Applications des pompes à boues dans l'industrie papetière : conditions de traitement, sélection des pompes et compatibilité des matériaux

L'industrie papetière ne se limite pas à la préparation de la pâte à papier et à la production de papier. Des procédés tels que la manutention des matières premières, le tamisage de la pâte, le traitement des eaux usées, le transfert des boues et le traitement des charges minérales impliquent tous la circulation de liquides contenant des matières en suspension, des particules abrasives ou des matériaux fibreux.

Dans ces applications, les pompes centrifuges à boues peuvent jouer un rôle important dans le transfert de fluides abrasifs et chargés de solides. Cependant, toutes les pâtes à papier ou tous les liquides de process ne conviennent pas aux pompes à boues conventionnelles. Le choix de la pompe appropriée dépend des propriétés du fluide, notamment sa concentration en solides, la granulométrie, les caractéristiques des fibres, son abrasivité, sa corrosivité et sa viscosité.

Cet article examine les domaines d'utilisation des pompes à boues dans l'industrie papetière, les types de fluides de traitement adaptés au pompage de boues et comment sélectionner le type de pompe approprié, les matériaux de la partie humide et le système d'étanchéité.

1. Pourquoi utilise-t-on des pompes à boues dans l'industrie du papier ?

Les papeteries traitent une grande variété de fluides de process. Certains contiennent de l'eau relativement propre et des fibres courtes, tandis que d'autres transportent du sable, des particules minérales, des fragments d'écorce, des résidus de fibres et des boues d'épuration.

Ces matériaux solides peuvent provoquer de l'usure, des obstructions et une réduction de l'efficacité du pompage si la pompe choisie est inadaptée.

Une pompe à eau classique peut s'avérer inadaptée aux fluides contenant une quantité importante de particules abrasives. En revanche, une pompe à boues est conçue avec des composants hydrauliques robustes et des matériaux résistants à l'usure pour traiter des mélanges solide-liquide exigeants.

Les caractéristiques typiques pouvant nécessiter une pompe à boues comprennent :

• Particules solides en suspension susceptibles de provoquer une usure abrasive.

• Sable, gravier et autres contaminants durs.

• Matériaux à base de minéraux tels que le carbonate de calcium et le kaolin.

• Eaux usées contenant des résidus fibreux et des impuretés solides.

• Boues présentant une fluidité et des caractéristiques particulaires appropriées.

L'objectif principal de l'utilisation d'une pompe à boues dans ces applications est de maintenir une manutention fiable des solides tout en réduisant la maintenance liée à l'usure et les temps d'arrêt imprévus.

2. Principales applications des pompes à boues dans l'industrie papetière

L'adéquation d'une pompe à boues varie selon le procédé et les caractéristiques du fluide transporté. Les applications suivantes méritent d'être prises en compte.

2.1 Élimination du tamisage et du dessablage de la pâte à papier

Lors de la préparation et du tamisage de la pâte à papier, des matières indésirables telles que du sable, du gravier et d'autres contaminants lourds peuvent s'introduire dans le processus.

Ces particules peuvent endommager les composants classiques des pompes, notamment la roue et le corps.

Des pompes à boues robustes peuvent être envisagées pour le transfert des flux de rejets abrasifs et des fluides chargés de solides appropriés provenant des processus de criblage et de nettoyage.

Lors du choix d'une pompe pour cette application, les ingénieurs doivent prendre en compte :

• Concentration de sable et de gravier.

• Taille maximale des particules.

• Dureté et abrasivité des particules.

• Teneur en fibres et risque d'enchevêtrement.

• Débit et pression de refoulement requis.

Pour les fluides contenant des quantités importantes de fibres longues, une pompe spécialement conçue pour la manutention de la pâte à papier peut être plus appropriée qu'une pompe à boues minières classique.

2.2 Traitement des eaux usées des papeteries

Le traitement des eaux usées est l'un des domaines d'application potentiels des pompes à boues dans les papeteries.

Les eaux usées issues de la fabrication du papier peuvent contenir des fragments de fibres, des charges, des matières en suspension, du sable et d'autres résidus de procédé. Selon l'étape de traitement, ces matières peuvent créer des conditions abrasives à l'intérieur du système de pompage.

Les pompes à boues peuvent être utilisées pour transférer :

• Eaux usées contenant des matières en suspension.

• Solides décantés et gravier.

• Eaux usées contenant des fibres et présentant des caractéristiques d'écoulement appropriées.

• Boues abrasives et résidus de traitement.

Le choix de la pompe doit se baser sur la teneur réelle en matières solides, la granulométrie, la chimie des eaux usées et les conditions de fonctionnement.

Pour les eaux usées à faible teneur en matières solides et peu abrasives, une pompe à eaux usées classique peut s'avérer plus économique. Une pompe à boues devient plus pertinente lorsque les particules solides et l'usure abrasive constituent des problèmes importants.

2.3 Transfert des boues dans les stations d'épuration des usines de papier

Les boues sont générées lors des différentes étapes du traitement des eaux usées, notamment la sédimentation et d'autres procédés de séparation solide-liquide.

Ses propriétés peuvent varier considérablement selon le procédé de traitement. Certaines boues sont relativement diluées et pompables, tandis que d'autres présentent des concentrations en matières solides plus élevées, une viscosité plus importante et un comportement d'écoulement plus complexe.

Les pompes centrifuges à boues peuvent convenir à certaines opérations de transfert de boues lorsque le fluide présente une fluidité adéquate et ne contient pas de fibres longues excessives ni de particules solides surdimensionnées.

Avant de choisir une pompe, les paramètres suivants doivent être évalués :

• Concentration totale de matières solides.

• Densité et viscosité des boues.

• Teneur en fibres et en particules.

• Température et composition chimique.

• Débit requis et hauteur manométrique totale.

Pour les boues très visqueuses ou non fluides, les pompes volumétriques peuvent être plus appropriées que les pompes centrifuges à boues.

2.4 Gestion du sable, du gravier et des déchets de procédé

Le sable et autres particules dures peuvent pénétrer dans les systèmes des usines de papier lors de la préparation des matières premières, de la circulation de l'eau et des opérations de nettoyage.

Ces particules peuvent s'accumuler dans les fosses de collecte, les puisards et les systèmes de séparation.

Lorsque de tels matériaux doivent être transférés, les pompes à boues robustes peuvent constituer une solution appropriée, à condition que la taille et la concentration des particules restent dans les limites hydrauliques et mécaniques de la pompe.

Pour les applications impliquant des particules solides de grande taille, on peut envisager des pompes à gravier. Leur choix doit tenir compte de la taille maximale des particules, de leur densité, du débit requis et des conditions d'aspiration disponibles.

2.5 Transfert de charges minérales et de matériaux de revêtement

La production de papier utilise des matières minérales telles que le carbonate de calcium et le kaolin pour améliorer les propriétés du papier, notamment sa blancheur, son lissage et son imprimabilité.

Ces matériaux sont généralement manipulés sous forme de suspensions liquides.

Les particules minérales pouvant être abrasives, le choix de la pompe doit tenir compte de leur taille, de leur concentration, de leur dureté et de leur compatibilité chimique avec les matériaux de la partie immergée de la pompe.

Les pompes à boues peuvent être évaluées pour certaines applications de transfert de charges minérales, notamment lorsque l'usure abrasive est un problème majeur.

Cependant, tous les matériaux de revêtement ne conviennent pas aux pompes centrifuges à boues classiques. Les revêtements très visqueux, les solutions d'amidon et les formulations chimiques spécifiques peuvent nécessiter d'autres technologies de pompage.

3. Quelles boues de l'industrie papetière conviennent aux pompes centrifuges à boues ?

La présence de matières solides à elle seule ne permet pas de déterminer si une pompe à boues est adaptée.

Les facteurs les plus importants sont les propriétés physiques et chimiques du milieu.

Il convient de faire une distinction essentielle entre les suspensions minérales abrasives et les suspensions de pâte fibreuse.

Une pompe à boues conventionnelle robuste est principalement conçue pour le traitement des particules solides et des mélanges abrasifs. Une pompe à pâte à papier dédiée est conçue en fonction des caractéristiques d'écoulement et des exigences de traitement des fibres propres à la pâte à papier.

Par conséquent, une pompe à boues ne doit pas être systématiquement choisie pour toutes les applications en papeterie impliquant de la pâte à papier ou des fibres.

4. Comment choisir la pompe à boues adaptée aux applications en papeterie

Après avoir confirmé que le fluide est adapté au pompage centrifuge de suspensions, l'étape suivante consiste à déterminer la configuration de la pompe.

4.1 Sélectionner le type de pompe en fonction des conditions d'installation et de fonctionnement

Les différentes applications en papeterie nécessitent des structures de pompes différentes.

Pompes à boues horizontales

Les pompes à boues horizontales robustes sont couramment utilisées pour les canalisations de procédés, le transfert des eaux usées, les boues abrasives et autres applications de pompage continu.

La série AH/AHR convient à l'évaluation d'applications impliquant des mélanges abrasifs solide-liquide, avec des configurations d'extrémité humide en métal ou en élastomère sélectionnées en fonction du milieu.

Pompes à gravier

Pour les applications impliquant des particules solides plus grosses, du sable, du gravier ou des résidus de traitement grossiers, une pompe à gravier peut être envisagée.

La série G/GH est conçue pour les applications exigeantes de traitement des solides. La taille maximale des particules et les conditions de débit requises doivent être vérifiées en fonction du modèle de pompe spécifique.

Pompes de puisard verticales

Lorsque les liquides de process s'accumulent dans des fosses, des puisards ou des réservoirs souterrains, les pompes de puisard verticales peuvent constituer une alternative aux installations horizontales.

La série SP/SV peut être évaluée pour des applications de manutention de solides immergés.

La série SP ne nécessite ni joint d'arbre conventionnel ni système d'étanchéité d'arbre externe, ce qui la rend utile pour certaines applications de puisard.

La sélection finale doit également tenir compte du niveau du liquide, de la profondeur d'immersion, de l'accumulation de matières solides et du risque d'enchevêtrement des fibres.

4.2 Prendre en compte la concentration en matières solides, la taille des particules et les caractéristiques des fibres

La concentration en matières solides est un paramètre de sélection important, mais elle ne doit pas être considérée indépendamment.

Deux suspensions ayant la même concentration en matières solides peuvent présenter des caractéristiques de pompage très différentes en raison de différences dans la taille, la forme, la densité et la teneur en fibres de leurs particules.

Par exemple:

• Les eaux usées contenant du sable nécessitent une attention particulière en ce qui concerne la résistance à l'abrasion et le passage des particules.

• Les suspensions de minéraux fins nécessitent la prise en compte de la concentration en solides, de la viscosité et de l'usure.

• Les eaux usées contenant des fibres nécessitent une attention particulière au passage de la turbine et à la possibilité d'accumulation de fibres.

• La pâte à papier fibreuse très concentrée peut nécessiter un équipement de pompage spécialisé.

Le choix de la pompe doit se faire en fonction du fluide lui-même plutôt qu'en fonction d'une classification générale de concentration.

4.3 Calcul du débit requis et de la hauteur manométrique totale

Le débit requis et la hauteur manométrique totale sont des paramètres fondamentaux pour le choix d'une pompe.

Les ingénieurs devraient prendre en considération :

• Débit de fonctionnement requis.

• Hauteur de levage statique.

• Longueur et diamètre du pipeline.

• Pertes par frottement et résistance locale.

• Nombre de coudes, de vannes et de raccords.

• Changements des conditions de fonctionnement.

Pour les boues abrasives, la vitesse dans la canalisation doit être suffisante pour éviter le dépôt indésirable de particules, mais une vitesse excessive peut augmenter l'usure et la consommation d'énergie.

Le point de fonctionnement de la pompe doit être évalué par rapport à la courbe réelle du système plutôt que d'être sélectionné uniquement en fonction du débit nominal de la pompe.

5. Comment choisir les matières premières pour la partie humide des pâtes à papier

Le choix des matériaux est crucial car les fluides de traitement des papeteries peuvent contenir des solides abrasifs, des produits chimiques corrosifs, ou les deux.

Le matériau approprié dépend du mécanisme de défaillance dominant.

5.1 Alliage de chrome à haute teneur

La fonte blanche à haute teneur en chrome est couramment utilisée pour les composants des pompes à boues exposés à des particules minérales abrasives.

Elle peut être envisagée pour des applications impliquant :

• Sable et gravier.

• Particules minérales dures.

• Eaux usées abrasives.

• Certaines suspensions de charges minérales.

L'alliage à haute teneur en chrome offre une bonne résistance à l'abrasion, mais il ne constitue pas une solution universelle pour les environnements chimiquement agressifs.

Sa résistance à la corrosion doit être vérifiée en fonction du milieu, de la température et de la composition chimique réels.

5.2 Caoutchouc naturel et autres élastomères

Les composants de pompes à boues revêtus de caoutchouc peuvent être envisagés pour certaines applications impliquant des particules fines et des conditions chimiques appropriées.

Ils peuvent convenir à certains types d'eaux usées à particules fines et de boues minérales.

Cependant, la compatibilité du caoutchouc dépend de la taille des particules, de leur forme, de la température et de l'exposition chimique.

Les particules grossières ou pointues, les températures élevées et les produits chimiques incompatibles peuvent limiter l'utilisation des matériaux élastomères.

5.3 Acier inoxydable et alliages résistants à la corrosion

Certains fluides de traitement utilisés dans les usines de papier contiennent des produits chimiques acides ou alcalins, des chlorures et d'autres substances corrosives.

Dans ces applications, la résistance à la corrosion doit être évaluée en parallèle de la résistance à l'abrasion.

L’acier inoxydable, l’acier inoxydable duplex et d’autres alliages résistants à la corrosion peuvent être envisagés en fonction de :

• Valeur du pH.

• Concentration de chlorure.

• Température de fonctionnement.

• Composition chimique.

• Conditions oxydantes ou réductrices.

Pour les fluides présentant à la fois des propriétés abrasives et corrosives, le choix des matériaux doit se fonder sur les mécanismes combinés d'usure et de corrosion.

Il ne faut pas supposer qu'un même matériau convienne à toutes les eaux usées des papeteries, aux liqueurs noires, aux liqueurs vertes ou aux flux de procédés de blanchiment.

6. Choix du bon système d'étanchéité d'arbre

Le système d'étanchéité doit être choisi en fonction du fluide, de la pression de service, de la température et des exigences de maintenance.

6.1 Joint d'étanchéité

Les joints d'étanchéité sont couramment utilisés dans les applications de pompes à boues à usage intensif.

Leurs avantages comprennent une construction relativement simple et un entretien aisé.

Cependant, les joints d'étanchéité nécessitent généralement un rinçage ou une lubrification appropriée pour contrôler les fuites et réduire l'usure du manchon d'arbre.

Pour les eaux usées des papeteries et les boues abrasives, le système de rinçage doit être conçu en fonction des matières solides réelles et des conditions de fonctionnement.

6.2 Joint mécanique

Les joints mécaniques permettent de réduire les fuites et conviennent aux applications nécessitant une étanchéité contrôlée.

Cependant, les particules en suspension, les fibres et les solides abrasifs peuvent affecter les surfaces d'étanchéité.

Le matériau du joint, le système de rinçage et le système auxiliaire doivent donc être choisis avec soin.

6.3 Double joint mécanique

Pour certaines applications corrosives ou sensibles à l'environnement, une double garniture mécanique avec un système de barrière ou de fluide tampon approprié peut être envisagée.

Ce dispositif permet un contrôle supplémentaire des fuites, mais il nécessite également un équipement auxiliaire et une surveillance appropriés.

Le choix entre les garnitures d'étanchéité et les garnitures mécaniques doit se fonder sur les conditions de fonctionnement réelles plutôt que de supposer qu'un système d'étanchéité est toujours supérieur.

Pour les pompes de puisard verticales, le système d'étanchéité de l'arbre doit être vérifié en fonction de la conception spécifique de la pompe. La série SP, par exemple, ne nécessite pas de joint d'arbre conventionnel.

7. Problèmes courants causés par une sélection incorrecte de la pompe à boues

Un mauvais choix de pompe peut entraîner des coûts de maintenance plus élevés, une réduction de l'efficacité de la production et des temps d'arrêt imprévus.

Les problèmes courants incluent :

Usure excessive des turbines et des chemises

Cela peut se produire lorsque les particules abrasives sont plus concentrées ou plus dures que prévu initialement, ou lorsque la pompe fonctionne dans des conditions hydrauliques inadaptées.

Accumulation et obstruction des fibres

Les fibres longues peuvent s'emmêler autour de la turbine ou s'accumuler dans les passages étroits si la pompe n'est pas conçue pour les milieux fibreux.

Débit insuffisant

Un dimensionnement incorrect de la pompe, une sous-estimation de la résistance de la canalisation ou le défaut de prise en compte des propriétés de la boue peuvent entraîner un débit réel insuffisant.

Fuite d'étanchéité

Un rinçage insuffisant, des particules abrasives, un choix de joint incorrect ou des conditions de fonctionnement inadaptées peuvent accélérer l'usure des joints.

Consommation d'énergie élevée

Des pompes surdimensionnées, un fonctionnement loin du point d'efficacité optimal et une résistance excessive des canalisations peuvent augmenter les coûts d'exploitation.

Pour éviter ces problèmes, le choix de la pompe doit se fonder sur des données de procédé précises et sur les propriétés réelles du fluide transporté.

8. Quelles informations sont nécessaires pour la sélection d'une pompe à boues dans les papeteries ?

Lors d'une demande de devis pour une pompe à lisier, fournir des informations complètes sur son fonctionnement permet au fabricant d'évaluer l'application et de recommander une configuration adaptée.

Les informations suivantes sont particulièrement importantes :

Pour les applications impliquant des particules abrasives, la dureté et la forme des particules sont également utiles.

Pour les milieux fibreux, la longueur des fibres et le risque d'enchevêtrement doivent être précisés.

Pour les fluides de process corrosifs, la composition chimique et la température de fonctionnement sont essentielles pour le choix des matériaux de la partie en contact avec le fluide et des systèmes d'étanchéité appropriés.

9. Solutions de pompage de boues CNSME pour l'industrie du papier

CNSME PUMP est spécialisée dans les pompes centrifuges à boues robustes et les pièces d'usure pour les applications industrielles exigeantes.

Pour l'industrie papetière, les solutions de pompage CNSME peuvent être évaluées pour des applications spécifiques impliquant le transfert d'eaux usées abrasives, de fluides contenant du sable, de boues appropriées et de suspensions minérales.

En fonction des conditions de fonctionnement et des exigences d'installation, les gammes de produits suivantes peuvent être envisagées :

• AH/AHR Pompes à lisier horizontales : Pour les mélanges abrasifs solides-liquides appropriés et les eaux usées de procédé.

• Pompes à gravier G/GH : Pour les applications impliquant des particules solides plus grosses et des exigences élevées en matière de manutention des solides.

• Pompes de puisard verticales SP/SV : pour le pompage immergé à partir de fosses de collecte, de puisards et de réservoirs contenant des fluides chargés de solides appropriés.

Des configurations de parties en contact avec le fluide en métal et en élastomère sont disponibles pour différentes conditions d'usure, sous réserve de compatibilité chimique et d'exigences d'application.

Pour les pâtes à fibres longues, les pâtes à haute consistance, les revêtements très visqueux et les liquides de traitement chimiquement agressifs, l'application doit être examinée attentivement afin de déterminer si une pompe à suspension centrifuge classique convient ou si un équipement de pompage spécialisé est nécessaire.

En comprenant le milieu réel et les conditions de fonctionnement, CNSME peut aider à évaluer les configurations de pompes à boues adaptées aux applications en papeterie.

Contactez CNSME PUMP

Si vous recherchez une pompe à boues pour un système d'eaux usées d'usine de papier, une boue de procédé abrasive, un fluide contenant du sable ou une application de transfert de boues, contactez CNSME PUMP avec vos paramètres de fonctionnement.

Notre équipe peut analyser les caractéristiques du fluide, le débit requis, la hauteur de pompage, la configuration de l'installation et les exigences en matière de matériaux afin d'évaluer une solution de pompage adaptée.