Un planificateur de maintenance dans un complexe pétrochimique de 600 000 t/an peut retirer le rotor d'une pompe à division axiale et remettre la machine en service en une seule journée de huit heures. Le même travail sur un carter fendu radialement de service identique prend deux à trois jours, car les brides d'aspiration et de refoulement, l'accouplement et parfois la plaque de base doivent être cassés avant que le faisceau de rotor puisse bouger. Cet écart de trois pour un dans les délais d’exécution détermine plus de sélections de pompes que ne le font jamais les courbes d’efficacité.
La question refait surface à chaque refonte, augmentation de capacité et remplacement de produits corrosifs. Quatre faits techniques tranchent la question : la manière dont le boîtier est fendu, la pression que peut supporter le joint boulonné, l'effet du fluide sur le métal et la manière dont la machine sera entretenue au cours des vingt prochaines années.
Qu'est-ce qu'une pompe à division axiale et où elle se trouve dans l'API 610
Une pompe à division axiale est une pompe centrifuge dont le corps est divisé sur le plan horizontal à travers l'axe de l'arbre, de sorte que la moitié supérieure peut être soulevée hors du rotor sans perturber la tuyauterie d'aspiration, la tuyauterie de refoulement, l'entraînement ou la fondation.
API 610, la norme qui régit les pompes de raffinerie et pétrochimiques, reconnaît deux familles à division axiale dans sa gamme de roulements inter-roulements.
- BB1 : un ou deux étages, normalement avec une turbine à double aspiration, couvrant les tâches à haut débit et à hauteur de chute modérée telles que le transfert de brut, l'eau de refroidissement et le service de surpression.
- BB3 : un boîtier à plusieurs étages divisé horizontalement avec des roues opposées, portant une tête qu'un seul étage ne peut pas tout en gardant un accès à la moitié supérieure.
Le terme est régulièrement confondu avec une pompe à flux axial, qui déplace le liquide le long de l'axe de l'arbre avec une roue en forme d'hélice. L'écoulement axial décrit le chemin hydraulique ; la fente axiale décrit le joint du boîtier. Mélanger les deux dans une demande de devis produit un devis erroné et parfois la mauvaise machine sur site.
La même logique de joint horizontal rend une unité mono-étage à double aspiration pratique pour les grandes tâches de transfert d'eau en circulation et de brut.
Pompe à double aspiration S SH pour circulation d'eau et transfert de brut Pompe monocellulaire à double aspiration à division axiale adaptée aux grandes tâches de transfert d'eau en circulation et de brut, avec un accès plus rapide aux éléments rotatifs pour la maintenance. Voir le produit → Accès à la maintenance : pourquoi les pompes à division axiale gagnent en termes de temps d'exécution
À service comparable, un boîtier divisé axialement réduit le temps d'accès aux éléments rotatifs de 60 à 75 pour cent par rapport à un boîtier divisé radialement de même débit et de même hauteur.
Trois détails mécaniques produisent cet écart.
- Le joint horizontal est une seule bride boulonnée. Le levage de la moitié supérieure ne nécessite aucune rupture de tuyau, aucun alignement laser et aucun travail de coulis.
- Un accouplement entretoise permet de retirer axialement le faisceau de rotors une fois la moitié supérieure retirée.
- Les roues opposées d'un BB3 annulent hydrauliquement la plupart des poussées axiales, il n'y a donc pas de tambour d'équilibrage, pas de ligne d'équilibrage et une pièce d'usure de moins à reconstruire.
Le joint punit également le travail négligent. Un joint enroulé en spirale avec une charge en graphite flexible, une séquence contrôlée de serrage des boulons en croix et un nouveau couple après le premier cycle de chauffage séparent un boîtier qui reste sec pendant des années d'un boîtier qui suinte à chaque excursion thermique.
Les usines qui utilisent un BB1 ou un BB3 comme machine de rechange conservent généralement un ensemble rotor équilibré sur l'étagère. L'échange d'une cartouche pré-équilibrée s'effectue en une seule équipe, et le rotor retiré est envoyé à l'atelier pendant que la pompe continue de fonctionner.
Plafonds de pression et de température : là où le joint horizontal cesse de fonctionner
Un boîtier divisé axialement est la bonne réponse jusqu'à environ 40 bars pour un BB1 à un seul étage et environ 100 à 150 bars pour un BB3 à plusieurs étages. Au-dessus de cela, la limite horizontale boulonnée devient la partie la moins fiable de la machine et un boîtier à fente radiale ou à canon l'emporte.
| Type d'API | Fendu du boîtier | Étapes typiques | Pression de décharge | Température du boîtier | Prestation typique |
| BB1 | Axiale, horizontale | 1 à 2 | jusqu'à 40 bars | jusqu'à 200°C | Eau de refroidissement, transfert de brut, booster |
| BB2 | Radiale | 1 à 2 | jusqu'à 100 bars | jusqu'à 400°C | Charge de raffinerie, procédé à haute chute |
| BB3 | Axiale, horizontale | 2 à 8 | 100 à 150 bars | jusqu'à 400°C | Alimentation hydrotraitement, pipeline, alimentation chaudière |
| BB4 | Radiale, ring section | 4 à 12 | jusqu'à 250 bars | jusqu'à 450°C | Injection, détartrage, procédé haute pression |
| BB5 | Baril | 4 à 16 | 400 bars et plus | jusqu'à 450°C | Charge d'hydrocraqueur, injection haute pression |
La raison est géométrique. Le joint horizontal est un chemin de fuite continu s'étendant sur toute la longueur du boîtier des deux côtés de l'arbre, environ deux fois plus long qu'un joint radial, et chaque 10 bars supplémentaires de pression de refoulement multiplie la charge sur le boulon nécessaire pour maintenir le joint comprimé.
Un joint horizontal n’est pas une conception faible. Il s'agit d'une conception avec un plafond de pression, et ce plafond est fixé par la charge des boulons, le fluage du joint et les cycles thermiques plutôt que par la roue.
La température se comporte de la même manière. La dilatation différentielle entre les moitiés supérieure et inférieure ouvre légèrement le joint à chaque échauffement, donc au-dessus d'environ 200 °C, le joint doit être choisi pour la récupération élastique plutôt que pour la compression seule. C’est à ce moment-là que les ingénieurs expérimentés adoptent un boîtier à fente radiale.
Les matériaux décident si le boîtier survit au support
Le choix du matériau, et non la conception divisée, décide si la pompe survivra cinq ans ou cinq mois au même point de service.
Les corps pour pompes de process à division axiale sont normalement fournis dans l'une de ces familles.
- Acier au carbone A216 WCB pour eau, saumure et hydrocarbures inoffensifs.
- Acier inoxydable austénitique 304 et 316L pour acides dilués et services chimiques généraux.
- Duplex 2205 et super duplex 2507 où les chlorures excluent le 316L par fissuration par corrosion sous contrainte.
- CD4MCu et qualités duplex coulées similaires pour boues abrasives et corrosives.
- Alliages de nickel tels que l'Hastelloy, plus titane, pour les chlorures forts et les acides oxydants.
- 2520 résistant à la chaleur pour les flux de processus à haute température.
Jiangsu Huanyu Chemical New Materials Co., Ltd. fabrique et usine des pompes à Jingjiang depuis 1987 et exploite sa propre fonderie, des ateliers de pressage de produits non métalliques, d'usinage et d'assemblage pour plus de 300 spécifications. Cette chaîne verticale est importante au stade de la sélection : la fonderie confirme quelle nuance est réellement coulable à l'épaisseur de section requise avant de passer la commande, au lieu de la découvrir à l'atelier de modélisme.
Une mise en garde s’applique. Si le fluide est fortement acide et le débit est modeste, une pompe à entraînement magnétique avec revêtement en plastique fluoré ou sans joint est souvent moins chère et plus sûre qu'un boîtier métallique, car la limite mouillée est en polymère plutôt qu'en alliage. Adaptez le style du boîtier à la tâche, jamais l'inverse.
Division axiale ou division radiale : une comparaison pratique
Boîtier fendu axialement, BB1 et BB3
- Accès au rotor en 6 à 14 heures
- Plafond de 40 bars mono-étage, 100 à 150 bars multi-étages
- Plus puissant à débit élevé et hauteur de chute modérée
- Tuyauterie, raccord et alignement intacts lors de l'inspection
- Boîtier plus lourd par unité de pression
Boîtier à fente radiale, BB2 à BB5
- Accès au rotor en 28 à 50 heures
- Évalué de 100 bar à 400 bar et au-delà
- Plus fort à hauteur de chute élevée et à haute pression
- Travaux de tuyauterie et d’alignement nécessaires pour une inspection majeure
- Boîtier compact et plus léger à haute pression
Au-dessus de 150 bars, en service de charge de raffinerie et d'hydrotraitement, une machine à division radiale ou à barillet est le seul choix judicieux. Sur un circuit d'eau de refroidissement de 3 000 m3/h ou une ligne de transfert de brut, le boîtier divisé axialement gagne en termes de coût du cycle de vie car les économies de maintenance se répètent à chaque ouverture de la machine.
Lorsqu'une tâche se situe au milieu, une pompe de traitement horizontale à retrait arrière offre un compromis : le rotor sort par l'arrière sans casser la tuyauterie d'aspiration, mais pas aussi vite que de soulever une moitié supérieure.
Pompe centrifuge chimique standard série CZ Pompe chimique horizontale à un étage DIN/ISO pour liquides neutres, corrosifs, chauds, froids, propres ou chargés de particules dans les domaines chimique, pétrochimique, de raffinage, d'énergie, pharmaceutique et de traitement de l'eau. Voir le produit → Comment spécifier correctement une pompe à division axiale
Six entrées déterminent si une pompe à division axiale fonctionnera pendant vingt ans ou si elle devient une responsabilité de maintenance.
- Fixez l’enveloppe opérationnelle complète, et non le point évalué. Des débits de 20 pour cent supérieurs et inférieurs à la conception modifient la vitesse spécifique, l'assiette de la roue et l'équilibre de la poussée axiale.
- Confirmez la marge NPSH dans le pire des cas de fonctionnement. Une marge d'un demi-mètre sur le papier disparaît après les premières fautes de la crépine d'aspiration.
- Choisissez le nombre d'étapes par rapport à la vitesse de l'arbre. Huit étages à 3600 tr/min, ce n'est pas la même machine que quatre étages à 1800 tr/min, même à hauteur de tête identique.
- Adaptez la métallurgie au fluide sur chaque pièce en contact avec le fluide : carter, roue, bagues d'usure, arbre et chambre d'étanchéité.
- Préciser la garniture mécanique et son plan de tuyauterie API 682 avec la pompe et non après. La défaillance des joints, et non la défaillance hydraulique, est à l'origine de la plupart des pannes des pompes de procédé.
- Convenez de la liste des pièces de rechange et de l'intervalle d'inspection avant de passer la commande. Un rotor de rechange et une cartouche d'étanchéité de rechange déterminent la durée d'une panne imprévue.
Une grande partie de cette procédure s'applique à la famille plus large des pompes de procédé, et le guide sur comment sélectionner une pompe de procédé pétrochimique ajoute les contrôles qui s'appliquent une fois qu'une machine se trouve à l'intérieur d'une unité de raffinage agréée.
Questions fréquemment posées sur les pompes à division axiale
Quelle est la différence entre une pompe à division axiale et une pompe à division radiale ?
Le joint de boîtier fait toute la différence. Un boîtier fendu axialement est boulonné sur la ligne centrale horizontale, de sorte que la moitié supérieure se soulève et que le rotor soit exposé sans toucher la tuyauterie. Un carter fendu radialement est boulonné autour de l'axe vertical, de sorte que le rotor sort le long de l'axe de l'arbre, ce qui, sur les machines plus grandes, signifie casser l'accouplement et les raccords de tuyauterie.
Quelle est la pression maximale qu’une pompe à division axiale peut supporter ?
Un BB1 à un seul étage est normalement limité à une pression de refoulement d'environ 40 bars. Les modèles BB3 à plusieurs étages fonctionnent jusqu'à 100 ou 150 bars en fonction du nombre d'étages, de la taille des boulons et du détail des joints. Au-dessus de 150 bars, les carters de fûts prennent le relais car l'enceinte de pression devient une seule pièce forgée cylindrique plutôt que deux moitiés boulonnées.
Pourquoi les pompes multicellulaires à division axiale utilisent-elles des roues opposées ?
Les roues opposées annulent la majeure partie de la poussée axiale hydraulique à l'intérieur du carter, de sorte que le palier de butée ne supporte que la charge résiduelle et aucun tambour d'équilibrage ni ligne d'équilibrage n'est requis. Le retrait de ces pièces supprime deux points de défaillance courants et raccourcit le rotor, ce qui facilite son retrait par la moitié supérieure de l'ouverture.
Une pompe à division axiale peut-elle gérer des produits chimiques agressifs ?
Oui, à condition que la métallurgie soit adaptée au support. Le Duplex 2205, le super duplex 2507, le CD4MCu, l'Hastelloy et le titane étendent la conception aux services contenant du chlorure, acides et abrasifs. Pour les fluides très agressifs à faible débit, une pompe à entraînement magnétique avec revêtement en plastique fluoré ou sans joint constitue généralement le choix le moins risqué.
Vous avez un point de service à vérifier ? Envoyez le débit, la hauteur, la température, la densité et le milieu à l'équipe d'ingénierie via le page de contact et demandez un nombre d'étapes et une combinaison de matériaux avant que la fiche technique ne soit gelée.
