Der Pumpe den Puls fühlen

Aktuelle Konzepte zur Pumpenüberwachung

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25.11.2009 Die flächendeckende Zustandsüberwachung von Prozesspumpen ist seit einigen Jahren eine Vision – und aus Sicht mancher Beobachter sogar Utopie. Denn: Die technischen und organisatorischen Schwierigkeiten sind groß. Doch das Fernziel, redundante Pumpen einsparen zu können, hat nichts an Attraktivität eingebüßt. Zur Achema war zu sehen, dass sich Hersteller inzwischen auf breiter Front Gedanken darüber machen, wie die Pumpe zum „intelligenten Aktor“ werden kann.

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Die Überwachung von Pumpen ist seit Jahren ein heißes Eisen: Einerseits steigen die Sicherheitsanforderungen, andererseits wird die Personaldecke in den Betrieben immer dünner. Und häufig verrichten Pumpen an solchen Stellen ihren Dienst, an denen sie nur selten in das Blickfeld des Betriebspersonals geraten. Dennoch konnte sich von der Vielzahl der in den vergangenen Jahren für Pumpen entwickelten Überwachungssysteme noch keines wirklich in der Breite durchsetzen. Die Gründe dafür sind vielschichtig: Sie beginnen beim Preis, der aus Sicht der Betreiber lediglich 10 bis 20% der Anschaffungskosten einer Pumpe betragen darf. Dazu kommt, dass die bislang verfügbaren Systeme in der Regel Insellösungen sind, die nicht oder nur unzureichend in die Automatisierungs- und Überwachungssysteme der Anlagen eingebunden werden können. Außerdem zweifelt der eine oder andere Betreiber am Nutzen: „Mit einem Sensor kann man Fehlbedienung zwar detektieren, aber nicht verhindern“, erklärte beispielsweise Stefan Bumb, Senior Mechanical Engineer im Zentralen Anlagenbau der BASF im CT-Trendbericht in CT 12/07. Und Benedikt Dieriks, Leiter Pumpeninstandsetzung und mechanische Antriebe bei Infracor, konkretisiert: „Wenn ein System Alarme ausgibt, die nicht eindeutigen Ursachen zugeordnet werden können oder erst dann alarmieren, wenn es sowieso zu spät ist, bringt das wenig.“

Die Chemie- und Kunststoffindustrie setzt deshalb auf die Philosophie der redundanten Pumpe. Doch Redundanz hat ihren Preis: Die Chemieindustrie in Deutschland, so Schätzungen des VCI, könnte durch den Verzicht auf redundante Pumpen allein an Investitionskosten jährlich 500 Mio. Euro sparen. Um auf Ersatzpumpen verzichten zu können, müssen die Diagnosesysteme vor allem zwei wesentliche Voraussetzungen erfüllen: Sie müssen Auskunft über die Restlaufzeit einer Pumpe geben (siehe Kasten „Forschungsprojekt ReMain“) und zuverlässige Alarme liefern. An letzteren hapert es heute noch häufig. Durch Fehlalarme, die zu einer Abschaltung führen, sinkt bei fehlender Redundanz die Verfügbarkeit der Anlage. Aber: Allein wenn jeder vierte Pumpenausfall durch den Einsatz von Überwachungssystemen vermieden werden könnte, würde dies für ein größeres Chemiewerk Einsparungen in Millionenhöhe bedeuten – Produktionsausfälle gar nicht eingerechnet.

Komplexe Analysen für weniger Geld

Verbesserungen und sinkende Preise für Sensoren und Datenverarbeitung erlauben es heute, verschiedene Betriebsgrößen umfassend zu beobachten. Außerdem wird es durch den Einsatz solcher Systeme möglich, Fehler und Schadensursachen zu diagnostizieren. „Mittlerweile kippt die Haltung der Betreiber von zurückhaltendem Abwarten hin zu steigendem Interesse“, berichtet Gregor Kleining, Entwicklungsleiter bei Richter Chemie-Technik.

Auch andere Hersteller sehen das Potenzial: Zur Achema wurden zahlreiche Entwicklungen vorgestellt: Sterling Sihi hat einen Sensor (Sihi detect) entwickelt, der den Betriebszustand einer Pumpe permanent anhand der Pumpenschwingungen überwacht. Das Gerät erkennt laut Hersteller gleichzeitig Kavitation, Lager-, Laufrad- und Kupplungsverschleiß, Magnetkupplungsabriss, Fehlausrichtung und Rohrleitungsverspannungen. Der Sensor wird per M8-Schraube oder Klebeadapter an unterschiedliche Pumpenarten angeschlossen und überträgt seine Daten via 4…20mA-Signal an die Prozessleittechnik. Die Diagnoseinformationen können laut Hersteller ohne Expertenwissen genutzt werden (siehe Artikel „Den Zustand erkennen“ in CT 5/09).
Allweiler hat für die Überwachung seiner neuen Pumpen bzw. für die Nachrüstung die Allready-Box vorgestellt, ein elektronisches Modul, das den Betriebszustand permanent überwacht. Ein Sensor detektiert den Flüssigkeitsspiegel in einem Leckagetopf unterhalb der Wellendichtung, ein zweiter misst die Temperatur am Lagerträger. Zwei einstellbare Grenzwerte ermöglichen abgestufte Alarme bis hin zur automatischen Abschaltung. Speziell für seine Schraubenspindelpumpen hat der Hersteller ein optoelektronisches Überwachungsmodul mit der bezeichnung Allseal entwickelt, das beginnenden Verschleiß von Gleitringdichtungen anhand von Leckagen erkennen soll.
Der CR-Monitor von Grundfos dient der Störungsfrüherkennung. Ausgehend vom Ist-Zustand bei der Neuinstallation werden Abweichungen von der ursprünglichen Effizienz eines Pumpensystems erkannt. Dabei kommen verschiedene Sensoren zur Überwachung von Temperaturen, Druck, Förderstrom und Energieaufnahme zum Einsatz. Ein Schaltschrank enthält Bedienfeld, Schaltschütze, Controller, Sensoren und I/O-Module. Das System erfüllt die Anforderungen des VDMA-Pumpenprofils für standardisierten Datenaustausch und arbeitet mit drei Ampel-Zustandssymbolen. Der Monitor liefert laut Hersteller eine konkrete Fehlerauswertung.
Auf den Schutz vor Trockenlauf ist dagegen das System Pro Pump von ASV Stübbe ausgerichtet. Ein piezo-resistiver Si-Chip ermittelt Druck und Mediumstemperatur im Rohrleitungssystem und registriert Abweichungen. Die Ausgabe erfolgt via LC-Display und zwei einstellbaren Stromausgängen für Druck und Temperatur. Daneben hat das Gerät vier programmierbare Relaisausgänge.
KSB hat gemeinsam mit dem Joint-Venture-Partner Nikkiso eine Überwachungseinheit (E-Monitor) für Spaltrohrmotoren vorgestellt. Diese registriert kontinuierlich die axiale und radiale Position des Rotors und stellt dadurch fest, wie sich der Zustand der Gleitlager entwickelt. Außerdem werden Strom und Drehrichtung überwacht. Das ausgewertete Signal wird vor Ort mit drei LEDs in Ampelfarben angezeigt. Ausgänge für Spannung (0…5 VDC) und Strom (4…20 mA) können zur Signalübertragung genutzt werden.
Für die Überwachung des Zustands seiner Magnetkupplungspumpe MNK hat Richter das System Saferun entwickelt. Dieses erfasst kontinuierlich das Drehmoment an der Magnetkupplung und vergleicht den gemessenen Wert mit Referenzwerten. Über- bzw. Unterschreitungen werden von farbigen LEDs im Gehäusedeckel angezeigt und im Speicher geloggt. „Wir wollen mit dem System weg von der reinen Schwingungsüberwachung, da diese für kunststoffausgekleidete Pumpen nicht so aussagekräftig ist“, erläutert Entwicklungsleiter Gregor Kleining. Via 4…20-mA-Signal mit Hart-Protokoll können zusätzliche Informationen an ein übergeordnetes Leitsystem übergeben werden. Noch Zukunftsmusik ist eine Lösung, bei der mehrere Pumpen eine Hart-Signalleitung gemeinsam nutzen. Neben dem Drehmoment gibt das System Auskunft über Drehzahl und -richtung, Trockenlauf, Leistungsaufnahme, Mediumstemperatur, Pumpenstillstand, Kupplungsabriss und Betriebsstunden.
Wernert-Pumpen stattet seine Monsun-Baureihe nun optional mit einem Temperatursensor aus, der den Temperaturanstieg am SiC-Gleitlager erfasst. „Dadurch wird eine direkte physikalische Störgröße zum Schutz der Pumpe herangezogen. Der Umweg über indirekte Größen wie magnetische Feldstörungen, Leistungsaufnahme oder Vibration ist nicht mehr erforderlich“, erläutert Christian Wallrodt, Leiter Technik und Verkauf, den Ansatz. Der Temperaturverlauf wird in einer laut Hersteller preisgünstigen Einheit an der Pumpe ausgewertet, welche die Pumpe bei einem kritischen Betriebszustand abschaltet. Der Verlauf kann von einem Mini-Datenlogger aufgezeichnet und später ausgewertet werden.
Die Vielfalt der Systeme bleibt allerdings aus Sicht der Betreiber und Instandhalter ein Manko: „Wir wollen ein vielseitiges System für die generelle Überwachung von Pumpen haben“, wünscht sich Benedikt Dieriks.

Fazit: Die aktuellen Entwicklungen bei den zur Achema vorgestellten Überwachungssystemen für Pumpen zeigen, dass der Trend dahin geht, die Wünsche der Anwender zu realisieren. Diese sind vor allem Aussagen über die noch verbleibende Zeit bis zum Ausfall einer Pumpe, das Einbinden in übergeordnete Automatisierungssysteme, standardisierte Schnittstellen sowie niedrige Investitionskosten. Doch das Ziel eines universell einsetzbaren Systems, das Alarme mit hoher Zuverlässigkeit unter Angabe der Restlaufzeit absetzt, bleibt noch Zukunftsmusik.

Heftausgabe: August 2009
Armin Scheuermann ,

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