Pumpen sind das Herzstück einer Produktion. Fällt eine Pumpe aus, kann ein ungeplanter Produktionsstillstand Kosten im Millionenbereich pro Tag verursachen. Um auch bei einem Ernstfall einen möglichst hohen Anlagenwirkungsgrad erzielen zu können, haben die Produktionsbetriebe unterschiedliche Strategien entwickelt. Je nach Konzept legen die Unternehmen Ersatzteile oder ganze Redundanzpumpen auf Vorrat ins Lager. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist die Vorratshaltung die teuerste Möglichkeit, weil sie Kapital bindet. Auf der anderen Seite reduziert dieses Konzept die Risiken und sichert die Produktion.
In der Industrie am weitesten verbreitet sind – mit einem Anteil von ca.68 % – die Chemienormpumpen. Da die Pumpenhersteller sich bei den unterschiedlichen Baugrößen an die vorgegebenen Abmessungen der DIN EN ISO 2858 halten, sollte für den Betreiber ein einfacher Austausch möglich sein. Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass ein 1:1-Pumpentausch nicht immer umgesetzt werden kann, da das hydraulische Leistungsvermögen herstellerabhängig ist und es innerhalb der Baugrößen signifikante Abweichungen geben kann.
Einige Betreiber bewerten die Austauschbarkeit einer Pumpe mit dem NPAI (Normpumpen-Austauschbarkeitsindex). Mit diesem Index wird das Verhältnis zwischen QBEP (Bestpunkt des Laufrades) und QISO (Norm-Nennfördermenge) gebildet. Je geringer die Abweichung ist, umso größer ist die geometrische Ähnlichkeit der Kennlinien und umso besser sind die Pumpen untereinander austauschbar.
Entwicklungen in der Antriebstechnik und der Frequenzumrichtertechnik können zukünftig dazu beitragen, Pumpen flexibler einzusetzen und damit Ersatzteillager zu reduzieren, sie energieeffizienter zu betreiben und eine bessere Produktionssicherheit zu gewährleisten. Frequenzgeregelte Pumpen wie die Baureihe MKP von CP Pumpen können über Baugrößen hinweg flexibel eingesetzt werden und damit die Ersatzbevorratung reduzieren. Das folgende Einsatzbeispiel zeigt Möglichkeiten und Vorteile der mobilen Pumpen auf.
Im Einsatz bewährt
Ein Betreiber, Kunde der Firma CP Pumpen, wünschte sich eine Pumpe, die bei einer Havarie verschiedene, bereits installierte Chemienormpumpen schnell ersetzen könnte. Das Ziel im konkreten Beispiel war es, bei einem Pumpenstillstand die defekte Pumpe zu entnehmen und mithilfe einer mobilen, flexiblen Pumpe die Produktion wieder aufzunehmen. Der Betrieb kann somit die Produktion aufrechterhalten und die ausgefallene Pumpe in einer Fachwerkstatt reparieren lassen.
Die Anforderungen an die Pumpe waren in diesem Fall:
- Zone 1, Temperaturklasse T3 (200 °C)
- Maximale Temperatur des Mediums im Produktionsbetrieb bis zu 140 °C
- Dichte zwischen 820 und 930 kg/m3
- Viskosität im normalen Betrieb wasserähnlich
- Für den Pumpenausfall gilt: Temperatur zwischen 50 und 70 °C, Medium nicht giftig, Viskosität 20 bis 90 mm2/s
- Vorhandene Pumpen und Betriebspunkte listet die Tabelle auf
Um einen sicheren Betrieb in der Ex-Zone – Zone 1, Temperaturklasse T3 (200 °C) – zu gewährleisten, wünschte der Kunde eine Einheit, die er vor Ort betreiben kann, ohne sie in ein übergeordnetes Leitsystem einbinden zu müssen. Die Chemiefabrik entschied sich für eine normalsaugende, magnetgekuppelte MKP-Chemieprozesspumpe in folgender Ausführung:
- Gehäusematerial 1.4581
- Spalttopf Hastelloy C4
- Spalttopftemperaturüberwachung
- Flüssigkeitsstandgrenzschalter (saugseitig) bis 200 °C
- Coriolis-Durchflussmessung bis 200 °C und Viskositäten von 1 bis 1000 cP
- Manometer saug- und druckseitig 0 bis 10 bar absolut
Die mobilen Pumpen deckt bei einer Havarie eine der installierten Chemieprozesspumpen zu 100 % ab (Tabelle) und kann somit alle Betriebspunkte mit ihren unterschiedlichen Dichten und Viskositäten realisieren. Die Limitierung der mobilen Pumpe ergibt sich durch den verwendeten Motor und die benötigte Leistungsaufnahme am Betriebspunkt. Ebenfalls beachten muss man eine Motorreserve in der Ex-Zone (Safety Factor), die in Abhängigkeit von der Motorgröße bis zu 20 % betragen kann. Auf der Saugseite der Pumpe befindet sich ein Grenzschalter. Dieser hat die Aufgabe, einen möglichen Strömungsabriss zu detektieren und die Pumpe rechtzeitig abzuschalten. Damit wird sichergestellt, dass die Pumpe nicht trocken läuft und weder die Pumpe noch der Spalttopf eine kritische Temperatur erreichen, die gerade in der explosionsgefährdeten Umgebung vermieden werden muss.
Mit Temperaturüberwachung
Die mobile Kreiselpumpe wurde mit einem metallischen Spalttopf aus Hastelloy C4 ausgerüstet. Dieser ermöglicht es, einen Temperaturfühler atmosphärenseitig anzubringen. Beim Betrieb einer Magnetkupplungspumpe mit metallischem Spalttopf werden Wirbelströme induziert, die zu einer Erwärmung des Spalttopfes im Bereich der Magneten führen. Bei normalem Betrieb der Pumpe wird diese Wärmeenergie durch die Förderflüssigkeit in der Pumpe abgeleitet, sodass der Temperaturanstieg an der Spalttopfoberfläche sehr gering ist. Trotzdem tritt am Spalttopf die höchste Oberflächentemperatur der Pumpe auf.
Bei unzulässigen Betriebszuständen, beispielsweise beim Betrieb gegen einen geschlossenen Schieber, bei Trockenlauf oder einem Magnetkupplungsabriss fällt der kühlende Förderflüssigkeitsstrom aus. In der Folge kommt es zu einem raschen Temperaturanstieg an der Spalttopfoberfläche. Diese kann mit dem Thermoelement gemessen werden. Mithilfe geeigneter Geräte kann dann ein Alarm ausgelöst oder die Pumpe abgeschaltet werden. Durch das rechtzeitige Abschalten der Pumpe können Folgeschäden vermieden werden. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Oberflächentemperatur der Pumpe und insbesondere des Spalttopfes unkontrolliert ansteigt und in explosionsgefährdeten Zonen zu einer potenziellen Zündquelle wird.
Durchflussmesser unterstützt vor Ort
Im skizzierten Fall entschied sich der Betreiber für ein Coriolis-Durchflussmesssystem. Ausschlaggebende Punkte waren die möglichen hohen Temperaturen und die unterschiedlichen Viskositäten, die im Produktionsprozess anfallen können. Die Durchflussmessung kann unter drei Aspekten bei der mobilen Einheit von Vorteil sein:
- Damit kann der Bediener vor Ort Chargen nach Volumina umpumpen, da er eine visuelle Kontrolle hat und die Pumpe mittels Bedienteil steuern und abstellen kann.
- Der Bediener hat vor Ort eine visuelle Kontrolle, die anzeigt, ob die Pumpe möglicherweise gegen einen geschlossenen Schieber fährt.
- Der Betrieb innerhalb der Kennlinie erfolgt sachgerecht. Durch die visuelle Kontrolle kann der Betreiber vor Ort sicherstellen, dass die Pumpe bei verschiedenen Frequenzen immer in ihrem zulässigen Kennfeld arbeitet.
Mobile Pumpen bieten viele Vorteile
Die moderne Antriebstechnik wirft die Frage auf, ob es weiterhin so viele Chemienormpumpen-Baugrößen geben muss oder ob es möglich sein wird, mehrere heute existierende Kennfelder künftig mit wenigen Pumpenbaugrößen und Frequenzregelung abzudecken.
Die Frequenzregelung bietet dabei den Betreibern von Retrofit-Projekten und ortsbeweglichen Prozesspumpen in explosionsgeschützten Zonen viele Vorteile. Bei Neuanlagen lassen sich eine Frequenzregelung und die entsprechenden Pumpen im Vorfeld einplanen. In Bestandsbetrieben ist es aus Platzgründen sehr teuer, nachträglich Schaltschränke einzubauen. Es gibt aber die Möglichkeit, Pumpen bis zu einer Motorleistung von 30 oder 11 kW (Ex-Zone) mit einem aufgesetzten Frequenzumrichter nachzurüsten. Diese Pumpen sind durch diverse Anbindungen (Feldbus usw.) ohne Probleme in ein übergeordnetes Leitsystem zu integrieren und durch eine Leitwarte zu steuern und zu regeln. Dadurch ergeben sich nicht nur Einsparungen auf der Materialseite und bei der Lagerwirtschaft, sondern auch beim Energieverbrauch und den CO2-Emissionen. Produzierende Betriebe können so aktiv zum Umweltschutz beitragen.
Gemäß Bundesumweltamt verbrauchen Industrie und Gewerbe, Handel und Dienstleistungen ca. 70 % des gesamten Stroms in Deutschland. Der Anteil der Industrie liegt bei fast 45 %. Einsparpotenziale ergeben sich für elektrische Antriebe, da diese fast 40 % des gesamten Stroms in Deutschland verbrauchen und ca. 80 % davon in Industrie und Gewerbe. Allein durch den Einsatz energieeffizienter Pumpen lassen sich hier bis zu 5 Mrd. kWh Energie eingesparen.
Suchwort: cav0518cp-pumpen
Halle 8.0, Stand F28
Autor: René Grywnow
Geschäftsführer,
CP Pumpen
Im Überblick: Die Konfigurationsmöglichkeiten
Die mobilen MKP-Pumpen werden vielen Anforderungen gerecht. Sie sind normal- oder selbstansaugend für Ex-und Nicht-Ex-Bereiche und auch im Hygienic Design erhältlich. Die Werkstoffpalette umfasst Edelstähle, Uranus B6, Hastelloy B oder C, Reinnickel oder Titan und, nichtmetallisch, PFA. Für den Spalttopf stehen Edelstahl, Hastelloy C, oder Titan zur Auswahl. Ebenso sind wirbelstromfreie Spalttöpfe aus Keramik, Hochleistungskunststoffen oder Ausführungen aus PTFE, PVDF oder Alloy 600 möglich. Die Gleitlagerung kann in Silizium- oder Wolframcarbid ausgelegt werden.
Der Motor wird wahlweise ohne oder mit Frequenzumrichter angeboten, für den Ex-Bereich bis 11 kW und ansonsten bis 30 kW. Diverse Überwachungsmöglichkeiten wie Temperatur am Spalttopf, Trockenlauf, Druck oder Antrieb sowie die Durchflussmessung vervollständigen die Auslegung.
