Pourquoi utiliser une garniture mécanique?

Cette question revient souvent : « pourquoi utiliser une garniture mécanique, plutôt qu’un presse-étoupe bien moins cher ? ». Si certains avantages sautent aux yeux et sont faciles à comprendre, d’autres peuvent paraître plus obscurs.

Pourquoi utiliser un presse-étoupe ?

Pour commencer, il peut être utile de regarder pourquoi certains utilisent des tresses d’étanchéité et les préfèrent à une solution de garniture mécanique.

Le presse-étoupe est la technique la plus simple et la plus largement répandue pour l’étanchéité des pompes. À l’origine, les tresses d’étanchéité étaient en étoupe, un matériau à base de cordages usagés et de fibres naturelles. Pressées contre l’arbre, elles comblaient physiquement l’espace afin de limiter les fuites. C’est de là que vient le terme « presse-étoupe ».

Les presse-étoupes modernes font appel à des techniques de tressage et des matériaux plus sophistiquées, conçus en vue de réduire l’usure, limiter les frictions et mieux supporter la chaleur

• Le personnel de maintenance est familier avec le processus d’entretien et de regarnissage des presse-étoupes.
• Lorsqu’un presse-étoupe commence à défaillir, les fuites augmentent et il peut donc être réajusté et resserré de façon à limiter les pertes sans interrompre le fonctionnement de la pompe. À l’opposé, la défaillance d’une garniture mécanique nécessite l’arrêt de la pompe. C’est pour cette raison que le presse-étoupe est le dispositif d’étanchéité le plus utilisé sur les pompes à incendie et les autres applications qui ne peuvent pas se permettre des défaillances catastrophiques.
• Le coût initial du presse-étoupe (pour pompe) est faible, par comparaison avec ceux associés à une garniture mécanique.

Pourquoi utiliser une garniture a mécanique ?

Coût des produits

Un presse-étoupe correctement ajusté doit être maintenu à un taux de fuite d’environ une goutte par minute de produit de process pour chaque pouce (25 mm) de diamètre extérieur de l’arbre. Sur un arbre d’un diamètre de 2″ / 50 mm, cela équivaut à 2 gouttes/min., soit 100 gallons /mois et 1200 gallons/an (450 l/mois ou 5400 l/an).

Ces valeurs se basent sur un scénario idéal et, comme nous le montre l’expérience, les taux de fuite des presse-étoupes sont parfois 5 à 10 fois plus importants, soit un volume considérablement plus élevé.

Élimination des effluents et questions environnementales

Selon les types de produit, les coûts d'élimination des déchets peuvent s’avérer nettement plus élevés que le coût initial de la fabrication. Un simple coup d'œil à vos factures d’eau vous le confirmera. Même lorsqu’il n’est question que des eaux usées, les frais sont significativement supérieurs au coût initial du produit.

Par ailleurs, les entreprises sont sous le feu des projecteurs sur les questions environnementales. Sous les pressions nationales et internationales, les gouvernements veillent à ce que les fabricants assument leurs responsabilités pour les effets que leurs produits ont sur l’environnement, et les entreprises elles-mêmes s’imposent souvent des objectifs écologiques. Les fuites sont de moins en moins acceptables et la préservation des ressources de plus en plus importante.

Consommation d’énergie

Comparées aux presse-étoupes, les garnitures permettent de réduire la consommation d'énergie.

En moyenne, la majorité des presse-étoupes consomme 6 fois plus d’énergie qu’une garniture mécanique bien réglée. Faire tourner un équipement rotatif avec une tresse d’étanchéité dans le presse-étoupe revient ni plus ni moins à conduire sans desserrer le frein à main. Est-ce que vous consommeriez plus d’essence ? Bien sûr. Et de la même manière, les presse-étoupes augmentent considérablement vos coûts énergétiques. Dans certains cas, il est possible de faire fonctionner les pompes à une vitesse moins élevée mais plus efficace, optimisant ainsi encore plus les coûts.

Durée de vie des paliers

La cause principale des défaillances de paliers sur les équipements rotatifs est la contamination du lubrifiant.Une étude réalisée par Mobil Oil a montré qu’une contamination par l’eau de l’ordre de 0,002 % suffisait à réduire la durée de vie nominale de près de 50 %. C’est l’équivalent de 2 gouttes d'eau dans un litre d'huile.

Les presse-étoupes sont conçus pour fuir et sont placés à proximité des paliers, ce qui les soumet à un flux constant de fuites et de contaminations. Toute réduction de la contamination suffit à augmenter considérablement le temps moyen de fonctionnement entre pannes (MTBF) et ainsi, réduire les coûts de maintenance.

Pas de fuite, cela signifie une durée de vie des paliers prolongée et moins de temps d’arrêts couteux. De nombreuses défaillances de garnitures mécaniques sont attribuées à des mouvements excessifs de l’arbre causés par des roulements défectueux.

Usure de l’arbre / du manchon

Les garnitures mécaniques correctement conçues n’entraînent pas l’usure des arbres et des manchons couteux.

La plupart des équipements rotatifs sont équipés de manchons d’usure installés au niveau du presse-étoupe, de façon à compenser le fait que celui-ci est conçu pour user l’arbre à cet endroit. Faute de manchon remplaçable, l’arbre devrait être remplacé ou remis à neuf au niveau de la zone usée, ce qui entraînerait des frais supplémentaires en termes de stock de pièces de rechange ou d’arrêts prolongés le temps de la réparation de l’arbre.

Si un manchon d'usure est monté, outre les coûts de stock de pièces détachées, il y a un risque que le diamètre de l'arbre sous le manchon ait été réduit de façon significative pour permettre son installation, réduisant considérablement la résistance de l’arbre à la flexion.

Les ruptures d’arbres ne sont pas rares et sont généralement dues à la fatigue provoquée par la flexion constante de l’arbre au cours des opérations. Comment cela se produit-il ? Lorsque la pompe est exploitée loin de son point d'efficacité maximale, à proximité de valves de décharge étranglées ou fermées, au-delà de sa capacité prévue, etc., les arbres allongés en porte-à-faux et les arrêts/démarrages génèrent des contraintes massives à l’intérieur de la volute.

Le reste ne tient plus qu’au principe de levier et au fait que les choses se courbent plus facilement lorsqu’elles sont fines que lorsqu’elles sont épaisses.

Les manchons d'arbre ont également la réputations d’être très difficiles à déposer. Cette opération peut vous faire gaspiller énormément de temps et même endommager l’arbre lui-même.

Dilution des produits.

Bien souvent, les presse-étoupes ont besoin d’être alimentés par un fluide de rinçage propre au niveau de leur lanterne. À l’origine, le but était de prévenir les infiltrations d’air dans les systèmes sous vide, mais on s’est rendu compte que ce dispositif permettait également d’évacuer la chaleur générée par la friction de la tresse contre l’arbre.

Dans ce cas, les coûts sont dus à l’approvisionnement en fluide de rinçage, aux fuites de fluide dans l’atmosphère et à la dilution du produit de process lui-même, laquelle peut être acceptable ou entraîner des frais supplémentaires lors de l’élimination du diluant à un stade ultérieur du processus.

En raison de l’absence de dilution des produits de process avec les garnitures mécaniques, aucun coût supplémentaire n’est engendré par l’élimination de diluant.

Coûts de maintenance

Pour s’assurer que les presse-étoupes fonctionnent correctement, il est nécessaire de leur porter une attention constante. S’ils ne sont pas assez serrés, le taux de fuite devient inacceptable. Trop serrée, la tresse peut brûler au démarrage, augmenter les fuites, user l’arbre ou le manchon, et augmenter la consommation d'énergie. Même si elle est souvent traitée comme telle, une tresse d’étanchéité n’est pas juste une corde enduite de graisse. L’entretien doit rester constant et consciencieux tout au long de la vie de la tresse afin d’assurer le bon déroulement de l’exploitation.

Les garnitures mécaniques ne requièrent aucune maintenance de routine.

Entretien ménager

L’élimination des fuites permet de réduire les coûts de maintenance secondaires en limitant la corrosion, le nettoyage et les besoins en peinture. Il est ainsi possible de réduire les coûts de maintenance secondaires de façon drastique.

Sécurité

Les presse-étoupes fuient – ils sont d’ailleurs conçus pour – et libèrent les produits de process dans l’atmosphère. Comme nous l’avons déjà évoqué, ces fuites deviennent de moins en moins acceptables pour des raisons environnementales, en particulier si le produit est corrosif, toxique ou explosif.

Tous les produits classés comme dangereux ou à émissions fugitives doivent être isolés par une double étanchéité. La pollution atmosphérique est considérablement réduite, les garnitures doubles pouvant atteindre un objectif d’émission nulle.