La différence entre une bonne et une mauvaise performance de l'équipement réside dans l'attention portée aux détails.

Les plans API (American Petroleum Institute) sont des lignes directrices normalisées qui spécifient les meilleures pratiques pour les systèmes de traitement afin d'obtenir les meilleures performances en termes de temps de fonctionnement. Il est essentiel de comprendre les avantages et les inconvénients de chaque plan API pour maximiser la longévité des équipements rotatifs et des garnitures mécaniques. Cet article porte sur le plan API 23.

Le plan 23 de l'API est souvent utilisé avec des équipements rotatifs tels que les pompes centrifuges qui traitent des fluides à des températures élevées. Les applications typiques comprennent les pompes d'alimentation et de circulation des chaudières et les pompes à huile chaude.

Le Plan 23 de l'API est conçu pour fournir un fluide à la garniture mécanique afin de refroidir et de lubrifier les faces de la garniture, ce qui contribue à améliorer la longévité de la garniture mécanique et de la pompe.

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QU'EST-CE QUE LE PLAN API 23 ?

Figure 1- Plan 23

La figure 1 montre une configuration typique du plan 23 de l'API.

La longévité des garnitures mécaniques est assurée par le Plan 23 grâce à son incroyable performance de refroidissement.

Le plan 23 est essentiellement un système de "circuit de refroidissement fermé" qui crée un environnement idéal au niveau des faces de la garniture mécanique en séparant les températures et les conditions de la pompe de traitement des conditions au niveau des faces de la garniture.

Il existe évidemment des adaptations, des améliorations et des ajouts tels que des jauges de température et des tubes à ailettes, mais le système de base du Plan 23 utilise essentiellement un dispositif de circulation des fluides, qui fait souvent partie de la garniture mécanique, et un échangeur de chaleur externe.

Dans le système Plan 23, le fluide de traitement "isolé" circule dans un circuit pratiquement fermé, du joint à l'échangeur de chaleur et de nouveau au joint.

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EXAMINONS MAINTENANT QUELQUES PRINCIPES DE BASE DE L'INGÉNIERIE.

Question : "Si vous voulez refroidir efficacement un fluide avec un échangeur de chaleur dans un système en circuit fermé, est-il préférable d'essayer de refroidir un grand volume de fluide ou de refroidir un petit volume de fluide ?

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Réponse : Toutes choses étant égales par ailleurs, plus le volume de fluide traversant un échangeur de chaleur dans un système en circuit fermé est faible, plus l'échangeur de chaleur est efficace pour dissiper la chaleur du fluide.

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En effet, le petit réservoir de fluide passera beaucoup plus de fois dans l'échangeur de chaleur qu'un grand réservoir de fluide, au cours d'une période donnée. Ce phénomène est illustré à la figure 2.

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Figure 2- Bon plan 23 contre mauvais plan 23

N'oubliez pas : Visages de phoques frais = Visages de phoques heureux.

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Ainsi, lorsque vous envisagez d'installer un système Plan 23, la première chose à prendre en compte est le volume de fluide présent dans le système Plan 23 en circuit fermé.

Examinons maintenant quelques exemples de conceptions réelles de joints/pompes Plan 23.

L'API682 est considérée comme la meilleure spécification de garniture mécanique utilisée dans de nombreux secteurs de l'industrie, mais plus particulièrement dans les secteurs du pétrole, du gaz et de la pétrochimie.

L'API682 définit de grandes zones de chambre d'étanchéité dans la pompe de traitement, afin de maximiser le volume de fluide autour des faces d'étanchéité pour faciliter le refroidissement et la lubrification des faces d'étanchéité.

Cependant, ce grand volume de fluide joue contre vous dans une application du Plan 23, en particulier si le concepteur de l'équipement place la douille de restriction au fond de la chambre d'étanchéité, comme le montre la figure 3.

Figure 3- Grand volume de fluide dans le plan 23 Circuit fermé.

Comme le montre la figure 3, l'ensemble du volume de la "grande piscine" de fluide de traitement dans la chambre d'étanchéité fait partie du système en circuit fermé ! Non seulement il s'agit d'un grand volume de fluide, mais celui-ci est également constamment surchauffé par convection thermique à travers le corps de la pompe à partir de la partie chaude de la pompe. Cela ajoute une chaleur inutile au circuit fermé du Plan 23. En ce qui concerne les faces d'étanchéité, cette disposition est DOUBLEMENT NÉGATIVE !

En raison de cette mauvaise conception de l'équipement, les faces d'étanchéité surchaufferont ou le fournisseur du système devra spécifier un échangeur de chaleur surdimensionné pour traiter l'énorme "bassin de lave" de fluide. Cela ajoute un coût inutile au système et un risque de performance pour les faces de la garniture mécanique.

La figure 4 montre une bien meilleure conception du Plan 23.

La figure 4 montre que la garniture mécanique à cartouche incorpore sa propre douille de restriction intégrale pour isoler le fluide de traitement de la chambre de garniture du fluide de traitement au niveau des faces de la garniture.

Tout d'abord, le lecteur constatera que le volume de fluide dans le "circuit fermé" de la garniture mécanique est nettement moins important avec la solution proposée à la figure 4 qu'avec celle de la figure 3.

Par ailleurs, le lecteur constatera à la figure 4 que le fluide de traitement circulant dans le circuit fermé de la garniture mécanique est isolé de la chaleur de convection thermique agissant sur le fluide de la chambre de garniture à partir de la pompe de traitement.

Cette disposition est non seulement bénéfique pour les faces de la garniture mécanique, les performances de l'échangeur de chaleur et la taille/le coût, mais elle signifie également que la chaleur n'est pas constamment aspirée et refroidie à partir du fluide de traitement chaud, comme le montre la disposition de la figure 3.

En s'attachant simplement aux détails, la conception de la garniture mécanique de la figure 4 permet d'économiser de l'énergie et de réduire les coûts du système de pompage global, ce qui peut représenter une économie considérable au cours des années de fonctionnement de la pompe.

Figure 4- Petit volume de fluide dans le plan 23 Circuit fermé.

D'AUTRES AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX ET FINANCIERS D'UNE CONCEPTION ÉLÉGANTE DU PLAN 23 ?

Maintenant que la taille/capacité de l'échangeur de chaleur est réduite grâce à la conception du joint Plan 23 de la figure 4, d'autres équipements d'échange de chaleur peuvent être utilisés.

Le lecteur expérimenté comprendra que la plupart des échangeurs de chaleur conventionnels du Plan 23 sont de type "à calandre et à tube". Ces échangeurs de chaleur sont refroidis en faisant couler de l'eau dans l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, comme le montre la figure 4. Parfois, cette eau provient d'un circuit fermé et parfois l'eau usée de l'échangeur de chaleur est simplement envoyée à l'égout.

Dans certaines régions du monde, l'eau du réseau est "dure". Cela signifie qu'elle contient des niveaux élevés de calcium et de magnésium qui peuvent se déposer sur les surfaces internes des canalisations et, en fin de compte, restreindre l'écoulement de l'eau et l'efficacité du transfert de chaleur du système. Par conséquent, avant d'utiliser de l'eau dure, certaines usines traitent l'eau pour éliminer le calcium et le magnésium. Cela augmente les coûts de l'installation et rend le système physiquement laid à tous points de vue.

Ainsi, quelle que soit la méthode d'approvisionnement en eau, le lecteur notera que l'alimentation en eau d'un échangeur de chaleur Plan 23 conventionnel comporte un élément de coût.

Revenons maintenant à notre élégante garniture mécanique de la figure 4.

Maintenant que la taille/capacité de l'échangeur de chaleur est réduite, d'autres solutions d'évacuation de la chaleur, peut-être moins efficaces mais plus rentables, peuvent être explorées.

Examinez la solution présentée à la figure 5.

Figure 5- Plan respectueux de l'environnement 23 Circuit fermé.

La figure 5 montre que l'échangeur de chaleur n'est plus alimenté par l'eau du réseau. Le système illustré est un système refroidi à l'air avec une combinaison d'un système de support de joint d'échange de chaleur et de tubes à ailettes.

Comme ce système ne nécessite pas d'alimentation en eau externe, il permet d'économiser de l'argent.

- les coûts d'approvisionnement en eau,

- les coûts CapEx de l'équipement d'approvisionnement initial,

- les coûts d'entretien permanents et

- la complexité du système.

La conception élégante de la garniture mécanique a un effet considérable sur les exigences du système de soutien..... winner winner chicken dinner !

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RÉSUMÉ :

Le plan 23 de l'API est un excellent système pour les applications de traitement à chaud, mais ses performances peuvent être considérablement réduites par un manque d'attention aux détails et une mauvaise conception de l'équipement.

Le bon sens montre qu'il est de loin préférable de minimiser le volume de fluide circulant dans un système en circuit fermé. Cela permet de minimiser la taille et le coût de l'échangeur de chaleur.

Le bon sens montre qu'il est de loin préférable d'isoler le fluide au niveau des faces de la garniture mécanique du fluide dans la chambre de garniture qui est surchauffé par le transfert de chaleur par convection de la pompe de traitement.

L'attention portée à ces deux détails de bon sens permet d'obtenir de nombreux avantages directs et indirects.

Non seulement vous créez un environnement refroidi idéal pour la longévité des garnitures mécaniques, mais vous économisez également des sommes considérables sur les coûts d'investissement liés à l'achat d'un équipement d'échange thermique surdimensionné.

En outre, vous économisez sur les coûts d'approvisionnement en eau, soit en éliminant totalement l'eau du système, soit en réduisant le flux d'eau vers l'échangeur de chaleur.

Enfin, et c'est probablement l'économie la plus importante, la conception élégante des joints permet de réaliser des économies de coûts thermiques en rendant la pompe de processus plus efficace lorsqu'elle fonctionne à des températures élevées.

Il est donc très important de prêter attention aux détails lors de la sélection, de la conception et de l'utilisation des équipements du Plan 23.

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