garniture mécanique ?

Commencez avec sept paramètres :

Débit → Pression différentielle → Fluide → Viscosité → Température → Condition d'entrée → Moteur/Contrôle

Vérifiez ensuite la courbe de performance complète de la pompe et la compatibilité avec le système de support de garniture mécanique.

Conclusion

La fiabilité d'un système de garniture mécanique double dépend non seulement de la garniture mécanique elle-même, mais également de la conception et de la stabilité de fonctionnement de son système de support de fluide barrière..

Pour l'API 53C , les ingénieurs doivent comprendre le rôle de l'accumulateur à piston et du mécanisme de circulation intégré au joint. Pour le plan API 54 , le système de circulation externe, y compris la pompe, devient un élément essentiel du maintien du débit, de la pression, de la température et de la propreté requis du fluide de barrière.

UN Une micro-pompe à engrenages magnétiques peut être envisagée pour certaines applications de fluides de barrière à faible et moyen débit où une construction compacte, un débit volumétrique, un risque réduit de fuite du joint d'étanchéité dynamique et un contrôle flexible du moteur sont précieux.

La bonne pompe doit finalement être sélectionnée parmi l'ensemble des conditions de fonctionnement :

Fluide de barrière + Débit + Pression différentielle + Température + Viscosité + Condition d'entrée + Exigences de fonctionnement continu

Pour une solution personnalisée de circulation de fluide barrière, fournissez à Suofu vos exigences en matière de débit, de pression, de fluide, de température, de viscosité et de moteur/contrôle. L'équipe d'ingénierie peut ensuite évaluer la configuration et la courbe de performances de la série NP appropriées pour votre application.

Remarque : Cet article fournit des informations techniques générales et ne remplace pas les exigences d'application du fabricant du joint, les spécifications du projet API 682 ou les procédures de sécurité spécifiques au site. La sélection finale de la pompe et du système de support de joint doit être validée par rapport aux conditions de fonctionnement réelles et aux normes applicables.