Gesamtbetrachtung erforderlich

Nach Einschätzung von Branchen-Fachleuten schreitet der Konzentrationsprozess in der Pumpenindustrie weiter voran. Behaupten werden sich in einem zunehmend härter umkämpften Markt nur solche Hersteller, die permanent die Marktbedürfnisse erkennen und zudem die technologische Entwicklung vorantreiben. Dies gilt selbstverständlich auch für ITT Industries. Die einzelnen Unternehmen dieses Konzerns stellten auf der Achema interessante Lösungen vor, die zur Senkung der Life-cycle-Kosten bei Pumpen beitragen.

Life-cycle-Kosten setzen sich aus Investitions- und Installationskosten, Energiekosten sowie Instandhaltungs- und Wartungskosten – alles über die volle Lebenszeit einer Pumpe gerechnet – zusammen. Hinzu kommen die Stillsetzungskosten und alle Aufwendungen zum Schutz der Umwelt. Der größte Betrag bleibt aber häufig unberücksichtigt: Es sind dies die Produktionsausfallkosten, die bei jedem ungeplanten Betriebsstopp der Pumpe anfallen. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit einer Pumpe bestimmen, wie hoch dieser Kostenblock im Laufe des Pumpenlebens anwächst.

Der erste Weg zu niedrigen LCC-Kosten ist die korrekte Auslegung der Pumpe. Zunächst muss klar ermittelt werden, welche Aufgabe die Pumpe zu erfüllen hat. Welches Medium ist bei welchen Drücken, Temperaturen und Fördermengen zu fördern? Die Eigenschaften des Fördermediums und die Forderungen bezüglich Fördermenge und Förderhöhe legen meist schon recht genau die Pumpenbauart fest.

Bereits durch geeignete Installationsverfahren lassen sich langfristige Kosteneinsparungen erzielen. Dazu gehören der Einbau eines optimierten Fundaments, das Vibrationen dämpft und eine beständige, feste Unterlage für die Pumpeneinheit bildet, eine ausreichende Nivellierung der Grundplatte und der Einsatz geeigneter Betonmischungen.

Außerdem kann die Pumpenbauart schon bei der Erstinstallation Kosten einsparen. Beispielsweise erfordert eine vertikale Inline-Pumpe überhaupt kein Fundament, da sie direkt in der Rohrleitung installiert ist. Daneben entfällt das Ausrichten, und das Aggregat unterliegt auch keinen Ausrichtungsfehlern durch Leitungsdehnungen oder Temperaturänderungen. Das Ausrichten entfällt auch bei Pumpen mit direkt angekuppeltem Motor.

Auch kann die Laufradkonstruktion der Pumpe enorme Auswirkungen auf die Betriebs- und Wartungskosten haben.

Es folgt dann die hydraulische Auslegung der Pumpe, was insbesondere bei Kreiselpumpen von großer Bedeutung ist: Auf einen bestimmten Wirkungsgrad-Bestpunkt ausgelegt, wird die Pumpe nur in diesem Bereich optimale Ergebnisse zeigen.

In der Praxis machen viele Planer und/oder Anwender den besten Pumpen-Wirkungsgrad allerdings wieder zunichte. Häufig erhalten Hersteller vom Betreiber nur wenige Eckpunkte bezüglich Fördermenge, Förderhöhe und Fördermedium. Die Folge sind meist Sicherheitszuschläge, die zu unnötig großen Pumpen mit hohen Betriebskosten führen. Die Pumpe läuft dann häufig nur im Teillastbereich und setzt die zugeführte Energie nicht optimal um (schlechter Wirkungsgrad). Sinkt der Wirkungsgrad dadurch um 10%, entstehen bei Beibehaltung der übrigen Leistungsfaktoren um über 15% höhere Betriebskosten.

Hinzu kommt: Stellen sich im betrieblichen Alltag die Förderdaten nicht wie geplant ein, müssen die Pumpen gedrosselt werden. Bypass-Leitungen zur Leistungsregelung sind noch immer weit verbreitet. Doch hat diese Form der Regelung ihre Grenzen. Wird die zulässige Mindestfördermenge unterschritten, heizt sich das Medium auf und es kommt aufgrund von Kavitation bzw. unzulässigen Wellendurchbiegungen zu kapitalen Schäden an der Pumpe. Eine Lösung bietet hier eine Drehzahlregelung, die allerdings im industriellen Einsatz (noch) auf größere Aggregate beschränkt ist.

Analysiert man Service- und Instandhaltungsberichte, ist die Pumpendichtung nach wie vor die Hauptschadensursache. Stopfbuchspackungen führen schon seit jeher immer wieder zu Problemen, aber auch die technisch viel aufwendigere Gleitringdichtung ist die Schwachstelle konventioneller Pumpen. Erst dann folgen als weitere Ausfallursache die Lager. Nach US-Schätzungen liegt bei einer Pumpe nach ANSI-Norm der durchschnittliche Zeitabstand zwischen Reparaturen (MTBF) bei 18 Monaten. Die durchschnittlichen Reparaturkosten werden auf 2500 Dollar veranschlagt. Enthalten sind darin Reparaturteile, Ausbau der Einheit, Demontage, Reinigung und Überprüfung der Teile, Dokumentation, Zusammenbau, Entsorgung von Abfällen, Schmierstoffe, Überwachung, Lagerkosten und Wiedereinbau der Pumpe. In weniger als drei Jahren können die Wartungskosten somit oftmals die Investitionskosten der Pumpe übersteigen.

Gefragt sind also Überwachungssysteme, um Störungen der Pumpe frühzeitig zu erkennen und so Ausfälle und Schäden an der Pumpe zu vermeiden. Die Anschaffungskosten pro Pumpe werden dadurch leicht ansteigen, während Produktionsausfallkosten und die Kosten für die Instandhaltung abnehmen. Wichtig ist, dass die wirklich smarte Pumpe bei einer erkannten Störung wie schädliche Kavitation nicht in jedem Fall einfach abschaltet – sonst stünde die Anlage ja still. Intelligent ist eine Pumpe erst dann, wenn sie Alarm gibt, die Drehzahl ein wenig zurückfährt und dann entsprechend ruhiger läuft – wie dies beispielsweise das PumpSmart-Konzept von ITT Industries realisiert.

PumpSmart besteht im Kern aus einer Standard-Kreiselpumpe mit intelligenten Überwachungs- und Regelsystemen. Das mikroprozessorgesteuerte System (ausgestattet mit einer pumpenspezifischen Software) überwacht kontinuierlich den Betrieb von Industriepumpen (Druck, Temperatur und Durchfluss; zukünftig auch pH-Wert und Flüssigkeitsstand) und stellt die Drehzahl auf den aktuellen Förderbedarf ein. Das System reagiert auf alle vom Sollwert abweichenden Parameter und verhindert kritische Situationen. PumpSmart vermeidet beispielsweise

• die Kavitation ebenso wie den Trockenlauf (wird Kavitation erkannt, senkt der Controller die Drehzahl so weit, bis die Pumpe wieder kavitationsfrei arbeitet),

• das Anfahren gegen geschlossene Saugleitung (verhindert Trockenlauf) und

• den Betrieb gegen geschlossene Druckleitung (verhindert Erhitzen und Verdampfen des Fördermediums).

Das System erkennt Änderungen im Prozess oder in der Anlage, arbeitet nach Inbetriebnahme vollautomatisch ohne weitere manuelle Eingriffe und erfasst kontinuierlich den Energieverbrauch.

Darüber hinaus erhöht die intelligente Drehzahlregelung von PumpSmart-Pumpen die Effizienz der Förderung und senkt somit substantiell die Betriebskosten über die gesamte Einsatzzeit der Pumpe. Durch das generell niedrigere Drehzahlniveau werden alle mechanischen Komponenten wie Welle, Lager und Dichtungen weniger beansprucht – die MBTF (mean time between failures, also die mittlere Ausfallzeit) der PumpSmart-Lösung stellt sich somit deutlich günstiger dar als bei herkömmlichen, ungeregelten Industriepumpen.

PumpSmart

E cav 201

Hydrovar

E cav 202

Der direkt auf einer Pumpe montierte, systemorientierte Drehzahlregler Hydrovar kann wesentlich mehr als nur die Drehzahl einer Pumpe variieren wie ein normaler Frequenzumformer. Er ist in der Lage, den Einsatz einer oder mehrerer Pumpen in einem weiten Anwendungsgebiet genau den Erfordernissen einer Anlage energieoptimiert anzupassen. Außer der Drehzahlregelung der Pumpe beinhaltet jeder Hydrovar zusätzlich:

• eine bedarfsabhängige Folgesteuerung für maximal vier Pumpen,

• eine automatische, zyklische Umreihung der Pumpen inklusive Störumschaltung,

• die Möglichkeit zur Regelung nach programmierbaren Anlagenkurven und

• den automatischen Stopp der Pumpe bei Verbrauch Null.

Zwei getrennte Analogeingänge ermöglichen die Regelung der Pumpe gleichzeitig nach zwei Parametern mit gegenseitiger Beeinflussung.