Le pompage des compresseurs centrifuges et les systèmes anti-pompages ont fait l’objet de nombreux écrits. Un des aspects important du système anti-pompage est la conception du système de compression, en particulier les conduites en amont et en aval du compresseur. La plupart des systèmes anti-pompages sont capables d’éviter le pompage dans des conditions normales d’exploitation.
Toutefois, les arrêts d’urgence imprévus constituent un défi important, les systèmes anti-pompages dans ces cas dépendent dans une large mesure de la conception de l’installation, notamment du volume de la tuyauterie en aval du compresseur et du débit consommé par la machine.
En outre, les éléments utilisés dans le système anti-pompage (vannes, tuyauteries, réfrigérant) ont également un impact sur le démarrage de l’installation, ou sur les pertes de charges.
Des tentatives récentes ont été menées pour augmenter la marge de stabilité d’un compresseur à l’aide de moyens actifs ou passifs, ou en déterminant avec une plus grande précision la marge de pompage. On néglige souvent les gains significatifs qui peuvent être réalisés par une meilleure compréhension de l’interaction entre le compresseur, les dispositifs anti-pompage (système de régulation, vannes), la disposition des conduites et les composants de l’installation (réfrigérant, épurateurs, clapets anti-retour).
Les points de fonctionnement possibles d’un compresseur à gaz centrifuge sont limités par la vitesse d’exploitation maximale et minimale, la puissance maximale disponible, les pertes de charges, et par la limite de stabilité. Le pompage, qui est l’inversion de l’écoulement dans le compresseur, accompagné de charges fluctuantes élevées sur les paliers du compresseur, doit être évité afin de protéger le compresseur.
La méthode habituelle pour éviter le pompage est l’ouverture d’une boucle de recyclage par une vanne à ouverture rapide lorsque le système de commande détecte que le compresseur s’approche de sa limite de pompage. Les systèmes de contrôle types utilisent les pressions d’aspiration et de refoulement, la température et le débit à travers le compresseur pour calculer la distance relative (marge au pompage) du point de fonctionnement à la ligne de pompage.
La marge de pompage est définie par :
m : Le débit massique du fluide
Si la marge au pompage atteint une valeur prédéfinie (souvent 10%), la vanne anti-pompage commence à s’ouvrir, réduisant ainsi le taux de compression du compresseur et augmentant l’écoulement dans le compresseur.
La situation est compliquée par le fait que la vanne anti-pompage doit aussi être capable de contrôler avec précision l’écoulement.
Une situation très critique survient lors de l’arrêt d’urgence (ESD). Dans ce cas, l’alimentation du moteur est coupée instantanément, éliminant ainsi l’énergie du compresseur entraîné. L’inertie de l’impulseur du compresseur, le couplage et le rotor du moteur électrique doivent équilibrer la puissance absorbée par le compresseur, provoquant une décélération rapide. Etant donné que la pression fournie par le compresseur est réduite en fonction du carré de sa vitesse de marche, alors que le ratio de pression à travers la machine est imposé par le système de tuyauterie en amont et en aval, le compresseur pompe si la vanne anti-pompage ne peut pas permettre une réduction rapide de la pression.
La décélération du compresseur en raison de l’inertie et la dissipation sont des facteurs décisifs. La vitesse à laquelle la pression peut être soulagée ne dépend pas uniquement du temps de réaction de la vanne, mais aussi des constantes de temps imposées par les conduites.
Le comportement provisoire du système de conduites dépend en grande partie des quantités de gaz contenues par les divers éléments du système de conduites, qui peuvent inclure, outre la tuyauterie elle-même, divers réchauffeurs, épurateurs et réfrigérants.
Les exigences du système anti pompage dans des situations telles que l’ESD ou d’autres perturbations du système sont très différents des cas de contrôle des processus habituels.
Fig. 3.3 : Système anti-pompage
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