Fabriquer de meilleurs systèmes d’alimentation de garnitures mécaniques

La norme API 682 et vous : fabriquer de meilleurs systèmes d’alimentation de garnitures mécaniques

Sean Hunsicker, responsable du marché de la chimie et du raffinage

Dans les années 1980, les garnitures mécaniques sont devenues la technologie d’étanchéité dominante dans les raffineries et les usines chimiques, ce qui a amené l’Institut américain du pétrole (API) à créer un comité dont le seul objectif était de rédiger des normes pour ces composants. La première édition, intitulée « API 682 – Dispositifs d’étanchéité de l’arbre pour pompes centrifuges et rotatives », a été publiée en 1994 avec l’énoncé de mission suivant : « Cette norme est conçue pour devenir la norme par défaut des équipements les plus courants et fortement susceptibles d’atteindre l’objectif d’une utilisation sans interruption pendant au moins trois ans tout en respectant la réglementation relative aux émissions¹. » La norme comprend notamment des recommandations qui, sauf indication contraire, adoptent par défaut des technologies qui se sont révélées sûres et fiables. La norme API 682, qui en est à sa quatrième édition, continue de proposer des directives en fonction des conditions d’utilisation du process, à la fois pour les garnitures mécaniques et pour leurs systèmes d’alimentation.

Bien que la norme API 682 traite essentiellement des garnitures mécaniques, une part importante de cette norme est toutefois consacrée aux systèmes d’alimentation de ces garnitures, dans la mesure où ces dispositifs sont essentiels au bon fonctionnement du système garniture-pompe. En tant que fabricant de systèmes d’alimentation de garnitures, Swagelok et ses points de vente et centres de services ont mis en œuvre les bonnes pratiques décrites dans la 4e édition de la norme API 682. Dans cet article, nous allons préciser certaines de ces bonnes pratiques, et expliquer comment la mise en œuvre des recommandations de la norme s’agissant de la conception et de la fabrication des systèmes d’alimentation de garnitures peut vous aider à atteindre vos objectifs d’une plus grande fiabilité et d’une meilleure sécurité tout en réduisant vos coûts.

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Quelles sont les principales fonctions d'un système d'alimentation de garniture mécanique ?

Avant de discuter des bonnes pratiques, examinons les fonctions des systèmes d'alimentation de garniture. Ces systèmes sont conçus pour une garniture mécanique spécifique et un ensemble de conditions d'utilisation. En général, ils alimentent la garniture mécanique en gaz ou en liquide afin de réguler l'environnement dans lequel elle fonctionne, protégeant ainsi les équipements rotatifs contre les dommages.

Ces systèmes ont quatre fonctions principales :

• Lubrifier les surfaces de la garniture
• Contrôler la pression et la température dans le boîtier d'étanchéité et au niveau de la garniture
• Nettoyer le joint de toute contamination et/ou accumulation de résidus
• Empêcher le fluide du système de s'échapper vers l'atmosphère

Apprenez-en davantage sur les systèmes d'alimentation de garniture mécanique dans la vidéo ci-dessous.

Réduire les points de fuite potentiels

Le fait de limiter le nombre de raccordements dans les systèmes d’alimentation de garnitures figure partout dans la 4^e édition de la norme API 682. Que l’on opte pour des tubes ou des tuyaux soudés pour le système, le recours à des raccordements filetés est déconseillé. Chaque raccordement peut être considéré comme un point de fuite potentiel et un possible danger pour la fiabilité dans des applications de pompage d’hydrocarbures. Des fuites dans les systèmes d’alimentation de garnitures à proximité des pompes peuvent entraîner des dégâts matériels, des immobilisations prolongées des installations, des problèmes environnementaux et des risques pour la sécurité.

Dans le passé, de nombreux systèmes d’alimentation de garnitures étaient fabriqués avec des tuyaux, cette option ayant toujours été privilégiée. Plus récemment, des fabricants et utilisateurs finaux de garnitures et de pompes se sont mis à remplacer les tuyaux par des tubes dans ces systèmes, dans la mesure où les tubes ont depuis longtemps fait la preuve de leur efficacité dans de nombreuses applications industrielles critiques. Heinz Bloch, spécialiste des équipements rotatifs, faisait ainsi remarquer dans un article récemment publié dans Hydrocarbon Processing : « L’Institut américain du pétrole a commencé à accepter l’utilisation de tubes pour certains des dispositifs décrits dans les plans de la norme 682. Malheureusement, les acheteurs attachés aux traditions continuent à opter pour des tuyaux rigides ; nous leur demandons de reconsidérer leur position. La norme API 682 (4e édition) spécifie désormais des raccordements quasiment interchangeables dans les systèmes d’alimentation de garnitures². »

Des tubes peuvent être utilisés afin de réduire le nombre de raccordements, en cintrant les conduites et en utilisant des raccords adaptateurs appropriés. Souvent, les seuls raccordements véritablement nécessaires se situent au niveau de la garniture et du dispositif d’étanchéité. Comme les tubes sont recuits, le cintrage a pour effet de durcir le métal, ce qui augmente la résistance du tube au niveau des cintrages. Des technologies innovantes comme les adaptateurs à bride ou les connecteurs mâles allongés rendent inutile l’utilisation de plusieurs raccords et permettent de réduire encore le nombre de raccordements au départ de la garniture et des réservoirs de liquide tampon. Lorsque l’on se penche sur le coût de l’entretien, des réparations et de l’exploitation de la pompe, de la garniture et du système d’alimentation, on s’aperçoit que le fait d’utiliser des tubes a d’autres avantages financiers. Lors d’opérations de maintenance nécessitant de retravailler la « tuyauterie » autour des pompes, l’utilisation de tubes élimine la nécessité de procéder sur place à des soudures coûteuses. Le montage rapide des tubes permet en outre de raccourcir le temps d’arrêt des installations.

Simplifier l’exploitation et la maintenance

Les systèmes d’alimentation sont indispensables au bon fonctionnement de la garniture d’étanchéité et de la pompe et, de ce fait, demandent à être vérifiés régulièrement. Faciliter ce travail d’inspection visuelle favorise la fiabilité et la sécurité du système. Lors de la conception de systèmes d’alimentation de garnitures, plusieurs principes doivent être observés une fois le dispositif et l’agencement général choisis.

1. La fonction des systèmes doit être immédiatement visible et leur conception devrait être intuitive.

Les garnitures mécaniques sont souvent endommagées au moment du démarrage et de l’arrêt des pompes, parfois à la suite d’un mauvais fonctionnement du système d’alimentation. Si celui-ci est conçu de manière à faciliter le bon fonctionnement de l’ensemble, des erreurs courantes lors de la mise en service des pompes peuvent être évitées.

La 4^e édition de la norme API 682 présente le plan nº 32 d’un dispositif constitué de plusieurs instruments et composants raccordés au moyen de tuyaux ou de tubes. Bien qu’elle soit correcte sur le plan fonctionnel, cette conception renseigne peu l’opérateur sur le fonctionnement du système, sur la nature des informations importantes et sur la raison de leur importance. Si le système est situé juste à côté de la garniture d’une pompe, l’opérateur doit revenir à la pompe et se pencher pour lire les mesures indiquées par les instruments. Le moindre obstacle augmente le risque de passer à côté d’un problème signalé par les instruments de mesure et nuit à la fiabilité du système. Une solution intuitive consiste à disposer ces composants sur un panneau.

Le fait d’assembler un système conforme au plan nº 32 sur panneau tient compte de deux principes de conception importants : le repérage facilité des composants et le bon fonctionnement du système. Cela offre les avantages suivants :

• Premièrement, le dispositif apparaît désormais comme un système distinct. Au lieu que les composants soient tous montés sur un tronçon de tuyau ou de tube, ils sont disposés sur un panneau qui permet de repérer le trajet de l’écoulement et de placer tous les instruments de mesure à hauteur des yeux.
• La norme API 682 incite d’ailleurs à tenir compte de ces aspects dans la conception des systèmes. On y trouve ainsi la consigne suivante : « L’ensemble des organes de commande et des instruments de mesure devront être situés et disposés de manière à être bien visibles des opérateurs et facilement accessibles à ceux-ci pour procéder à des tests, des réglages ou des opérations de maintenance (9.1.5)³. »
• Enfin, il est possible de faire figurer sur un panneau des références de pièces, des indications sur le sens de l’écoulement et des consignes à l’intention des opérateurs. Ces améliorations permettent de renforcer la sécurité et la fiabilité des phases de démarrage et d’arrêt des pompes et des systèmes d’alimentation de garnitures.

2. Le système doit être conçu de manière à faciliter les opérations de maintenance.

Bien que le bon fonctionnement des systèmes d’alimentation de garnitures soit la priorité, ceux-ci doivent également être pensés de manière à en faciliter l’entretien. Ces systèmes contiennent des éléments qui nécessitent un entretien courant – tamis filtrants, débitmètres et autres instruments de mesure visuels. La maintenance préventive de ces systèmes doit être simple et sûre pour les opérateurs. Si les tamis filtrants ne sont pas convenablement positionnés et disponibles pour une opération de purge, il est peu probable qu’une maintenance préventive appropriée puisse être effectuée aux intervalles recommandés.

La 4^e édition de la norme API 682 recommande également des configurations de type arrêt et purge pour tous les manomètres. Si un système n’est pas conçu avec cette fonction, il est probable qu’en cas de défaillance d’un manomètre, les opérateurs n’aient plus accès à des mesures essentielles avant les prochaines opérations de maintenance ou le prochain projet, lorsque la pompe et le système d’alimentation pourront être mis hors service, permettant alors le remplacement du manomètre.

Enfin, il existe une grande variété de raccords pour tubes et d’options de conception qui permettent de retirer et remplacer facilement chaque composant à entretenir dans un système d’alimentation de garnitures tout en continuant à utiliser le système. En ce qui concerne les réservoirs de liquide tampon, la 4^e édition de la norme précise ceci : « L’actionnement, la purge, le remplissage et la vidange doivent être effectués depuis le sol. Sauf indication contraire, un système qui nécessite, soit d’utiliser une échelle ou un escabeau, soit de grimper sur le socle ou la tuyauterie, n’est pas acceptable (8.1.8)⁴. » De nombreuses installations utilisent des réservoirs anciens simplement équipés d’un bouchon fileté sur leur partie supérieure. Le fait de devoir monter sur une échelle pour mettre le liquide à niveau dans le réservoir peut exposer les opérateurs à des vapeurs du process et constitue une pratique dangereuse de manière générale. Concevoir des dispositifs conformes aux plans 52 ou 53 avec des systèmes de remplissage tels que celui représenté ci-dessous est relativement simple et constitue une pratique exemplaire qui favorisera la sécurité et facilitera la maintenance.

Fabriquer de meilleurs systèmes d’alimentation de garnitures

La mise en œuvre de ces principes fondamentaux pour concevoir des systèmes d’alimentation de garnitures mécaniques augmente la fiabilité des systèmes tout en réduisant leur coût. Pour récapituler les moyens qui vous permettront d’obtenir de meilleurs résultats avec vos systèmes :

• Envisagez d’utiliser des tubes plutôt que des tuyaux soudés afin de réduire les coûts d’installation et de maintenance. Cela renforcera également la fiabilité du système en réduisant le nombre de points de fuite potentiels.
• Le fait de devoir extraire des pompes pour remédier à des problèmes mineurs sur des instruments de mesure ou remplir un réservoir de liquide tampon ne devrait pas être toléré. Réaliser ces systèmes d’alimentation sur des panneaux conçus pour faciliter la maintenance et qui permettent de repérer chaque composant réduit le risque pour les opérateurs de commettre des erreurs susceptibles d’endommager les garnitures.

Les défaillances des garnitures et le coût de leur remplacement doivent être une préoccupation majeure dans toutes les usines utilisant des équipements rotatifs. Le respect des bonnes pratiques et des principes de conception figurant dans la 4e édition de la norme API 682 permettra d’éviter de telles dépenses et d’accroître la fiabilité et la sécurité de ces systèmes.

Swagelok propose des conceptions et des assemblages de systèmes d’alimentation de garnitures par l’intermédiaire de son réseau comprenant plus de 200 points de vente et centres de services agréés. Fiables, configurables et disponibles localement, nos systèmes de conception unique vous permettront de réduire vos coûts, de gagner du temps et d’améliorer la sécurité de vos équipements rotatifs. Pour obtenir des conseils supplémentaires sur la conception et l’installation de vos systèmes d’alimentation de garnitures mécaniques, ou pour trouver le kit ou l’assemblage conforme à la norme API 682 adapté à votre application, prenez contact avec l’équipe de votre distributeur Swagelok.

En savoir plus sur les systèmes d’alimentation de garnitures mécaniques

¹ API Standard 682, First Edition, 1994 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.

² Bloch, Heinz P., Consider Stainless Steel Tubing for Mechanical Seal Connections, Hydrocarbon Processing, mars 2018.

³ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.

⁴ API Standard 682, Fourth Edition, 2014 “Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps,” American Petroleum Institute, Washington, D.C.