ISO 21049:2004
(Main)Pumps — Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps
Pumps — Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps
ISO 21049:2004 specifies requirements and gives recommendations for sealing systems for centrifugal and rotary pumps used in the petroleum, natural gas and chemical industries. It is applicable mainly for hazardous, flammable and/or toxic services where a greater degree of reliability is required for the improvement of equipment availability and the reduction of both emissions to the atmosphere and life-cycle sealing costs. It covers seals for pump shaft diameters from 20 mm (0,75 in) to 110 mm (4,3 in). ISO 21049:2004 is also applicable to seal spare parts and can be referred to for the upgrading of existing equipment. A classification system for the seal configurations covered by ISO 21049:2004 into categories, types, arrangements and orientations is provided.
Pompes — Dispositifs d'étanchéité de l'arbre pour pompes centrifuges et rotatives
L'ISO 21049:2003 spécifie des exigences et fournit des recommandations applicables aux dispositifs d'étanchéité pour des pompes centrifuges et rotatives utilisées dans les industries du pétrole, du gaz naturel et de la chimie. Elle est applicable principalement aux services dangereux, inflammables et/ou toxiques pour lesquels un degré de fiabilité plus important est requis afin de permettre d'améliorer la disponibilité des équipements et de réduire les émissions dans l'atmosphère ainsi que le coût du cycle de vie des dispositifs d'étanchéité. Elle couvre des dispositifs d'étanchéité pour des diamètres d'arbre compris entre 20 mm (0,75 in) et 110 mm (4,3 in). L'ISO 21049:2003 est applicable également aux pièces de rechange des dispositifs d'étanchéité et peut être citée en tant que référence normative dans le cadre de rénovations d'équipements existants. Un système de classification est fourni, permettant de classer en catégories, types et dispositions les configurations des garnitures couvertes par l'ISO 21049:2003.
General Information
Standards Content (Sample)
RECOMMENDED SEAL SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 1 OF 10
RECOMMENDED SEAL SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SEAL CATEGORY, TYPE, AND ARRANGEMENT SUMMARY
SHEET 2 OF 10
Seal category shall be Category 1, 2 or 3 as specified.
The major features of each category are summarized below. Options, where they exist for each feature, are
listed in the text as “if specified”. Clause numbers in parentheses indicate where the requirements are
specified.
FEATURE CATEGORY 1 CATEGORY 2 CATEGORY 3
Seal chamber size. ISO 3069 Type C, ISO 13709. ISO 13709.
(4.1.2) ASME B73.1 and
ASME B73.2.
Temperature range. – 40 °F to 500 °F – 40 °F to 750 °F – 40 °F to 750 °F
(4.1.2)
Pressure range, absolute. 315 psi 615 psi 615 psi
(4.1.2)
Face materials. Premium blister-resistant Premium blister-resistant Premium blister-resistant
(6.1.6.2) carbon vs. self-sintered carbon vs. reaction-bonded carbon vs. reaction-bonded
silicon carbide. silicon carbide. silicon carbide.
Distributed inlet flush When required per 6.1.2.14 When required per 6.1.2.14 Required.
requirements, or if specified. or if specified. (6.2.3.2)
Arrangements 1 and 2 with (6.2.1.2.1) (6.2.2.2.1)
rotating flexible elements.
Gland plate metal-to-metal Required. Required inside and outside Required inside and outside
contact requirement. (6.2.1.2.2) of the bolt circle diameter. of the bolt circle diameter.
(6.2.2.2.2) (6.2.2.2.2)
Cartridge seal sleeve size None 10 mm increments. 10 mm increments.
increments required. (6.2.2.3.1) (6.2.2.3.1)
Throttle bushing design Fixed carbon. Floating Fixed, non-sparking metal. Floating carbon.
requirement for carbon option. Floating carbon option.
Arrangement 1 seals. (7.1.2.2) (7.1.2.2)
(7.1.2.1)
Dual-seal circulation device If specified. If specified. Required.
head flow curve provided. (8.6.2.2) (8.6.2.2) (8.6.2.2)
Scope of vendor qualification Test as Category 1 unless Test as Category 2 unless Test as Category 3, entire
test. faces interchangeable with faces interchangeable with seal assembly as a unit.
Category 3. Category 3. (10.3.1.2.2)
(10.3.1.2.3) (10.3.1.2.3)
Proposal data requirements. Minimal. Minimal. Rigorous, including
(11.2.1) (11.2.1) qualification test results.
(11.2.1)
Contract data requirements. Minimal. Minimal. Rigorous.
(11.3.1) (11.3.1) (11.3.1)
104 © ISO 2004 – All rights reserved
SHEET 2 OF 10 (continued)
Seal type shall be Type A, B, or C as specified.
The major features of each type are summarized below. Options, where they exist for each feature, are listed
in the text as “if specified”. Clause numbers in parentheses indicate where the requirements are specified.
FEATURE TYPE A TYPE B TYPE C
Standard temperature – 40 °F to 350 °F – 40 °F to 350 °F – 40 °F to 750 °F
application range.
(4.1.3)
Hydraulic balance Balanced (e.g. hydraulic Balanced (e.g. hydraulic Balanced (e.g. hydraulic
requirement. balance less than 1). balance less than 1). balance less than 1).
(4.1.3 and 6.1.1.7)
Mounting requirement. Inside the seal chamber. Inside the seal chamber. Inside the seal chamber.
(4.1.3)
Cartridge requirement. Cartridge design. Cartridge design. Cartridge design.
(4.1.3 and 6.1.1.1)
Flexible element style. Pusher (e.g. sliding Non-pusher (e.g. bellows). Non-pusher (e.g. bellows).
(4.1.3) elastomer).
Flexible element orientation. Rotating. Rotating. Stationary.
(4.1.3) Stationary option. Stationary option. Rotating option.
(6.1.1.2) (6.1.1.2) (6.1.1.3)
Bellows material. Not applicable. Alloy C-276 Alloy 718
(6.1.6.6)
Spring type. Multiple-coil springs. Single bellows. Single bellows.
(4.1.3) Single spring option.
(6.1.5.1)
Limit for stationary element 4 500 ft/min 4 500 ft/min 4 500 ft/min
application.
(6.1.1.5)
Secondary sealing element Elastomer. Elastomer. Flexible graphite.
material.
(4.1.3)
SHEET 2 OF 10 (continued)
Seal arrangement shall be Arrangement 1, 2, or 3 as specified.
The major features of each arrangement are summarized below. Options, where they exist for each feature,
are listed in the text as “if specified”. Clause numbers in parentheses indicate where the requirements are
specified.
FEATURE ARRANGEMENT 1 ARRANGEMENT 2 ARRANGEMENT 3
Number of “seals” per One Two Two
cartridge, see definition of (3.2 and 4.1.4) (3.3 and 4.1.4) (3.4 and 4.1.4)
“seal” in 3.61. (4.1.4)
Uses a barrier or buffer fluid. No Sometimes but not required. Yes, barrier fluid required,
(4.1.4) Liquid or gas buffer liquid or gas permitted.
permitted.
Allows non-contacting (wet No Yes, Figure 4. Yes, Figure 6.
or dry) seals. (4.1.4)
Arrangement 1 throttle Category 1: Fixed carbon. Not applicable. Not applicable.
bushing requirement. Category 2: Fixed, non-
(7.1.2.1) sparking metallic.
Category 3: Floating carbon.
Arrangements 2 & 3 throttle Not applicable. Fixed carbon, if specified. Fixed carbon, if specified.
bushing requirement. (7.2.3) (7.3.3.1)
Arrangement 2 containment Not applicable. Required with dry-running Not applicable.
seal chamber bushing containment seal regardless
requirement. of inner seal design. (7.2.5.1
and 7.2.6.1)
Tangential buffer/barrier fluid Not applicable. If specified, for Categories 1 If specified, for Categories 1
outlet required ? and 2. Required for and 2. Required for
Category 3. (7.2.4.2) Category 3. (7.3.4.3)
Maximum buffer/barrier fluid Not applicable. 15 °F aqueous or diesel, 15 °F aqueous or diesel,
temperature rise. 30 °F mineral oils. (7.2.4.1) 30 °F mineral oils. (7.3.4.1)
Seal chamber pressure/flush Minimum margin of 30 % of Minimum margin of 30 % of None
design requirement. seal chamber pressure seal chamber pressure
(6.1.2.14) above fluid vapour pressure above fluid vapour pressure
or 36 °F margin. or 36 °F margin.
Minimum operating seal 5 psi above atmospheric. 5 psi above atmospheric. None
chamber pressure
requirement. (6.1.2.14)
Minimum gland plate See Table 1. See Table 1. See Table 1.
connection sizes and
orientation.
Minimum barrier/buffer fluid Not applicable. 3 U.S. gal for shaft diameter 3 U.S. gal for shaft diameter
liquid reservoir. 2,5 in and smaller; otherwise 2,5 in and smaller; otherwise
5 U.S. gal [8.5.4.3 a)] 5 U.S. gal [8.5.4.3 a)]
Test requirements. (10.3.1.2.8) (10.3.1.2.9) and (10.3.1.2.11) and
(10.3.1.2.10) (10.3.1.2.12)
106 © ISO 2004 – All rights reserved
RECOMMENDED SEAL SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 3 OF 10
Non-hydrocarbon services
Operating conditions, recommended seal types and special features
Fluids 1 2 3 4 5 6 7 8
a
Water Water Water Sour Sour Caustic, Caustic, Acids
water water amines amines H SO ,
2 4
crystallize crystallize H PO
3 4
Pumping < 180 < 180 > 180 < 180 < 180 < 180 < 180 < 180
temp., °F
Seal < 300 < 300 < 300 < 300 < 300
chamber
gauge
pressure,
psig
Category 1
seals
Seal < 300 300 to 600 < 600 < 300 300 to 600 < 300 300 to 600 < 300
chamber
gauge
pressure,
psig
Category 2
and 3 seals
Standard Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A
seal type
b b b b
Options Type B ES ES Type B ES Type B ES Type B
when Type C Type C Type C Type C
specified
Required Circulating Perfluoro- Perfluoro- Amine- Amine- Perfluoro-
special device elastomer elastomer resistant resistant elastomer
features perfluoro- perfluoro- and single
elastomer elastomer spring for
Type A
seals
Special Abrasive Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface
features particulates vs vs vs vs vs vs vs vs
for hardface hardface hardface hardface hardface hardface hardface hardface
contami-
c
nants
This selection procedure chooses seal designs consistent with the default positions throughout this International Standard. Listed
options meeting this International Standard might perform equally well.
a
Up to 20 % H SO at 77 °F only. Up to 20 % H PO at 176 °F only. All other acids, including hydrofluoric acid, fuming nitric acid and hydrochloric acid
2 4 3 4
require special engineering agreed between purchaser and vendor.
b
Totally engineered sealing system. Consult vendor to ensure special design considerations are accounted for.
c
Special features listed apply only in mixtures having pH between 4 and 11.
RECOMMENDED SEAL SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 4 OF 10
Non-flashing hydrocarbons
Operating conditions, recommended seal types and special features
Fluids 1 2 3 4 5 6 7 8
Pumping – 40 to 20 – 40 to 20 20 to 350 20 to 350 350 to 500 350 to 500 500 to 750 500 to 750
temp., °F
Seal < 300 < 300 < 300 N/A N/A
chamber
gauge
pressure,
psig
Category 1
seals
Seal < 300 300 to 600 < 300 300 to 600 < 300 300 to 600 < 300 300 to 600
chamber
gauge
pressure,
psig
Category 2
and 3 seals
a a
Standard Type A Type A Type A Type A Type C ES Type C ES
seal type
a, b a, b a a
Option when Type B ES Type B ES ES ES
specified
Option when Type C Type C
specified
Required Nitrile Nitrile
special O-rings O-rings
features
Special Caustic Perfluoro- Perfluoro-
features elastomer elastomer
for
Abrasive Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface
contami-
c particulates vs vs vs vs vs vs vs vs
nants
hardface hardface hardface hardface hardface hardface hardface hardface
Aromatics Perfluoro- Perfluoro-
and/or H S elastomer elastomer
Amines Amine- Amine-
resistant resistant
perfluoro- perfluoro-
elastomer elastomer
This selection procedure chooses seal designs consistent with the default positions throughout this International Standard. Listed
options meeting this International Standard might perform equally well.
a
Totally engineered sealing system. Consult vendor to ensure special design considerations are accounted for.
b
Engineered (high pressure) bellows.
c
Special features listed apply only in mixtures having pH between 4 and 11.
108 © ISO 2004 – All rights reserved
RECOMMENDED SEAL TYPE SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 5 OF 10
Flashing hydrocarbons
Operating conditions, recommended seal types and special features
Fluids 1 2 3 4 5 6 7 8
Pumping – 40 to 20 – 40 to 20 20 to 350 20 to 350 350 to 500 350 to 500 500 to 750 500 to 750
temp., °F
Seal < 300 < 300 < 300 N/A N/A
chamber
gauge
pressure,
psig
Category 1
seals
Seal < 300 300 to 600 < 300 300 to 600 < 300 300 to 600 < 300 300 to 600
chamber
gauge
pressure,
psig
Category 2
and 3 seals
d d a, b a, b
Standard Type A Type A Type A Type A Type C ES Type C ES
seal type
a a, b a a, b a a
Option when ES ES ES ES ES ES
specified
Required Nitrile Nitrile
special O-rings O-rings
features
Special Caustic Perfluoro- Perfluoro-
features elastomer elastomer
for
Abrasive Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface Hardface
contami-
c particulates vs vs vs vs vs vs vs vs
nants
hardface hardface hardface hardface hardface hardface hardface hardface
Aromatics Perfluoro- Perfluoro-
and/or H S elastomer elastomer
Amines Amine- Amine-
resistant resistant
perfluoro- perfluoro-
elastomer elastomer
Ammonia NH - NH - NH - NH - NH - NH - NH - NH -
3 3 3 3 3 3 3 3
resistant resistant resistant resistant resistant resistant resistant resistant
carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon
graphite graphite graphite graphite graphite graphite graphite graphite
This selection procedure chooses seal designs consistent with the default positions throughout this International Standard. Listed
options meeting this International Standard might perform equally well.
a
Totally engineered sealing system. Consult vendor to ensure special design considerations are accounted for.
b
Engineered bellows.
c
Special features listed apply only in mixtures having pH between 4 and 11.
d
Requires special feature (circulating device) above 140 °F, and special feature (perfluoroelastomer) if pumping temperature is above 350 °F.
RECOMMENDED SEAL ARRANGEMENT SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 6 OF 10
110 © ISO 2004 – All rights reserved
SHEET 6 OF 10 (continued)
RECOMMENDED SEAL TYPE SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 7 of 10
Non-hydrocarbon
112 © ISO 2004 – All rights reserved
NOTE See A.4.13 for guidance on selecting Plan 53A, 53B or 53C.
a
The user should evaluate whether to add Plan 13 or not, considering such factors as the inclusion of a bleed bushing,
contamination of the seal chamber with pumped fluid, the need for venting of the seal chamber, and the need to reduce
seal chamber pressure, due to static or dynamic pressure rating of the seal versus the expected static and dynamic seal
chamber pressure.
b
If Plan 31, 32 or 41 is selected and pump is vertical, Plan 13 is also recommended for venting. Users should consider
installation of a “bleed bushing” design, in which an annulus and port cut into the throat bushing is connected to suction to
keep solids out of the seal chamber. Ensure seal chamber is vented prior to start-up.
c
Cooling is needed due to low lubricity at elevated temperature. The recommended flush plan is 23 because field
experience has shown that this plan is much less prone to plugging than Plan 21 due to recirculation of cooler fluid from
the seal chamber. However, the user may wish to reconsider using Plan 21 due to the added seal complexity imposed by
Plan 23 (size and cost) and other factors such as the use of an air cooler for Plan 21 in areas where water cannot be used
or is not available. (An air cooler works better on Plan 21 due to the higher temperature difference between the pumped
fluid and the cooling medium.) The user may also wish to consider the use of Plan 32 if a suitable fluid is available,
especially if the fluid is normally injected into the process anyway (such as make-up water). See the flush descriptions
later in this annex for additional detail.
d
Consider the need to add additional flushing to the process side of the inner seal. Flushing is sometimes needed for
Arrangement 3 FB orientation to provide additional cooling and Plan 11 or 13 may be a suitable choice. Other services
may require a Plan 32 flush if the pumped fluid is extremely corrosive, aggressive or solids-laden. Consider the need for
venting on vertical pumps. Special attention may be needed on Arrangement 3 NC configurations to ensure effective
pump operation. Consult the pump vendor if the pump is vented through the seal chamber, and consider the effects listed
a
in footnote above.
RECOMMENDED SEAL SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 8 OF 10
Non-flashing hydrocarbon
114 © ISO 2004 – All rights reserved
NOTE See A.4.13 for guidance on selecting Plan 53A, 53B or 53C.
a
The user should evaluate whether to add Plan 13 or not, considering such factors as the inclusion of a bleed bushing,
contamination of the seal chamber with pumped fluid, the need for venting of the seal chamber and the need to reduce
seal chamber pressure, due to static or dynamic pressure rating of the seal versus the expected static and dynamic seal
chamber pressure.
b
If Plan 31, 32 or 41 is selected and pump is vertical, Plan 13 is also recommended for venting. Users should consider
installation of a “bleed bushing” design, in which an annulus and port cut into the throat bushing is connected to suction to
keep solids or polymerizing agents out of the seal chamber. Ensure seal chamber is vented prior to start-up.
c
Cooling is needed due to temperature limits of the standard secondary elastomers for Arrangement 1 and possibly for
Arrangement 2 (consult the seal vendor). Consideration may be given to changing to perfluoroelastomer if cooling is not
possible. The recommended flush plan is 23 because field experience has shown that this plan is much less prone to
plugging than Plan 21 due to recirculation of cooler fluid from the seal chamber. However, the user may wish to re-
consider using Plan 21 due to the added seal complexity imposed by Plan 23 (size and cost) and other factors such as the
use of an air cooler for Plan 21 in areas where water cannot be used or is not available. (An air cooler works better on
Plan 21 due to the higher temperature difference between the pumped fluid and the cooling medium.) The user may also
wish to consider the use of Plan 32 if a suitable fluid is available, especially if the fluid is normally injected into the process
anyway (such as make-up water). See the flush descriptions later in this annex for additional detail.
d
Consider the need to add additional flushing to the process side of the inner seal. Flushing is sometimes needed for
Arrangement 3 FB orientation to provide additional cooling, and Plan 11 or 13 may be a suitable choice. Other services
may require a Plan 32 flush if the pumped fluid is extremely corrosive, aggressive or solids-laden. Consider the need for
venting on vertical pumps. Special attention may be needed on Arrangement 3 NC configurations to ensure effective
pump operation. Consult the pump vendor if the pump is vented through the seal chamber, and consider the effects listed
a
in footnote above.
RECOMMENDED SEAL ARRANGEMENT SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
SHEET 9 OF 10
Flashing hydrocarbon
116 © ISO 2004 – All rights reserved
NOTE See A.4.13 for guidance on selecting Plan 53A, 53B or 53C.
a
The user should evaluate whether to add Plan 13 or not, considering such factors as the inclusion of a bleed bushing,
contamination of the seal chamber with pumped fluid, the need for venting of the seal chamber, and the need to reduce
seal chamber pressure, due to static or dynamic pressure rating of the seal versus the expected static and dynamic seal
chamber pressure.
b
If Plan 31, 32 or 41 is selected and pump is vertical, Plan 13 will also be recommended for venting. Users should
consider installation of a “bleed bushing” design, in which an annulus and port cut into the throat bushing is connected to
suction to keep solids or polymerizing agents out of the seal chamber. Ensure seal chamber is vented prior to start-up.
c
Cooling is recommended to suppress flashing within the seal faces. Due to cooling water temperatures, this is usually
only effective above the temperature shown. Below this temperature, or as an alternative to adding cooling, the user may
wish to use experience at their site or other alternatives such as high flushing rates, distributed flush systems, increased
seal chamber pressure, or combinations thereof, to obtain satisfactory seal life. There may also be the opportunity to use
Plan 32 if suitable flush fluid is available or, if experience is available, consideration of a change to Arrangement 3 may be
appropriate.
d
Consider the need to add additional flushing to the process side of the inner seal. Flushing is sometimes needed for
Arrangement 3 FB orientation to provide additional cooling, and Plan 11 or 13 may be a suitable choice. Other services
may require a Plan 32 flush if the pumped fluid is extremely corrosive, aggressive or solids-laden. Consider the need for
venting on vertical pumps. Special attention may be needed on Arrangement 3 NC configurations to ensure effective
pump operation. Consult the pump vendor if the pump is vented through the seal chamber, and consider the effects listed
a
in footnote above.
RECOMMENDED SEAL ARRANGEMENT SELECTION PROCEDURE (US CUSTOMARY UNITS)
Buffer/barrier fluid selection
SHEET 10 OF 10
The following should be considered when selecting a barrier/buffer fluid:
compatibility of the fluid with the process pumpage being sealed so as not to react with or form gels or
sludge if leaked into the process fluid or the process fluid into the barrier/buffer fluid;
compatibility of the fluid with the metallurgy, elastomers, and other materials of the seal/flush system
construction;
compatibility of the fluid assuming it reaches the process temperature (high or low).
On pressurized barrier fluid systems where the method of pressurization is a gas blanket, special attention
shall be given to the application conditions and barrier fluid selection. Normally, gas solubility in a barrier fluid
increases with increasing pressure and decreases with increasing barrier fluid temperature. As pressure is
relieved or temperatures rise, the gas is released from solution, and may result in foaming and loss of
circulation of the barrier fluid. This problem is normally seen where higher viscosity barrier fluids, such as lube
oils, are used at gauge pressures above 150 psi.
The viscosity of the barrier/buffer fluid should be checked over the entire operating temperature range with
special attention being given to start-up conditions. The viscosity should be less than 500 cSt at the minimum
temperature to which it is exposed.
The following barrier-fluid performance facts should be considered.
a) For services above 50 °F, hydrocarbon barrier/buffer fluids having a viscosity below 100 cSt at 100 °F
and between 1 cSt and 10 cSt at 212 °F have performed satisfactorily.
b) For services below 50 °F, hydrocarbon barrier/buffer fluids having a viscosity between 5 cSt and 40 cSt at
100 °F and between 1 cSt and 10 cSt at 212 °F have performed satisfactorily.
c) For aqueous streams, mixtures of water and ethylene glycol or propylene glycol are usually adequate.
Commercially available automotive antifreeze should never be used. The additives in antifreeze tend to
plate out on seal parts and cause failure as a result of gel formation.
d) The fluid should not freeze at the minimum ambient temperature at the site.
Fluid volatility and toxicity of the fluid shall be such that leakage to the atmosphere or disposal does not
impose an environmental problem. In addition,
the fluid should have an initial boiling point at least 50 °F above the temperature to which it will be
exposed;
the fluid should have a flash point higher than the service temperature if oxygen is present;
ethylene glycol may be considered a hazardous material and/or hazardous waste when used as a barrier
fluid.
The fluid should be able to meet the minimum 3-year continuous seal operation criteria without adverse
deterioration. It should not form sludge, polymerize or coke after extended use.
For hydrocarbon streams, paraffin-based high purity oils having little or no additives for wear/oxidation
resistance, or synthetic-based oils have been used successfully.
Anti-wear or oxidation-resistance additives in commercial turbine oils have been known to plate out on seal
faces.
118 © ISO 2004 – All rights reserved
A.2 Tutorial clause
A.2.1 Seal selection justification
A.2.1.1 All seal selections by service were made with the following considerations in mind:
a) to produce a reliable sealing system that has a high probability of operating 3 years of uninterrupted
service, meeting or exceeding environmental emission regulations;
b) personnel and plant safety in hazardous services; and
c) to minimize spare parts inventory required for insurance stock.
A.2.1.2 All selections were made using experience of engineering, purchasing, operating, retrofitting and
maintaining mechanical seals in various services and locations. The selections were made to ensure that the
best seal for the service will be installed. Surely, a seal not specified by this International Standard is
operating successfully in a given service somewhere. This International Standard does not attempt to prevent
the selection of other seals. However, if a seal not specified by this International Standard is chosen, special
engineering is recommended for successful operation.
Any seal operating with a seal chamber gauge pressure above a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi) for Category 1 seals or a gauge pressure of 4,1 MPa (41 bar) (600 psi) for Category 2 and
Category 3 seals requires special engineering. Any product temperature above 260 °C (500 °F) for Category 1
seals and above 400 °C (750 °F) for Category 2 and 3 seals also requires special engineering design
considerations. Therefore, the selection categories are limited to the above pressures and temperatures for
this International Standard.
A.2.1.3 The seal references in this International Standard are:
a) Type A, standard pusher seal;
b) Type B, standard option for Type A, a non-pusher seal with rotating bellows and elastomeric secondary
sealing elements; and
c) Type C, standard non-pusher seal with stationary bellows and flexible graphite secondary sealing
elements.
See Clause 3, Clause 4 and sheet 1 of this annex, for further description.
NOTE Pressure levels listed apply to Category 1, Category 2 or Category 3 as noted on the applicable sheet.
A.2.2 Non-hydrocarbon services — Sheet 3
A.2.2.1 Clean water below 80 °C (180 °F) and below a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with no special features required.
The standard options are either a Type B or Type C metal bellows with no special features required.
A.2.2.2 Clean water below 80 °C (180 °F) and a gauge pressure of between 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
and 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with no special features required.
Any seal other than a Type A should be specially engineered for high pressure. Seal manufacturers normally
rate their metal bellows designs for gauge pressures of less than 2,1 MPa (21 bar) (300 psi). The seal
manufacturer should be consulted for specific performance data above this pressure.
A.2.2.3 Water above 80 °C (180 °F) and at a gauge pressure below 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A pusher with special features. The special features are a single-spring seal with
an internal circulating device to circulate through a Plan 23 closed-loop system. As shown on sheet 7, a
Plan 21 might also be used, especially if an air cooler is used. The elastomer configuration can be either
O-ring or “U” cup.
The alternative seal is a Type A standard pusher with special features to include an internal circulating device
to circulate through a Plan 23 closed-loop system, and a close-clearance bushing in the bottom of the sealing
chamber.
A Plan 23 flushing arrangement is the most efficient way of providing a cool flush to the seal faces. Use of an
internal circulating device to circulate the fluid through a closed-loop cooler allows the cooler to continuously
cool a recirculated stream rather than a continuous (hot) stream from the discharge of the pump (Plan 21).
The cooler now has to cool only that fluid in the loop, and the duty cycle is much less severe than a Plan 21.
A survey in one facility revealed that the average temperature of the inlet flush to the sealing chamber was
50 °C (122 °F). The average pumping temperature of the product was 219 °C (426,2 °F). The idle pump’s
average inlet temperature was 38 °C (100,4 °F). The idle pumps rely only on the thermosyphon through the
cooler to cool the fluid. The cooler shall be mounted in accordance with this International Standard to ensure
proper thermosyphoning.
A.2.2.4 Sour water below 80 °C (180 °F) up to a gauge pressure of 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with special features. The elastomers shall be changed to
perfluoroelastomer to resist the H S, as H S is generally the agent that sours water.
2 2
The standard option up to a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) is either the Type B or Type C seal
with the special feature of perfluoroelastomer for the Type B.
The use of Type B or Type C seal above a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar) 21 bar (300 psi) requires
special engineering for the high pressure.
This selection is made to maximize the standardization process, as the Type A seal is recommended for all
pressure ranges. Sour water may become flashing as the temperature and H S content increase.
A.2.2.5 Caustic, amines, and other crystallizing fluids below 80 °C (180 °F) and below a gauge
pressure of 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with the special features of perfluoroelastomer.
The standard alternative is a Type B metal bellows seal up to a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
with perfluoroelastomer.
The use of Type C seals up to a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) with flexible graphite
secondaries should be specially engineered, as graphite is not recommended for some caustic applications.
For gauge pressures above 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) but below 4,1 MPa (41 bar) (600 psi), the use of Type B
and Type C metal bellows seals require special engineering for the high pressure.
Any application in a crystallizing fluid requires the use of a Plan 62 quench or a Plan 32 flush to keep crystals
from forming on the atmospheric side of the seal. Most facilities prohibit a quench from seals unless totally
contained. A Plan 32 flush arrangement is generally not acceptable, as it dilutes the product and is sometimes
expensive to operate. In these conditions an Arrangement 2 dual seal (un-pressurized buffer) should be
considered, using clean water (or other compatible fluid) as a buffer to keep the crystals in solution. The same
special features apply to both the dual seal and the single seals.
120 © ISO 2004 – All rights reserved
A.2.2.6 Acids: sulfuric, hydrochloric, phosphoric acids at less than 80 °C (180 °F) and below a gauge
pressure of 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with special features. The special features are a single coil-
spring.
The standard option is a Type B or Type C using flexible graphite as a secondary in the Type C.
Due to the thin cross-section of multiple-coil springs and bellows plates, select the most corrosion-resistant
material for the application.
Hydrofluoric, fuming nitric, and other acids are not covered in this selection. Specially engineered designs
agreed between the owner and the seal manufacturer should be used.
Seals for use with acids at temperatures over 80 °C (180 °F) require special engineering.
Seals for use with acids at a gauge pressure above 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) require special engineering.
A.2.3 Non-flashing hydrocarbons [absolute vapour pressure less than 0,1 MPa (1 bar)
(14,7 psi) at pumping temperature] — Sheet 4
A.2.3.1 From – 40 °C (– 40 °F) to – 5 °C (20 °F) and below a gauge pressure of 4,1 MPa (41 bar)
(600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with the special feature of NBR elastomers for the low
temperature service. The NBR shall also be compatible with the pumped fluid.
The standard alternative up to a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) is either a Type B with the
special feature of NBR elastomers or a Type C with flexible graphite secondaries.
For gauge pressures over 2,1 MPa (21 bar) (300 psi), seal Types B and C require engineered bellows designed
for the high pressure.
The special feature of NBR elastomers is due to the low temperature requirements. The standard
fluoroelastomer is rated at – 17,7 °C (0 °F), but, for the applications of this International Standard,
fluoroelastomer should not be used below – 5 °C (20 °F).
A.2.3.2 From – 5 °C (20 °F) to 176 °C (350 °F) and gauge pressures below 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with no special features required. (Check elastomer
compatibility charts for pumped fluid).
The standard option for gauge pressures up to 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) is a Type B or Type C standard
non-pusher. The Type C seal should be used with flexible graphite secondaries.
The standard alternative for gauge pressures above 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) is a Type B or Type C with
engineered bellows for the high pressure.
The standard pusher seal elastomer is fluoroelastomer, which is rated at 204 °C (400 °F). A pumping
temperature of 176 °C (350 °F) is realistic for fluoroelastomer, as the face friction will generate additional heat
and raise the temperature the elastomer must endure.
A.2.3.3 From 176 °C (350 °F) to 260 °C (500 °F) and below a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi)
The standard seal is a Type C stationary non-pusher metal bellows seal using flexible graphite for
secondaries.
The standard alternative is a Type A standard pusher with special features including an internal circulating
device and perfluoroelastomer, circulating through a Plan 23 closed-loop system in accordance with the flush
selection diagram.
The Type C seal is selected as the standard due to the temperature range, which is generally the range where
coking occurs. The stationary bellows design easily accepts a steam baffle for anti-coking protection, whereas
a rotating bellows does not.
A Type A seal with an internal circulating device and a Plan 23 closed-loop system maintains the product
temperature below the range where coking occurs.
A.2.3.4 From 176 °C (350 °F) to 260 °C (500 °F) and from a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi) to 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
A totally engineered sealing system is required for hot high pressure services.
A.2.3.5 From 260 °C (500 °F) to 400 °C (750 °F) and below a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi)
The Type C seal is selected as the standard due to the temperature range, which is generally the range where
coking occurs. The stationary bellows design easily accepts a steam baffle for anti-coking protection, whereas
a rotating bellows does not.
The standard alternative is a totally engineered sealing system.
A.2.3.6 From 260 °C (500 °F) to 400 °C (750 °F) and from a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi) to 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The only acceptable alternative is a totally engineered sealing system.
A.2.4 Flashing hydrocarbons [vapour pressure above 0,1 MPa (1 bar) (14,7 psi) at pumping
temperature] — Sheet 5
A.2.4.1 From – 40 °C (– 40 °F) to – 5 °C (20 °F) and a gauge pressure below 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with special features. The special feature is an NBR
elastomer. Ensure NBR is compatible with the pumped fluid.
The standard alternative is an engineered sealing system with an engineered metal bellows for the flashing
service.
Metal bellows seals in flashing service are prone to fatigue failure, induced by “stick-slip” if marginal vapour
suppression occurs. If metal bellows are desired, the seal should be a totally engineered sealing system with
special attention to vapour suppression under all operating conditions of the pump, such as start-up, shutdown
and plant upsets.
A.2.4.2 From – 5 °C (20 °F) to 176 °C (350 °F) and a gauge pressure below 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
The standard seal is a Type A standard pusher with special features to maintain adequate vapour
suppression. If the temperature is above 60 °C (140 °F), an internal circulating device and Plan 23 closed-loop
system should be considered as an alternative to help reduce flashing at the seal face. If the temperature is
above 176 °C (350 °F), perfluoroelastomer should be used.
The standard alternative is a totally engineered sealing system with an engineered metal bellows.
Vapour suppression by cooling is always preferred over pressurization. Therefore, a Type A seal with internal
circulating device and Plan 23 closed-loop system is selected if the temperature is above 60 °C (140 °F). The
122 © ISO 2004 – All rights reserved
60 °C (140 °F) limit is based on the cooling-water temperature in the hot months, where little cooling of a
product below 60 °C (140 °F) will occur. Various locations may choose a higher or lower limit based on the
maximum cooling-water temperature in that specific location.
A.2.4.3 From 176 °C (350 °F) to 400 °C (750 °F) and below a gauge pressure of 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi)
The standard seal is a Type C seal. The standard alternative is a totally engineered sealing system.
A.2.4.4 Above 176 °C (350 °F) and a gauge pressure from 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) to 4,1 MPa
(41 bar) (600 psi)
The seal should be a totally engineered sealing system.
A.3 Tutorial seal selection — Sheet 6
A.3.1 Sheet 6 is intended only as a guide to some of the aspects that might be considered in the selection
of a seal arrangement. The user should evaluate the cost benefits and risk associated with any selection.
A.3.2 Question 1 is whether there are any regulations effective at the site of the equipment which require
specific hardware. This hardware could include low-emission single seal or dual seals. The question is intended
to alert the user so that he can investigate the possibility that specific designs might be required.
A.3.3 Question 2 alerts the user to examine the pumped stream to determine if any owner or operator
standards exist that would dictate or help define the required arrangement from the owner or operator. These
standards might deem the stream hazardous and require specific methods of control or limits of exposure on
emissions, even if local regulations do not. Seal designs shall then employ the required hardware or be
designed to meet the required emission limit.
A.3.4 Question 3 addresses selection of arrangement for acids. If the stream is not acid, question 3 will skip
to question 5.
A.3.5 Question 4 selects the arrangement for an acid stream as either a single seal or a pressurized dual
seal. Unpressurized dual seals are not recommended, due to the potential for build-up of acid in the buffer
system or containment seal chamber.
A.3.6 Question 5 addresses materials which may pose a personnel hazard, such as rich (in H S) amine
streams, to highlight the need for control beyond a single seal without external flush. The highlight is needed
because specifications often overlook the need for added control measures on this type of stream.
A.3.7 Question 6 is similar to question 5, except it addresses streams for which an Arrangement 1 seal will
not meet safety requirements of the owner concerning a potential vapour cloud or fire risk.
A.3.8 Question 7 addresses the need for additional sealing control on those streams which will not meet
local emission requirements with an Arrangement 1 seal. Arrangement 2 or Arrangement 3 is chosen as
needed instead.
A.3.9 Question 8 alerts the user to the fact that in certain countries, Arrangement 1 seals in specific services
are required to be monitored (or “sniffed”) for emissions. If the user wishes to perform this monitoring then
Arrangement 1 is suitable. However, the option is given to change the arrangement and possibly avoid
monitoring.
A.3.10 Question 9 addresses reliability considerations for hot services. Experience has shown that
Arrangement 2 or Arrangement 3 may provide better reliability.
A.3.11 Question 10 addresses reliability considerations for polymerizing agents, solids, and low-lubricity
fluids out of the seal faces in order to help meet the goal of 3 years uninterrupted life.
A.3.12 Experience has shown Arrangement 1 and Arrangement 2 used in very light fluids often cannot meet
the goal of a 3-year service. Special sealing arrangements involving the use of non-contacting inner seals in
an Arrangement 2 have been known to provide very reliable service in fluids such as methane, ammonia,
propane and other hydrocarbon mixtures of high vapour pressure.
A.3.13 Question 12 is intended to alert the user to the possible need for provision of an alarm of leakage. An
arrangement other than Arrangement 1 is generally needed if leakage must be detected.
A.3.14 Question 13 determines how the user intends to use the containment feature of an unpressurized dual
seal. Because of heat generation and face load, dry containment seals can have limited life at full seal
chamber conditions.
A.3.15 This step changes to an Arrangement 3 or recommends a liquid buffer if the pumpage contains solids
or polymerizing agents. These contaminants can reduce the reliability of dry containment seals.
A.3.16 An Arrangement 2 seal has been selected and further guidance is provided on the possible use of
non-contacting inner seals
A.4 Tutorial on sheet 7 to sheet 9 of seal selection procedure
A.4.1 General
To aid in understanding the logic behind the flow/decision charts in sheet 7 to sheet 9 of the seal selection
procedure, the following descriptions of the specified seal flush plans are given.
A.4.2 Plan 01
Plan 01 is similar to a Plan 11 except that internal porting is used to direct flow to the seal chamber from an
area behind the impeller near the discharge. This plan is recommended for clean fluids only. Plan 01 may be
useful with liquids that thicken or solidify at normal ambient temperatures to minimize the risk of freezing the
fluid in flush piping. Special attention is needed to ensure that the recirculation supplied is sufficient for the
seal operating requirements.
A.4.3 Plan 02
Plan 02 is a dead-ended seal chamber with no flush fluid circulation. Plan 02 is more common in the chemical
industry in applications with low seal chamber pressures and process temperatures. Typically, the plan is
used in conjunction with a taper bore seal chamber modified with flow enhancers. The process fluid should be
relatively clean to avoid excessive erosion of the seal gland, seal chamber, or seal parts created by the
swirling flow pattern. The vapour pressure sensitivity of the process fluid should also be taken into
consideration to avoid flashing conditions in the seal chamber or at the seal faces. Plan 02 can be used with
cool clean fluids with high specific heats, such as water, in relatively low-speed pumps. The product
temperature margin should be carefully reviewed for any application where the selection of Plan 02 is being
considered.
A.4.4 Plan 11
Plan 11 is the default seal flush plan for all single seals. In Plan 11, product is routed from the pump discharge
to the seal chamber to provide cooling for the seal and to vent air or vapours from the seal chamber. Fluid
then flows from the seal cavity back into the process stream. It is the most commonly used flush plan for clean
general service equipment. For high-head applications, careful consideration should be given to calculation of
the required flush flowrate. Calculations are required to determine the proper orifice and throat bushing
dimensions to assure adequate seal flush flow.
124 © ISO 2004 – All rights reserved
A.4.5 Plan 13
Plan 13 is the standard flush plan selection for vertical pumps that are not provided with a bleed bushing
below the seal chamber. The seal chamber pressure on vertical pumps supplied wi
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21049
First edition
2004-02-01
Pumps — Shaft sealing systems for
centrifugal and rotary pumps
Pompes — Dispositifs d'étanchéité de l'arbre pour pompes centrifuges
et rotatives
Reference number
©
ISO 2004
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2004
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2004 – All rights reserved
Contents Page
Foreword. vi
Introduction . vii
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 3
4 Sealing systems . 10
4.1 Seal categories, types and arrangements. 10
4.1.1 General. 10
4.1.2 Seal categories. 10
4.1.3 Seal types . 11
4.1.4 Seal arrangements. 11
4.1.5 Seal orientations . 12
4.2 Objectives . 12
4.3 Specifying and/or purchasing a sealing system . 12
5 General. 19
5.1 Unit responsibility. 19
5.2 Dimensions. 20
6 Design requirements . 20
6.1 Common design requirements (all categories) . 20
6.1.1 General information. 20
6.1.2 Seal chamber and gland plate . 23
6.1.3 Cartridge seal sleeves . 30
6.1.4 Mating rings. 32
6.1.5 Flexible elements . 34
6.1.6 Materials. 34
6.2 Design requirements (category-specific) .38
6.2.1 Category 1 seals. 38
6.2.2 Category 2 seals. 39
6.2.3 Category 3 seals. 40
7 Specific seal configurations . 41
7.1 Arrangement 1 seals. 41
7.1.1 Seal sleeves. 41
7.1.2 Seal chamber and gland plate . 41
7.2 Arrangement 2 seals. 41
7.2.1 General. 41
7.2.2 Seal sleeves. 42
7.2.3 Seal chamber and gland plates . 42
7.2.4 Contacting wet seals with a liquid buffer fluid (2CW-CW). 43
7.2.5 Seal chamber and gland plates for contacting wet inner seal with a dry-running
containment seal (2CW-CS) . 43
7.2.6 Seal chamber and gland plates for non-contacting inner seal with a dry-running
containment seal (2NC-CS). 44
7.3 Arrangement 3 seals. 44
7.3.1 General. 44
7.3.2 Seal sleeves. 45
7.3.3 Seal chamber and gland plates . 45
7.3.4 Contacting wet seal configurations with a liquid barrier fluid (3CW-FB, 3CW-FF, 3CW-BB) . 45
7.3.5 Standard seal types and arrangements for non-contacting seal configurations with a gas
barrier fluid (3NC-FB, 3NC-FF, 3NC-BB) .46
8 Accessories .46
8.1 Auxiliary piping systems .46
8.2 Mechanical seal flush/cooling systems (Group I).49
8.3 Quench systems (Group II) .50
8.4 Cooling-water systems (Group III).50
8.5 Accessories and auxiliary system components .51
8.5.1 Cyclone separator .51
8.5.2 Flow control orifice .52
8.5.3 Seal flush coolers.53
8.5.4 Barrier/buffer fluid reservoirs .53
8.5.5 Barrier/buffer-fluid selection criteria.57
8.6 Barrier/buffer fluid and seal flush positive-circulating devices .57
8.6.1 General .57
8.6.2 Internal circulating device.57
8.6.3 External circulating pump .57
8.6.4 External seal flush systems .57
8.6.5 Condensate collection reservoir.58
8.6.6 Barrier/buffer-gas supply systems.58
9 Instrumentation .59
9.1 General .59
9.2 Temperature-indicating gauges.59
9.3 Thermowells.59
9.4 Pressure gauges.59
9.5 Switches .60
9.5.1 Alarm, trip and control switches.60
9.5.2 Pressure switches.60
9.5.3 Level switches .61
9.5.4 Flow switches .61
9.6 Level indicators .61
9.7 Flow instruments.61
9.7.1 Flow indicators .61
9.7.2 Flow meters.61
9.7.3 Flow transmitters.61
9.8 Relief valves.61
9.9 Regulators.62
9.10 Pressure amplifiers .62
10 Inspection, testing and preparation for shipment .62
10.1 General .62
10.2 Inspection.62
10.3 Testing.63
10.3.1 Seal qualification testing .64
10.3.2 Hydrostatic test for pressure-containing mechanical seal parts and accessories.77
10.3.3 Test of job seal by seal manufacturer.78
10.3.4 Air test .78
10.3.5 Test of job seal by pump manufacturer .78
10.4 Preparation for shipment.79
11 Data transfer .79
11.1 General .79
11.2 Proposal data.80
11.3 Contract data .81
Annex A (informative) Recommended seal selection procedure .85
Annex B (informative) Typical materials standards for seal chamber and mechanical seal
components .130
Annex C (normative) Mechanical seal data sheets .137
iv © ISO 2004 – All rights reserved
Annex D (informative) Mechanical seal codes. 146
Annex E (normative) Seal and pump vendor interface responsibilities . 148
Annex F (informative) Heat generation and heat soak calculations . 150
Annex G (normative) Standard flush plans and auxiliary hardware . 157
Annex H (informative) Inspector checklist for all seals. 188
Annex I (normative) Form for mechanical seal qualification test. 189
Annex J (normative) Mechanical seals data requirements form. 192
Bibliography . 193
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 21049 was prepared by Technical Committee ISO/TC 115, Pumps, Subcommittee SC 3, Installation and
special applications, in collaboration with Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore
structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, SC 6, Processing equipment and systems.
vi © ISO 2004 – All rights reserved
Introduction
This International Standard is based on the accumulated knowledge and experience of manufacturers and
users of equipment in the petroleum, natural gas and chemical industries, but its use is not restricted to these
industries.
Users of this International Standard should be aware that further or differing requirements may be needed for
individual applications. This International Standard is not intended to inhibit a vendor from offering, or the
purchaser from accepting, alternative equipment or engineering solutions for the individual application. This
may be particularly appropriate where there is innovative or developing technology. Where an alternative is
offered, the vendor should identify any variations from this International Standard and provide details.
The purpose of this International Standard is to assist purchasers with the selection and operation of
mechanical seals for pumps.
This International Standard is a stand-alone seal standard and is referenced normatively in ISO 13709. It is
applicable to both new and retrofitted pumps, and to pumps other than ISO 13709 pumps (e.g. ASME B73.1,
ASME B73.2 and API 676 pumps).
In this International Standard, where practical, US Customary units are included in brackets for information.
A bullet (�) at the beginning of a clause or subclause indicates that either a decision is required or further
information is to be provided by the purchaser. This information should be indicated on data sheets or stated
in the enquiry or purchase order (see examples in Annex C).
INTERNATIONAL STANDARD ISO 21049:2004(E)
Pumps — Shaft sealing systems for centrifugal and rotary
pumps
1 Scope
This International Standard specifies requirements and gives recommendations for sealing systems for
centrifugal and rotary pumps used in the petroleum, natural gas and chemical industries. It is applicable
mainly for hazardous, flammable and/or toxic services where a greater degree of reliability is required for the
improvement of equipment availability and the reduction of both emissions to the atmosphere and life-cycle
sealing costs. It covers seals for pump shaft diameters from 20 mm (0,75 in) to 110 mm (4,3 in).
This International Standard is also applicable to seal spare parts and can be referred to for the upgrading of
existing equipment. A classification system for the seal configurations covered by this International Standard
into categories, types, arrangements and orientations is provided.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7 (all parts), Pipe threads where pressure-tight joints are made on the threads
ISO 261, ISO general-purpose metric screw threads — General plan
ISO 262, ISO general-purpose metric screw threads — Selected sizes for screws, bolts, and nuts
ISO 286-2, ISO system of limits and fits — Part 2: Tables of standard tolerance grades and limit deviations for
holes and shafts
ISO 724, ISO general-purpose metric screw threads — Basic dimensions
ISO 965 (all parts), ISO general-purpose metric screw threads — Tolerances
ISO 3069, End-suction centrifugal pumps — Dimensions of cavities for mechanical seals and for soft packing
ISO 4200, Plain end steel tubes, welded and seamless — General tables of dimensions and masses per unit
length
ISO 7005-1, Metallic flanges — Part 1: Steel flanges
ISO 10438 (all parts), Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Lubrication, haft-sealing and
control-oil systems and auxiliaries
ISO 13709, Centrifugal pumps for petroleum, petrochemical and natural gas industries
ISO 15649, Petroleum and natural gas industries — Piping
IEC 60079 (all parts), Electrical apparatus for explosive gas atmospheres
IEC 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP code)
1)
AISI, Standards, codes and specifications of the American Iron and Steel Institute
2)
API RP 520 (all parts), Sizing, selection, and installation of pressure-relieving devices in refineries
API Std 526, Flanged steel pressure relief valves
3)
ASME V, ASME Boiler and pressure vessel code, Section V, Non-destructive examination
ASME VIII, ASME Boiler and pressure vessel code, Section VIII, Rules for the construction of pressure vessels
ASME IX, ASME Boiler and pressure vessel code, Section IX, Welding and brazing qualifications
ASME B1.1, Unified inch screw threads (UN and UNR thread form)
ASME B1.20.1, Pipe threads, general purpose, inch
ASME B16.11, Forged fittings, socket-welding and threaded
ASME B16.20, Metallic gaskets for pipe flanges — Ring joint, spiral-wound, and jacketed
ASME B73.1, Specification for horizontal end suction centrifugal pumps for chemical process
ASME B73.2, Specification for vertical in-line centrifugal pumps for chemical process
ASME PTC 8.2, Centrifugal pumps, performance test codes
4)
AWS D1.1, Structural welding code — Steel
5)
EN 287 (all parts), Approval testing of welders — Fusion welding
EN 288 (all parts), Specification and approval of welding procedures for metallic materials
EN 13445 (all parts), Unfired pressure vessels
EPA Method 21, Appendix A of Title 40, Part 60 of the U.S. Code of Federal Regulations, Environmental
6)
Protection Agency, United States
7)
NEMA 250, Enclosures for electrical equipment (1 000 volts maximum)
8)
NFPA 70, National Electrical Code
Title 1, Part A, Section 112, U.S. National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants (NESHAPs)
9)
(Clean Air Act Amendment)
1) Available from the American Iron and Steel Institute: 1140 Connecticut Ave., Suite 705, Washington, D.C. 20036, USA.
2) Available from the American Petroleum Institute, 1220 L Street, NW, Washington, D.C. 20005-4070, USA.
3) Available from the American Society of Mechanical Engineers: Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990, USA.
4) Available from the American Welding Society, 550 N.W. Le Jeune Rd, Miami, FL 33126, USA.
5) Comité Européen de Normalisation, 36, rue de Stassart, B-1050 Brussels, Belgium.
6) Available from the National Archives and Records Administration, 700 Pennsylvania Avenue, N.W., Washington, D.C.
20408, USA.
th
7) Available from the National Electrical Manufacturers Association, 1300 North 17 Street, Rosslyn, VA 22209, USA.
8) Available from the National Fire Protection Association, 1 Batterymarch Park, P.O. Box 9101, Quincy, MA 02269-
9101, USA.
9) Environmental Protection Agency, Ariel Rios Building, 1200 Pennsylvania Avenue, N.W., Mail Code 3213A,
Washington, D.C. 20460, USA.
2 © ISO 2004 – All rights reserved
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
anti-rotation device
device used to prevent rotation of one component relative to an adjacent component in a seal assembly
EXAMPLES Key, pin.
3.2
Arrangement 1 seal
seal configuration having one seal per cartridge assembly
3.3
Arrangement 2 seal
seal configuration having two seals per cartridge assembly with a containment seal chamber which is at a
pressure lower than the seal chamber pressure
3.4
Arrangement 3 seal
seal configuration having two seals per cartridge assembly that utilize an externally supplied barrier fluid
3.5
back-to-back configuration
dual seal in which both of the flexible elements are mounted between the mating rings
3.6
balanced seal
mechanical seal in which the seal balance ratio is less than 1
3.7
barrier fluid
externally supplied fluid at a pressure above the pump seal chamber pressure, introduced into an
Arrangement 3 seal to completely isolate the process liquid from the environment
3.8
bellows seal
type of mechanical seal which uses a flexible metal bellows to provide secondary sealing and spring-type
loading
3.9
buffer fluid
externally supplied fluid, at a pressure lower than the pump seal chamber pressure, used as a lubricant and/or
to provide a diluent in an Arrangement 2 seal
3.10
cartridge seal
completely self-contained unit (including seal faces, flexible elements, seal gland plate, sleeve and mating
ring) which is pre-assembled and preset before installation
3.11
connection
threaded or flanged joint that mates a port to a pipe or to a piece of tubing
3.12
contacting seal
seal design in which the mating faces are not designed to intentionally create aerodynamic or hydrodynamic
forces to sustain a specific separation gap
NOTE Contacting seals can actually develop a full fluid film but this is not typical. Contacting seals do not incorporate
geometry, e.g. grooves, pads, face waviness, to ensure that the faces do not touch. The amount of contact is generally
very low and permits reliable operation with low leakage.
3.13
containment seal
seal design with one flexible element, seal ring and mating ring mounted in the containment seal chamber
NOTE The outer seal for all Arrangement 2 configurations is a containment seal.
3.14
containment seal chamber
component forming the cavity into which the containment seal is installed
3.15
crystallizing fluid
fluid which is in the process of forming solids or which may form solids due to dehydration or chemical
reaction
3.16
distributed flush system
arrangement of holes, passages, baffles, etc., designed to promote an even distribution of flush fluid around
the circumference of the seal faces, qualified by testing in accordance with this International Standard
3.17
drive collar
external part of the seal cartridge that transmits torque to the seal sleeve and prevents axial movement of the
seal sleeve relative to the shaft
3.18
dual mechanical seal
Arrangement 2 or Arrangement 3 seal of any kind
3.19
dynamic sealing-pressure rating
highest pressure differential that the seal or seal assembly can continuously withstand at the maximum
allowable temperature while the shaft is rotating
NOTE Thereafter, the seal retains its static sealing pressure rating.
3.20
face-to-back configuration
dual seal in which one mating face is mounted between the two flexible elements and one flexible element is
mounted between the two mating seal rings
3.21
face-to-face configuration
dual seal in which both of the mating seal rings are mounted between the flexible elements
3.22
flashing
rapid change in fluid state from liquid to gas
NOTE In a dynamic seal, this can occur when frictional energy is added to the fluid as it passes between the primary
seal faces, or when fluid pressure is reduced below the fluid's vapour pressure because of a pressure drop across the seal
faces.
4 © ISO 2004 – All rights reserved
3.23
flashing hydrocarbon
liquid hydrocarbon with an absolute vapour pressure greater than 0,1 MPa (1 bar) (14,7 psi) at the pumping
temperature, or a fluid that will readily boil at ambient conditions
3.24
flexible element
combination of components which move axially relative to the shaft/sleeve or seal chamber
3.25
flexible graphite
pure carbon graphite material used for static (secondary seal) gaskets in mechanical seal design, from
cryogenic to hot service
3.26
floating bushing
bushing that fits around the shaft or sleeve and has sufficient clearance around the outside diameter so it can
move or “float” radially
3.27
FFKM perfluoroelastomer
FFKM
chemically resistant O-ring elastomer material suitable for high temperature service
3.28
FKM fluoroelastomer
FKM
type of O-ring elastomer material commonly used in mechanical seals
3.29
flush, noun
fluid which is introduced into the seal chamber on the process fluid side in close proximity to the seal faces
and typically used for cooling and lubricating the seal faces
3.30
flush plan
configuration of pipe, instruments and controls designed to route the fluid concerned to the seals
NOTE Auxiliary piping plans vary with the application, seal type and arrangement.
3.31
gland plate
end plate which connects the stationary assembly of a mechanical seal to the seal chamber or containment
seal chamber
3.32
hook sleeve
sleeve, with a step or hook at the product end, placed over the shaft to protect it from wear and corrosion
NOTE The step is usually abutted against the impeller to hold it in place with a gasket between the shaft and the step
(hook).
3.33
inner seal
〈Arrangement 2 and Arrangement 3〉 seal that is located closest to the pump impeller in the seal chamber
3.34
internally-mounted seal
seal configuration in which the seal is mounted within the boundaries of the seal chamber and gland plate
3.35
internal circulating device
pumping ring
device located in the seal chamber to circulate seal chamber fluid through a cooler or barrier/buffer fluid
reservoir
3.36
leakage concentration
measure of the concentration of a volatile organic compound or other regulated emission in the environment
immediately surrounding the seal
3.37
leakage rate
volume or mass of fluid passing between the seal faces through a seal in a given length of time
3.38
light hydrocarbon
hydrocarbon liquid that will readily boil at ambient conditions
NOTE Typically this definition includes pure and mixed streams of pentane (C ) and lighter liquids.
3.39
mating ring
disk- or ring-shaped member, mounted either on a sleeve or in a housing such that it does not move axially
relative to the sleeve or the housing, which provides the mating seal face for the seal ring
3.40
maximum allowable temperature
maximum continuous temperature for which the manufacturer has designed the equipment (or any part to
which the term is referred) when handling the specified fluid at the specified maximum operating pressure
NOTE 1 This information is supplied by the seal manufacturer.
NOTE 2 The maximum allowable temperature is usually set by material considerations. This may be the material of the
casing or a temperature limit imposed by a gasket or O-ring. The yield strength and ultimate strength are temperature-
dependent. A component's stress level can depend on operating pressure. Thus, the margin between the strength limit of
the material and the operating stress depends on both the material's operating temperature and the component's stress
level. If the temperature is lowered, the material's strength increases and the stress level of the component may increase.
This is the reason for associating the maximum allowable temperature to the maximum specified operating pressure.
3.41
maximum allowable working pressure
MAWP
maximum continuous pressure for which the manufacturer has designed the equipment (or any part to which
the term is referred) when handling the specified fluid at the specified maximum operating temperature
cf. static sealing-pressure rating (3.69), dynamic sealing-pressure rating (3.19)
3.42
maximum dynamic sealing pressure
MDSP
highest pressure expected at the seal (or seals) during any specified operating condition and during start-up
and shutdown
NOTE In determining this pressure, consideration is given to the maximum suction pressure, the flush pressure, and
the effect of clearance changes within the pump. This is a process condition and is specified by the purchaser.
3.43
maximum operating temperature
maximum temperature to which the seal (or seals) can be subjected
NOTE This is a process condition and is specified by the purchaser.
6 © ISO 2004 – All rights reserved
3.44
maximum static sealing pressure
MSSP
highest pressure, excluding pressures encountered during hydrostatic testing, to which the seal (or seals) can
be subjected while the pump is shut down
NOTE This is a process condition and is specified by the purchaser.
3.45
non-contacting seal
seal design in which the mating faces are designed to intentionally create aerodynamic or hydrodynamic
separating forces to sustain a specific separation gap between the seal ring and the mating ring
NOTE Non-contacting seals are specifically designed so that there is always an operating gap between the stationary
and rotating face.
3.46
non-flashing hydrocarbon
liquid hydrocarbon whose vapour pressure at any specified operating temperature is less than an absolute
pressure of 0,1 MPa (1 bar) (14,7 psi), or a fluid that will not readily boil at ambient conditions
3.47
non-hydrocarbon service
service in which the fluid, such as sour water, boiler feed water, sodium hydroxide, acids and amines, contains
no hydrocarbons or the fluid has relatively small quantities of entrained hydrocarbons
3.48
non-pusher seal
seal in which the secondary seal is not required to slide axially to compensate for wear and misalignment
NOTE A non-pusher seal is usually the metal-bellows Type B or C.
3.49
observed test
product test which is observed at the discretion of the purchaser, who has been given notice of the test by the
manufacturer, but does not constitute a manufacturing hold point
3.50
orifice nipple
pipe nipple made of solid bar stock with an orifice hole drilled through it to regulate the flush flow
NOTE Orifice nipples are commonly found on Plan 11 systems.
3.51
O-ring
elastomeric sealing ring with an O-shaped (circular) cross-section, which may be used as a secondary seal or
as a gasket
3.52
outer seal
〈Arrangement 2 and Arrangement 3〉 seal located farthest from the pump impeller
3.53
polymerizing fluid
fluid which is in the process of changing, or is capable of changing, from one chemical composition to another
with longer-chain components and different properties, usually becoming significantly more viscous and/or
tacky
3.54
port
fluid passageway, typically located in the gland plate
3.55
pressure casing
composite of all the stationary pressure-containing parts of the seal, including seal chamber, seal gland plate,
and barrier/buffer fluid reservoir and other attached parts, but excluding the seal ring and the mating ring
3.56
product temperature margin
difference between the vaporization temperature of the fluid at the seal chamber pressure and the actual
temperature of the fluid
NOTE For pure fluids, the vaporization temperature is the saturation temperature at seal chamber pressure; for
mixed fluids, the vaporization temperature is the bubble-point temperature at the seal chamber pressure.
3.57
pump manufacturer
agency that designs, manufactures, tests and provides service support for the pump
NOTE The pump manufacturer may also purchase the sealing system and perform the installation.
3.58
purchaser
agency that issues the order and specifications to the vendor
3.59
pusher seal
seal in which the secondary seal is mounted between the seal ring on the flexible element and the sleeve or
seal gland plate in which this secondary seal slides axially to compensate for wear and misalignment
3.60
quench, noun
neutral fluid, usually water or steam, introduced on the atmospheric side of the seal to retard formation of
solids that may interfere with seal movement, or for other purposes
3.61
seal
combination of a mating ring, seal ring, secondary seal(s), axially flexible element(s) and supporting hardware
that allows a rotating shaft to penetrate a stationary housing without incurring uncontrolled leakage
3.62
seal balance ratio
ratio of seal face area exposed to closing force by hydraulic pressure in the seal chamber, to the total seal
face area
See Figure 10.
NOTE It is sometimes expressed as a percentage.
3.63
seal chamber
component, either integral with or separate from the pump case (housing), that forms the region between the
shaft and casing into which the shaft seal is installed
3.64
seal face
side or end of a mating ring or seal ring which provides the sealing surface on the ring
8 © ISO 2004 – All rights reserved
3.65
seal manufacturer
agency that designs, manufactures, tests, and provides service support for seals and associated support
sealing systems
3.66
seal ring
seal face that contacts the mating ring; it is flexibly mounted using springs or bellows
3.67
secondary seal
device, such as an O-ring or flexible graphite gasket, or bellows, that prevents leakage around other seal
components
3.68
service condition
maximum or minimum temperature or pressure under static or dynamic conditions
3.69
static sealing-pressure rating
highest pressure that the seal can continuously withstand at the maximum allowable temperature while the
shaft is not rotating
NOTE Thereafter, the seal maintains its dynamic sealing pressure rating.
3.70
throat bushing
device that forms a restrictively close clearance around the sleeve (or shaft) between the inner seal and the
impeller
3.71
throttle bushing
device that forms a restrictively close clearance around the sleeve (or shaft) at the outboard end of a
mechanical seal gland plate
3.72
total indicator reading
total indicated runout
TIR
difference between the maximum and minimum readings of a dial indicator or similar device when monitoring
a face or cylindrical surface during one complete revolution of the monitored surface
NOTE For a perfectly cylindrical surface, the indicator reading implies an eccentricity equal to half the reading. For a
perfectly flat face, the indicator reading gives an out-of-squareness equal to the reading. If the diameter in question is not
perfectly cylindrical or flat, interpretation of the meaning of TIR is more complex, and may represent ovality or lobing.
3.73
Type A seal
balanced, inside-mounted, cartridge-design pusher seal with multiple springs and in which the flexible element
normally rotates
3.74
Type B seal
balanced, inside-mounted, cartridge-design non-pusher (metal bellows) seal in which the flexible element
normally rotates, and in which the secondary sealing elements are elastomeric O-rings
3.75
Type C seal
balanced, inside-mounted, cartridge-design non-pusher (metal bellows) seal in which the flexible element is
normally stationary, and in which the secondary sealing elements are flexible graphite
3.76
vendor
supplier
manufacturer of the equipment, or his agent, normally responsible for service support
NOTE This International Standard addresses the responsibilities between two parties, defined as the purchaser and
the vendor or the supplier. There are many parties that are involved in the purchase and manufacture of the equipment.
These parties are given different titles depending on their order in the chain. They may be called buyer, contractor,
manufacturer or subvendor. For example, the party supplying a lubricating oil console may be the console vendor of the
compressor manufacturer, the subvendor of the purchaser, and the purchaser of components within the console. All of
these terms, however, can be reduced to the purchaser and vendor or supplier. It is for this reason that only these two
terms are defined. Attempts to define these other terms would only cause confusion.
3.77
volatile hazardous air pollutant
VHAP
any compound as defined by Title 1, Part A, Section 112 of the U.S. National Emission Standards for Hazardous
Air Pollutants (NESHAPs) (Clean Air Act Amendment)
3.78
witnessed inspection
witnessed test
inspection or test for which the purchaser is notified of the timing and a hold is placed on production until the
purchaser or his representative is in attendance
4 Sealing systems
4.1 Seal categories, types and arrangements
4.1.1 General
The seal configurations covered by this International Standard can be classified into three categories (1, 2 and
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 21049
Première édition
2004-02-01
Pompes — Dispositifs d'étanchéité de
l'arbre pour pompes centrifuges et
rotatives
Pumps — Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps
Numéro de référence
©
ISO 2004
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
autorisant l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées
acceptent de fait la responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute
responsabilité en la matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info
du fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir
l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
veuillez en informer le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
© ISO 2004
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2005
Publié en Suisse
ii © ISO 2004 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. vi
Introduction . vii
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 3
4 Systèmes de garnitures . 11
4.1 Catégories, types, dispositions et orientations de garnitures. 11
4.1.1 Généralités . 11
4.1.2 Catégories de garnitures . 11
4.1.3 Types de garniture. 12
4.1.4 Dispositions des garnitures . 13
4.1.5 Orientations des garnitures. 13
4.2 Objectifs. 13
4.3 Spécification et/ou achat d'un dispositif d'étanchéité. 14
5 Généralités . 20
5.1 Responsabilité d'unité. 20
5.2 Unités . 21
6 Exigences de conception. 21
6.1 Exigences de conception communes (toutes catégories) . 21
6.1.1 Informations générales . 21
6.1.2 Chambre d'étanchéité et couvercle . 24
6.1.3 Chemises de cartouche d'étanchéité . 32
6.1.4 Bagues de contact. 35
6.1.5 Éléments flexibles. 36
6.1.6 Matériaux . 36
6.2 Exigences de calcul (spécifiques aux catégories). 41
6.2.1 Garnitures de catégorie 1 . 41
6.2.2 Garnitures de catégorie 2 . 42
6.2.3 Garnitures de catégorie 3 . 43
7 Configurations spécifiques de garniture. 44
7.1 Garnitures de disposition 1 . 44
7.1.1 Chemises de garniture . 44
7.1.2 Chambre d'étanchéité et couvercle . 44
7.2 Garnitures de disposition 2 . 45
7.2.1 Généralités . 45
7.2.2 Chemises de garniture . 46
7.2.3 Chambre d'étanchéité et couvercles . 46
7.2.4 Garnitures mouillées en contact avec un liquide tampon (2CW-CW). 46
7.2.5 Chambre d'étanchéité et couvercles pour garniture intérieure mouillée en contact avec
garniture de confinement fonctionnant à sec (2CW-CS). 47
7.2.6 Chambre d'étanchéité et couvercles pour garniture intérieure sans contact avec garniture
de confinement fonctionnant à sec (2NC-CS) . 48
7.3 Garnitures de disposition 3 . 48
7.3.1 Généralités . 48
7.3.2 Chemises de garniture . 48
7.3.3 Chambre d'étanchéité et couvercles . 49
7.3.4 Configurations de garniture mouillée en contact avec liquide de barrage (3CW-FB,
3CW-FF, 3CW-BB). 49
7.3.5 Types et dispositions normalisés de garniture pour configurations de garnitures sans
contact avec un gaz de barrage (3NC-FB, 3NC-FF, 3NC-BB) . 50
8 Accessoires . 50
8.1 Réseaux de tuyauterie auxiliaires . 50
8.2 Réseaux de balayage/de refroidissement de garniture mécanique (Groupe I) . 53
8.3 Réseaux d'arrosage (Groupe II). 54
8.4 Réseaux d'eau de refroidissement (Groupe III) . 54
8.5 Accessoires et composants de réseaux auxiliaires. 55
8.5.1 Séparateur cyclone . 55
8.5.2 Diaphragme de régulation du débit. 56
8.5.3 Refroidisseurs de balayage de garniture .57
8.5.4 Réservoirs de fluide de barrage/tampon .57
8.5.5 Critères de sélection du fluide de barrage/tampon . 61
8.6 Dispositifs de circulation positive de fluide de barrage/tampon et de balayage de
la garniture. 62
8.6.1 Généralités. 62
8.6.2 Dispositif de circulation interne . 62
8.6.3 Pompe de circulation externe. 62
8.6.4 Réseaux externes de balayage de garniture. 62
8.6.5 Réservoir de récupération des condensats . 63
8.6.6 Réseaux d'approvisionnement en gaz de barrage/tampon . 63
9 Instrumentation . 64
9.1 Généralités. 64
9.2 Jauges de température. 64
9.3 Puits thermométrique . 65
9.4 Manomètres . 65
9.5 Commutateurs. 65
9.5.1 Commutateurs d'alarme, de déclenchement et de commande. 65
9.5.2 Manocontacts . 66
9.5.3 Commutateurs de niveau . 66
9.5.4 Commutateurs de débit . 66
9.6 Jauges de niveau . 66
9.7 Instruments de mesure du flux. 66
9.7.1 Indicateurs de flux . 66
9.7.2 Débitmètres. 67
9.7.3 Transmetteur de débit . 67
9.8 Soupapes de décharge. 67
9.9 Régulateurs. 67
9.10 Amplificateurs de pression. 68
10 Contrôle, essais et préparation pour le transport . 68
10.1 Généralités. 68
10.2 Contrôle. 68
10.3 Essais . 69
10.3.1 Essai de qualification du fabricant de garniture. 69
10.3.2 Essai hydrostatique de pièces et accessoires de garnitures mécaniques sous pression . 83
10.3.3 Essai de la garniture de travail par le fabricant de garnitures . 83
10.3.4 Essai à l'air. 84
10.3.5 Essai de la garniture de travail par le fabricant de pompes . 84
10.4 Préparation à l'expédition . 84
11 Transfert de données. 85
11.1 Généralités. 85
11.2 Données de l'offre . 86
11.3 Données contractuelles. 87
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
Annexe A (informative) Procédure recommandée de sélection de garniture. 91
Annexe B (informative) Normes de matériaux types pour les chambres de garnitures et
les composants de garnitures d'étanchéité. 141
Annexe C (normative) Feuilles de données de garniture mécanique. 148
Annexe D (informative) Codes des garnitures mécaniques . 153
Annexe E (normative) Relations entre les vendeurs de garnitures et les vendeurs de pompes. 155
Annexe F (informative) Calculs de dégagement de chaleur et d'échange thermique. 157
Annexe G (normative) Plans de balayage normalisés et équipements auxiliaires . 164
Annexe H (informative) Liste de contrôle de l'inspecteur applicable à toutes les garnitures. 195
Annexe I (normative) Formulaires d'essai de qualification de garniture mécanique . 196
Annexe J (normative) Formulaire d'exigences de données relatives aux garnitures mécaniques. 199
Bibliographie . 200
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 21049 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 115, Pompes, sous-comité SC 3, Installation et
applications spéciales, en collaboration avec le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures
en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 6, Systèmes et
équipements de traitement.
vi © ISO 2004 – Tous droits réservés
Introduction
La présente Norme internationale est fondée sur les connaissances et l'expérience acquises par les fabricants
et les utilisateurs d'équipements dans les industries du pétrole, du gaz naturel et de la chimie. Elle peut
toutefois également être applicable ailleurs que dans ces industries.
Il convient que les utilisateurs de la présente Norme internationale gardent à l'esprit que des exigences
supplémentaires ou différentes peuvent être nécessaires pour des applications particulières. La présente
Norme internationale n'a pas pour objet d'empêcher un vendeur de proposer, ou un acheteur d'accepter, des
équipements alternatifs ou des solutions techniques alternatives pour une application particulière. De telles
solutions alternatives peuvent notamment être applicables lorsqu'il s'agit de technologies innovatrices ou en
cours de développement. Lorsqu'une alternative est proposée, il convient que le vendeur identifie les écarts
par rapport à la présente Norme internationale et fournisse des détails.
L'objet de la présente Norme internationale est d'assister les acheteurs dans le choix et l'utilisation de
garnitures mécaniques pour pompes.
La présente Norme internationale est une norme individuelle sur les dispositifs d'étanchéité et est citée en tant
que référence normative dans l'ISO 13709. Elle est applicable aussi bien aux pompes neuves qu'aux pompes
rénovées, tout comme aux pompes autres que les pompes ISO 13709 (par exemple pompes ASME B73.1,
ASME B73.2, et API 676).
À titre informatif, et dans la mesure du possible, la présente Norme internationale indique les unités US
habituelles entre parenthèses.
Le symbole (z) en début de paragraphe ou d'alinéa, indique qu'une décision est nécessaire ou que l'acheteur
doit fournir des informations supplémentaires. Il convient d'indiquer ces informations ou ces décisions sur les
feuilles de données appropriées, sinon de les faire figurer sur la commande ou sur l'appel d'offres (voir
exemples dans l'Annexe C).
NORME INTERNATIONALE ISO 21049:2004(F)
Pompes — Dispositifs d'étanchéité de l'arbre pour pompes
centrifuges et rotatives
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie des exigences et fournit des recommandations applicables aux
dispositifs d'étanchéité pour des pompes centrifuges et rotatives utilisées dans les industries du pétrole, du
gaz naturel et de la chimie. Elle est applicable principalement aux services dangereux, inflammables et/ou
toxiques pour lesquels un degré de fiabilité plus important est requis afin de permettre d'améliorer la
disponibilité des équipements et de réduire les émissions dans l'atmosphère ainsi que le coût du cycle de vie
des dispositifs d'étanchéité. Elle couvre des dispositifs d'étanchéité pour des diamètres d'arbre compris entre
20 mm (0,75 pouce) et 110 mm (4,3 pouces).
La présente Norme internationale est applicable également aux pièces de rechange des dispositifs
d'étanchéité et peut être citée en tant que référence normative dans le cadre de rénovations d'équipements
existants. Un système de classification est fourni, permettant de classer les configurations des garnitures
couvertes par la présente Norme internationale en catégories, types et dispositions.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7 (toutes les parties), Filetages de tuyauterie pour raccordement avec étanchéité dans le filet
ISO 261, Filetages métriques ISO pour usages généraux — Vue d'ensemble
ISO 262, Filetages métriques ISO pour usages généraux — Sélection de dimensions pour la boulonnerie
ISO 286-2, Système ISO de tolérances et d'ajustements — Partie 2: Tables des degrés de tolérance normalisés
et des écarts limites des alésages et des arbres
ISO 724, Filetages métriques ISO pour usages généraux — Dimensions de base
ISO 965 (toutes les parties), Filetages métriques ISO pour usages généraux — Tolérances
ISO 3069, Pompes centrifuges à aspiration en bout — Dimensions des logements de garnitures mécaniques
et de tresses
ISO 4200, Tubes lisses en acier, soudés et sans soudure — Tableaux généraux des dimensions et des
masses linéiques
ISO 7005-1, Brides métalliques — Partie 1: Brides en acier
ISO 10438 (toutes les parties), Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Systèmes de
lubrification, systèmes d'étanchéité, systèmes d'huile de régulation et leurs auxiliaires
ISO 13709, Pompes centrifuges utilisées dans les industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel
ISO 15649, Industries du pétrole et du gaz naturel — Tuyauterie
CEI 60079 (toutes les parties), Matériel électrique pour atmosphères explosives gazeuses
CEI 60529, Degrés de protection procurés par les enveloppes (Code IP)
1)
AISI, Standards, codes and specifications of the American Iron and Steel Institute
2)
API RP 520 (toutes les parties), Sizing, selection, and installation of pressure-relieving in refineries
API Std 526, Sizing, selection, and installation of pressure-relieving devices in refineries
3)
ASME V, ASME Boiler and pressure vessel code, Section V, Non-destructive examination
ASME VIII, ASME Boiler and pressure vessel code, Section VIII, Rules for the construction of pressure
vessels
ASME IX, ASME Boiler and pressure vessel code, Section IX, Welding and brazing qualifications
ASME B1.1, Unified in screw threads (UN and UNR thread form)
ASME B1.20.1, Pipe threads, general purpose (inch)
ASME B16.11, Forged fittings, socket-welding and threaded
ASME B16.20, Metallic gaskets for pipe flanges — Ring joint, spiral-wound, and jacketed
ASME B73.1, Specification for horizontal end suction centrifugal pumps for chemical process
ASME B73.2, Specification for vertical in-line centrifugal pumps for chemical process
ASME PTC 8.2, Centrifugal pumps, performance test codes
4)
AWS D1.1, Structural welding code - Steel
5)
EN 287 (toutes les parties), Épreuve de qualification des soudeurs — Soudage par fusion
EN 288 (toutes les parties), Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux
métalliques
EN 13445 (toutes les parties), Récipients sous pression non soumis à la flamme
EPA Method 21, Appendix A of Title 40, Part 60 of the U.S. Code of Federal Regulations, Environmental
6)
Protection Agency, United States
1) Disponible auprès de l'American Iron and Steel Institute, 1140 Connecticut Ave., Suite 705, Washington, DC 20036,
USA.
2) Disponible auprès de l'American Petroleum Institute, 1220 L Street NW, Washington, DC 20005-4070, USA.
3) Disponible auprès de l'American Society of Mechanical Engineers, Three Park Avenue, New York, NY 10016-5990,
USA.
4) Disponible auprès de l’American Welding Society, 550 N.W. Le Jeune Rd, Miami, FL 33126, USA.
5) Comité Européen de Normalisation, 36, rue de Stassart, B-1050 Bruxelles, Belgique.
6) Disponible auprès de la National Archives and Records Administration, 700 Pennsylvania Avenue NW, Washington,
DC 20408, USA.
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
7)
NEMA 250, Enclosures for electrical equipment (1000 volts maximum)
8)
NFPA 70, National Electrical Code
Title 1, Part A, Section 112, U.S. National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants (NESHAPs)
9)
(Clean Air Act Amendment)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
dispositif anti-rotation
dispositif destiné à empêcher la rotation d'un composant par rapport à un composant adjacent dans un
ensemble d'étanchéité
EXEMPLES Clavette, goupille.
3.2
garniture de disposition 1
configuration de garniture avec un seul élément d'étanchéité par cartouche
3.3
garniture de disposition 2
configuration de garniture avec deux éléments d'étanchéité par cartouche et une chambre d'étanchéité de
confinement à une pression inférieure à celle de la chambre d'étanchéité
3.4
garniture de disposition 3
configuration de garniture avec deux éléments d'étanchéité par cartouche, utilisant un liquide de barrage
externe
3.5
configuration dos à dos
garniture double avec les deux éléments flexibles montés entre les bagues de contact d'étanchéité
3.6
garniture équilibrée
garniture mécanique pour laquelle le rapport d'équilibre de la garniture est inférieur à 1
3.7
fluide de barrage
fluide externe approvisionné à une pression supérieure à celle de la chambre de pompage, introduit dans une
garniture de disposition 3 afin d'isoler complètement le liquide du procédé de l'environnement
7) Disponible auprès de la National Electrical Manufacturers Association, 1300 North 17th Street, Rosslyn, VA 22209,
USA.
8) Disponible auprès de la National Fire Protection Association, 1 Batterymarch Park, P.O. Box 9101, Quincy, MA
02269-9101, USA.
9) Environmental Protection Agency, Ariel Rios Building, 1200 Pennsylvania Avenue NW, Mail Code 3213A, Washington,
DC 20460, USA.
3.8
garniture à soufflet
type de garniture mécanique utilisant un soufflet métallique flexible pour assurer l'étanchéité secondaire et le
chargement par ressort
3.9
fluide tampon
fluide externe approvisionné à une pression inférieure à celle de la chambre de pompage, utilisé comme
lubrifiant et/ou pour fournir des diluants dans une garniture de disposition 2
3.10
cartouche d'étanchéité
unité entièrement autonome (comprenant faces d'étanchéité, éléments flexibles, couvercle, douille et bague
de contact) préassemblée et préréglée avant l'installation
3.11
raccord
joint fileté ou à brides correspondant à l'orifice d'un tuyau ou d'une section de tube
3.12
garniture en contact
conception de garniture dans laquelle les surfaces de contact ne sont pas conçues pour créer
intentionnellement des forces aérodynamiques ou hydrodynamiques pour maintenir un interstice de
séparation spécifique
NOTE Les garnitures en contact peuvent en réalité créer un film de fluide complet, mais il ne s'agit pas du cas
typique. Les garnitures en contact ne comprennent pas de formes géométriques (par exemple gorges, patins, ondulations
de surface) pour assurer que les surfaces n'entrent pas en contact. Les contacts sont généralement très faibles et
permettent un fonctionnement fiable avec de faibles fuites.
3.13
garniture de confinement
conception avec un élément flexible, la bague d'étanchéité et la bague de contact montés dans la chambre
d'étanchéité de confinement
NOTE La garniture extérieure de toutes les configurations de disposition 2 est une garniture de confinement.
3.14
chambre d'étanchéité de confinement
composant formant le logement dans lequel la garniture de confinement est installée
3.15
liquide en cristallisation
liquide en processus de formation de solides ou pouvant former des solides suite à une déshydratation ou une
réaction chimique
3.16
système de distribution de balayage
toute disposition d'orifices de passages, de chicanes, etc., conçue pour favoriser une distribution régulière du
fluide de balayage autour de la circonférence des faces d'étanchéité, qualifiée par des essais conformément à
la présente Norme internationale
3.17
collier d'entraînement
pièce extérieure de la cartouche d'étanchéité qui transmet le couple à une douille d'étanchéité et évite tout
mouvement axial de la douille d'étanchéité par rapport à l'arbre
3.18
garniture mécanique double
toute garniture de disposition 2 ou de disposition 3
4 © ISO 2004 – Tous droits réservés
3.19
pression limite d'étanchéité dynamique
pression différentielle maximale à laquelle une garniture ou un dispositif d'étanchéité est en mesure de
résister à la température maximale admissible alors que l'arbre est en rotation
NOTE Par la suite, la garniture résiste à sa pression limite d'étanchéité statique.
3.20
configuration face à dos
garniture double avec une face de contact montée entre les deux éléments flexibles et un élément flexible
monté entre les deux bagues de contact d'étanchéité
3.21
configuration face à face
garniture double avec les deux bagues de contact d'étanchéité montées entre les éléments flexibles
3.22
vaporisation instantanée
changement rapide de l'état d'un fluide, passant du liquide au gaz
NOTE Dans une garniture dynamique, ce phénomène peut être observé lorsque l'énergie de frottement est apportée
au fluide lors de son passage entre les faces d'étanchéité primaire, ou lorsque la pression du fluide chute au-dessous de
la pression de vapeur suite à une perte de charge au passage des faces d'étanchéité.
3.23
liquide hydrocarbure sujet à la vaporisation instantanée
liquide hydrocarbure dont la pression de vapeur absolue est supérieure à 0,1 MPa (1 bar) (14,5 psi) à la
température de pompage, ou fluide qui peut bouillir rapidement aux conditions ambiantes
3.24
élément flexible
combinaison de composants en mouvement axial relatif par rapport à l'arbre/la douille ou la chambre
d'étanchéité
3.25
graphite flexible
matériau en charbon graphité pur utilisé pour des joints d'étanchéité statiques (étanchéité secondaire) dans
certaines conceptions de garnitures mécaniques, du service cryogénique au service chaud
3.26
manchon flottant
manchon monté autour de l'arbre ou de la douille présentant un jeu suffisant par rapport au diamètre extérieur
pour permettre un mouvement ou «flottement» radial
3.27
élastomère perfluoré à FFKM
FFKM
matériau de joint torique résistant aux produits chimiques, approprié à des températures élevées
3.28
élastomère fluoré à FKM
FKM
type de matériau pour joint torique couramment utilisé dans les garnitures mécaniques
3.29
balayage
fluide introduit dans la chambre d'étanchéité côté fluide de procédé à proximité des faces d'étanchéité et
utilisé spécifiquement pour le refroidissement et à la lubrification des faces d'étanchéité
3.30
plan de balayage
configuration de tuyaux, d'instruments et de commandes, conçue pour acheminer le fluide concerné vers
l'élément d'étanchéité
NOTE Des plans auxiliaires de tuyauterie varient en fonction de l'application, du type de garniture et de la disposition.
3.31
couvercle
plaque d'extrémité raccordant l'ensemble fixe d'une garniture mécanique à la chambre d'étanchéité ou à la
chambre d'étanchéité de confinement
3.32
manchon à crochet
manchon présentant un palier ou un crochet à son extrémité placée sur l'arbre pour le protéger contre l'usure
et la corrosion
NOTE Le palier est généralement raccordé au rotor pour le maintenir en place avec un joint d'étanchéité entre l'arbre
et le palier (crochet).
3.33
élément d'étanchéité intérieur
〈disposition 2 et disposition 3〉 élément d'étanchéité le plus proche du rotor de pompe dans la chambre
d'étanchéité
3.34
garniture montée à l'intérieur
garniture dont l'élément d'étanchéité est monté à l'intérieur de la chambre d'étanchéité et du couvercle
3.35
dispositif de circulation interne
bague de pompage
dispositif à l'intérieur de la chambre d'étanchéité destiné à assurer la circulation du fluide de la chambre
d'étanchéité à travers un refroidisseur ou un réservoir de fluide de barrage/tampon
3.36
concentration de fuite
mesure de la concentration en composés organiques volatils ou autre émission réglée dans l'environnement à
proximité immédiate du dispositif d'étanchéité
3.37
débit de fuite
volume ou masse de fluide s'échappant entre les faces d'étanchéité d'une garniture en une durée donnée
3.38
hydrocarbure léger
hydrocarbure liquide bouillant facilement dans des conditions ambiantes
NOTE Des flux pures et mélangés de pentane (C ) et de liquides plus légers sont des exemples typiques.
3.39
bague de contact
élément en forme de disque ou de bague, monté sur une douille ou dans un corps de sorte à ne pas avoir de
mouvement axial par rapport à la douille ou au corps et qui offre une surface de contact d'étanchéité à la
bague d'étanchéité
6 © ISO 2004 – Tous droits réservés
3.40
température maximale admissible
température continue la plus élevée pour laquelle le fabricant a conçu l'équipement (ou toute partie de la
machine à laquelle le terme fait référence) lorsqu'il véhicule le fluide prévu en service, à la pression de service
spécifiée
NOTE 1 Cette information est fournie par le fabricant de la garniture.
NOTE 2 La température maximale admissible est généralement déterminée par des critères de matériaux. Il peut s'agir
du matériau du corps ou d'une limite de température imposée par un joint d'étanchéité ou un joint torique. La limite
d'élasticité et la résistance maximale dépendent de la température. Le niveau de contrainte d'un composant peut
dépendre de la pression de service. Ainsi, la marge entre la limite de résistance du matériau et la contrainte de
fonctionnement dépend de la température de service du matériau ainsi que du niveau de contrainte du composant. Si la
température est rabaissée, la résistance du matériau augmente et le niveau de contrainte du composant peut augmenter.
Cela explique pourquoi la température maximale admissible est associée à la pression de service maximale spécifiée.
3.41
pression de service maximale admissible
MAWP
pression continue la plus élevée pour laquelle le fabricant a conçu l'équipement (ou toute partie de la machine
à laquelle le terme fait référence) lorsqu'il véhicule le fluide prévu en service à la température de service
maximale spécifiée
cf. pression limite d'étanchéité statique (3.69) et pression limite d'étanchéité dynamique (3.19)
3.42
pression maximale d'étanchéité dynamique
MDSP
pression la plus élevée escomptée au niveau de la ou des garnitures dans toute condition de service spécifiée
et lors du démarrage et de l'arrêt
NOTE Pour déterminer cette pression, il est tenu compte de la pression maximale d'aspiration, de la pression de
balayage ainsi que des effets de modifications des jeux dans la pompe. Il s'agit là d'une des conditions de procédé
spécifiées par l'acheteur.
3.43
température maximale de service
température à laquelle la ou les garnitures peuvent être exposées
NOTE Il s'agit là d'une des conditions de procédé spécifiées par l'acheteur.
3.44
pression maximale d'étanchéité statique
MSSP
pression la plus élevée à l'exclusion des pressions observées pendant les essais hydrostatiques, à laquelle la
ou les garnitures sont exposées pendant l'arrêt de la pompe
NOTE Il s'agit là d'une des conditions de procédé spécifiées par l'acheteur.
3.45
garniture sans contact
conception de garniture dans laquelle les surfaces de contact sont conçues pour créer intentionnellement des
forces de séparation aérodynamiques ou hydrodynamiques
NOTE Les garnitures sans contact sont spécifiquement conçues de sorte à toujours assurer un interstice de service
entre la face fixe et la face tournante.
3.46
liquide hydrocarbure non sujet à la vaporisation éclair
liquide hydrocarbure dont la pression de vapeur est inférieure à toute température de service spécifiée, à une
pression absolue de 0,1 MPa (1 bar) (14,5 psi), ou fluide qui ne peut pas bouillir rapidement aux conditions
ambiantes
3.47
service non-hydrocarbures
service pour lequel les fluides ne contiennent pas d'hydrocarbures, tels que de l'eau acide, de l'eau
d'alimentation de chaudière, de l'hydroxyde de soude, des acides, des aminés ou des fluides entraînant des
quantités relativement petites d'hydrocarbures
3.48
garniture non en appui
garniture pour laquelle il n'est pas nécessaire que le joint secondaire coulisse axialement pour compenser
l'usure et les défauts d'alignement
NOTE Une garniture non en appui est généralement du type B ou C à soufflet métallique.
3.49
essai observé
essai de produit observé, s'il le souhaite, par l'acheteur ayant été notifié de l'essai par le fabricant, mais ne
constituant pas un point d'arrêt de la fabrication
3.50
orifice de raccordement
raccord de tuyau fabriqué à partir d'une barre massive traversée d'un trou foré destiné à réguler le flux de
balayage
NOTE Les orifices de raccordement sont utilisés généralement sur les réseaux selon le Plan 11.
3.51
joint torique
bague d'étanchéité en élastomère de section en O (circulaire) pouvant servir de joint secondaire ou de joint
d'étanchéité
3.52
élément d'étanchéité extérieur
〈disposition 2 et disposition 3〉 élément d'étanchéité le plus éloigné du rotor de pompe
3.53
fluide polymérisant
fluide passant, ou susceptible de passer, d'une composition chimique à une autre présentant des propriétés
différentes, devenant généralement sensiblement plus visqueux et/ou poisseux
3.54
orifice
passage de fluide, généralement dans le couvercle
3.55
corps sous pression
ensemble de toutes les pièces sous pression du joint, y compris la chambre d'étanchéité, le couvercle
d'étanchéité et le réservoir de liquide de barrage/tampon et autres pièces associées mais sans compter la
bague d'étanchéité et la bague de contact
8 © ISO 2004 – Tous droits réservés
3.56
marge de température du produit
différence entre la température de vaporisation du fluide à la pression de la chambre d'étanchéité et la
température effective du fluide
NOTE Pour des fluides purs, la température de vaporisation est la température de saturation à la pression de la
chambre d'étanchéité; pour des mélanges de fluides, la température de vaporisation est la température du point de bulle à
la pression de la chambre d'étanchéité.
3.57
fabricant de pompes
organisme qui conçoit, fabrique et vérifie les pompes et qui en assure le service
NOTE Le fabricant de pompes peut aussi acheter des dispositifs d'étanchéité et se charger de l'installation.
3.58
acheteur
organisme qui transmet la commande et des spécifications au vendeur
3.59
garniture en appui
conception de garniture où le joint secondaire est monté entre la bague d'étanchéité sur l'élément flexible et la
douille ou le couvercle dans lequel ce joint secondaire coulisse axialement afin de compenser l'usure et tout
défaut d'alignement
3.60
arrosage
fluide neutre, généralement de l'eau ou de la vapeur, introduit côté atmosphère de la garniture afin de retarder
la formation de solides pouvant compromettre le mouvement de la garniture ou pour d'autres applications
3.61
garniture
combinaison d'une bague de contact, d'une bague d'étanchéité, d'un ou plusieurs joints secondaires, d'un ou
plusieurs éléments axialement flexibles et d'un équipement de support permettant à un arbre en rotation de
pénétrer dans un corps fixe sans provoquer de fuite non maîtrisée
3.62
rapport d'équilibre de la garniture
rapport entre la superficie de la face d'étanchéité exposée à une force de fermeture par la pression
hydraulique dans la chambre d'étanchéité et la superficie totale de la face d'étanchéité
Voir Figure 10.
NOTE Le rapport d'équilibre de la garniture est parfois exprimé en pourcentage.
3.63
chambre d'étanchéité
composant, faisant partie intégrante du corps (boîtier) de la pompe ou séparé de ce dernier, formant l'espace
entre l'arbre et le corps servant à l'installation du dispositif d'étanchéité de l'arbre
3.64
face d'étanchéité
côté ou extrémité d'une bague de contact ou d'une bague d'étanchéité offrant la surface qui assure
l'étanchéité sur la bague
3.65
fabricant de garnitures
organisme qui conçoit, fabrique et vérifie les garnitures et les dispositifs d'étanchéité associés et qui en
assure le service
---------------------- P
...
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 1 SUR 10
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
RÉSUMÉ DES CATÉGORIES, TYPES ET DISPOSITION DE GARNITURES
FEUILLE 2 SUR 10
La catégorie de la garniture doit être la catégorie 1, 2 ou 3 selon les spécifications.
Les caractéristiques principales de chaque catégorie sont résumées ci-dessous. Les options de chaque
caractéristique, lorsqu'elles existent, sont introduites dans le texte par «Lorsque cela est spécifié». Les
numéros entre parenthèses indiquent les paragraphes auxquels les exigences sont spécifiées.
CARACTÉRISTIQUE CATÉGORIE 1 CATÉGORIE 2 CATÉGORIE 3
Dimension de la chambre
ISO 3069 - C, ASME B73.1
d'étanchéité ISO 13709 et ISO 3069 - H ISO 13709 et ISO 3069 - H
et ASME B73.2
(4.1.2)
Plage de température
– 40 °F à 500 °F – 40 °F à 750 °F – 40 °F à 750 °F
(4.1.2)
Plage de pression, absolue
315 psi 615 psi 615 psi
(4.1.2)
Carbone de première qualité Carbone de première qualité
Carbone de première qualité
Matériaux de face sans soufflures contre sans soufflures contre
sans soufflures contre
(6.1.6.2) carbure de silicium carbure de silicium
carbure de silicium autofritté
aggloméré par réaction aggloméré par réaction
Exigences de balayage Lorsque cela est exigé Lorsque cela est exigé
d'entrée distribué, conformément à 6.1.2.14 ou conformément à 6.1.2.14 ou Exigé
dispositions 1 et 2 avec des lorsque cela est spécifié lorsque cela est spécifié (6.2.3.2.1)
éléments flexibles tournants (6.2.1.2.1) (6.2.1.2.1)
Exigé à l'intérieur et à Exigé à l'intérieur et à
Exigence de contact métal- Exigé l'extérieur du diamètre du l'extérieur du diamètre du
métal du couvercle (6.2.1.2.2) cercle de boulonnage cercle de boulonnage
(6.2.2.2.2) (6.2.2.2.2)
Incrément exigé de la
Incréments de 10 mm Incréments de 10 mm
dimension de la chemise de Aucun
(6.2.2.3.1) (6.2.2.3.1)
cartouche d'étanchéité
Exigence de conception de
En carbone, fixe. En métal anti-étincelles, fixe.
la douille d'étranglement
En carbone, flottante en En carbone, flottante en
pour les garnitures de En carbone, flottante
option option
disposition 1
(7.1.2.2) (7.1.2.2)
(7.1.2.1)
Présentation de la courbe de
débit-charge du dispositif de Lorsque cela est spécifié Lorsque cela est spécifié Exigé
circulation des garnitures (8.6.2.2) (8.6.2.2) (8.6.2.2)
doubles
Essai en tant que Essai en tant que Essai en tant que
catégorie 1 sauf les faces catégorie 2 sauf les faces catégorie 3, ensemble
Étendue de l'essai de
interchangeables avec interchangeables avec d'étanchéité entier comme
qualification du vendeur
la catégorie 3 la catégorie 3 une unité
(10.3.1.2.3) (10.3.1.2.3) (10.3.1.2.2)
Rigoureuses, y compris
Exigences de données de Minimales Minimales les résultats des essais de
l'offre (11.2.1) (11.2.1) qualification
(11.2.1)
Exigences de données Minimales Minimales Rigoureuses
contractuelles (11.3.1) (11.3.1) (11.3.1)
112 © ISO 2004 – Tous droits réservés
FEUILLE 2 SUR 10 (suite)
Le type de la garniture doit être le type A, B ou C selon les spécifications.
Les caractéristiques principales de chaque type sont résumées ci-dessous. Les options de chaque
caractéristique, lorsqu'elles existent, sont introduites dans le texte par «Lorsque cela est spécifié». Les
numéros entre parenthèses indiquent les paragraphes auxquels les exigences sont spécifiées.
CARACTÉRISTIQUE TYPE A TYPE B TYPE C
Plage de température
– 40 °F à 350 °F – 40 °F à 350 °F – 40 °F à 750 °F
d'application normalisée
(4.1.3)
Exigence d'équilibre Équilibré (c'est-à-dire Équilibré (c'est-à-dire Équilibré (c'est-à-dire
hydraulique équilibre hydraulique équilibre hydraulique équilibre hydraulique
(4.1.3 et 6.1.1.7) inférieur à 1) inférieur à 1) inférieur à 1)
Exigences de montage À l'intérieur de la chambre À l'intérieur de la chambre À l'intérieur de la chambre
(4.1.3) d'étanchéité d'étanchéité d'étanchéité
Exigence de cartouche
Type cartouche Type cartouche Type cartouche
(4.1.3 et 6.1.1.1)
Type d'élément flexible En appui (par exemple Non en appui (par exemple Non en appui (par exemple
(4.1.3) élastomère coulissant) à soufflet) à soufflet)
Orientation de l'élément Tournant Tournant Fixe
flexible Option fixe Option fixe Option tournant
(4.1.3) (6.1.1.2) (6.1.1.2) (6.1.1.3)
Matériau de soufflet
Non applicable Alliage C-276 Alliage 718
(6.1.6.6)
Ressorts à plusieurs spires
Type de ressort
Option ressort unique Soufflet simple Soufflet simple
(4.1.3)
(6.1.5.1)
Limite pour l'application
à élément fixe 4 500 pieds/min 4 500 pieds/min 4 500 pieds/min
(6.1.1.5)
Matériau du joint secondaire
Élastomère Élastomère Graphite flexible
(4.1.3)
FEUILLE 2 SUR 10 (suite)
La disposition de la garniture doit être la disposition 1, 2 ou 3 selon les spécifications.
Les caractéristiques principales de chaque disposition sont résumées ci-dessous. Les options de chaque
caractéristique, lorsqu'elles existent, sont introduites dans le texte par «Lorsque cela est spécifié». Les
numéros entre parenthèses indiquent les paragraphes auxquels les exigences sont spécifiées.
CARACTÉRISTIQUE DISPOSITION 1 DISPOSITION 2 DISPOSITION 3
Nombre de «garnitures» par
cartouche, voir la définition Une Deux Deux
de «garniture» en 3.61 (3.2 et 4.1.4) (3.3 et 4.1.4) (3.4 et 4.1.4)
(4.1.4)
Parfois, mais aucune Oui, fluide de barrage exigé.
Utilisation d'un fluide de
Non exigence. Tampon liquide ou Tampon liquide ou gazeux
barrage ou tampon (4.1.4)
gazeux admissible admissible
Admet les garnitures sans
contact (mouillées ou Non Oui, Figure 4 Oui, Figure 6
sèches) (4.1.4)
Catégorie 1: fixe, carbone
Exigences relatives à Catégorie 2: fixe, métal anti-
la douille d'étranglement de étincelles Non applicable Non applicable
la disposition 1 (7.1.2.1)
Catégorie 3: flottante,
carbone
Exigences relatives à
Fixe, carbone, lorsque cela Fixe, carbone, lorsque cela
la douille d'étranglement Non applicable
est exigé (7.2.3) est exigé (7.3.3.1)
des dispositions 2 et 3
Exigée pour les garnitures
Douille de chambre de confinement fonctionnant
d'étanchéité de confinement Non applicable à sec indépendamment de Non applicable
de disposition 2 exigée la conception de la garniture
intérieure (7.2.5.1 et 7.2.6.1)
Lorsque cela est spécifié, Lorsque cela est spécifié,
Sortie tangentielle de fluide pour les catégories 1 et 2. pour les catégories 1 et 2.
Non applicable
tampon/de barrage exigée ? Exigée pour la catégorie 3 Exigée pour la catégorie 3
(7.2.4.2) (7.3.4.3)
Augmentation maximale de 15 °F aqueux ou diesel, 15 °F aqueux ou diesel,
la température du fluide Non applicable 30 °F huiles minérales 30 °F huiles minérales
tampon/de barrage (7.2.4.1) (7.2.4.1)
Marge minimale de 30 % de Marge minimale de 30 % de
Exigences de pression de
la pression de la chambre la pression de la chambre
chambre d'étanchéité/de
d'étanchéité au-dessus de d'étanchéité au-dessus de Aucune
conception de balayage
la pression de vapeur du la pression de vapeur du
(6.1.2.14)
fluide ou marge de 36 °F fluide ou marge de 36 °F
Exigence de pression de
service minimale de 5 psi au-dessus de 5 psi au-dessus de
Aucune
la chambre d'étanchéité la pression atmosphérique la pression atmosphérique
(6.1.2.14)
Dimensions minimales et
orientation des raccords de Voir Tableau 1 Voir Tableau 1 Voir Tableau 1
couvercle
3 gal (US) pour les 3 gal (US) pour les
Réservoir minimal de liquide diamètres d'arbre inférieurs diamètres d'arbre inférieurs
Non applicable
de barrage/tampon à 2,5 in; sinon 5 gal (US) à 2,5 in; sinon 5 gal (US)
[8.5.4.3 a)] [8.5.4.3 a)]
Exigences d'essai (10.3.1.2.8) (10.3.1.2.9) et (10.3.1.2.10) (10.3.1.2.11) et (10.3.1.2.12)
114 © ISO 2004 – Tous droits réservés
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 3 SUR 10
Services non-hydrocarbures
Conditions de service, types recommandés de garniture et caractéristiques spéciales
1 2 3 4 5 6 7 8
a
Fluides Caustiques, Caustiques, Acides ,
Eau Eau Eau Eau acide Eau acide amines, amines, H SO ,
2 4
cristallisant cristallisant H PO
3 4
Température
de pompage, < 180 < 180 > 180 < 180 < 180 < 180 < 180 < 180
°F
Pression
chambre
d'étanchéité
< 300 < 300 < 300 < 300 < 300
(psig),
garnitures
cat. 1
Pression
chambre
d'étanchéité
(psig), < 300 300 à 600 < 600 < 300 300 à 600 < 300 300 à 600 < 300
garnitures
cat. 2 et
cat. 3
Type de
garniture Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A
normalisé
Option
Type B Type B Type B Type B
b b b b
lorsque cela ES ES ES ES
Type C Type C Type C Type C
est spécifié
Élastomère
perfluoré
Caractéris- Élastomère Élastomère
Dispositif et ressort
tiques Élastomère Élastomère perfluoré perfluoré
de simple
spéciales perfluoré perfluoré résistant résistant
circulation pour les
exigées aux amines aux amines
garnitures
de type A
Caractéris-
tiques
Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure
spéciales Particules
contre contre contre contre contre contre contre contre
pour abrasives
face dure face dure face dure face dure face dure face dure face dure face dure
contami-
c
nants
La présente procédure de sélection choisit les conceptions de garnitures compatibles avec les options par défaut tout au long de la
présente Norme internationale. Les options proposées conformes à la présente Norme internationale peuvent fonctionner de manière
équivalente.
a
Jusqu'à 20 % de H SO à 77 °F seulement. Jusqu'à 20 % de H PO à 176 °F seulement. Tous les autres acides, y compris l'acide fluorhydrique, le
2 4 3 4
trichlorure nitrique et les acides chlorhydriques nécessitent l'élaboration de solutions techniques spéciales en collaboration avec l'acheteur et le vendeur.
b
ES = dispositif d'étanchéité entièrement mécanique. Consulter le vendeur pour s'assurer que les considérations de conception spéciales ont été
prises en compte.
c
Les caractéristiques spéciales énumérées ci-dessus ne s'appliquent que pour des mélanges avec un pH entre 4 et 11.
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 4 SUR 10
Hydrocarbures non sujets à la vaporisation instantanée
Conditions de service, types recommandés de garniture et caractéristiques spéciales
Fluides 1 2 3 4 5 6 7 8
Température
de pompage, – 40 à 20 – 40 à 20 20 à 350 20 à 350 350 à 500 350 à 500 500 à 750 500 à 750
°F
Pression
chambre
d'étanchéité
< 300 < 300 < 300 N/A N/A
(psig),
garnitures
cat. 1
Pression
chambre
d'étanchéité
(psig), < 300 300 à 600 < 300 300 à 600 < 300 300 à 600 < 300 300 à 600
garnitures
cat. 2 et
cat. 3
Type de
a a
garniture Type A Type A Type A Type A Type C ES Type C ES
normalisé
Option
a, b a, b a a
lorsque cela Type B ES Type B ES ES ES
est spécifié
Option
lorsque cela Type C Type C
est spécifié
Caractéris-
Joints Joints
tiques
toriques toriques
spéciales
en nitrile en nitrile
exigées
Élastomère Élastomère
Caustique
perfluoré perfluoré
Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure
Particules
Caractéris-
contre contre contre contre contre contre contre contre
abrasives
tiques
face dure face dure face dure face dure face dure face dure face dure face dure
spéciales
Aromates Élastomère Élastomère
pour
et/ou H S perfluoré perfluoré
contami-
c
nants
Élastomère Élastomère
perfluoré perfluoré
Amines
résistant résistant
aux amines aux amines
La présente procédure de sélection choisit les conceptions de garnitures compatibles avec les options par défaut tout au long de la
présente Norme internationale. Les options proposées conformes à la présente Norme internationale peuvent fonctionner de manière
équivalente.
a
ES = dispositif d'étanchéité entièrement mécanique. Consulter le vendeur pour s'assurer que les considérations de conception spéciales ont été
prises en compte.
b
Soufflet mécanique (haute pression).
c
Les caractéristiques spéciales énumérées ci-dessus ne s'appliquent que pour des mélanges avec un pH entre 4 et 11.
116 © ISO 2004 – Tous droits réservés
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 5 SUR 10
Hydrocarbures sujets à la vaporisation instantanée
Conditions de service, types recommandés de garniture et caractéristiques spéciales
Fluides 1 2 3 4 5 6 7 8
Température
de pompage, – 40 à 20 – 40 à 20 20 à 350 20 à 350 350 à 500 350 à 500 500 à 750 500 à 750
°F
Pression
chambre
d'étanchéité
< 300 <300 < 300 N/A N/A
(psig),
garnitures
cat. 1
Pression
chambre
d'étanchéité
(psig), < 300 300 à 600 < 300 300 à 600 < 300 300 à 600 < 300 300 à 600
garnitures
cat. 2 et
cat. 3
Type de
d d a, b a, b
garniture Type A Type A Type A Type A Type C ES Type C ES
normalisé
Option
a a, b a a, b a a
lorsque cela ES ES ES ES ES ES
est spécifié
Caractéris-
Joints Joints
tiques
toriques toriques
spéciales
en nitrile en nitrile
exigées
Élastomère Élastomère
Caustique
perfluoré perfluoré
Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure Face dure
Particules
contre contre contre contre contre contre contre contre
abrasives
face dure face dure face dure face dure face dure face dure face dure face dure
Caractéris-
Aromates Élastomère Élastomère
tiques
et/ou H S perfluoré perfluoré
spéciales
pour
Élastomère Élastomère
contami-
perfluoré perfluoré
c
Amines
nants
résistant résistant
aux amines aux amines
Carbone Carbone Carbone Carbone Carbone Carbone Carbone Carbone
graphité graphité graphité graphité graphité graphité graphité graphité
Ammoniac
résistant résistant résistant résistant résistant résistant résistant résistant
au NH au NH au NH au NH au NH au NH au NH au NH
3 3 3 3 3 3 3 3
La présente procédure de sélection choisit les conceptions de garnitures compatibles avec les options par défaut tout au long de la
présente Norme internationale. Les options proposées conformes à la présente Norme internationale peuvent fonctionner de manière
équivalente.
a
ES = dispositif d'étanchéité entièrement mécanique. Consulter le vendeur pour s'assurer que les considérations de conception spéciales ont été
prises en compte.
b
Soufflet mécanique.
c
Les caractéristiques spéciales énumérées ci-dessus ne s'appliquent que pour des mélanges avec un pH entre 4 et 11.
d
Nécessite une caractéristique spéciale (dispositif de circulation) au-delà de 60 °F et une caractéristique spéciale (élastomère perfluoré) si la
température de pompage est supérieure à 350 °F.
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 6 SUR 10
118 © ISO 2004 – Tous droits réservés
FEUILLE 6 SUR 10 (suite)
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 7 SUR 10
Non-hydrocarbures
120 © ISO 2004 – Tous droits réservés
NOTE Voir A.4.13 pour les conseils de sélection des plans 53A, 53B ou 53C.
a
Il convient que l'utilisateur envisage l'ajout ou non d'un Plan 13 lorsqu'il considère des facteurs tels que l'inclusion de
douille de purge, la contamination de la chambre d'étanchéité avec du liquide pompé, la nécessité de purger la chambre
d'étanchéité et la nécessité de réduire la pression de la chambre d'étanchéité en raison de la pression statique et
dynamique, en fonction de la pression de la chambre d'étanchéité statique et dynamique escomptée.
b
Lorsqu'un Plan 31, 32 ou 41 est sélectionné et que la pompe est verticale, un Plan 13 est également recommandé
pour la purge. Il convient que les utilisateurs envisagent l'installation d'une conception à «douille de purge» où un anneau
et un orifice sont découpés dans la douille à collet et raccordés à l'aspiration pour maintenir les solides en dehors de la
chambre d'étanchéité. S'assurer que la chambre d'étanchéité est purgée avant le démarrage.
c
Le refroidissement est nécessaire en raison de la faible pouvoir lubrifiant à température élevée. Le plan de balayage
recommandé est le Plan 23 car l'expérience sur le terrain révèle que ce plan est beaucoup moins sujet au colmatage que
le Plan 21 grâce à la recirculation d'un fluide plus froid de la chambre d'étanchéité. L'utilisateur peut toutefois souhaiter
reconsidérer l'utilisation d'un Plan 21 en raison de la complexité supplémentaire de la garniture imposée par le Plan 23
(dimensions et coût) et d'autres facteurs tels que l'utilisation d'un refroidisseur d'air pour le Plan 21 dans des zones dans
lesquelles il est impossible d'utiliser de l'eau ou lorsque l'eau n'est pas disponible. (Un refroidisseur d'air fonctionne mieux
dans un Plan 21 en raison de la différence de température élevée entre le liquide pompé et le liquide de refroidissement.)
L'utilisateur peut également souhaiter envisager l'utilisation d'un Plan 32 si un fluide approprié est disponible, notamment
si le fluide est de toute manière injecté dans le procédé normal (tel que de l'eau d'appoint). Voir les descriptions du
balayage ci-après dans cette annexe pour les détails complémentaires.
d
Considérer la nécessité d'ajouter un balayage complémentaire sur le côté procédé de l'étanchéité intérieure. Le
balayage est parfois nécessaire pour l'orientation de la disposition 3FB pour fournir un refroidissement complémentaire et
un Plan 11 ou 13 peut être un choix convenable. D'autres services peuvent nécessiter un Plan 32 de balayage si le liquide
pompé extrêmement corrosif, agressif ou chargé en solides. Considérer la nécessité de pompes verticales pour la vidange.
Une attention spéciale peut être nécessaire pour les configurations de la disposition 3NC pour assurer un fonctionnement
de pompe effectif. Consulter le vendeur de pompes si la ventilation de la pompe est faite à travers la chambre d'étanchéité
a
et considérer les effets listés dans la note ci-dessus.
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 8 SUR 10
Hydrocarbures non sujets à la vaporisation instantanée
122 © ISO 2004 – Tous droits réservés
NOTE Voir A.4.13 pour les conseils de sélection des plans 53A, 53B ou 53C.
a
Il convient que l'utilisateur envisage d'ajouter ou non un Plan 13 en considérant des facteurs tels que l'inclusion de
douille de purge, la contamination de la chambre d'étanchéité avec du fluide pompé, la nécessité de purger la chambre
d'étanchéité et la nécessité de réduire la pression de la chambre d'étanchéité en raison de la pression statique ou
dynamique nominale de la garniture par rapport à la pression statique ou dynamique escomptée dans la chambre
d'étanchéité.
b
Lorsqu'un Plan 31, 32 ou 41 est sélectionné et que la pompe est verticale, un Plan 13 est également recommandé
pour la vidange. Il convient que les utilisateurs envisagent l'installation d'une conception à «douille de purge» où un
anneau et un orifice sont découpés dans la douille à collet et raccordés à l'aspiration pour maintenir les solides ou les
agents polymérisants en dehors de la chambre d'étanchéité. S'assurer que la chambre d'étanchéité est purgée avant le
démarrage.
c
Le refroidissement est nécessaire en raison des limites de température des élastomères secondaires pour la
disposition 1 et éventuellement pour la disposition 2 (consulter le vendeur de garnitures). Il est possible d'envisager de
changer pour un élastomère perfluoré si le refroidissement est impossible. Le plan de balayage recommandé est le
Plan 23 car l'expérience sur le terrain révèle que ce plan est beaucoup moins sujet au colmatage que le Plan 21 grâce à la
recirculation d'un fluide plus froid de la chambre d'étanchéité. L'utilisateur peut toutefois souhaiter reconsidérer l'utilisation
d'un Plan 21 en raison de la complexité supplémentaire de la garniture imposée par le Plan 23 (dimensions et coût) et
d'autres facteurs tels que l'utilisation d'un refroidisseur d'air pour le Plan 21 dans des zones dans lesquelles il est
impossible d'utiliser de l'eau ou lorsque l'eau n'est pas disponible. (Un refroidisseur d'air fonctionne mieux dans un Plan 21
en raison de la différence de température élevée entre le liquide pompé et le liquide de refroidissement.) L'utilisateur peut
également souhaiter envisager l'utilisation d'un Plan 32 si un fluide approprié est disponible, notamment si le fluide est de
toute manière injecté dans le procédé normal (tel que de l'eau d'appoint). Voir les descriptions de balayage plus loin dans
la suite de la présente annexe pour de plus amples informations.
d
Considérer la nécessité d'ajouter un balayage complémentaire sur le côté procédé de l'étanchéité intérieure. Le
balayage est parfois nécessaire pour l'orientation de la disposition 3FB pour fournir un refroidissement complémentaire et
un Plan 11 ou 13 peut être un choix convenable. D'autres services peuvent nécessiter un Plan 32 de balayage si le liquide
pompé extrêmement corrosif, agressif ou chargé en solides. Considérer la nécessité de pompes verticales pour la vidange.
Une attention spéciale peut être nécessaire pour les configurations de la disposition 3NC pour assurer un fonctionnement
de pompe effectif. Consulter le vendeur de pompes si la ventilation de la pompe est faite à travers la chambre d'étanchéité
a
et considérer les effets listés dans la note ci-dessus.
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
FEUILLE 9 SUR 10
Hydrocarbures sujets à la vaporisation instantanée
124 © ISO 2004 – Tous droits réservés
NOTE Voir A.4.13 pour les conseils de sélection des plans 53A, 53B ou 53C.
a
Il convient que l'utilisateur envisage d'ajouter ou non un Plan 13 en considérant des facteurs tels que l'inclusion de
douille de purge, la contamination de la chambre d'étanchéité par du fluide pompé, la nécessité de purger la chambre
d'étanchéité et la nécessité de réduire la pression de la chambre d'étanchéité en raison de la pression statique ou
dynamique nominale de la garniture par rapport à la pression statique ou dynamique escomptée dans la chambre
d'étanchéité.
b
Lorsqu'un Plan 31, 32 ou 41 est sélectionné et que la pompe est verticale, un Plan 13 est également recommandé
pour la purge. Il convient que les utilisateurs envisagent l'installation d'une conception à «douille de purge» où un anneau
et un orifice sont découpés dans la douille à collet et raccordés à l'aspiration pour maintenir les solides en dehors de la
chambre d'étanchéité. S'assurer que la chambre d'étanchéité est purgée avant le démarrage.
c
Le refroidissement est recommandé pour supprimer le balayage à l'intérieur des faces d'étanchéité. En raison des
températures d'eau de refroidissement, ceci est usuel seulement au-dessus de températures démontrées effectives. En
dessous de cette température, ou en alternative à un refroidissement additionnel, l'utilisateur peut souhaiter utiliser son
expérience sur son site. D'autres alternatives telles que des pourcentages élevés de balayage, des systèmes de balayage
distribués, une pression de chambre d'étanchéité augmentant, ou d'autres combinaisons permettent d'obtenir une durée
de vie d'étanchéité satisfaisante. Cela peut être aussi l'opportunité d'utiliser le Plan 32 si le fluide de balayage convenable
est disponible, ou si l'expérience est disponible en prenant en compte le changement de disposition 3 qui peut être
approprié.
d
Considérer la nécessité d'ajouter un balayage complémentaire sur le côté procédé de l'étanchéité intérieure. Le
balayage est parfois nécessaire pour l'orientation de la disposition 3FB pour fournir un refroidissement complémentaire et
un Plan 11 ou 13 peut être un choix convenable. D'autres services peuvent nécessiter un Plan 32 de balayage si le liquide
pompé extrêmement corrosif, agressif ou chargé en solides. Considérer la nécessité de pompes verticales pour la vidange.
Une attention spéciale peut être nécessaire pour les configurations de la disposition 3NC pour assurer un fonctionnement
de pompe effectif. Consulter le vendeur de pompes si la ventilation de la pompe est faite à travers la chambre d'étanchéité
a
et considérer les effets listés dans la note ci-dessus.
PROCÉDURE RECOMMANDÉE DE SÉLECTION DE GARNITURE (UNITÉS US USUELLES)
Sélection du fluide de barrage/tampon
FEUILLE 10 SUR 10
Il convient de tenir compte des critères suivants lors de la sélection du fluide de barrage/tampon:
la compatibilité du fluide avec le fluide de procédé pompe à étancher afin d'éviter toute réaction ou
formation de gels ou de boues en cas de fuite dans le fluide de procédé ou si le fluide de procédé
s'échappe dans le fluide de barrage/tampon;
la compatibilité du fluide avec la métallurgie, les élastomères et autres matériaux entrant dans la
construction de la garniture/du réseau de balayage;
la comptabilité du fluide supposant qu'il atteigne la température du liquide du procédé (élevé ou faible).
Pour les réseaux de fluide de barrage pressurisés dans lesquels la méthode de pressurisation fait appel à une
couche de gaz, une attention particulière doit être accordée aux conditions d'application et à la sélection du
fluide de barrage. La solubilité du gaz dans le fluide de barrage augmente lorsque la pression augmente, et
diminue lorsque la température du liquide de barrage diminue. Lorsque la pression est déchargée ou la
température basse, le gaz s'échappe de la solution et peut provoquer la formation de mousse et la perte de la
circulation du fluide de barrage. Ce problème est normalement observé lorsque des fluides de barrage à
viscosité élevée, tels que des huiles de lubrification, sont utilisés à des pressions supérieures à 150 psi.
Il convient de vérifier la viscosité du fluide de barrage/tampon pour toute la plage de température de service
en accordant une attention particulière aux conditions de démarrage. Il convient que la viscosité soit inférieure
à 500 cSt à la température minimale à laquelle le fluide sera exposé.
Il convient de prendre en compte les caractéristiques de performance suivantes, relatives au fluide de
barrage/tampon.
a) Pour des services au-dessus de 50 °F, des fluides de barrage/tampon d'hydrocarbures présentant une
viscosité inférieure à 100 cSt à 100 °F, et entre 1 cSt et 10 cSt à 212 °F, se sont révélés satisfaisants.
b) Pour des services au-dessous de 50 °F, des fluides de barrage/tampon d'hydrocarbures présentant une
viscosité entre 5 cSt et 40 cSt à 100 °F, et entre 1 cSt et 10 cSt à 212 °F, se sont révélés satisfaisants.
c) Pour des flux aqueux, des mélanges d'eau et d'éthylène glycol ou de propylène glycol sont
habituellement appropriés. Il convient de ne jamais utiliser des antigels pour automobiles disponibles
dans le commerce. Les additifs dans l'antigel ont tendance à se déposer en lamelles sur les pièces de la
garniture et à provoquer des défaillances suite à la formation de gel.
d) Il convient que le fluide ne gèle pas à la température ambiante minimale sur le site.
La volatilité et la toxicité du fluide doivent être telles que des fuites dans l'atmosphère ou l'élimination ne
posent pas de problèmes environnementaux. En outre, il convient
que le point d'ébullition initiale du fluide soit au minimum à 50 °F au-dessus de la température à laquelle
le fluide sera exposé,
que le point d'éclair du fluide soit supérieur à la température de service en présence d'oxygène,
de se rappeler que l'éthylène glycol peut être considéré un matériau dangereux et/ou un déchet
dangereux lorsqu'il est utilisé en tant que fluide de barrage.
126 © ISO 2004 – Tous droits réservés
Il convient que le fluide soit en mesure de satisfaire au critère de fonctionnement ininterrompu de la garniture
pendant 3 ans sans détérioration néfaste. Il convient qu'il ne forme pas de boue, qu'il ne polymérise pas et
qu'il ne cokéfie pas après une utilisation prolongée.
Pour les flux d'hydrocarbures, des huiles de haute pureté à base de paraffine contenant peu ou pas d'additifs
pour la résistance à l'usure/oxydation ou des huiles synthétiques se sont révélées fonctionner de manière
satisfaisante.
Les fluides qui contiennent des additifs de résistance à l'usure/l'oxydation dans des huiles de turbine
disponibles dans le commerce se sont révélés se déposer en lamelles sur les faces d'étanchéité.
A.2 Informations
A.2.1 Justification de la sélection de garniture
A.2.1.1 Toutes les sélections de garniture en fonction du service ont été faites en gardant à l'esprit les
critères suivants:
a) produire un dispositif d'étanchéité fiable permettant avec une probabilité élevée de fonctionner pendant
trois ans en service ininterrompu, en répondant ou en dépassant les réglementations en matière
d'émissions environnementales;
b) assurer la sécurité du personnel et de l'installation dans des services dangereux;
c) réduire au minimum l'inventaire de pièces de rechange nécessaire pour le stock de réserve.
A.2.1.2 Toutes les sélections ont été faites en exploitant l'expérience en matière de fabrication, d'achat,
d'exploitation, de rénovation et de maintenance de garnitures mécaniques dans différents services et sur
différents sites. Les sélections ont été faites de manière à assurer l'installation de la meilleure garniture pour
le service en question. Il existe certainement des garnitures autres que celles spécifiées par la présente
Norme internationale qui fonctionnent de manière satisfaisante dans un service donné quelque part. La
présente Norme internationale n'a pas pour objectif d'empêcher la sélection d'autres garnitures. Si une
garniture autre que celle spécifiée par la présente Norme internationale est sélectionnée, une construction
mécanique spéciale est toutefois recommandée pour assurer un fonctionnement satisfaisant.
Toute garniture fonctionnant avec une pression relative de chambre d'étanchéité supérieure à 2,1 MPa
(21 bar) (300 psi) pour les garnitures de catégorie 1 ou supérieure à 4,1 MPa (41 bar) (600 psi) pour les
garnitures de catégorie 2 et de catégorie 3 nécessite une construction mécanique spéciale. Toute
température de produit supérieure à 260 °C (500 °F) pour les garnitures de catégorie 1 et supérieure à 400 °C
(750 °F) pour les garnitures de catégorie 2 et de catégorie 3 requiert également une construction mécanique
spéciale dans les considérations de conception. Les catégories sélectionnées se limitent par conséquent aux
pressions et aux températures ci-dessus pour la présente Norme internationale.
A.2.1.3 Les références de garniture dans la présente Norme internationale sont:
a) type A, garniture normalisée en appui;
b) type B, option normalisée du type A, garniture non en appui avec soufflet tournant et joint secondaire en
élastomères;
c) type C, garniture normalisée non en appui avec soufflet fixe et joints secondaires en graphite flexible.
Voir l'Article 3, l'Article 4 et la Feuille 1 de la présente annexe pour de plus amples détails.
NOTE Les niveaux de pression énumérés s'appliquent à la catégorie 1, la catégorie 2 ou la catégorie 3 conformément
au précisions sur la feuille applicable.
A.2.2 Services non-hydrocarbures — Feuille 3
A.2.2.1 Eau propre au-dessous de 80 °C (180 °F) et au-dessous d'une pression relative de 2,1 MPa
(21 bar) (300 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui sans exigences de caractéristiques spéciales.
Les options normalisées sont soit un soufflet métallique de type B ou de type C sans exigences de
caractéristiques spéciales.
128 © ISO 2004 – Tous droits réservés
A.2.2.2 Eau propre au-dessous de 80 °C (180°F) et pression relative entre 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
et 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui sans exigences de caractéristiques spéciales.
Il convient que toute garniture autre que de type A soit d'une construction mécanique spéciale pour les
pressions élevées. Normalement, les fabricants de garnitures conçoivent leurs soufflets métalliques pour des
pressions relatives supérieures à 2,1 MPa (21 bar) (300 psi). Il convient de consulter le fabricant de garnitures
pour des données relatives à des performances spécifiques au-dessus de cette pression.
A.2.2.3 Eau au-dessus de 80 °C (180 °F) et pression relative inférieure à 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé avec exigences de caractéristiques spéciales. Les
caractéristiques spéciales sont une garniture à ressort simple équipée d'un dispositif de circulation interne
pour assurer la circulation à travers un réseau en boucle fermée selon le Plan 23. Conformément à la feuille, il
est également possible d'utiliser un Plan 21, notamment si un refroidisseur d'air est utilisé. La configuration en
élastomère peut être un joint torique ou un joint en coupelle.
La garniture alternative est un type A normalisé en appui avec des caractéristiques spéciales comprenant un
dispositif de circulation interne pour assurer la circulation dans un réseau en boucle fermé selon un Plan 23 et
une douille à jeu serré au fond de la chambre d'étanchéité.
Une disposition de balayage selon le Plan 23 est la manière la plus efficace d'assurer un balayage frais vers
les faces d'étanchéité. L'utilisation d'un dispositif de circulation interne pour assurer la circulation du fluide à
travers un refroidisseur en boucle fermée permet au refroidisseur de refroidir de manière ininterrompue un flux
recyclé plutôt qu'un flux chaud provenant du refoulement de la pompe (Plan 21). Le refroidisseur ne refroidit
ainsi que le fluide dans cette boucle et le cycle de service est beaucoup moins sévère que selon un Plan 21.
Une étude menée dans une installation a révélé que la température moyenne du balayage à l'entrée de la
chambre d'étanchéité est de 50 °C (122 °F). La température moyenne de pompage du produit est de 219 °C
(426,2 °F). La température moyenne à l'entrée de la pompe au repos est de 38 °C (100,4 °F). Les pompes au
repos s'appuient uniquement sur l'effet de thermosiphon pour assurer le refroidissement du fluide. Le
refroidisseur doit être monté conformément à la présente Norme internationale pour assurer un effet
thermosiphon approprié.
A.2.2.4 Eau acide au-dessous de 80 °C (180 °F) jusqu'à une pression relative de 4,1 MPa (41 bar)
(600 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui avec des caractéristiques spéciales. Les
élastomères doivent être remplacés par des élastomères perfluorés pour résister au H S, étant donné que le
H S est généralement l'agent qui rend l'eau acide.
L'option normalisée jusqu'à une pression relative de 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) est un type B ou un type C
avec la caractéristique spéciale des élastomères perfluorés pour le type B.
L'utilisation du type B ou du type C au-dessus d'une pression relative de 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) requiert
une construction mécanique spéciale pour la pression élevée.
Cette sélection est faite pour favoriser au maximum le processus de normalisation, étant donné que la
garniture de type A est recommandée pour toutes les gammes de pression. L'eau acide peut devenir sujette à
la vaporisation éclair lorsque la température et la teneur en H S augmentent.
A.2.2.5 Caustiques, amines et autres fluides cristallisant au-dessous de 80 °C (180 °F) et au-dessous
d'une pression relative de 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui avec les caractéristiques spéciales des élastomères
perfluorés.
L'alternative normalisée est une garniture de type B avec soufflet métallique jusqu'à une pression relative de
2,1 MPa (21 bar) (300 psi) avec des élastomères perfluorés.
Il convient que l'utilisation de garnitures de type C jusqu'à une pression relative de 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
avec des éléments secondaires en graphite flexible fasse l'objet d'une construction mécanique spéciale étant
donné que le graphite n'est pas recommandé pour les applications caustiques.
Pour des pressions relatives supérieures à 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) mais inférieures à 4,1 MPa (41 bar)
(600 psi), l'utilisation de garnitures de type B et de type C à soufflet métallique requiert une construction
mécanique spéciale pour la pression élevée.
Toute application dans un fluide cristallisant requiert l'utilisation d'un arrosage selon le Plan 62 ou d'un
balayage selon le Plan 32 afin d'éviter la formation de cristaux côté atmosphérique de la garniture. La plupart
des installations interdisent l'arrosage des garnitures si elles ne sont pas totalement confinées. Une
disposition de balayage selon le Plan 32 n'est généralement pas admissible étant donné qu'elle dilue le
produit et qu'elle peut parfois être onéreuse à l'utilisation. Dans ces conditions, il convient d'envisager une
garniture double de disposition 2 (tampon non pressurisé), utilisant de l'eau propre (ou autre fluide
compatible) comme tampon pour maintenir les cristaux en solution. Les mêmes caractéristiques spéciales
s'appliquent aux garnitures doubles et aux garnitures simples.
A.2.2.6 Acides sulfuriques, chlorhydriques, phosphoriques au-dessous de 80 °C (180 °F) et
au-dessous d'une pression relative de 2,1 MPa (21 bar) (300 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui avec des caractéristiques spéciales. Les
caractéristiques spéciales sont un ressort à spire unique.
L'option normalisée est une garniture de type B ou de type C, utilisant du graphite flexible comme élément
secondaire dans le type C.
En raison de la faible section transversale des ressorts à plusieurs spires et des plaques de soufflet,
sélectionner le matériau le plus résistant à la corrosion pour l'application.
Les acides fluorhydriques, nitriques fumants et autres ne sont pas couverts par la présente sélection. Il
convient d'utiliser des conceptions mécaniques spéciales élaborées en collaboration entre le propriétaire et le
fabricant de garnitures.
Les garnitures destinées à être utilisées avec des acides au-dessus de 80 °C (180 °F) requièrent une
construction mécanique spéciale.
Les garnitures destinées à être utilisées avec des acides à une pression relative supérieure à 2,1 MPa
(21 bar) (300 psi) requièrent une construction mécanique spéciale.
A.2.3 Hydrocarbures non sujets à la vaporisation instantanée [pression de vapeur absolue
inférieure à 0,1 MPa (1 bar) (14,7 psi) à la température de pompage] — Feuille 4
A.2.3.1 Entre – 40 °C (– 40 °F) et – 5 °C (20 °F) et au-dessous d'une pression relative de 4,1 MPa
(41 bar) (600 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui avec comme caractéristique spéciale des
élastomères nitriles pour les services à basse température. Le nitrile doit également être compatible avec le
fluide pompé.
L'alternative normalisée jusqu'à une pression relative de 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) est un type B avec
comme caractéristique spéciale des élastomères nitriles ou un type C avec des éléments secondaires en
graphite flexible.
Pour des pressions relatives supérieures à 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) les types B et C requièrent des soufflets
mécaniques conçus pour une pression élevée.
130 © ISO 2004 – Tous droits réservés
La caractéristique spéciale des élastomères nitriles s'explique par les exigences de basse température.
L'élastomère fluoré standard est conçu pour – 17,7 °C (0 °F), mais pour les applications de la présente Norme
internationale, il convient de ne pas l'utiliser au-dessous de – 5 °C (20 °F).
A.2.3.2 Entre – 5 °C (20 °F) et 176 °C (350 °F) et à des pressions relatives inférieures à 4,1 MPa
(41 bar) (600 psi)
La garniture normalisée est de type A normalisé en appui sans exigence de caractéristiques spéciales.
(Vérifier les tableaux de compatibilité des élastomères pour le fluide pompé.)
L'option normalisée pour des pressions relatives jusqu'à 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) est un type B ou un
type C non en appui. Il convient d'utiliser la garniture de type C avec des éléments secondaires en graphite
flexible.
L'alternative normalisée pour les pressions relatives supérieures à 2,1 MPa (21 bar) (300 psi) est un type B ou
un type C avec des soufflets mécaniques pour la haute pression.
L'élastomère normalisé pour les garnitures en appui est l'élastomère fluoré, lequel est conçu pour 204 °C
(400 °F). Une température de pompage de 176 °C (350 °F) est réaliste pour l'élastomère fluoré, étant donné
que le frottement des faces dégage de la chaleur supplémentaire et fait augmenter la température à laquelle
l'élastomère doit résister.
A.2.3.3 Entre 176 °C (350 °F) et 260 °C (500 °F) et au-dessous d'une pression relative de 2,1 MPa
(21 bar) (300 psi)
La garniture normalisée est une garniture à soufflet métallique fixe non en appui de type C utilisant du
graphite flexible pour les éléments secondaires.
L'alternative normalisée est un type A normalisé en appui avec des caractéristiques spéciales. Les
caractéristiques spéciales consistent en un dispositif de circulation interne et des élastomères perfluorés
assurant la circulation dans un réseau en boucle fermée selon un Plan 23 conformément au diagramme de
sélection du balayage.
La garniture de type C est sélectionnée comme solution normalisée en raison de la gamme de températures,
laquelle est généralement celle dans laquelle le cokage est observé. La conception à soufflet fixe permet
facilement l'installation de chicanes de vapeur pour une protection anti-cokage, ce qui n'est pas le cas des
soufflets tournants.
Une garniture de type A avec un dispositif de circulation interne et un réseau à boucle fermée selon le Plan 23
maintient la température du produit au-dessous de la gamme dans laquelle le cokage est observé.
A.2.3.4 Entre 176 °C (350 °F) et 260 °C (500 °F) et pour une pression relative entre 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi) et 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
Un dispositif d'étanchéité entièrement mécanique est requis pour les services chauds à haute pression.
A.2.3.5 Entre 260 °C (500 °F) et 400 °C (750 °F) et au-dessous d'une pression relative de 2,1 MPa
(21 bar) (300 psi)
La garniture de type C est sélectionnée comme solution normalisée en raison de la gamme de températures,
laquelle est généralement celle dans laquelle le cokage est observé. La conception à soufflet fixe permet
facilement l'installation de chicanes de vapeur pour une protection anti-cokage, ce qui n'est pas le cas des
soufflets tournants.
L'alternative normalisée est un dispositif d'étanchéité totalement mécanique.
A.2.3.6 Entre 260 °C (500 °F) et 400 °C (750 °F) et pour une pression relative entre 2,1 MPa (21 bar)
(300 psi) et 4,1 MPa (41 bar) (600 psi)
La seule alternative acceptable est un dispositif d'étanchéité totalement mécanique.
A.2.4 Hydrocarbures sujets à la vaporisation instantanée [pression de vapeur au-dessus de
0,1 MPa (1 bar) (1
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
Loading comments...