Maintenance des compresseurs alternatifs est la discipline qui consiste à maintenir un compresseur à piston volumétrique à sa capacité nominale en contrôlant l'usure de ses soupapes, segments, presse-étoupes et de la ligne de charge de la tige avant que l'un d'eux ne provoque un arrêt imprévu. Contrairement à une machine centrifuge, il comprime le gaz en cycles discrets à l'aide d'un piston entraîné par un vilebrequin via une bielle et une tête d'articulation, offrant une haute efficacité et des pressions de refoulement très élevées mais concentrant l'usure sur des composants que le programme doit suivre individuellement, cylindre par cylindre.
Les soupapes d'aspiration et de refoulement s'ouvrent et se ferment automatiquement en fonction du différentiel de pression qui s'exerce sur elles, et non par un calage mécanique. Lors de la course d'aspiration, la pression dans le cylindre descend en dessous de la pression de la conduite d'aspiration et la soupape d'aspiration se lève pour admettre le gaz. Lors de la course de compression la soupape d'aspiration se referme, et une fois que la pression dans le cylindre dépasse la pression de refoulement la soupape de refoulement s'ouvre. Parce que l'action des soupapes est entièrement gouvernée par la pression, l'usure ou la fatigue des ressorts se manifeste immédiatement par un changement de la courbe pression-volume (P-V) et de la capacité livrée.
Les soupapes tombent en panne plus souvent que tout autre composant et génèrent la majeure partie du coût de maintenance. Une soupape se compose d'un siège, d'une ou plusieurs plaques mobiles, d'un carter et de ressorts qui ramènent la plaque une fois que le différentiel de pression s'inverse. Modes de défaillance courants :
Chacune de ces causes entraîne une fuite de soupape, c'est-à-dire un écoulement de gaz en sens inverse à travers une soupape qui devrait être fermée. Les fuites réduisent la capacité livrée, augmentent la puissance spécifique et ajoutent de la chaleur : le flux inverse à travers l'entrefer chauffe localement le gaz, accélérant l'usure des plaques et poussant la température du cylindre vers des limites qui affectent la lubrification et la durée de vie du presse-étoupe.
Les segments assurent l'étanchéité entre le piston et l'alésage et, sur les machines sans huile, sont généralement en PTFE plutôt qu'en métal, puisqu'il n'y a pas de film d'huile pour empêcher les rayures. Les bandes porteuses supportent le poids de l'ensemble piston et le maintiennent centré sans contact métal contre métal ; elles sont remplacées selon un intervalle ou lorsque les contrôles montrent un affaissement excessif. Le presse-étoupe, monté à l'endroit où la tige passe du carter au cylindre, isole l'espace gaz de l'atmosphère à l'aide de bagues empilées sous charge de ressort. Un faible taux de fuite est normal et est ventilé ; une variation brusque du taux de fuite ou de la température du carter signale une usure des bagues ou un dommage de la tige.
La tête d'articulation convertit le mouvement angulaire de la bielle en mouvement purement linéaire pour la tige du piston, absorbant la charge latérale qui sinon la plierait. Deux paramètres gouvernent l'état de santé :
La charge sur la tige et son inversion sont vérifiées lors de la mise en service et après tout changement de pression, conformément à API 618, la norme pour les compresseurs alternatifs dans les services pétroliers, chimiques et gaziers. Un cadre qui ne repose pas à plat sur sa fondation, contrôlé avec la même méthode du « soft foot » utilisée pour les équipements tournants, se déformera sous charge, et un mauvais alignement de l'accouplement ajoute la même charge asymétrique.
La lubrification du bâti est alimentée sous pression depuis un carter d'huile, filtrée et refroidie, avec une analyse d'huile suivant la viscosité, la teneur en eau et les métaux d'usure comme indicateurs avancés de détresse des paliers. La lubrification des cylindres, lorsqu'elle est installée, injecte une petite quantité d'huile dosée dans l'alésage et le presse-étoupe ; les machines sans huile l'omettent et s'appuient sur des matériaux auto-lubrifiants, troquant ce risque contre une durée de vie plus courte des segments.
Puisque les soupapes et les segments se dégradent progressivement, plusieurs techniques de surveillance d'état sont utilisées conjointement :
| Technique | Ce qu'elle détecte | Application typique |
|---|---|---|
| Température du capuchon de soupape | Réchauffement du gaz dû au reflux (fuite) | Thermocouples par soupape ou inspection infrarouge |
| Analyse vibratoire | Goupilles de tête d'articulation usées, couvercles desserrés, contact piston-tête | Accéléromètres sur la carcasse et la tête d'articulation |
| Ultrasons | Fuite au niveau du siège de soupape ou signature de bague de presse-étoupe | Sonde portative aux couvercles de soupape et au carter du presse-étoupe |
| Analyse pression-volume (P-V) | Fuite de soupape et blow-by des segments par extrémité de cylindre | Transducteurs de pression synchronisés sur l'angle de vilebrequin |
Faire évoluer ces signaux par rapport à une ligne de base, et non les lire isolément, sépare un vrai programme prédictif d'une inspection ponctuelle. Consigner les intervalles de remplacement des soupapes, la forme des courbes P-V et le taux de fuite du presse-étoupe dans un système structuré facilite la détection d'un cylindre qui dérive de sa référence et la planification d'un remplacement avant un arrêt non planifié. Une plateforme telle que Réservez une démonstration Fabrico peut conserver cet historique par cylindre et déclencher des ordres de travail une fois qu'un seuil est franchi.
Chaque étage est protégé contre la surtension par une soupape de sûreté à ressort réglée sur la pression de service maximale admissible des tuyauteries et des récipients de cet étage ; un dimensionnement correct des soupapes de sécurité prend en compte les scénarios de refoulement bloqué, car un compresseur alternatif continue d'augmenter la pression contre une soupape fermée au lieu de caler comme une machine centrifuge. Les refroidisseurs après-compression éliminent la chaleur de compression, protègent les tuyauteries et joints en aval et améliorent l'efficacité de l'étage suivant.
Les fuites au niveau des soupapes. Une plaque usée, fissurée ou encrassée ne s'aligne pas complètement sur le siège, laissant le gaz refluer et réduisant le débit.
Il n'existe pas d'intervalle universel ; cela dépend de la composition du gaz, de la vitesse et de la pression de refoulement. La plupart des exploitants partent de la recommandation du fabricant et ajustent en se basant sur l'évolution de la température des chapeaux et des données P-V.
Le palier a besoin que la charge sur la tige change de signe une fois par révolution pour qu'il se décharge brièvement et qu'un film d'huile frais se forme. Sans inversion, même une charge moyenne dans les limites peut user le palier.
Elle convient aux services où la contamination par l'huile est inacceptable, mais elle échange la lubrification du cylindre contre une durée de vie plus courte des segments et impose un contrôle plus strict des liquides et particules portés par le gaz.
Connexion
Blog