The prediction of liquid leak rates through packing seals

Résumé

Les garnitures d’étanchéité sont les éléments les plus sensibles dans les assemblages mécaniques sous pression. Leur comportement sous l’effet du chargement et de la pression d’un fluide est très différent d’un matériau a un autre ; ce qui rend leur conception dans les presse-étoupe des vannes et les compresseurs très compliqués. Le mauvais choix de matériau et le nombre de bagues d'étanchéité dans la conception ou une installation incorrecte peuvent entraîner des fuites dans le système ; ce qui peut mener à des incidents graves pour les installations et les humains. Les fuites de fluides (gaz ou liquide) provenant des conduites et réservoirs sous pression dans les installations nucléaire ou pétrochimique peuvent avoir des conséquences désastreuses pour les humains et l’environnement. Dans les rapports d’incidents survenus dans les installations industrielles, la plupart des fuites signalées sont liées aux vannes. Par conséquent, l'étanchéité des vannes et principalement les bagues d'étanchéité, est un sujet important qui nécessite une attention particulière. Le manque de normes appropriées dans ce domaine est criant. La nature poreuse des bagues de garniture peut être un chemin de fuites à moins que la taille des pores soit contrôlée et que la relation avec la nature du fluide soit établie. Malheureusement, le manque d’étude sur les garnitures de presse-étoupe des vannes est flagrant ; ce qui a suscité un intérêt en recherche dans ce domaine ces dernières années. Jusqu’à présent, très peu de recherches ont été effectuées sur l’écoulement des fluides à travers les bagues de garniture, dont certaines ont été effectuées dans le cadre d’analyses numérique et analytique. Le besoin en recherche expérimentale dans ce domaine se fait sentir. En fait, les résultats des tests expérimentaux peuvent servir de validation et de confirmation des modèles analytiques et numériques. Dans le cadre de cette étude, un banc d'essai de fuite a été utilisé pour simuler les conditions réelles d’un assemblage presse-étoupe d'une vanne et nous conduire à des résultats proches de la réalité à température ambiante. Ce banc d'essai a été conçu pour mesurer la quantité de fuite de gaz ou de liquide à travers les bagues de garniture sous différentes charges de compression et pression de fluide. Différentes méthodes de mesure de fuite ont été utilisées en fonction de la quantité de fuite obtenue avec des garnitures en graphite expansée. Ce travail vise à prédire le taux de fuite à travers les bagues d’étanchéité des presse-étoupes ; ce que les nombreux tests expérimentaux ont pu confirmer. En effet, ces tests ont été réalisés afin de valider le modèle d’écoulement et faire bénéficier les diverses industries des résultats obtenus en fonction des paramètres d’opération. En pratique, les nombreux paramètres affectant la fuite des bagues de garniture rendent les comparaisons difficiles. Cependant, la considération de certains paramètres simultanément peut produire des résultats proches de la réalité. Ce travail s'appuie explicitement sur la validation d’un modèle d’écoulement de liquide à l’aide de mesures expérimentales de petites fuites produites par un système de détection fait maison. L’étude des matériaux de l'anneau de garniture est concentrée sur la détermination de leurs paramètres de porosité lesquels sont utilisés dans des modèles analytiques d'écoulement de fluide développés pour prédire les taux de fuite. L'azote gazeux a été utilisé comme gaz de référence pour décrire la taille des pores et leur nombre existant dans le matériau poreux des garnitures d’étanchéité. Enfin, selon les résultats de cette étude, les fuites à travers les bagues d’étanchéité peuvent être contrôlées et réduites, et leur prédiction est possible grâce au modèle analytique suggéré.

Date	24 nov. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Hakim A. Bouzid (Directeur(-trice))