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Gemeinsam Kosten sparen

Pumpeninstandhaltung bei Rütgers in Castrop Rauxel
Gemeinsam Kosten sparen

Pumpeninstandhaltung kann in der Verfahrenstechnik ein sehr teures Unterfangen werden. Korrosion, Abrasion, hohe Temperaturen, Kristallisation oder Polymerisation führen zu einer extremen Belastung des Materials und verkürzen die Lebensdauer. Prozessbedingte Erschwernisse wie Trockenlauf oder Fahrweisen an ungünstigen Betriebspunkten behindern zusätzlich einen reibungslosen Betrieb. Aus diesem Grund müssen Chemiebetriebe oft große Anstrengungen und Kosten aufwenden, um ihre Produktion in Gang zu halten.

Thorsten Nimser, Uwe Naumann

In der weltgrößten Raffinerie für Steinkohleteer, dem Werk Castrop Rauxel (Abb. 1) der Rütgers Chemicals AG, werden an 365 Tagen im Jahr Kohlenstoffbasisaromate, hochwertige Öle und Destillate hergestellt. Dies geschieht nahezu rückstandsfrei mit der Hilfe von rein physikalischen Trennverfahren. Der Transport der flüssigen Zwischen- und Endprodukte erfolgt mit Hilfe einer großen Anzahl von Kreiselpumpen. In Castrop Rauxel gibt es rund 1350 so genannte Pumpenstandorte, an denen eine oder auch mehrere Kreiselpumpen unterschiedlicher Fabrikate im Einsatz sind. Diese Pumpen verursachten im Jahr 1999 etwa 1,2 Mio. Euro Instandhaltungskosten. Die Höhe der Summe war doch sehr beachtlich und Anlass, die Kostenverursacher bei diesen Aggregaten genauer zu analysieren. Bei der Betrachtung stellte sich heraus, dass 40 Standorte alleine 350 000 Euro, also rund 35% der Instandhaltungskosten verursachten. Um das dort erkennbare Einsparpotenzial auszuschöpfen, suchten die Pumpenspezialisten des Chemiekonzerns einen Partner, um eine Vorgehensweise festzulegen, die die Standzeiten der Aggregate erhöht.
Partnerwahl
Die Wahl fiel auf die KSB Service GmbH, da etwa zwei Drittel der eingesetzten Pumpen von KSB sind und der Serviceanbieter mit seinem Total Pump Management (Abb. 2) über ein modular aufgebautes Servicekonzept verfügt, mit dem er auf die jeweiligen Anforderungen des Anwenders genau eingehen kann. Spezialisten beider Partner treffen sich regelmäßig, um die technischen Details festzulegen. Quartalsweise werden auf Geschäftsleitungsebene beider Unternehmen die Projektfortschritte vorgestellt, die notwendigen Investitionen beschlossen und die Implementierung der Maßnahmen terminiert. An den jährlichen Einsparungen ist der Serviceanbieter beteiligt.
Das Ziel, das sich beide Partner gesetzt haben, sind nachhaltige Einsparungen von 25% der Instandhaltungskosten der betrachteten Pumpenstandorte. Nachdem die Anwendungen mit den höchsten Instandhaltungskosten lokalisiert waren, wurden 15 Reparaturen mit großem Aufwand und einer sehr umfassenden Schadensanalyse in den Werken des Pumpenherstellers unternommen. Dabei ergaben sich folgende Schadensschwerpunkte:
Gruppe 1: Korrosions- und Abrasionsschäden an medienberührten Teilen
Gruppe 2: Verschleißbedingte Schäden
Gruppe 3: Schäden an den Gleitringdichtungen und Stopfbuchspackungen
Bei der Gruppe 1 sind die Medien durch die Prozesse vorgegeben. Hier kann durch die Wahl eines anderen Werkstoffes Abhilfe geschaffen werden. In der Schadensgruppe 2 können Verbesserungen erzielt werden, indem die Betriebspunkte der Pumpen besser an die realen Anlagenverhältnisse angepasst oder durch besser geeignete Aggregate ersetzt werden. Bei Schäden der Gruppe 3 werden in enger Kooperation mit den Gleitringdichtungsherstellern die passenden Dichtungssysteme ermittelt. Die Servicespezialisten leisteten eine regelmäßige Vor-Ort-Beratung in Form von Schadensanalysen und gaben Empfehlungen zur Vorbeugung (Abb. 3).
Beispiel Flash-Kolonne
Die gemeinsame Vorgehensweise wird exemplarisch am Beispiel der Chemie-Normpumpe an der so genannten Flash-Kolonne dargestellt. An dieser Stelle wird der etwa 350 °C heiße Teer durch Düsen gedrückt. Die flüchtigen Bestandteile steigen auf und werden abgezogen. Die schweren Komponenten sinken in der Kolonne nach unten. Diese Pumpen wiesen häufig einen sehr hohen Verschleiß an Laufrädern und Gehäusen auf. Außerdem kam es immer wieder zu Lagerschäden. Die Reparaturkosten allein für diese beiden Pumpen beliefen sich im Jahr 2000 auf 12 500 Euro. Bei genauer Untersuchung der Schadensbilder stellte sich heraus, dass die Ursache für die genannten Schäden in der Fahrweise der Pumpen lag. Diese mussten drei sehr unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Sie dienen der Beschickung der Flashdüsen oder sie fördern das Medium in eine Nebenanlage zur Weiterverarbeitung oder in ein Tanklager zum späteren Abtransport. Während des Flashens müssen die Pumpen gegen einen sehr hohen Gegendruck arbeiten. Das bedeutet einen hohen Betriebsdruck bei einem geringen Fördervolumen. Beim Fördern in die Nachbaranlage und in das Tanklager ist der Gegendruck deutlich niedriger. Die Maschinen arbeiteten hinten auf ihrer Q-H-Kennlinie. Dies führt zu Kavitation und starken Schwingungen. Zusätzlich waren die Wellenabdichtungen durch Trockenlauf beschädigt. Austretendes Medium an der Packung hatte die Kugellager zerstört und den Standort der Pumpen verunreinigt. Als erste Maßnahme wurde im saugseitigen Behälter das Mindestniveau von 35% auf 45% erhöht. Damit wurde der Zulaufdruck erhöht und ein Trockenlauf war nicht mehr möglich. Eine Gleitringdichtung verringerte die auftretende Leckage deutlich. Seit der Umsetzung dieser Maßnahmen kam es zu keinen weiteren Ausfällen und damit verbundenen Reparaturkosten. Aufgrund der gewonnenen Erfahrungen wurde bei einer neuen Parallelanlage zusätzlich eine Drehzahlregelung zur besseren Anpassung des Förderstromes an den tatsächlichen Bedarf und ein Einhalten des Betriebspunktes eingebaut.
Beispiel Produkttanklager
Ein noch krasseres Beispiel für die Kosten, die von den Pumpen verursacht wurden, sind die acht Chemie-Normpumpen eines Produkttanklagers. Die Pumpengehäuse wiesen einen so starken Abrasionsverschleiß auf, dass im Schnitt vier neue pro Jahr beschafft werden mussten. Ihre durchschnittliche Standzeit betrug etwa 6 bis 8 Monate und die Reparaturkosten beliefen sich auf etwa 43 500 Euro per annum. Bei genauer Analyse der Pumpenfahrweise stellte sich auch hier heraus, dass die Maschinen in zwei sehr unterschiedlichen Betriebspunkten laufen mussten. Sie arbeiten als Umwälzpumpen, damit das Produkt homogen bleibt. Bei dieser Aufgabe ist der Gegendruck sehr niedrig. Da mit Hilfe dieser Aggregate aber auch das heiße Medium verladen wird, müssen die Pumpen trotzdem über eine ausreichende Förderhöhe verfügen, um die Rohrwiderstände zu überwinden. Auch hier sind Kavitation und Abrasion eine Folge. Die stark beschädigten Gehäuse kamen zur Begutachtung in das KSB-Werkstoffzentrum nach Pegnitz. Dort wurden sie eingehend untersucht. Überraschenderweise war eine Instandsetzung möglich. Auf Vorschlag der Werkstoffspezialisten wurden die neuen Lauf- und Entlastungsräder aus einem besonders beständigen chrom- und molybdänlegierten Hartguss (Noriloy) hergestellt. Die Spaltringe in den Gehäusen sind jetzt aus einem verschleißfesten Triplex-Stahlguss (Norichrom) gefertigt. Die Instandsetzung und gleichzeitige Ertüchtigung eines Gehäuses macht ungefähr 40% des Neupreises aus, wodurch sich auch ein deutliches Einsparpotenzial ergibt. Die Umbaumaßnahmen haben sich in der Praxis sehr bewährt. Nach über 5000 Betriebsstunden weisen die Aggregate nur einen sehr geringen Verschleiß auf und die Standzeiten liegen, rein rechnerisch, bei über 17 000 Stunden. Nach der Modifizierung aller Pumpen im E-Pech-Tanklager (Abb. 4) sanken die Instandhaltungskosten von 43 000 auf 12 000 Euro.
Beispiel Saturationsanlage
Ein drittes Beispiel für die erfolgreiche Kostenreduzierung waren zwei Pumpen in einer Saturationsanlage. Dort bildeten sich in den Laufrädern nach kurzer Zeit kesselsteinartige, harte Bikarbonate aus und verstopften diese. Um die Anlage einsatzfähig zu halten, wurden die Pumpen mit heißem Dampf wieder gereinigt. Dabei wurden die Wälzlager beschädigt. Die Standzeit einer Pumpe betrug auf diese Weise gerade mal vier bis fünf Wochen. Im Jahr 2000 betrugen die Reparaturkosten für diese beiden Maschinen etwa 12 000 Euro. Testweise wurde eine dieser Maschinen durch eine magnetgekuppelte, kunststoffausgekleidete Prozesspumpe (Abb. 5) ersetzt. Da die Oberfläche der Kunststoffauskleidung sehr glatt ist, haften nur sehr wenige Karbonate an der Oberfläche von Laufrad und Gehäuse an. Diese lassen sich einfach durch regelmäßiges Spülen mit Salzsäure im Rhythmus von etwa 10 Wochen entfernen. Außerdem sorgt eine erhöhte Schluckweite des Laufrades für einen guten Abtransport gröberer Feststoffe. Nach 1000 Betriebsstunden lief die Pumpe völlig problemlos. Bei dem Bau einer neuen Saturationsanlage ist dieser Pumpentyp als Standardmaschine eingeplant und erfolgreich in Betrieb genommen worden.
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