Analyse des causes et présentation des solutions des pompes centrifuges

Cours les pompes centrifuges, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Détermination et analyse des causes d’indisponibilité des pompes centrifuges

Détermination de la cause d’indisponibilité des pompes de l’AP

Pour déterminer la cause d’indisponibilité d’une pompe nous nous sommes basés sur l’analyse de la consommation des pièces de rechange, cette analyse a montré que plus que 89% du montant des pièces de rechanges est représenté par la consommation des garnitures mécaniques avec un montant de 5 MDH et plus (figure 15). Chose qui montre clairement que la cause racine de défaillances des pompes centrifuges au sein de l’AP est due à une défaillance des garnitures mécaniques, cette défaillance est traduite par une fuite externe qui engendre non seulement la défaillance de la garniture mais aussi la détérioration des autres organes de l’équipement et une perte économique importante.
 Rôle d’une garniture d’étanchéité
Dans le cas général, le liquide pompé se trouve dans le corps de la pompe à une pression supérieure à la pression atmosphérique et risque donc de fuir le long de l’arbre vers l’atmosphère ou les corps de palier. Donc il est nécessaire de réduire cette fuite à une valeur nulle ou quasi nulle pour les raisons évidentes de sécurité et d’environnement.
L’organe qui assure l’étanchéité autour de l’arbre est appelé garniture d’étanchéité. La figure ci-dessous montre la position d’une garniture d’étanchéité dans une pompe centrifuge.
Figure 16 : Garniture mécanique
 Principaux types de garnitures d’étanchéité
Il existe deux familles de garnitures d’étanchéité, le tableau suivant illustre d’une manière plus profonde les spécifications

Analyse des causes

 Définition de la méthode :
Le diagramme d’Ishikawa est un outil qui permet d’identifier les causes possibles d’un effet constaté et donc de déterminer les moyens pour y remédier. Cet outil se présente sous la forme d’arêtes de poisson classant les catégories de causes inventoriées selon la loi des 5 M (matière, main d’œuvre, matériel, méthode, milieu). Il faut dans un premier temps définir clairement l’effet sur lequel on souhaite directement agir. Il est très important de bien identifier les caractéristiques de la question traitée. Pour cela il faut :
 Lister à l’aide de la méthode de « brainstorming » par exemple, toutes les causes susceptibles de concerner le problème considéré.
 Il faut bien approfondir et explorer toutes les dimensions d’une situation donnée.
 Classer par famille toutes les causes d’un problème déterminé.
Remarque :
• La hiérarchisation des causes a été réalisée avec une équipe constituée des agents et des techniciens de l’atelier phosphorique et de l’atelier de la maintenance mécanique centralisée.
• Dans toute la suite de ce chapitre nous allons traiter les causes jugées, par l’équipe, comme causes racines de la défaillance d’une garniture mécanique.
• Les causes marquées par un NON ne sont pas des causes racines
• Les autres causes seront traitées soit sous forme de proposition des recommandations générales pour les pompes centrifuges de type LC ou sous forme de solutions techniques, selon la criticité et la fréquence de répétition de chaque anomalie.

Milieu

Dégradation des fondations – Encombrement de la pompe

Généralement, la pompe et le moteur sont montés sur un socle commun. Sinon, des socles séparés sont montés sous chaque machine. Les socles doivent être scellés. Nous avons remarqué qu’il existe des cas ou les critères d’emplacement des pompes centrifuges et les caractéristiques de fondation de ces dernières ne sont pas vérifiées.
Il existe différentes méthodes pour installer un groupe motopompe sur son massif. Le choix dépendra de la taille du groupe, du type d’installation et du niveau de bruit/vibration admissible. Le non-respect des règles de l’art relatives à une fondation correcte et à une bonne assise conduit à la création des niveaux vibratoires importants et la défaillance immédiate de tous les organes de la pompe.
Recommandation constructeur :
Le socle devra être installé sur une assise rigide, en béton de qualité et d’épaisseur convenable ou sur une assise en acier rigide. Le socle ne sera pas déformé sur sa fondation, mais posé sur celle-ci, afin de maintenir l’alignement d’origine du groupe moteur et pompe. Les boulons de scellement doivent êtres de dimensions adaptées aux trous de fixation, conformes aux standards, et de longueur suffisante pour assurer une fixation en toute sécurité dans les fondations.
La pompe sera installée en prévoyant un accès aisé et de l’espace pour la ventilation (A), l’exploitation, la maintenance et le contrôle, et assez de hauteur (H) pour tous travaux de manutention. L’emplacement sera aussi proche que possible de la prise d’aspiration.

Désalignement de l’arbre moteur-récepteur

L’alignement de l’arbre moteur récepteur est vérifié à l’usine du constructeur. Mais l’état de la fondation de la pompe sur site nécessite de refaire un autre contrôle et réglage de l’alignement, si non, un fonctionnement de la pompe avec une anomalie de délignage entraine l’usure des grains de la garniture et la défaillance d’autre organes.
La figure ci-dessus montre qu’il ne faut pas se contenter de l’alignement du constructeur car il se peut que la fondation de la pompe à l’usine n’est pas la même que dans le site.
Recommandation :
Pour vérifier l’alignement de l’arbre moteur-récepteur, il faut vérifier en premier lieu le sens de rotation du moteur avant de connecter les accouplements. Normalement l’alignement doit être fait à la température ambiante, donc pour les groupes pompant des liquides à haute température, on devra les faire fonctionner à la température réelle ; les arrêter, et immédiatement vérifier leur alignement, il faut aussi s’assurer que la pompe et le moteur sont bien isolés électriquement.
 Contrôle de parallélisme et concentricité
Mesurer en 3 ou 4 positions avant branchement de tuyauteries
Tolérances admissibles pour moteur monté sur roulements :
= 0.15 mm en parallélisme
= 0.1 mm angulaire
 Contrôle angulaire
Le contrôle angulaire consiste à vérifier les défauts d’angle.
Figure 20 : Contrôle de parallélisme et concentricité
Remarque
Un alignement définitif aura lieu après branchement de la tuyauterie.

Etat de la Tuyauterie

La mauvaise implantation de la tuyauterie engendre des phénomènes de cavitation de la pompe, nous avons remarqué aussi que parfois elle est utilisée comme support de tuyauterie ceci peut causer un dysfonctionnement grave, en effet les forces et les moments admissibles sur les brides de la pompe dépendent du type et de la taille de celle- ci. Les efforts extérieurs peuvent conduire au désalignement de l’ensemble pompe et moteur, à l’échauffement des roulements, à l’usure et à la destruction de l’accouplement, à des vibrations ou à la rupture du corps de pompe.
Recommandations
• Il ne faut jamais utiliser la pompe comme support de tuyauterie.
• Recommandation pour la conception de la tuyauterie d’aspiration
Conception de la conduite de refoulement
– Si la conduite de refoulement possède un divergent, l’angle total de celui-ci sera compris entre 7° et 12°.
– Monter la vanne de refoulement après le clapet de non-retour dans le sens de l’écoulement.
– Le clapet de non-retour sera installé dans la tuyauterie de refoulement pour protéger la pompe des surpressions éventuelles et éviter le dévirage de celle-ci lors de l’arrêt. Si nécessaire, un manomètre de contrôle peut être raccordé sur la tuyauterie.

Matière

Fluide abrasif

Les produits pompés sont des produits peu chargés, l’infiltration des particules du produit
dans la chambre a garniture, plus précisément dans les faces entre les grains, engendre la
destruction de ces derniers, Aussi la présence des corps étrangers dans les conduites (aspiration
refoulement) en SVR augmente la probabilité que ces derniers se trouvent dans l’interface grain
coupelle, et donc, dégradation de la garniture.
Solution
Utilisation d’une bague de fond (figure 21) pour diminuer le taux d’introduction des particules dans la chambre de garniture et planification d’un contrôle périodique pour contrôler l’état des conduites en SVR.

Non fiabilité du matériau des grains

Dans la pluparts des cas, les éléments les plus sollicité à la défaillance dans une garniture mécaniques sont les grains (fixe et mobile).
Les matériaux constitutifs des faces de frottement sont choisis en fonction de leurs propriétés intrinsèques (résistance chimique, caractéristique mécanique et thermiques) et de leur aptitude à être appariés (lubrification et propriétés tribologiques)
Le tableau ci-dessous montre une méthode pour le choix des matériaux des grains les plus utilisé pour diffèrent type de produit.

Mauvaise qualité de l’eau de refroidissement

la mauvaise qualité de l’eau de refroidissement (présence de solides suspendus, mauvaise conductivité , neutralité et agressivité) à un impact très négative sur les équipement de contrôle comme les débistat et les filtres aussi bien que les canalisation et les organes de la garniture mécanique notons qu’une canalisation bouchée ne permet pas de faire passer l’eau comme il faut ,chose qui donne naissance à un mauvais refroidissement de la garniture mécanique.
Solution
Pour remédier au problème du bouchage de la canalisation de refroidissement, il faut monter un filtre bypass en amont du circuit de refroidissement de la pompe.

Méthode

Vérifications et préparation

Avant chaque premier démarrage d’une pompe et après chaque intervention il faut nécessairement vérifier les points suivants :
• Vérifier le serrage des différents bouchons.
• Ouvrir le circuit de refroidissement de la garniture mécanique. Pour une pompe équipée d’une presse étoupe, vérifier que le fouloir ne serre que très légèrement les tresses. (Risque d’échauffement des tresses).
• Vérifier le sens de rotation du moteur. Se référer à la flèche de rotation de la pompe.
• Installer tous les dispositifs de protection et notamment le protège-accouplement et la grille de protection (repère [9331] annexe) du palier.
• Ouvrir toutes les vannes à l’aspiration (si existantes).
• Fermer la vanne au refoulement et le by-pass du clapet.
• Vérifier que toute la tuyauterie d’aspiration ainsi que la pompe elle-même soient bien remplies.
• Aérez la pompe pour laisser s’échapper tout l’air emprisonné, en prenant des précautions dans le cas de liquides chauds ou dangereux.

Fonctionnement avec débit inférieur/supérieur du débit normal

La pompe ne doit pas fonctionner à un débit inférieur à 40 % ou supérieur à 120% du débit nominal sans limitation de durée. En effet un fonctionnement avec un débit loin du point de fonctionnement nominal engendre une poussée radiale qui entraine un fléchissement de l’arbre et le sommet à une flexion rotative souvent à l’origine de rupture catastrophique par phénomène de fatigue.
Les constructeurs de pompes fixent, en conséquence, une valeur limite du débit en-dessous duquel la durée de vie de la pompe est réduite. Des vibrations et des difficultés d’entretien des systèmes d’étanchéité peuvent également apparaitre pour un fonctionnement à débit réduit.
La poussée radiale PR est proportionnelle à la surface sur laquelle s’applique le champ de pression, à ∆p (=ρgH) fourni par la pompe au point nominal et à coefficient expérimental k’ :
= ′∆ [2 ( + 2 )]
Avec
r : ᴓ roue
b : longueur roue
s : épaisseur des flasques
On détermine le facteur k’ à l’aide des courbes expérimentales, à la base de la vitesse spécifique et du débit de fonctionnement.

Non rinçage de la pompe lors de la mise hors service

La méthode d’arrêt des pompes centrifuge dans l’unité 03 de la pompe est critique. En effet l’arrêt d’une pompe d’acide est conditionné par le niveau de remplissage des bacs de stockage dans l’unité de concentration. Chose qui donne naissance à plusieurs actions de mise hors service des pompes centrifuges. Dans ce cas (arrêt immédiate de la pompe) on aura une apparition du phénomène de la solidification du produit pompé.
Cette solidification a un impact très négatif sur la pompe lors du redémarrage car il peut laisser des portions de produit solidifié à masse et volume importants, ces portions entre dans la chambre a garniture et engendre la destruction immédiate des grains de la garniture.