De nouvelles conceptions améliorent l'efficacité des pompes doseuses

La taille compte quand il s'agit d'une infrastructure de pompage. Les grosses pompes sont plus puissantes que les petites pompes, mais elles sont aussi plus chères. L'encombrement d'une pompe entraîne des coûts supplémentaires pour l'atelier ou la plate-forme offshore.

Qu'il s'agisse d'une raffinerie, d'une usine chimique ou d'une centrale électrique, l'encombrement et la conception ergonomique de l'infrastructure de pompage jouent un rôle clé dans l'efficacité de l'usine. En ce qui concerne les pompes doseuses, la recherche de pompes plus petites et plus légères qui ne compromettent pas les performances était auparavant limitée par la taille du diaphragme, qui dicte la taille du module de dosage et l'acier inoxydable entourant la tête de la pompe.

Aujourd'hui, de nouvelles améliorations apportées aux conceptions de membranes en polytétrafluoroéthylène (PTFE) produisent des pompes doseuses plus petites, plus légères et moins coûteuses qui offrent une plus grande efficacité sans compromettre les performances.

Les pompes doseuses sont des dispositifs de dosage de produits chimiques à déplacement positif qui délivrent des volumes mesurés de produits chimiques. Dans les usines chimiques ou pétrochimiques, les pompes doseuses sont utilisées pour doser des volumes spécifiques de produits chimiques (sous certaines températures et à des pressions spécifiques) pour fabriquer des produits. Dans les environnements offshore, les pompes doseuses fournissent des produits chimiques d'assurance de débit qui empêchent la formation d'hydrates et assurent le bon écoulement du pétrole à travers de longs raccordements sous-marins.

Dans les applications intermédiaires, les pompes doseuses dosent les produits chimiques qui déshydratent le gaz ou traitent le pétrole brut lourd pour faciliter le déplacement dans les pipelines. Dans les centrales électriques ou les raffineries, les pompes doseuses injectent des inhibiteurs de corrosion et des produits chimiques antitartre pour protéger les infrastructures de pompage et de tuyauterie.

Pour chacune de ces applications, la précision de la pompe doseuse est primordiale, car la surinjection de produits chimiques de traitement dans une partie du processus peut entraîner des coûts supplémentaires pour éliminer ces produits chimiques plus loin dans le processus.

Les produits chimiques pénètrent dans la chambre mouillée d'une pompe lorsque le moteur entraîne un piston pour créer un vide qui aspire les produits chimiques dans la partie liquide des réservoirs externes. Les courses alternées du piston créent une pression qui ferme la vanne d'entrée, ouvre la vanne de sortie et expulse les liquides vers le processus. À l'intérieur du module de dosage se trouve un diaphragme, qui agit comme une barrière entre le piston et le fluide de procédé (voir Figure 1).

Le mouvement de pompage du piston est appliqué au fluide hydraulique, ce qui fait fléchir le diaphragme d'avant en arrière lorsque le piston va et vient. Le mouvement du piston, appelé déflexion, fléchit le diaphragme entre les positions concave et convexe. La périphérie du diaphragme est serrée et ne bouge pas lors de la déflexion. Plus la déviation du diaphragme est importante, plus le débit est élevé.

Pour les processus nécessitant des débits élevés, les fabricants de pompes ont toujours dû construire de grandes membranes, avec de grandes têtes doseuses et de grandes surfaces de logement, pour fournir le volume et la pression requis. Comme on pouvait s'y attendre, cela se traduit par des pompes grosses et lourdes. Les pompes doseuses doivent être capables de fournir une large gamme de produits chimiques agressifs et corrosifs à différentes concentrations et niveaux de température. Pour s'adapter à cette diversité, toutes les parties en contact avec le fluide des modules de dosage des pompes doivent comporter des matériaux compatibles avec ces produits chimiques.

La pompe doit être équipée d'une membrane, métallique ou plastique, dont le matériau joue un rôle clé dans le coût et le poids de l'équipement.

Les membranes PTFE existent depuis longtemps. Le défi a été l'utilisation de ce matériau flexible à des pressions élevées. En raison de la nature glissante du PTFE, il a toujours été difficile de serrer suffisamment le diaphragme pour résister à la poussée élevée du piston requise pour l'injection à haute pression, mais pas trop serré, pour éviter la densification, le flambage et même la rupture.

Contrairement au PTFE, les membranes métalliques peuvent se fissurer dans la zone de serrage périphérique lorsqu'elles sont fortement déviées. Pour répondre aux exigences de débit élevé de la pompe et le concilier avec une petite déviation de la membrane métallique, la seule solution est d'augmenter le diamètre de la membrane. Cela se traduit par un module de dosage de diamètre beaucoup plus grand lors de l'utilisation d'un diaphragme métallique par rapport à un diaphragme en PTFE. Les compromis supplémentaires associés aux conceptions métalliques incluent la taille et le poids du diaphragme, le module de dosage et l'acier inoxydable entourant la tête de la pompe. Ces matériaux sont coûteux, ce qui augmente le coût de chaque pompe et entraîne des effets d'entraînement sur les coûts globaux de l'atelier ou de la plate-forme offshore.

Le PTFE a l'un des coefficients de frottement les plus bas de tous les solides. Presque rien ne colle au PTFE et le matériau est essentiellement imperméable aux produits chimiques corrosifs. Le PTFE permet une bien plus grande déviation qu'un diaphragme métallique, permettant des débits plus élevés dans un boîtier beaucoup plus léger. Un diaphragme plus petit permet aux fabricants de pompes de concevoir des têtes doseuses plus petites, ce qui conduit à des pompes plus petites et plus légères qui peuvent toujours produire des débits élevés. Les doseurs en PTFE peuvent être 50 % moins chers que les doseurs métalliques.

La principale limitation associée aux membranes en PTFE est la haute pression. Lorsque la pression est amplifiée, le mouvement du piston poussant agressivement sur une surface sans frottement pourrait dégrader la densité du matériau du disque. Un scénario Catch-22 existait auparavant : un serrage trop serré du disque rond impactait négativement la densité du matériau, mais un serrage insuffisant l'empêchait de résister à la pression requise pour certaines applications.

Grâce à une recherche et un développement approfondis, un fabricant de pompes doseuses a conçu une nouvelle membrane en PTFE dotée d'une composition chimique unique en PTFE qui offre le meilleur des deux mondes, combinant les avantages du PTFE avec la résistance à la température et à la haute pression des membranes métalliques. Le résultat est une pompe plus petite, plus légère et moins chère adaptée à la plus large gamme d'applications de pompes doseuses, de la fabrication chimique au raffinage en passant par la production d'électricité, la production pétrolière et gazière offshore, et pour toutes les formes de traitement de l'eau et des eaux usées.

Axel Bokiba est vice-président de la gestion des produits pour Pulsafeeder. Il peut être contacté à [email protected]. Pour plus d'informations, rendez-vous sur pulsafeefer.com.