Prenez le contrôle des transitoires de la pompe : démarrages et déclenchements

Apr 06, 2024

Les pompes centrifuges sont conçues pour un fonctionnement optimal en régime permanent ; cependant, les écarts inévitables par rapport à l'état stable lorsque les pompes démarrent et s'arrêtent peuvent introduire des réponses de pression dramatiques, et souvent dangereuses, au sein d'un système de tuyauterie. Les transitoires de la pompe peuvent être aussi courants qu'un démarrage lors de la mise en service initiale ou un arrêt pour maintenance.

Souvent, un coup de bélier ou une surtension est associé à la réponse haute pression suite à une fermeture rapide d’une vanne. En termes simples, une fermeture de vanne convertit l'élan du fluide en pression lorsque le fluide heurte une vanne qui se ferme. La pression qui en résulte pourrait dépasser les pressions nominales des canalisations ou des équipements.

Le fluide qui s'échappe heurte ensuite le fluide arrêté, provoquant une onde à haute pression qui se transmet vers l'arrière à travers le système, provoquant des forces déséquilibrées. Ces événements peuvent également provoquer de faibles pressions, entraînant un flux inverse, des conditions de vide ou des fluides vaporisés aux points hauts du système.

Alors que les vannes sont la cause par excellence de la conversion de l'élan du fluide en pression (et vice versa), les pompes provoquent également des surtensions car elles affectent le débit par la pression qu'elles créent. L'ajout ou la suppression soudaine d'une source de pression de pompe transmettra des ondes haute et basse pression à travers un système de tuyauterie.

Tout comme les fermetures de vannes, les changements rapides dans le fonctionnement de la pompe entraînent des réponses plus spectaculaires en matière de pression et de débit. Les logiciels de modélisation peuvent quantifier ces effets à mesure que les ondes se transmettent et interagissent, offrant ainsi aux ingénieurs la flexibilité nécessaire pour modéliser un large éventail de causes transitoires des pompes.

De nombreux événements transitoires de la pompe peuvent être prédits. Cela peut se produire lors de la mise en service initiale d'un système, en anticipant et en suivant une maintenance de routine ou en répondant à une demande variable avec des pompes supplémentaires. Ces transitoires de routine doivent suivre une procédure visant à minimiser les effets transitoires négatifs en lissant la transition entre les conditions de fonctionnement.

Il existe également des événements réactifs dans lesquels la pompe réagit à un problème imprévu, tel qu'une panne d'équipement ou une urgence. La perte de puissance est souvent le pire des cas, car aucun processus conçu pour faciliter la transition d'une pompe entre les états n'est disponible. Les problèmes de perte de puissance sont aggravés si le courant est rétabli pour redémarrer soudainement une pompe.

Plusieurs pompes dans un seul système nécessitent des considérations supplémentaires, telles que des pompes parallèles provoquant le claquement du clapet anti-retour si une seule pompe se déclenche. Le déclenchement ou le démarrage simultané de toutes les pompes entraînera également des problèmes de surtension, bien que plusieurs pompes puissent constituer un atout pour faire passer progressivement un système entre les conditions de fonctionnement lorsqu'elles sont allumées/éteintes progressivement.

Les transitoires de pompe peuvent être distingués en deux catégories : contrôlés et non contrôlés.

Les transitoires de pompe contrôlées utilisent un contrôleur externe, tel qu'un entraînement à fréquence variable (VFD), pour faciliter une pompe entre les états en contrôlant sa vitesse. Cela permet à l'opérateur d'accélérer progressivement le fluide pour provoquer une réponse de pression moins dramatique. Les modifications progressives du système sont également plus faciles pour les systèmes de protection tels que les clapets anti-retour, évitant ainsi les effets transitoires secondaires. Les transitoires contrôlés pourraient être modélisés sous forme de vitesse de pompe en fonction du temps pour reproduire un VFD.

Les transitoires contrôlés nécessitent de l'énergie pour contrôler la pompe. Cependant, suite à une perte de puissance, la vitesse de la pompe est dictée par le système. Un déclenchement de pompe par perte de puissance démontre un transitoire de pompe incontrôlé.

Non contrôlé n'implique pas qu'un transitoire de pompe soit imprévisible, mais que le comportement d'une pompe est dicté par le système plutôt que par un contrôleur électronique affiné. Par exemple, un démarrage de routine d'une pompe pourrait démarrer contre une vanne ou un clapet anti-retour partiellement fermé pour éviter un faux-rond, puis la vanne serait progressivement ouverte pour atteindre le point de fonctionnement prévu. Bien que le processus global soit routinier, la pompe est simplement allumée et développe un débit en fonction de son système environnant.

Bien que les VFD offrent une approche d'atténuation des surtensions, les ingénieurs peuvent également atténuer les surtensions en comprenant la mécanique sous-jacente des transitoires incontrôlés des pompes. Cette compréhension est essentielle en cas de perte de puissance lorsqu'il n'existe aucune alternative pour contrôler la pompe.