Introduction à l'utilisation de la pompe à vide dans l'industrie papetière

Pour de nombreuses personnes, l'industrie papetière semble à la fois familière et lointaine. Nous utilisons tous des produits en papier quotidiennement — journaux, boîtes en carton, papier d'impression, mouchoirs — mais le processus de fabrication reste largement caché du grand public. Ce qui est bien connu, cependant, c'est que la fabrication du papier dépend fortement de la technologie des pompes à vide. De l'égouttage de la pâte humide au transfert de feuilles de papier délicates, les systèmes de vide sont les héros méconnus de chaque machine à papier. Pourtant, une confusion persiste : quels types de pompes à vide conviennent à quelles machines à papier ? Et pourquoi différentes sections d'une usine de papier nécessitent-elles différentes configurations de pompes à vide ?

Dans cet article, nous fournirons une introduction complète aux applications des pompes à vide dans l'industrie papetière. Nous nous concentrerons sur les deux sections les plus gourmandes en vide d'une machine à papier — la section de formation et la section de presse — et expliquerons comment le choix de la pompe à vide impacte la consommation d'énergie, la fiabilité et la qualité du papier. De plus, nous comparerons les pompes à vide de type Roots humides avec les pompes à vide à anneau d'eau, en offrant des recommandations pratiques basées sur l'expérience de terrain. Notre entreprise fabrique une gamme diversifiée de produits, incluant des pompes à vide Roots, des pompes à vide à anneau d'eau et des pompes à anneau liquide, chacune avec des avantages distincts. À la fin de ce guide, les opérateurs de papeterie et les ingénieurs de maintenance comprendront clairement comment optimiser leurs systèmes de pompes à vide pour une efficacité et une longévité maximales.

Partie 1 : Pourquoi les pompes à vide sont indispensables dans la fabrication du papier

Le processus de fabrication du papier commence par une suspension d'eau et de fibres (environ 99 % d'eau et 1 % de fibres) qui est étalée sur un tamis mobile appelé la toile de formation. À ce stade, la feuille est si humide qu'elle n'a aucune résistance structurelle. Éliminer l'eau rapidement et uniformément est essentiel pour former une bande de papier stable. C'est là qu'intervient la technologie des pompes à vide. En appliquant une aspiration sous la toile de formation, les pompes à vide tirent l'eau à travers le tamis, laissant un mat de fibres qui gagne progressivement suffisamment d'intégrité pour avancer.

Plus tard, après que la feuille quitte la section de formation, elle entre dans la section de presse, où une pression mécanique extrait davantage d'eau. Là encore, les pompes à vide jouent un rôle essentiel — non pas directement sur la feuille, mais sur les rouleaux et les feutres qui transportent et déshydratent le papier. Sans des systèmes de pompes à vide fiables, une machine à papier produirait simplement un papier humide, faible et inutilisable.

L'industrie papetière utilise de nombreux types de pompes à vide, notamment les modèles à anneau d'eau, à anneau liquide et à palettes rotatives. Parmi celles-ci, la pompe à vide de type Roots (en configurations sèche et humide) a gagné en popularité en raison de son efficacité énergétique et de sa stabilité de fonctionnement. Cependant, choisir la mauvaise pompe à vide pour une application spécifique peut entraîner des factures d'énergie élevées, une maintenance fréquente et des arrêts non planifiés. Par conséquent, comprendre les exigences distinctes des sections de formation et de pressage est la première étape vers une sélection optimale de la pompe à vide.

Partie 2 : La section de formation – Égouttage et formation de la feuille

La section de formation, également appelée partie humide, est l'endroit où la feuille de papier prend naissance. Une caisse d'arrivée déverse le mélange eau-fibres sur une toile de formation en mouvement (toile métallique). Sous la toile, une série de caisses aspirantes entraînées par une pompe à vide (également appelées caisses Uhle) éliminent l'eau en créant une différence de pression. L'objectif est d'augmenter la teneur en matières sèches de la feuille d'environ 1 % à environ 15–20 % lorsqu'elle quitte la section de formation.

Niveaux de vide typiques dans la section de formation :
Les besoins en vide de la section de formation sont relativement modérés, allant généralement de 15 à 50 kPa (environ 110 à 375 Torr) selon le type de papier et la vitesse de la machine. Par exemple, les machines à papier tissue peuvent utiliser un vide plus faible pour préserver le volume, tandis que les machines à carton nécessitent un vide plus élevé pour un égouttage rapide.

Quelle pompe à vide fonctionne le mieux ici ?
Historiquement, les pompes à vide à anneau d'eau ont été largement utilisées dans les sections de formation en raison de leur simplicité, de leur robustesse et de leur capacité à tolérer de petites quantités d'eau entraînée. Cependant, les pompes à vide à anneau d'eau sont intrinsèquement moins économes en énergie en raison de l'énergie perdue dans la circulation de l'eau d'étanchéité. Plus récemment, de nombreuses papeteries ont commencé à remplacer les unités à anneau d'eau par des pompes à vide Roots de type humide dans la section de formation. Pourquoi ? Parce qu'une pompe à vide Roots correctement sélectionnée peut fournir la même capacité d'égouttage tout en consommant 20 à 35 % d'électricité en moins. De plus, les conceptions Roots humides peuvent gérer l'air humide et chargé de brouillard extrait des caisses de formation sans problèmes de fiabilité.

Conseils pratiques pour le choix d'une pompe à vide pour la section de formation :

• Pour les faibles niveaux de vide (inférieurs à 50 kPa), une pompe à vide Roots humide est fortement recommandée. Elle offre un fonctionnement stable, une faible consommation d'énergie et une longue durée de vie par rapport aux pompes à anneau d'eau.

• Évitez d'installer des silencieux d'admission ou des raccordements d'eau d'étanchéité sauf en cas d'absolue nécessité, car ils ajoutent de la complexité et des points de fuite potentiels.

• Les réservoirs d'huile refroidis par air ne sont généralement pas nécessaires pour les applications de formage, car la température du gaz est relativement basse.

Partie 3 : La section de presse – Vide plus élevé pour le transfert et l'égouttage

La section de presse est l'endroit où la feuille de papier, maintenant à environ 15–20 % de siccité, est transférée de la toile de formation sur une série de feutres et de rouleaux de presse. Ici, le vide est utilisé à deux fins principales :

1. Transfert de la feuille : Un rouleau de reprise par aspiration (rouleau de transfert sous vide) utilise l'aspiration pour soulever la feuille de papier humide de la toile de formation et la déposer sur le feutre de presse. Cela nécessite un système de pompe à vide propre et stable, capable de fournir une aspiration continue à la surface du rouleau.

2. Déshydratation par rouleau presseur : Les rouleaux presseurs aspirants possèdent une enveloppe perforée et des caisses d'aspiration fixes internes. Lorsque le rouleau tourne, l'aspiration extrait l'eau de la feuille de papier vers l'intérieur du rouleau, où elle est évacuée. Cela augmente considérablement la siccité de la feuille (d'environ 20 % à 40–50 %) avant que le papier n'entre dans la section de séchage.

3. Conditionnement des feutres : Après que le feutre a transporté le papier à travers la zone de pressage, le feutre lui-même se sature en eau. Les caisses d'aspiration des feutres (caisses Uhle) utilisent des pompes à vide pour éliminer l'eau du feutre, restaurant ainsi son pouvoir absorbant. Le conditionnement des feutres comprend également le nettoyage et la déshydratation sous vide pour éviter le colmatage et le bouchage.

Niveaux de vide typiques dans la section de pressage :
Les exigences de vide de la section de presse sont nettement plus élevées que celles de la section de formation. Les rouleaux de reprise par aspiration fonctionnent généralement à 30–50 kPa, tandis que les rouleaux de presse par aspiration et les caisses à vide des feutres peuvent nécessiter 50–70 kPa (jusqu'à 500 Torr). Le vide plus élevé est nécessaire pour surmonter la résistance de la bande de papier plus épaisse et plus dense ainsi que des feutres de presse.

Quelle pompe à vide fonctionne le mieux ici ?
Étant donné que la section des presses traite souvent plus d'eau et des niveaux de vide plus élevés, le choix de la pompe à vide devient encore plus crucial. Les pompes à vide à anneau d'eau ont traditionnellement été utilisées, mais elles souffrent de la même inefficacité énergétique que dans la section de formation. Les pompes à vide Roots humides, en revanche, peuvent gérer ces niveaux de vide plus élevés tout en maintenant des performances stables. Cependant, il est essentiel de s'assurer que la pompe à vide sélectionnée pour la section des presses est spécifiquement conçue pour les flux de gaz humides. Une pompe Roots sèche standard tomberait rapidement en panne en raison de la corrosion et de l'infiltration d'eau, mais une pompe à vide Roots de type humide (avec des matériaux et des jeux appropriés) prospérera.

Partie 4 : Comparaison des pompes à vide Roots humides avec les pompes à vide à anneau d'eau

Étant donné que les pompes à vide Roots humides et les pompes à vide à anneau d'eau sont toutes deux utilisées dans les papeteries, il est utile de les comparer directement selon plusieurs paramètres clés :

Les données montrent clairement que les pompes à vide Roots humides offrent une efficacité énergétique supérieure et des coûts d'exploitation plus faibles. Cependant, les pompes à vide à anneau d'eau restent populaires dans certaines usines car elles sont extrêmement tolérantes aux quantités de liquide et nécessitent des systèmes de contrôle moins sophistiqués. Pour les nouvelles installations ou les rénovations, la tendance s'oriente fortement vers la technologie Roots humide.

Partie 5 : Recommandations spéciales pour la sélection de pompes à vide Roots dans les machines à papier

Basés sur des années d'expérience sur le terrain et des retours directs d'ingénieurs de papeteries, nous proposons les recommandations pratiques suivantes pour la sélection d'une pompe à vide de type Roots pour les applications de machines à papier :

1. Toujours choisir une pompe à vide Roots de type humide.
Les flux de vide des machines à papier contiennent de fines gouttelettes d'eau, de la vapeur et parfois des particules de fibres. Une pompe à vide sèche (destinée aux gaz propres et secs) souffrira de corrosion, de déséquilibre du rotor et de défaillance des joints en quelques mois. Les conceptions Roots humides utilisent des matériaux et des jeux qui tolèrent l'humidité, et elles incluent souvent des orifices de vidange pour éliminer les liquides accumulés.

2. Ne pas configurer de silencieux d'admission.
Les silencieux d'admission ajoutent une résistance à l'écoulement et créent des points de collecte potentiels pour l'eau condensée. Dans de nombreux cas, une pompe à vide Roots humide bien conçue fonctionnant à des vitesses modérées produit des niveaux sonores acceptables sans silencieux. Si une réduction du bruit est absolument nécessaire, choisissez un silencieux avec des purgeurs automatiques.

3. Évitez d'installer une connexion d'eau d'étanchéité.
Certains opérateurs ajoutent par erreur un orifice d'injection d'eau pour « refroidir » la pompe ou « étanchéifier » les rotors. Pour les pompes à vide Roots humides conçues pour les applications papetières, cela est inutile et peut en fait provoquer un coup de bélier hydraulique ou emporter les films lubrifiants. Suivez les directives du fabricant : si la pompe est conçue pour le gaz humide, aucun apport d'eau d'étanchéité supplémentaire n'est nécessaire.

4. Les réservoirs d'huile refroidis par air sont optionnels (et souvent inutiles).
Contrairement aux pompes Roots sèches utilisées dans les applications à haute compression, les pompes à vide Roots humides dans les usines de papier connaissent généralement des élévations de température modérées car la vapeur d'eau absorbe la chaleur. Un réservoir d'huile refroidi par air ajoute du coût et de la complexité. Pour la plupart des applications de machines à papier, un carter d'huile standard avec une surface adéquate est suffisant.

5. Minimisez les tuyauteries sur site.
Chaque tuyau, coude, bride et vanne supplémentaire introduit une perte de charge et des points de fuite potentiels. Placez la pompe à vide aussi près que possible de la source d'aspiration (caisse à vide ou rouleau d'aspiration). Utilisez la configuration de tuyauterie la plus courte et la plus droite possible. Cela améliore non seulement les performances de la pompe à vide, mais réduit également les coûts d'installation et de maintenance.

6. À bas niveaux de vide, privilégiez la recommandation de pompes Roots humides.
Lorsque le vide requis est inférieur à 50 kPa (typique pour de nombreuses sections de formage et certaines applications de section de presse), une pompe à vide Roots humide offre les plus grandes économies d'énergie par rapport aux pompes à anneau d'eau. Plus le vide est bas, plus l'avantage en termes d'efficacité est prononcé. Par exemple, à 30 kPa, une pompe à vide Roots humide peut consommer 40 % d'énergie en moins qu'une unité à anneau d'eau de capacité équivalente. Sur une année de fonctionnement continu, les seules économies d'électricité peuvent rembourser la pompe plusieurs fois.

Partie 6 : Efficacité énergétique – Un avantage décisif

Les coûts énergétiques représentent une part importante du budget d'exploitation d'une papeterie. Les systèmes de pompes à vide, en particulier ceux desservant de grandes machines à papier avec plusieurs caisses aspirantes et rouleaux aspirants, peuvent consommer en continu des centaines de kilowatts. Par conséquent, même une amélioration modeste de l'efficacité des pompes à vide se traduit par des économies annuelles substantielles.

Considérons une machine à papier typique de 5 mètres de large produisant 400 tonnes par jour. Les sections de formation et de presse pourraient nécessiter une capacité totale de pompe à vide installée de 500 à 800 m³/min. Si les pompes à vide à anneau d'eau existantes consomment 600 kW, le passage à des pompes à vide Roots humides (avec une consommation d'énergie inférieure de 30 %) réduirait la charge à 420 kW, soit une économie de 180 kW. Avec un coût de l'électricité de 0,08 $ par kWh et 8 000 heures de fonctionnement par an, l'économie annuelle dépasse 115 000 $. Sur la durée de vie de 10 ans des pompes, l'économie totale approche 1,2 million de dollars. C'est pourquoi les papeteries avant-gardistes modernisent de plus en plus leurs systèmes de pompe à vide avec la technologie Roots humide.

Partie 7 : Stabilité opérationnelle et longévité

Au-delà des économies d'énergie, les pompes à vide Roots humides offrent une stabilité opérationnelle supérieure. Comme les rotors n'entrent pas en contact entre eux ni avec le carter, il n'y a pas de mécanisme d'usure qui réduit progressivement les performances. Les seules pièces d'usure sont les roulements et les joints d'arbre, qui ont tous deux de longs intervalles de service. En revanche, les pompes à vide à anneau d'eau souffrent d'érosion des roues, d'usure des plaques de recouvrement et de contamination de l'eau d'étanchéité, ce qui entraîne une perte progressive de capacité. De nombreuses papeteries rapportent qu'après 5 à 6 ans, les pompes à anneau d'eau nécessitent une reconstruction ou un remplacement, tandis que les pompes à vide Roots humides continuent de fonctionner sans problème pendant une décennie ou plus avec des changements d'huile et des inspections des joints de routine.

De plus, les pompes à vide Roots humides sont moins sensibles aux variations de la qualité de l'eau. Les pompes à anneau d'eau nécessitent une eau d'étanchéité propre et fraîche ; si l'eau contient des minéraux formant du tartre ou des débris, les performances de la pompe se dégradent rapidement. Les pompes Roots, n'ayant pas d'eau d'étanchéité, éliminent complètement cette vulnérabilité.

Partie 8 : Idées reçues courantes sur le choix des pompes à vide dans les papeteries

Pour aider les lecteurs à éviter des erreurs coûteuses, examinons plusieurs mythes persistants :

• Mythe 1 : « Les pompes à anneau d’eau sont les seules capables de traiter l’air humide des machines à papier. »
  Réalité : Les pompes à vide Roots humides sont spécialement conçues pour ces environnements. Elles sont utilisées avec succès dans des centaines de papeteries dans le monde.

• Mythe 2 : « Les pompes Roots sont trop bruyantes pour les papeteries. »
  Réalité : Lorsqu’elles fonctionnent à des vitesses appropriées et sans silencieux inutiles, les pompes à vide Roots humides modernes produisent des niveaux sonores comparables à ceux des pompes à anneau d’eau. Certains modèles sont même plus silencieux.

• Mythe 3 : « J’ai besoin d’une pompe à anneau liquide s’il y a un risque d’entraînement de liquide. »
  Réalité : Les pompes à vide Roots humides peuvent gérer la brume et les gouttelettes. Ce n’est qu’en cas de bouchons de liquide importants (par exemple, une canalisation éclatée) qu’une pompe à anneau liquide serait préférable, mais de tels événements sont rares et peuvent être atténués avec un pot de décantation.

• Mythe 4 : « Passer d’une pompe à anneau d’eau à une pompe Roots est compliqué et coûteux. »
  Fait : Bien qu'il y ait un investissement initial, la période de récupération est généralement de 12 à 24 mois grâce aux économies d'énergie. De nombreux fabricants proposent des cadres de remplacement directs qui s'adaptent aux fondations existantes.

Partie 9 : Gamme de produits de notre entreprise

En tant que fabricant au service de l'industrie papetière depuis de nombreuses années, nous produisons une gamme complète de solutions de pompes à vide adaptées aux besoins des machines à papier. Notre gamme de produits comprend :

• Pompes à vide Roots – Disponibles en configurations sèches et humides. Nos pompes à vide Roots humides sont spécifiquement optimisées pour les sections de formation et de presse du papier, avec des rotors résistants à la corrosion, des roulements robustes et des drains d'humidité intégrés.

• Pompes à vide à anneau d'eau – Pour les clients qui préfèrent cette technologie ou qui ont des applications avec un entraînement de liquide extrême, nous proposons des pompes à anneau d'eau à un et deux étages avec diverses options d'eau de joint.

• Pompes à vide à anneau liquide – Un sous-ensemble des pompes à anneau d'eau, nos pompes à vide à anneau liquide peuvent utiliser différents liquides d'étanchéité (huile, solvant ou eau) pour des procédés spécialisés de mise en pâte chimique.

Chaque pompe à vide de notre catalogue est soutenue par une assistance technique complète, incluant une aide au dimensionnement, des recommandations de tuyauterie et une mise en service sur site. Nous comprenons que chaque machine à papier est unique et nous travaillons en étroite collaboration avec les ingénieurs de l'usine pour garantir une sélection optimale de la pompe à vide.

Partie 10 : Conseils pratiques d'installation pour les pompes à vide Roots humides

Si vous décidez d'opter pour des pompes à vide Roots humides pour votre machine à papier, suivez ces directives d'installation :

1. Montez la pompe sur une plaque de base rigide et de niveau pour maintenir l'alignement du rotor.

2. Installez un pot de séparation (séparateur) en amont de la pompe pour éliminer les grosses gouttelettes d'eau et les fibres. Un simple récipient vertical avec un drain au fond est suffisant.

3. Utilisez des raccords flexibles entre la tuyauterie et l'entrée/sortie de la pompe pour isoler les vibrations.

4. Assurez une ventilation adéquate autour de la pompe pour dissiper la chaleur. Bien que les pompes Roots humides fonctionnent plus froidement que les types secs, elles nécessitent toujours un flux d'air.

5. Réglez la vanne de dérivation (si équipée) pour qu'elle s'ouvre à une pression différentielle de 30 à 40 kPa afin de protéger la pompe lors du démarrage ou de conditions perturbées.

6. Testez le système dans des conditions de fonctionnement et enregistrez les paramètres de base (consommation électrique, température, niveau de vide) pour une comparaison future.

Partie 11 : Tendances futures – Vers une efficacité accrue et une surveillance numérique

L'industrie papetière est sous pression constante pour réduire la consommation d'énergie et améliorer la durabilité. La technologie des pompes à vide évolue pour répondre à ces demandes. Les variateurs de fréquence (VFD) sont de plus en plus utilisés avec les pompes à vide Roots humides pour adapter la vitesse de la pompe à la demande réelle, économisant ainsi de l'énergie supplémentaire en fonctionnement à charge partielle. Les systèmes de surveillance numérique qui suivent les vibrations, la température et la consommation électrique de la pompe à vide peuvent prédire les pannes avant qu'elles ne se produisent, minimisant ainsi les temps d'arrêt imprévus.

Certaines usines explorent également des systèmes hybrides où un contrôleur de pompe à vide bascule automatiquement entre plusieurs pompes (par exemple, de grandes pompes Roots pour une demande élevée, de petites pompes Roots pour une faible demande) afin d'optimiser l'efficacité sur toute la plage de fonctionnement. Ces systèmes de pompe à vide intelligents devraient devenir la norme dans les nouvelles installations de machines à papier.

Conclusion : Faire le bon choix de pompe à vide

La dépendance de l'industrie papetière à la technologie des pompes à vide ne devrait pas diminuer. Alors que les qualités de papier se diversifient et que les vitesses des machines augmentent, les exigences des systèmes de vide ne feront que croître. En comprenant les rôles distincts de la section de formation (vide modéré, débit de gaz élevé) et de la section de presse (vide plus élevé, gaz humide), les exploitants d'usines peuvent sélectionner des pompes à vide offrant des performances fiables et économes en énergie.

Notre forte recommandation, basée sur les données de terrain et les retours clients, est de choisir des pompes à vide Roots humides pour les sections de formage et de presse dans la plupart des applications papetières. Comparées aux pompes à vide à anneau d'eau, elles offrent une consommation d'énergie plus faible, une durée de vie plus longue et un fonctionnement plus stable. Lors du choix d'une pompe à vide Roots humide, évitez d'ajouter des composants inutiles comme des silencieux d'admission ou des raccordements d'eau d'étanchéité, minimisez les canalisations sur site et n'envisagez des réservoirs d'huile refroidis par air que si les conditions thermiques spécifiques le justifient.

Nous espérons que cette introduction a clarifié les aspects pratiques de l'utilisation des pompes à vide dans les usines de papier. Pour une assistance supplémentaire concernant le dimensionnement, la sélection ou la modernisation des systèmes de pompes à vide, veuillez consulter notre équipe technique. Avec la bonne pompe à vide en place, votre machine à papier produira un papier de meilleure qualité à moindre coût – et c'est un avantage que tout le monde peut apprécier.