Prediction of gas and liquid leak rates in compression packing at room temperature

Résumé

Le joint d'étanchéité est l'élément clé de tout assemblage mécanique pressurisé. Un mauvais choix ou tout simplement l’utilisation non appropriée d'un joint d'étanchéité peut engendrer des fuites intolérables ou des infiltrations de contaminateurs potentiellement dangereux pour l’humain ou l'environnement. À la suite des nouvelles réglementations sur les émissions, de même que de nombreux incidents dus aux fuites, il devient impératif de développer de nouvelles méthodes de conception de joints d’étanchéité pour les équipements pressurisés, en se basant notamment sur la fuite maximale à tolérer. L’écoulement d’un fluide à travers les joints d’étanchéité a été étudié intensivement par plusieurs chercheurs lesquels ont élaboré des modèles théoriques et numériques pour prédire les fuites. Néanmoins, très peu d’études ont portés sur les fuites à travers les garnitures de valves et de presse-étoupes. En effet, même si la majorité des problèmes de fuites signalés par les industriels sont engendrés par les valves et les pompes qui utilisent des garnitures de presse-étoupes très peu de travaux existent dans la littérature. Par ailleurs, il n’existe malheureusement pas de norme de conception de presse-étoupes et les procédures d’essais se focalisent sur la control de la qualité sans donner d’importance à la performance. Les bancs d’essai existant pour tester les garnitures ne sont pas assez sophistiqués pour permettre de caractériser les matériaux et obtenir les propriétés mécaniques. Donc il convient de développer des montages instrumentés afin de pouvoir implémenter des modèles appropriés pour la prédiction des fuites à travers les garnitures de presse-étoupes. L’objectif principal de ce projet de doctorat est donc la prédiction des fuites laquelle sera valider par des essais expérimentaux sur plusieurs types de garnitures de presse-étoupes à différentes pressions de fluide et plusieurs niveaux de compression des garnitures. On s’intéressera spécifiquement aux mesures expérimentales de fuites de gaz et de liquides et au développement de nouvelles approches théoriques pour les prédire. On simulera, aussi, les fuites à travers les joints d'étanchéité en utilisant des approches numériques. La comparaison des trois approches (expérimentale, théorique et numérique) permettra de valider nos résultats et de fournir à l’industrie spécialisée des guides concernant la conception des presse-étoupes. La méthodologie utilisée pour atteindre nos objectifs est donnée par les éléments suivants. Les fuites seront mesurées dans un premier temps à l’aide de plusieurs techniques développées spécifiquement dans le cadre de ce projet. Plusieurs modèles analytiques basés sur l’écoulement des fluides à travers les milieux poreux tels que les joints d’étanchéité seront développés par la suite en utilisant la base de données expérimentale ainsi produite. Les modèles numériques par la méthode des éléments finis seront élaborés en parallèle sur le module CFX du logiciel ANSYS. Enfin, la comparaison de ces différentes approches entre-elles permet la validation de notre approche théorique qui à son tour pourrait aider les industriels à développer des nouveaux produits d’étanchéité. Il s’ensuit que la maitrise des fuites à l’aide de modèles de prédiction fidèles permet d’améliorer la fiabilité et la sécurité des assemblages pressurisés, d’augmenter le niveau de la production et minimiser les temps d’immobilisation et de réduire les frais de maintenance et de prévention. Enfin ce projet rentre dans le cadre de la réduction des émissions fugitives et la diminution du risque d'accident induit dans les installations industrielles des produits chimiques et raffinerie de pétrole.

Date	10 sept. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice))