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Transfert de liquides dangereux

Les produits chimiques sont considérés comme dangereux s'ils sont toxiques, hautement corrosifs ou volatils. Les produits chimiques peuvent être dangereux pour plusieurs raisons ; ils peuvent affecter la santé d'une personne, causer des problèmes de litige en cas de préjudice grave et ils peuvent polluer l'environnement et notre chaîne alimentaire, comme avec les pesticides. 

Pour les locaux industriels, ces dangers imposent une grande responsabilité au personnel, aux procédures et aux équipements de l'usine pour être sûrs et fiables. Cet article porte sur les considérations de pompage pour la manipulation en toute sécurité de divers produits chimiques dangereux.  

Le danger des produits chimiques

De nombreux produits chimiques et solvants sont utilisés dans la production de toutes sortes de biens de consommation et de processus industriels. Ces produits chimiques peuvent être utilisés dans le cadre du processus de production, comme dans le traitement chimique, l'industrie pharmaceutique ou le traitement des effluents.

Les produits chimiques peuvent également être utilisés pour nettoyer, traiter ou finir les produits, par exemple dans le décapage des métaux ou le nettoyage des équipements utilisés dans les processus alimentaires hygiéniques (par exemple l'hydroxyde de sodium dans un processus CIP). Les produits chimiques peuvent également être des éléments constitutifs d'une solution, comme le toluène ou le méthylbenzène, qui sont couramment utilisés comme solvants dans les composés adhésifs tels que la superglue. Lorsqu'ils sont inhalés, ces solvants peuvent affecter le système nerveux central, par exemple l'amnésie, et sont un déclencheur connu de cancer. 

L'acide sulfurique est l'acide le plus utilisé dans l'industrie. Il est utilisé dans la production d'engrais et comme électrolyte dans les batteries de voiture. L'acide sulfurique en contact avec la peau provoque de graves brûlures ; il est donc important de mettre en place le processus de production de manière à éliminer le risque de fuite lors du pompage des produits chimiques. La présence en arrière-plan d'un produit chimique est un facteur déterminant pour la sécurité.

La présence en arrière-plan de produits chimiques est également importante. L'acide chlorhydrique, par exemple, peut attaquer les yeux, l'émail des dents et le système respiratoire, entraînant des conséquences à long terme sur la santé des employés. Lorsque le produit chimique est hautement toxique, comme l'acide fluorhydrique ou volatile comme l'acétone, il est essentiel de minimiser la présence de vapeur de fond pour la sécurité de l'usine dans son ensemble.

Souvent, les produits chimiques arrivent à l'usine dans des fûts ou des conteneurs, à partir desquels ils sont transférés dans la zone de production vers des réacteurs, des réservoirs de stockage ou des lignes de production. Au cours du processus de production, ils se diluent, se mélangent à d'autres produits chimiques ou à des solides en suspension. Comme le produit chimique se mélange à différents types de matériaux, il peut être nécessaire de le faire passer par un système de filtration pour récupérer le produit chimique d'origine. Comme ces produits chimiques constituent une menace pour l'environnement local, ils doivent être manipulés de manière à atténuer ou à supprimer complètement tout risque de fuite ou d'incident.

Fonctionnement sans fuite et confinement du média

Le système d'étanchéité est un aspect critique dans le fonctionnement sûr d'une pompe. 

"Une pompe est aussi bonne que son joint" est un dicton connu dans le monde des pompes industrielles. Le principe de pompage impose souvent des limites au type d'étanchéité qui peut être utilisé. Nous l'expliquons en détail en comparant les pompes à joint d'arbre aux pompes sans joint.

Pompes à étanchéité d'arbre rotative

La plupart des pompes à étanchéité d'arbre, par exemple les pompes à lobes rotatifs, les pompes centrifuges, les pompes à engrenages et les pompes à palettes, nécessitent un mécanisme d'étanchéité entre l'arbre rotatif et le liquide pompé.

La méthode la plus simple consiste à utiliser des bagues de garniture. Un inconvénient lors de l'utilisation de bagues de garniture est la génération de chaleur, ce qui peut causer des problèmes dans les zones dangereuses explosives. En outre, un presse-étoupe ne peut fonctionner qu'en utilisant le liquide pompé comme lubrifiant et liquide de refroidissement pour les anneaux de garniture. Un presse-étoupe nécessite une maintenance continue car, en raison de l'usure abrasive, les anneaux de garniture doivent être serrés, mais le risque inhérent de fuite est toujours présent. Ce problème peut être exacerbé par des fluides qui se cristallisent au contact de l'air, comme les vernis augmentant l'usure abrasive de la garniture d'étanchéité.

Pour diminuer le risque d'évaporation du liquide, la garniture de presse-étoupe peut être équipée d'un anneau lanterne et d'un quench. Cependant, le liquide pompé peut encore pénétrer à travers les anneaux de garniture, qui se trouvent avant l'anneau lanterne et sera dilué dans le liquide de quench. En cas de baisse du niveau et/ou de la pression du liquide de barrage, une alarme se déclenche, indiquant une défaillance et la nécessité de réparer la pompe. Pour l'utilisateur final, ce type d'installation de pompe est coûteux en termes de remplacement des joints, du liquide de barrage, du temps de rinçage et de montage, ainsi que du coût des temps d'arrêt. Si le système n'est pas mis en alarme, une fuite catastrophique est inévitable.

Joints mécaniques

La garniture mécanique offre une solution plus sûre et est une caractéristique beaucoup plus courante dans les pompes de process que les presse-étoupes. La garniture mécanique présente l'avantage supplémentaire d'une tension sous l'effet d'un ressort, créant une face d'étanchéité continue, le liquide de traitement agissant comme lubrifiant et réfrigérant entre les faces de la garniture. Comme la garniture mécanique tourne contre une face stationnaire, elle est soumise à une usure abrasive. Le résultat de l'utilisation d'une seule garniture mécanique peut voir le fluide " suinter " et s'évaporer, provoquant une présence de fond de produit chimique vaporisé ou, au pire, un " rejet à l'atmosphère " du liquide. Lorsqu'une garniture mécanique double est utilisée, le liquide de procédé est soumis à une usure abrasive.

Lorsqu'un système d'étanchéité mécanique double est en place, le joint primaire devra soit être inspecté et éventuellement remplacé, soit une défaillance du joint due à l'usure abrasive provoquera une chute de pression ou de niveau de fluide dans la trempe, créant une alarme pour l'opérateur. Si la pompe ne fait pas l'objet d'une alarme ou d'un manque d'attention, le joint d'étanchéité secondaire peut également se rompre, provoquant un rejet dans l'atmosphère. Il est rare qu'une telle défaillance se produise.

Il est rare de voir un incident de rejet à l'atmosphère avec une pompe à double joint mécanique ; cependant, l'utilisation de ce système n'est pas sans coût financier. Le système de trempe sous pression nécessite un système de thermo-siphon et/ou une pompe supplémentaire pour maintenir la pression, en plus du coût des 4 faces d'étanchéité et du coût de la main d'œuvre pour l'installation, l'inspection et l'entretien. 

Pompes sans garniture 

Bien que qualifiées de "sans garniture", ces pompes ont en fait des joints, généralement des joints toriques créant un joint statique entre les faces de bride des sections du boîtier. L'aspect critique est l'emplacement des joints, car le terme "sealless" fait référence au fait que la pompe n'a pas de joint d'arbre en contact avec les pièces mobiles, de sorte qu'ils ne sont pas soumis à l'usure abrasive d'un mécanisme rotatif. Le fluide est plutôt traité dans une chambre de pompe fermée, comme dans les pompes à entraînement magnétique, les pompes péristaltiques et les pompes pneumatiques à double membrane. 

Pourvu que les matériaux qui entrent en contact avec le fluide de traitement soient chimiquement compatibles, la pompe assurera un confinement total.

La solution d'entraînement magnétique

Les parties en contact avec le fluide de les pompes à entraînement magnétique sont généralement fabriquées en acier inoxydable, en plastique ou en métal revêtu d'un polymère, tel que l'ETFE. Un revêtement peut être une excellente solution car il offre la résistance chimique contre les fluides corrosifs ainsi que la solidité et la durabilité d'un boîtier métallique. De nombreuses pompes à entraînement magnétique fonctionnent dans les processus pendant des années, voire des décennies, sans aucun problème de panne. Cela est dû à la robustesse inhérente du principe de fonctionnement. Dans des conditions de travail normales, la seule pièce d'usure est le palier, qui doit généralement être inspecté tous les 2 ans avec une durée de vie prévue de 5 ans si le liquide est propre et non abrasif. De nombreux fabricants de produits chimiques avec des zones classées ATEX, des raffineries et des sites éloignés standardisent les unités d'entraînement mag en raison de la performance et de la fiabilité de ces unités.

Les unités d'entraînement mag sont conçues pour fonctionner dans des conditions normales.

Lorsqu'un fluide est plus visqueux que 200-250cPs ou contient des solides, les pompes à entraînement magnétique ne conviendraient pas car le fluide n'entrera pas assez facilement dans le chemin d'écoulement ainsi que des charges excessives étant placées sur les roulements et les assemblages magnétiques. Les solides durs tels que les gravillons ou le sable vont certainement user la pompe très rapidement et même provoquer une défaillance catastrophique si le solide est plus grand. À ce stade, un principe de déplacement positif serait plus approprié. Un exemple de ceci peut être dans la fabrication de peintures et de laques où des résines toxiques et visqueuses contenant des composés de cyanure sont utilisées.

L'alternative du déplacement positif

Utilisant un tuyau flexible pour canaliser le fluide et un rotor pour assurer la propulsion et l'aspiration, une pompe péristaltique est une autre solution sans soudure pour la manipulation de fluides dangereux. La pompe péristaltique est une autre solution sans soudure pour la manipulation de fluides dangereux.

Lorsqu'un produit chimique est très abrasif comme la boue de chaux ou sujet à des dégagements gazeux comme hypochlorite de sodium, le principe péristaltique est idéal pour la manipulation de ces fluides difficiles. Les tuyaux sont conçus pour être utilisés dans des conditions difficiles.

Le tuyau lui-même peut être produit à partir de divers composés de caoutchouc tels que le caoutchouc naturel, le nitrile, l'EPDM et l'Hypalon. À chaque révolution du sabot et du rotor, le tuyau subit une compression et un relâchement, en s'appuyant sur les propriétés élastiques et durables du tuyau. Cela permet d'éliminer les thermoplastiques et les matériaux métalliques en raison de leur nature fragile et rigide. 

Les pompes péristaltiques sont donc limitées dans le pompage des solvants et autres produits chimiques qui ne sont pas compatibles avec le caoutchouc. 

Au cours de la durée de vie du tuyau, l'élasticité du tuyau en caoutchouc se dégrade, ce qui réduit la capacité d'aspiration et le débit. Connu sous le nom de " spellation ", comme le tuyau est sujet à l'usure, des morceaux de caoutchouc peuvent commencer à se détacher du tuyau et seront transférés dans le liquide. 

Tous les tuyaux sont sujets à l'usure et finiront par se rompre, entraînant la pénétration du liquide de traitement dans le boîtier, généralement en fonte ou en aluminium. Les pompes péristaltiques peuvent être équipées d'une protection contre la rupture du tuyau qui détecte une augmentation de la pression. L'augmentation de la pression déclenche un capteur pour que la pompe soit surveillée. Si la pompe est laissée sans surveillance, le fonctionnement interne de la pompe, tel que le boîtier lui-même, l'ensemble de roulement et d'entraînement et même la boîte à engrenages, peut être endommagé au-delà de toute réparation, car ceux-ci ne sont protégés que par un simple joint à lèvre qui se brise facilement lors d'une accumulation de pression et/ou d'une attaque chimique du liquide de traitement.

Pompes pneumatiques à double diaphragme

Les pompes standard à double membrane actionnée par air (AODD) sont fabriquées en métal ou en plastique moulé par injection comme le polypropylène ou le PVDF. Ces matériaux peuvent supporter la plupart des produits chimiques et des solvants courants. Toutefois, pour certains composés chimiques, il est difficile de choisir le matériau de pompe approprié. Si des températures plus élevées sont nécessaires, les pompes en plastique moulé sont limitées à +90°C.  Les diaphragmes peuvent être fabriqués à partir de différents matériaux (caoutchoucs ou thermoplastiques) mais pour les produits chimiques et les solvants, on utilise principalement des diaphragmes en PTFE. Les diaphragmes séparent le liquide pompé de la chambre d'air. Les diaphragmes séparent le liquide pompé de la chambre d'air.

Les différentes sections de la pompe peuvent avoir des restrictions dues aux propriétés des matériaux comme la rigidité, les limites de température, la résistance chimique ou le coût. Un exemple peut être une section d'air en polypropylène et le corps de pompe en PVDF. 

Dans le cas d'une rupture de la membrane, le liquide passe la membrane et pénètre dans la section d'air. Si celle-ci n'est pas fabriquée dans un matériau résistant à 100% aux produits chimiques, la section d'air sera attaquée par le fluide. Un capteur de détection de fuites placé dans la section d'air peut aider à détecter une rupture des diaphragmes mais c'est loin d'être idéal car les capteurs sont placés du côté air de la pompe. La détection d'une rupture ne se fera que lorsque les produits chimiques pompés se sont déjà échappés dans l'air comprimé et peuvent être déplacés hors de la pompe vers l'atmosphère avant que les capteurs ne détectent la brèche.

Pompes AODD spécialisées dans les produits chimiques

Conçues et fabriquées spécifiquement pour la manipulation de produits chimiques corrosifs dans les environnements les plus dangereux, des pompes AODD usinées en PTFE vierge pur sont disponibles pour les applications les plus critiques.

Le PTFE vierge est chimiquement inerte, il ne réagit donc avec aucun milieu. Malheureusement, il est impossible d'utiliser un procédé de moulage par injection pour le PTFE vierge ; par conséquent, les pompes fabriquées à partir de ce matériau nécessitent un usinage à partir d'un bloc solide de matériau. Les utilisateurs finaux en bénéficient car en utilisant cette pompe, ils peuvent manipuler n'importe quel produit chimique ou solvant sans risquer que la corrosion ne provoque une libération de fluides dangereux. L'utilisation du PTFE est un avantage pour les utilisateurs finaux.

Lorsque la zone d'opération est classée comme dangereuse en raison du risque d'explosion (ATEX), une petite quantité de carbone peut être ajoutée dans le PTFE. Les molécules de carbone sont complètement entourées par les molécules de PTFE, donc les propriétés chimiques resteront les mêmes, cependant le carbone rendra le PTFE électriquement conducteur pour répondre aux exigences des directives européennes ATEX 94/9/EG.

Mesures de sécurité supplémentaires

Comme pour toutes les pompes AODD, le même problème de rupture du diaphragme se pose, le liquide pompé pénétrant dans le côté air de la pompe. Comme ce type de pompe est usiné et non moulé, il est techniquement facile et rentable d'ajouter des accessoires tels que des chambres de barrage et des canaux de drainage pour ajouter une ligne de sécurité supplémentaire pour la main-d'œuvre et l'environnement environnant.

Chambre de barrage

Une chambre de barrage est une solution au problème inhérent à la rupture d'un diaphragme, qui permettrait à un fluide dangereux d'entrer dans la chambre à air et finalement de sortir par l'échappement avant qu'un capteur ne puisse arrêter le flux du liquide.

La chambre de barrage est une solution au problème inhérent à la rupture d'un diaphragme.

Le système de barrière fonctionne en ajoutant un diaphragme supplémentaire entre l'air et le fluide de traitement pour servir de barrière en cas de rupture du diaphragme primaire. Cela crée une chambre supplémentaire, qui est remplie d'un fluide neutre tel que de l'eau déminéralisée et de deux capteurs détectant la présence du fluide neutre et un autre pour l'état de la conductivité électrique du fluide. En cas de défaillance de la membrane, le fluide dangereux modifie l'état du fluide neutre, ce qui entraîne une modification de la conductivité, relayée par le capteur pour alerter l'opérateur.

Drains

Du fait du principe de fonctionnement d'un AODD, l'une des chambres de la pompe sera toujours remplie de liquide, même lorsque la pompe est arrêtée. Les billes de la soupape d'aspiration empêchent l'écoulement du liquide de la pompe. 

Lorsqu'un système de pompe doit passer d'un fluide à un autre, il est important qu'aucun liquide ne reste dans la chambre de la pompe pour éviter toute contamination croisée et toute réaction chimique dans la pompe lorsque le nouveau liquide entre dans la chambre de la pompe.

Lorsque des opérations de maintenance sont effectuées, il est également important que les pompes ne contiennent pas de liquide dans les chambres de pompe.

Comme les parois d'une pompe AODD solidement usinée sont relativement épaisses, il est possible de percer des canaux dans le boîtier latéral sans affecter l'intégrité structurelle du boîtier. Ces canaux de vidange permettent de vidanger la pompe avant de passer à un autre fluide ou avant de commencer les travaux d'entretien. 

Résumé

Les points critiques lors du choix d'une pompe pour le traitement de produits chimiques et de solvants dangereux sont: