Exzenterschneckenpumpen (Progressive Cavity Pumps) sind Verdrängerpumpen und fördern schonend mit minimaler Scherung und Verwirbelung. Sie eignen sich für Medien mit höchster Viskosität und höchstem Feststoffgehalt, auch abrasiv oder mit großen Partikeln. Die Pumpen erzeugen einen hohen Förderdruck von 48 bar und mehr und können mit geringem NPSH ebenso umgehen wie mit Multiphasen-Gemischen. Aufgrund ihrer linearen Kennlinie und der geringen Pulsation eignen sich Exzenterschneckenpumpen auch für Dosieraufgaben. Da Exzenterschneckenpumpen ursprünglich aus der Abwasserbehandlung stammen, wurden sie für diesen Markt in Konstruktion und Produktion optimiert. Prinzipiell lassen sie sich auch in Anwendungen der Petrochemie einsetzen. Das Problem: Dort sind die Ansprüche an die Pumpen deutlich höher. Zudem basiert die Petrochemie auf US-Normen, während die meisten Hersteller von Exzenterschneckenpumpen in Europa sitzen. Daher müssen die Hersteller ihre Standardpumpen meist aufwendig für den Einsatz in der Petrochemie anpassen, was Preis und Lieferzeit dramatisch erhöht.
Problemzonen bei EZP
Vor allem zwei Punkte geben dabei Anlass zu den meisten Diskussionen und Sonderkonstruktionen: das Gehäuse und die Wellendichtung. Denn typische EZP-Gussgehäuse erfüllen nicht die Anforderungen des API-Standards:
- Designdruck 16 bar, entsprechend der ASME-Flanschklassen oder für höhere Druckfestigkeit im Störfall
- Betriebsdruck 12 bar sofern die Pumpe im Uhrzeigersinn dreht
- Saug- und Druckseite für den gleichen Designdruck ausgelegt
[API 676 § 6.3.3.2] - Volle ASME-Konformität der Flansche
[§ 6.6] - Flanschlasten gemäß API [§ 6.7.1] oder höher
- Geflanschter Entleerstutzen [§ 6.4.2]
- Korrosionsbeständigkeit jenseits von 1.4408/CF8M-Edelstahlguss
- Norsok-Qualifizierung
Hier ist eine auftragsbezogene Schweißkonstruktion die Regel, mit dem damit verbundenen hohen Aufwand für Planung, Genehmigung, Produktion, zerstörungsfreie Prüfung und Inspektion sowie Dokumentation.
Exzenterschneckenpumpen haben einen Rotor mit kardanischen Gelenken, um die exzentrische Bewegung zu ermöglichen. Die Montage eines solchen Rotors ist nicht mit der Bauweise einer klassischen API 682-Dichtung vereinbar. Bestenfalls eine stark modifizierte Dichtung im Geist der API 682 ist möglich. EZP-Hersteller verwenden stattdessen bevorzugt normale Patronendichtungen, die auf die maßlichen Einschränkungen der EZP zugeschnitten sind.
Konstruktive Abweichungen
Weitere Abweichungen ergeben sich aus dem Funktionsprinzip der EZP selbst und sind unvermeidlich: So basiert das Prinzip der Exzenterschneckenpumpe auf einer permanenten Berührung, einer Klemmung zwischen einem Stahlrotor und einem Elastomerstator. Das Elastomer kann nicht mit derselben Präzision hergestellt werden wie Stahl und gibt zudem unter Druck nach. Daraus resultiert eine Toleranz des Förderstroms jenseits der API-Grenzen [§ 8.6.3] von +3/-0 % der Nennleistung. Eine EZP hat ein typisches Toleranzband von +10/-5 %, bei kleinen Baugrößen und höheren Drücken auch mehr. Weiterhin macht die ständige Berührung den Stator zu einem Verschleißteil, das in regelmäßigen Abständen getauscht werden muss, wobei das Intervall natürlich abhängig von der Anwendung und kaum vorhersehbar ist. Einen pausenlosen Betrieb über drei Jahre, wie es in § 6.1 gefordert wird, kann daher keine Exzenterschneckenpumpe garantieren.
Aufgrund der exzentrischen Kinematik des Rotors ist die Schwingung einer EZP stets stärker als die anderer API 676-Pumpen mit konzentrischer Rotation. Sie liegt oft jenseits der Grenze von 3,8 mm/s [§ 6.11]. Dies ist jedoch bauartbedingt und kein Anzeichen einer Störung. Allerdings sind Schwingungen der limitierende Faktor bei vertikalen Eintauchpumpen, deren Wellen mehrere Meter lang sein können.
Vorteile von EZP
Exzenterschneckenpumpen arbeiten mit geringen Drehzahlen von 100 bis 300 min-1, das entspricht in etwa 10 bis 20 % einer Kreispumpe. Es besteht daher keine Notwendigkeit für Wuchtung oder eine genaue Ausrichtung und auch die Grundplatten benötigen keine blank gefrästen Montageflächen und Nivellierschrauben. Die Wälzlager einer EZP sind fettgeschmiert, typischerweise lebensdauergeschmiert. Öl-Schmiersysteme mit Überwachung und Kühlung werden daher nicht benötigt.
Gebräuchlich bei Exzenterschneckenpumpen ist die Block-Bauweise, wobei der Rotor direkt auf dem Wellenzapfen des Getriebes montiert ist. Damit entfällt eine gesonderte Wellenlagerung und ebenfalls eine Kupplung. Die Wellendichtung erzeugt kaum Reibungswärme und benötigt selten eine Kühlung. Spülpläne können daher vereinfacht ohne Kühler ausgeführt werden.
Bezug zu anderen US-Standards
Es gibt in der API 676 einige Verweise zu anderen US-Standards, beispielsweise bei Getriebe und Lager sowie beim Schweißen, die nicht zu erfüllen sind. So referenziert die API 676 die AGMA- und ABMA-Standards (American Gear Manufacturers Association und American Bearing Manufacturers Association) und fordert von den Getrieben Konformität zu AGMA 6010 oder sogar API 677. Jedoch werden außerhalb von Amerika die AGMA- und ABMA-Standards nicht verwendet, da europäische Getriebehersteller nach DIN 3990 oder ISO 6336 konstruieren und kalkulieren. Getriebe nach API 677 sind aber für Leistung und Antriebskonfiguration von EZP generell nicht verfügbar.
Für das Schweißen tragender Strukturen verlangt API 676 die Verwendung der AWS D1.1 (American Welding Society). Auch dieser Standard ist in Europa so gut wie unbekannt und kaum verfügbar. Tragende Teile werden bevorzugt nach ISO geschweißt.
Suchwort: cavPC218seepex
Autor: Matthias Liesenhoff
Senior Project Engineer
Engineered Solutions,
Seepex
Exzenterschneckenpumpe: API 676-konform
Die Öl- und Gasindustrie setzt Exzenterschneckenpumpen gern dort ein, wo Schlämme oder Öl-Wasser-Gemische zu fördern sind oder wo leichte Kohlenwasserstoffe den Dampfdruck so erhöhen, dass andere Pumpentypen kavitieren. Um Projektingenieuren die Arbeit zu erleichtern und Einkäufern attraktive Lieferzeiten zu bieten, hat Seepex eine Baureihe horizontaler EZP geschaffen, die auf Basis der API 676 konstruiert ist. Sie eliminiert die Problemzonen bei Gehäuse und Wellendichtung und vermeidet jegliches Schweißen. Die Exzenterschneckenpumpen der Baureihe BNA zeichnen sich durch ein robustes Edelstahl-Gussgehäuse mit 50 bar Druckfestigkeit aus. Sie nutzen Gleitringdichtungen nach API 682 ohne Kompromisse. Werkstoffe für hochkorrosiven Einsatz und raue Umgebungen sind Standard. Die Pumpen besitzen die Flanschklasse 300, geflanschte Entleerungsleitung als Standard sowie eine hohe Flanschlast für sorglose Rohrleitungsplanung.
Die horizontale Exzenterschneckenpumpe der Baureihe BNA von Seepex ist auf Basis der API 676 konstruiertBild: Seepex
