Anti-pompage des compresseurs centrifuges

Le phénomène de pompage est une instabilité de l'écoulement qui se produit lorsque le relevage demandé est trop élevé. Cela peut se produire lorsque la pression ou la résistance du circuit en aval est trop élevée, ou bien lorsque le débit ou la pression disponible à l'aspiration sont insuffisants. Il peut alors se produire une inversion du débit à travers le compresseur.
Le phénomène de pompage se manifeste par:
 - une instabilité du débit transféré
 - du bruit
 - des vibrations excessives
 - une augmentation de la température au refoulement
Une telle situation peut conduire à:
 - une perte de rendement
 - des dégâts mécaniques sur les étanchéités, les paliers, les ailettes
 - une diminution de la durée de vie du compresseur
Ce phénomène est évité en assurant au compresseur un débit minimum en toute circonstance grâce à une recirculation d'une partie du gaz pompé. La solution la plus simple consiste à recycler en permanence un débit fixe de gaz correspondant au débit minimum requis. Une telle méthode a l'inconvénient de devoir sur dimensionner la machine et d'occasionner une surconsommation d'énergie permanente. Elle doit donc être réservée aux machines de faible puissance pour lesquelles l'impact économique sera limité.
Pour les machines plus importantes on préférera adapter le débit recyclé au besoin réel de la machine; le recyclage sera ouvert lorsque la machine débitera trop peu et sera refermé lorsque la machine débitera suffisamment. On installera donc sur le circuit de recyclage une vanne de réglage pilotée par un contrôleur spécialisé.
Le recyclé est prélevé au refoulement de la machine. Il doit être refroidi avant d'être réinjecté à l'aspiration. Sans cela, la température du gaz serait supérieure à ce qu'elle est en fonctionnement normal, pouvant dépasser ce que la machine peu accepter.

Caractéristiques de la vanne anti-pompage

Capacité

Elle doit être capable de laisser passer au moins le débit total dont le compresseur est capable.

Bruit

La chute de pression au travers de la vanne correspond au relevage total du compresseur et peut donc être élevée. La vanne doit être choisie pour limiter le bruit qui peut être généré.

Rapidité

L'ouverture de la vanne doit pouvoir être très rapide (1 sec ou moins). Cela peut demander à sur dimensionner les actionneurs et leurs connexions.

Position de sécurité

Dans la majorité des cas on souhaitera que la vanne s'ouvre en cas de manque d'alimentation.

Caractéristiques du système de contrôle anti-pompage

Le rôle du contrôleur est de détecter qu'un étage de compression approche du point de pompage et agir sur la vanne de recyclage pour ramener le point de fonctionnement du compresseur dans une zone de stabilité.
Les incertitudes de mesures et les temps de réponse des actionneurs font que le contrôleur maintien le compresseur à un débit 3 à 10% au dessus du point de pompage. Cette marge de sécurité doit être réduite au minimum pour optimiser sa consommation énergétique.

Sources

 - Brochure Fisher-Emerson
 - Protecting  a Centrifugal Compressor From Surge - Pipeline & Gas Journal, March 2012
 - Application Guideline for Centrifugal Compressor Surge Control Systems - http://www.gmrc.org