Pumpen vor Ausfall schützen

Dipl.-Ing. Marcellus Martin

Vom Hauptsitz im niederländischen Bergen op Zoom steuert der Kunststoffspezialist GE Plastics seine europäischen Aktivitäten. Sowohl die Qualität der hier erzeugten technischen Kunststoffe als auch die Instandhaltung bewegen sich auf einem hohen Niveau. Der Anwendungsbereich der Hochleistungspolymere reicht von der Büro- und Informationstechnik über die Automobilindustrie und das Bauwesen bis zur Elektro- und Elektronikindustrie. Die Produktionskapazität für technische Kunststoffe liegt in den beiden europäischen Werken Bergen op Zoom und Cartagena, Spanien, bei etwa 340 000 t/a. Während am Ende der Produktionskette Extruder dominieren und aus der Kunststoffrohmasse Profilmaterial formen, bilden in den übrigen Bereichen der Anlage Pumpen die häufigsten Aggregate. Dies gilt unter anderem für den Anlagenteil zur Synthese von Bisphenol A (BPA) aus Phenol und Aceton. BPA verarbeitet der Kunststoffspezialist dann weiter zu Polycarbonaten, Polysulfonen und Epoxidharzen. Mehr als 500 Zentrifugal- und Verdrängerpumpen unterschiedlicher Bauarten in den Leistungsklassen von 1 bis 1000 kW ermöglichen dabei einen reibungslosen Prozessablauf.

Im Jahr 2000 lag die Anlagenverfügbarkeit bei 96% und die Anlagenverlässlichkeit bei 99%. Zwar stellen Pumpen weder die wichtigsten noch die teuersten Komponenten dar, jedoch stört ihr Ausfall immer den Produktionsablauf. Insofern wirkt sich die Zuverlässigkeit von Pumpen ebenso wie die von Verdichtern oder Extrudern unmittelbar auf die Anlagenverfügbarkeit aus. GE Plastics hat deshalb ein Instandhaltungs-Programm mit dem Schwerpunkt auf die Verlässlichkeit der Anlage entwickelt (RCM = reliability centered maintenance). Das Programm umfasst je nach definiertem Stellenwert entsprechend wahrzunehmende Inspektions-, Wartungs- und Überwachungsaktivitäten für die einzelnen Aggregate und die Anlage insgesamt. Dazu kommen eingehende Schwachstellen- und Schadensanalysen. So optimiert das Instandhaltungsteam auch den Einsatz von Pumpen einschließlich Redundanzen und Dichtungen. Alle dazu erforderlichen Reparaturen, wie das Austauschen von Lagern und Gleitringdichtungen, übernimmt die betriebsinterne Werkstatt. Zudem prüfen die Pumpenspezialisten besonders wichtige Pumpen mit Schwingungsaufnehmern bis zu zehnmal pro Jahr. Die dokumentierten Ergebnisse münden in Maßnahmen für die schadensverhütende und zustandsorientierte Instandhaltung sowie die Entscheidungen bei Investitionsvorhaben.

Die Vielfalt der beim Herstellen von Kunststoffen benötigten und geförderten Medien ist beachtlich: Chemikalien wie Phenol, Aceton, Phosgen, Salzsäure, Schwefelsäure und diverse Lösemittel wie Methylenchlorid zählen ebenso dazu wie Öl, flüssiges Polycarbonat, demineralisiertes Wasser und Kühlwasser. Diese Bandbreite bedingt eine genau differenzierte Pumpenauswahl und Werkstoffauswahl. Beispielsweise nutzt GE Plastics Titan- und Nickellegierungen, um eine hohe Korrosionsresistenz zu gewährleisten. Am Fördermedium orientiert sich außerdem die Pumpenbauart, die hydraulische Auslegung und letztlich die geeignete Wellenabdichtung.

Zur Wellenabdichtung verfügen neun von zehn Pumpen im Hauptwerk in Bergen op Zoom über eine Gleitringdichtung. Verschleißfestigkeit, chemische Beständigkeit und gute thermische Leitfähigkeit zählen zu ihren wichtigen Eigenschaften. Lediglich 1% der Pumpen arbeiten heute noch mit der klassischen Stopfbuchs-Dichtung. Geringer Energieverbrauch, einfache Handhabung und die aufgrund von Wartungsfreiheit sowie niedrigem Reparaturaufwand kostengünstigere Instandhaltung sprechen für die Gleitringdichtung. Bevorzugt wird die auch im Austausch unproblematische Cartridge-Gleitringdichtung. Bei harmlosen Medien wie Wasser und wasserähnlichen Fluiden, Ölen und Teer setzen die Pumpenspezialisten vor allem auf Einzel-Patronendichtungen. Der Anteil an Pumpen mit Einzel-Gleitringdichtung beträgt rund 25%. Weitere 65% der Pumpen verfügen über eine Doppel-Patronendichtung. Überwiegend handelt es sich um face to face angeordnete Gleitringdichtungen, die im Doppelmodus laufen. Dieser gewährleistet eine größere Sicherheit, da der Systemdruck der Sperrflüssigkeitssysteme etwas höher liegt als der Saugdruck der Pumpen. Als Sperrflüssigkeit dient generell demineralisiertes Wasser, und in Abhängigkeit der vorherrschenden Umgebungstemperaturen erfolgt der Zusatz eines Frostschutzmittels. Bei Hubkolbenpumpen erfüllt Hydrauliköl die Funktion des Sperrmediums. GE Plastics verwendetet Doppel-Patronendichtungen hauptsächlich bei Plastomeren wie flüssigem Polycarbonat, Ester, Natronlauge und Salpetersäure. Hinzu kommen die problematischeren Lösemittel wie Methylenchlorid. Dabei hat eine rasant verlaufende technische Entwicklung inzwischen die Leckage-Rate von Gleitringdichtungen auf wenige ppm reduziert. Insgesamt leisten die Gleitringdichtungen mit einem MTBF-Wert von 3 Jahren einen erheblichen Beitrag zur Anlagenverfügbarkeit.

Neben dem Anschaffungspreis wirken sich auf die Höhe der Lebenszykluskosten für den Kunststoffspezialisten besonders die Parameter Verfügbarkeit, Wartbarkeit und Sicherheit aus. Lebensgefährliche Chemikalien wie Phosgen oder Chlor werden mit Magnet gekuppelten Pumpen gefördert. Neben dem Aspekt Sicherheit rangiert für GE Plastics die Pumpenverlässlichkeit bei wechselnden Betriebsdingungen vor den Auswahlkriterien Anschaffungspreis und Instandhaltung. Diese Kriterien können sich allerdings gegenseitig beeinflussen.

Die meisten qualitativ hochwertigen Pumpen sind inzwischen durchaus preiswert im Einkauf, aber später notwendige Ersatzteile sind oft teuer. Häufig erschwert außerdem der komplizierte Aufbau vieler Pumpen ihre Reparatur. Um einen raschen Austausch von Komponenten wie Lager, Antrieb und Dichtung zu ermöglichen, favorisiert GE Plastics einen strikt modularen Pumpenaufbau.