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Arbeitstiere sicher betreiben

Sicherheit bei Kreiselpumpen erfordert den Blick fürs Ganze
Arbeitstiere sicher betreiben

Kreiselpumpen fördern Säuren, Laugen, Lösemittel und vieles mehr. Aber damit tragen sie auch die Risiken, die mit diesen aggressiven Flüssigkeiten einhergehen. Welche Aspekte bei der Auslegung von Kreiselpumpen eine wichtige Rolle spielen und welchen unterschiedlichsten Sicherheitsanforderungen Pumpen in modernen Produktionsanlagen gerecht werden müssen, zeigt der nachfolgende Artikel.

Der Autor: Frank Pauly Vertriebsleiter D A CH, Friatec – Division Rheinhütte Pumpen

Kreiselpumpen stellen in verfahrenstechnischen Anlagen die größte Gruppe der Maschinen. Sie sind besonders starken Belastungen ausgesetzt: Nicht nur thermische, korrosive und abrasive Einflüsse wirken auf sie ein. Sie sind darüber hinaus besonders starken Belastungen durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten und mechanischen Kräften ausgesetzt. Dies gilt für die Förderung vergleichsweise harmloser Medien wie Brauch- und Abwasser, vor allem aber für Chemiepumpen, die diffizile Flüssigkeiten wie Schwefelwasserstoff, Säuren, Basen und Lösemittel fördern.
Weltweit gestiegene Anforderungen an den Arbeits- und Umweltschutz haben das Angebot an technisch ausgereiften Sicherheitslösungen in den vergangenen Jahrzehnten stark beeinflusst. Gesetzgeber haben vielerorts Rahmenbedingungen geschaffen, die Betreiber wie Hersteller von Anlagen und Komponenten zu höchster Sorgfalt veranlassen.
Zu Recht stellen sich die folgenden Fragen: Gibt es wirklich die beste Lösung? Ist das Thema der Abdichtung allein bestimmend für die Sicherheit? Letztlich gilt für alle Produktionsanlagen weltweit auch der Grundsatz der Ökonomie, deshalb ist eine weitere Frage naheliegend: Sind sichere Kreiselpumpen überhaupt bezahlbar?
Eins ist allerdings sicher: In der komplexen Welt der chemischen Prozesstechnik gibt es keine Universallösung, die sämtliche Belange industrieller Anwendungen gleichermaßen gut erfüllen kann. Die hier andiskutierten Themenfelder und Betrachtungsweisen sollen jedoch als Ansatz für eine systematische Auseinandersetzung mit der Sicherheitsthematik dienen.
Bei dem Wiesbadener Pumpenhersteller Friatec – Division Rheinhütte Pumpen spielen in der Praxis eine ganze Reihe Aspekte eine wesentliche Rolle. Erst wenn alle Betriebseigenschaften und -parameter bekannt sind, beginnt die Gefahrenanalyse und somit der Auslegungsprozess. Um Kreiselpumpen langfristig, ökonomisch – vor allem aber sicher – betreiben zu können, ist für das Unternehmen die Auswahl der dafür geeigneten Werkstoffe, Bauformen, Dichtungskonzepte und Überwachungseinrichtungen von überragender Bedeutung. So trivial diese Aufzählung auch erscheinen mag, so weiß man aus der täglichen Praxis, wie schnell sich Fehler in jedem einzelnen dieser Punkte in die Anlagenkonzepte der Planer und Betreiber einschleichen können. Fehler, die nicht nur zum teuren Ärgernis, sondern letztlich auch zu einem ernst zu nehmenden Sicherheitsrisiko werden können.
Die Auswahl von Werkstoff und Bauform zählt mitunter zu den schwierigsten Aufgaben. Physikalische und chemische Eigenschaften der zu fördernden Medien, Betriebsparameter und Umgebungsbedingungen limitieren in anspruchsvollen World-Scale-Anlagen nicht selten die Auswahl von Produkten und fordern die Kreativität der Anlagendesigner.
Während Basisparameter wie Durchfluss (Q), Förderhöhe (H), Dichte (r), Viskosität (h) und Feststoffgehalt naturgemäß die Laufradform einer Kreiselpumpe im Wesentlichen bestimmen, ist die Einbausituation der Pumpen im Hinblick auf deren spätere Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit dem Anlagenkonzept überlassen. So macht es beispielsweise bei der Gefahreneinschätzung der Wellenabdichtung einen wesentlichen Unterschied, ob die Kreiselpumpe unterhalb eines Tanks steht oder als vertikale Pumpe als Teil des Tanks gesehen werden muss.
Auswahl des Pumpenwerkstoffes
Bei der Auswahl des Pumpenwerkstoffes stehen viele Materialien wie Kunststoffe, Metalle, Keramiken oder Kunststoffauskleidungen zur Auswahl. Die relevanten Auswahlkriterien sind hier nicht nur Korrosionsverhalten und Temperatureinsatzgrenzen, sondern auch Härte- und Verschleißbeständigkeit. Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Widerstand sind für die Anlagensicherheit ebenfalls von hoher Bedeutung. So können in explosionsgefährdeten Bereichen spezielle leitfähige Kunststoffe eingesetzt werden, die sicherstellen, dass keine statischen Aufladungen zur Funkenbildung führen, sofern die Pumpe geerdet ist.
Die einzelnen Werkstoffe weisen sehr unterschiedliche Eigenschaften auf, sodass ihre Auswahl in Abhängigkeit von der Materialbeanspruchung durch den spezifischen Einsatzfall zu treffen ist. Im Vordergrund stehen dabei die Beständigkeit gegenüber dem Fördermedium sowie der Einfluss der Anlagen- und Pumpenparameter.
Bei dem Wiesbadener Pumpenhersteller wird die Sicherheit hinsichtlich des Werkstoffes durch eine Vollpanzerung erhöht. So werden beispielsweise Kunststoffe, die durch UV-Strahlung spröde werden, durch diese Maßnahme wirkungsvoll geschützt. Bei brüchigen oder weichen Werkstoffen wie Keramik und einigen metallischen Werkstoffen wiederum lässt sich die Druckstoßfestigkeit der Kreiselpumpe durch eine Vollpanzerung verbessern.
Verschiedene Dichtungskonzepte
Es ist unbestritten, dass neben der Bedeutung des Pumpenwerkstoffes auch die Auswahl einer zweckmäßigen und zuverlässigen Wellenabdichtung für einen langen und wirtschaftlichen Lebenszyklus wichtig ist. Eine Universallösung gibt es hier nicht: Ob hydrodynamische Abdichtung, Gleitringdichtung oder sogar Magnetantrieb – jedes dieser Wellenabdichtungskonzepte hat seine besonderen Eigenschaften, die sich entsprechend auf die Anlagensicherheit auswirken. Eine sichere Lösung erfordert hier den Blick fürs Ganze.
Wichtige Auswahlkriterien sind Leckagerate, Wartungsfreundlichkeit, Ausfallwahrscheinlichkeit, Materialbeständigkeit der Abdichtung und Überwachungsmöglichkeiten. Weitere Vor- und Nachteile sind abzuwägen: Stoffbuchspackungen und Gleitringdichtungen zählen zu den Verschleißteilen von Kreiselpumpen, diese müssen gewartet und von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Dagegen arbeitet die hydrodynamische Wellenabdichtung berührungslos und ohne Verschleißteile. Beim Betrieb der Pumpe stellt sich im Bereich des Entlastungsrades ein Flüssigkeitsring ein, der den Pumpeninnenraum von der Atmosphäre trennt. Wenn die Kreiselpumpe konstant und vorschriftsmäßig betrieben wird, erfordert sie keinerlei Wartung und die Ausfallwahrscheinlichkeit ist sehr gering. So werden Feststoffe im Fördermedium durch diesen Entlastungseffekt von der Wellendurchführung ferngehalten.
Spezialdichtungen im Fokus
Wenn beispielsweise eine Gleitringdichtung für bestimmte Anwendungen vorgesehen wird, ist die richtige Auslegung der Dichtung bestimmend für die Anlagensicherheit und -verfügbarkeit sowie für den Umweltschutz. Die riesige Auswahl lässt sich folgendermaßen kategorisieren:
  • einzel- oder doppeltwirkende Gleitringdichtungen
  • Normdichtungen oder Cartridge-Einheiten
  • Gleitringdichtungen mit oder ohne Sperrflüssigkeit
  • druckbeaufschlagte oder drucklose Gleitringdichtungen
Welche Gleitringdichtung letztendlich einzusetzen ist, hängt von den gesamten Anlagen- und Prozesseigenschaften ab. Grundsätzlich gilt: Je komplexer eine Gleitringdichtung ist, desto höher ist ihr Installations- und Wartungsaufwand. Beim Einsatz doppeltwirkender Gleitringdichtungen muss eine störungsfreie Versorgung mit Sperrflüssigkeit gewährleistet sein. Letztere dient als Schmiermittel für die Dichtflächen und als Barriere zwischen Medium und Umwelt.
Magnetgekuppelte Pumpen zeichnen sich dadurch aus, dass Antrieb und Laufrad hermetisch voneinander getrennt sind. Die Antriebsleistung wird dabei durch Magnete berührungsfrei übertragen. Insbesondere beim Umgang mit hochaggressiven und gefährlichen Stoffen sehen die Fachleute im Einsatz der hermetisch abgedichteten Magnetkupplungspumpe große Vorteile.
Zum einen trennt sie zuverlässig den Produkt-raum von der Umwelt ab, sodass die Gefahr eines Fördermediumaustritts ausgeschlossen werden kann und die Umwelt nicht mit umweltschädlichen Medien verunreinigt wird. Zum anderen ist diese Spezialpumpe sehr wirtschaftlich, denn durch den verschleißfreien Betrieb der Magnetkupplungseinheit ergeben sich nur geringe Wartungskosten.
Überwachungseinrichtungen
Kaum ein Pumpenthema wird so viel und so kontrovers diskutiert wie das der Pumpenüberwachung. Dabei sind die Hintergründe und die Motivationslage für eine Überwachung sehr unterschiedlich. Ein wesentlicher Grund resultiert aus den Anforderungen des Explosionsschutzes, die in den unterschiedlichen länderspezifischen Normen geregelt sind. Typische Überwachungseinrichtungen sind Füllstandgrenzschalter, Belastungswächter, Temperaturüberwachungsgeräte, Manometer, Durchflussmesser, Schwingungsmesser und komplexe Monitoringsysteme.
Trotz aller technischen Vorrichtungen, die die Betriebssicherheit unterstützen, darf niemals der Faktor Mensch vergessen werden. Erst regelmäßige Kontrollen und Serviceeinsätze stellen sicher, dass Pumpensysteme sicher sind. Wartungsfreundliche und zeitgemäße Pumpendesigns sorgen ebenfalls dafür, dass Schäden an einer Pumpe minimiert werden und somit auch die Betriebssicherheit erhöht wird.
Kommt es dennoch zu einem Schaden, sollte dieser möglichst unkompliziert und schnell behoben werden können. Um hierbei Fehler auszuschließen, sind in modernen Pumpenkonstruktionen viele symmetrische und damit verwechslungssichere Bauteile zu finden.
Investition in die Zukunft
Sicherheit erscheint im Vorfeld teuer, da oft komplexere Technologien eingesetzt werden. Die Erfahrung zeigt allerdings, dass sich der Kapitaleinsatz zu Beginn in der Gesamtbetrachtung lohnt (Life Cycle Costs). Grund dafür ist, dass sich eine teurere Pumpe dann amortisiert, wenn keine Schäden auftreten bzw. diese weniger gewartet werden muss als eine günstigere Pumpe. Deswegen muss eine höhere Sicherheit nicht zwangsläufig zu höheren Kosten führen.
Maßnahmen zur Kostensenkung betreffen vor allem das Thema Standardisierung: Gleiche Pumpentypen und -größen, gleiche Dichtungskonzepte, zentrale Überwachungssysteme, saubere Lagerbestandhaltung und Mitarbeitertraining.
Erfahrene Kreiselpumpenspezialisten betrachten und berücksichtigen bei der Auslegung des Produktes alle Aspekte der Anlagen und Prozesse. Nur so kann eine optimale Lösung gefunden werden, die die Anlagensicherheit von Anfang an gewährleistet, das Ausfallrisiko und damit auch die Gesamtkosten minimiert.
Online-Info: www.cav.de/0611433
…die Fachleute sind davon überzeugt, dass es nur durch eine kontinuierliche Anpassung der Werkstoffe an die Anlagenanforderungen möglich ist, technisch und wirtschaftlich optimierte Lösungen für die jeweiligen Pumpenanwendungen anbieten zu können und dabei die Sicherheit in den Vordergrund zu stellen.
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