Amélioration des systèmes du plan 31 de l'API : Meilleures pratiques en matière de fiabilité

Le plan API 31 est une configuration utilisée pour les dispositifs d'étanchéité des pompes et autres équipements rotatifs qui traitent des fluides contenant des particules et des solides en suspension.

Dans les normes API (American Petroleum Institute), il spécifie une combinaison particulière de composants d'étanchéité et de systèmes auxiliaires destinés à empêcher les fuites de la pompe. Les principaux composants du plan 31 de l'API comprennent généralement une seule garniture mécanique, un séparateur cyclonique et un système de tuyauterie pour le rinçage des faces de la garniture avec un liquide propre.

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Garniture mécanique :

Il s'agit du joint principal qui empêche les fuites autour de l'arbre de la pompe. Il se compose de deux faces plates pressées l'une contre l'autre par une force mécanique pour créer un joint. L'une des faces tourne avec l'arbre, tandis que l'autre est immobile.

Liquide de rinçage :

Dans un système Plan 31, le liquide rincé est recirculé depuis le refoulement de la pompe, à travers un séparateur cyclonique et jusqu'à la garniture mécanique. Le séparateur cyclonique permet de séparer les solides du liquide et d'acheminer un fluide propre vers la garniture mécanique, les solides étant renvoyés à l'aspiration de la pompe. Le liquide de rinçage a pour but de refroidir et de lubrifier les faces de la garniture.

Contrairement au Plan 11 de l'API, un système Plan 31 est nécessaire lorsque la pompe traite des liquides sales contenant des solides et des particules en suspension.

Bien que le plan 31 de l'API soit conçu pour atténuer les fuites et maintenir l'intégrité de la garniture mécanique, il n'est pas sans poser de problèmes. Voici quelques-uns des problèmes associés au plan 31 de l'API :

Fiabilité :

L'efficacité du séparateur cyclonique est proportionnelle au diamètre du cyclone. Un grand diamètre de cyclone entraîne une séparation moins efficace, tandis qu'un diamètre de cyclone plus petit permet une séparation plus efficace. Il est clair que les cyclones de petit diamètre peuvent se colmater plus rapidement que les cyclones de grand diamètre, d'où l'importance de choisir la taille de séparateur cyclonique adaptée à l'application.

Enjeux :

Il sera évident pour le lecteur expérimenté que, quelle que soit l'efficacité du séparateur cyclonique, il ne séparera pas toutes les particules en suspension du fluide traité. Par conséquent, certaines particules et certains solides seront dirigés vers les faces d'étanchéité de la garniture mécanique. Si l'orifice de rinçage se trouve directement au-dessus des faces d'étanchéité, les particules en suspension agiront comme un "grenaillage" des faces d'étanchéité, ce qui pourrait entraîner des dommages et une fuite prématurée de la garniture. Par conséquent, la garniture mécanique du Plan 31 ne doit pas être conçue avec l'orifice de rinçage directement au-dessus de l'interface d'étanchéité, et en particulier elle doit être positionnée loin de la face stationnaire de la garniture, car la face stationnaire de la garniture est statique et ne tourne pas, ce qui contribue à atténuer les points cibles de grenaillage.

Il est important que les systèmes du Plan 31 soient utilisés pour les applications contenant des solides dont la densité est deux fois (ou plus) supérieure à celle du fluide de traitement. Les séparateurs à cyclone ne fonctionneront pas correctement et ne sépareront pas les particules trop petites/légères.

Dans l'ensemble, si le Plan 31 de l'API peut être efficace dans certaines applications contenant des particules/solides en suspension, il est important d'examiner attentivement ses inconvénients et d'assurer une conception, une installation et une maintenance correctes de la garniture mécanique, du système et de la pompe afin de minimiser les problèmes et d'optimiser les performances et la fiabilité de l'équipement rotatif. N'oubliez pas non plus que tous les systèmes Plan 31 ne sont pas identiques. Les améliorations apportées à la conception de la garniture et les techniques de meilleures pratiques font une différence significative dans la réussite du système Plan 31. Certaines de ces techniques de meilleures pratiques du Plan 31 sont discutées ci-dessous.

Meilleure pratique :

Le système API Plan 31 doit être utilisé avec un manchon à gorge au fond de la chambre d'étanchéité de la pompe. Cela permet d'isoler les particules solides dans l'extrémité d'aspiration de la pompe et d'éviter qu'elles ne pénètrent dans la chambre d'étanchéité.

La taille de l'orifice de rinçage doit être au minimum de 6 mm (1/4"), car les particules en suspension peuvent finir par obstruer de très petits orifices tels que 3 mm (1/8") ou moins.

La plaque de presse-étoupe de la garniture mécanique doit comporter un brise-vortex. Le brise-vortex aide à prévenir les dommages dus à l'usure de la garniture mécanique et de la pompe. Les abrasifs qui tournent dans un mouvement centrifuge usent rapidement les composants et entraînent une défaillance prématurée de la garniture.

Les surfaces intérieures du séparateur cyclonique s'usent au cours de son fonctionnement. La vitesse d'usure dépend de l'abrasivité du fluide traité et de la résistance à l'usure/dureté du matériau du séparateur.

Si l'usure du séparateur n'est pas surveillée et que l'épaisseur de la paroi du séparateur atteint un niveau critique, cela peut entraîner une défaillance catastrophique du séparateur et du système. L'inspection régulière du séparateur cyclonique est obligatoire dans le cadre d'une application du Plan 31.

Il est conseillé de prélever périodiquement des échantillons du fluide entrant dans la garniture mécanique. Si le séparateur s'use, des particules métalliques seront présentes dans le collecteur d'échantillons. Si le séparateur est mal dimensionné, le pourcentage de solides sera élevé dans le pot de collecte des échantillons. Il existe de nombreux signes avant-coureurs de défaillance dans tout système, c'est pourquoi les ingénieurs en charge des bonnes pratiques prévoient un prélèvement d'échantillons de fluides dans les systèmes du Plan 31.

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