Vom Blind- zum Sichtflug

API 682: Kontinuierliche Messungen für höhere Pumpenverfügbarkeit

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14.03.2017 Der Betrieb von Pumpen gleicht meist einem Blindflug. So werden Sperrflüssigkeitsbehälter an Gleitringdichtungen oft nur mit Füllstandgrenzschaltern überwacht. Der 2014 aktualisierte API-Standard 682 empfiehlt deshalb den Einsatz von kontinuierlich messenden Transmittern.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Für die Überwachung von Pumpen und Dichtsystemen an Pumpen empfiehlt API 682 den Einsatz kontinuierlicher Messungen.
  • Die Norm gibt konkrete Hinweise für den Aufbau der Messungen.
  • Durch den Einsatz kabellos kommunizierender Sensoren auf Basis von Wireless Hart lassen sich auch entlegene Pumpen kontinuierlich überwachen.

Bild: Emerson

Die Absicherung einer Gleitringdichtung per Thermosyphonbehälter. Das drucklose System stellt sicher, dass an der Gleitringdichtung ständig Spülflüssigkeit zur Verfügung steht.
Bild: Emerson

2 links FIGURE1-01

API 682 empfiehlt den Einsatz eines Drucktransmitters (A) und eines hydrostatischen Füllstandtransmitters (B) für Plan-52- und -53-A-Systeme.
Bild: Emerson

2 Mitte FIGURE 2-01

Für Plan 53 B. API 682 empfiehlt Drucktransmitter (A) und Temperaturtransmitter (B), um die Temperatur des zirkulierenden Sperrmediums zu überwachen.
Bild: Emerson

Für Plan 53 C. Beinhaltet Instrumentierung, wie Differenzdruck-Füllstandmessung des Kolbens (A), einen Differenzdruck-Durchflusstransmitter zur Überwachung des zirkulierenden Sperrmediums sowie ein Temperaturtransmitter (C). Bild: Emerson

Für Plan 53 C. Beinhaltet Instrumentierung, wie Differenzdruck-Füllstandmessung des Kolbens (A), einen Differenzdruck-Durchflusstransmitter zur Überwachung des zirkulierenden Sperrmediums sowie ein Temperaturtransmitter (C).
Bild: Emerson

Darstellung der Pumpenüber­wachung in den Systemen Essential Asset Monitoring und Plantweb Insight. Bild: Emerson

Darstellung der Pumpenüber­wachung in den Systemen Essential
Asset Monitoring und Plantweb
Insight. Bild: Emerson

Das American Petroleum Institute befasst sich mit technischen Standards hinsichtlich Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umwelt. In API 682 werden die Dichtungssysteme für Kreisel- und rotierende Pumpen in der Erdöl-, Erdgas- und chemischen Industrie näher betrachtet. In der 4. Auflage von 2014 wird unter anderem die Inspektion von Pumpen aufgegriffen – diese werden in der Praxis in regelmäßigen oder auch unregelmäßigen Abständen vom Anlagen- oder Wartungspersonal in Anlagenrundgängen inspiziert. Daraus folgt, dass viele Pumpen die meiste Zeit über blind betrieben werden. Das Risiko nicht vorhersehbarer Pumpenfehler, Leckagen, Feuer oder anderer gefährlicher Situationen steigt erheblich. Der Arbeitsaufwand für eine manuelle Überwachung an wichtigen Anlagenteilen, wie z. B. Pumpen und deren Dichtungssystemen (Thermosyphonbehältern), ist immens und der Erfolg teilweise begrenzt.

An vielen Pumpen und deren Thermosyphonbehältern sind zwar mechanische Schalter installiert, eine kontinuierliche Überwachung von Druck, Füllstand oder Temperatur erfolgt allerdings nicht – denn der Grenzschalter kann nur Zustände wie 0 und 1 darstellen. Dazu kommt, dass die Schalter selbst nicht überwacht werden, d. h., ein Ausfall meist unentdeckt bleibt. Als Alternative dazu empfiehlt das API deshalb den Einsatz von Transmittern zur kontinuierlichen Messung, in API 682 sind verschiedene Installationsmöglichkeiten beschrieben.

API beschreibt Rohrleitungspläne für Dichtungsüberwachung an Pumpen

Der API-Standard 682 beinhaltet diverse Rohrleitungspläne, die Anwender in der Prozessindustrie bei der Auswahl, Nutzung und Installation der Sensoren und Überwachungssysteme unterstützen. Die Pläne werden von Praktikern definiert und permanent aktualisiert. Die Pläne 52 und 53 mit den Varianten A, B und C befassen sich ausschließlich mit Gleitringdichtungen und deren Dichtungsflüssigkeitsreservoirs zur Schmierung und Kühlung. In den einzelnen Plänen werden Lösungen empfohlen sowie Alternativen aufgezeigt.

Plan 52 ist ein druckloses System, das ein externes Reservoir (Thermosyphonbehälter) nutzt, um die Spülflüssigkeit für die Gleitringdichtung zur Verfügung zu stellen (Bild 2). API 682 empfiehlt, dass der Druck (A) und auch der Füllstand (B) in der Dichtungsflüssigkeits-Vorlage mittels Transmittern überwacht werden soll. Steigt der Druck oder der Füllstand in der Vorlage, kann die Ursache eine Undichtigheit zwischen Prozess und Dichtung sein. Ein langsam sinkender Füllstand ist normal, eine schnelle Änderung zeigt, dass die Dichtung nach außen undicht ist. Ein Produktaustritt kann die Folge sein. Zur Messung des Drucks empfiehlt API 682 einen kontinuierlichen Drucktransmitter (A), zur Überwachung des Füllstands (B) die Nutzung von Transmittern auf Basis geführter Radar-Sensoren. Alternativ dazu werden hydrostatische Differenzdruck­messumformer oder intelligente Füllstandgrenzschalter (per Flüssigkeitskontakt) empfohlen.
53 A, B und C sind für unter Druck gesetzte Dichtungsflüssigkeitssysteme, das sogenannte Sperrmediumsystem, ausgelegt.

Plan 53 A ist die Lösung mit dem geringsten Aufwand, da beispielsweise Stickstoff genutzt wird, um einen höheren Druck im Thermosyphonbehälter und somit auch im Sperrmedium herzustellen. Zu hohe Sperrdrücke können jedoch dazu führen, dass sich der Stickstoff in der Dichtungsflüssigkeit löst und es im Dichtspalt zur Mangelschmierung kommt. Ist der Druck zu gering, kann Produkt bei einer fehlerhaften Dichtung in den Thermosyphonbehälter gelangen und diesen kontaminieren. API 682 empfiehlt hier, wie im Plan 52, den Einsatz von Druck- (A) und geführten Radar-Füllstandsensoren (B), um die Bedingungen kontinuierlich überwachen zu können. So kann beispielsweise eine Verringerung des Druckes oder Füllstands auf eine fehlerhafte Dichtung hinweisen.

In Plan 53 B wird zur Druckerzeugung im Dichtungsflüssigkeitssystem eine sogenannte Elastomerblase (im Behälter integriert) genutzt, die einerseits den Stickstoff von der Sperrflüssigkeit trennt, andererseits so auch höhere Sperrmediendrücke sicherstellt. Durch den besonderen Aufbau kommen in diesem System zusätzlich zu den Druckmessumformern auch Temperaturmessungen zum Einsatz, um den tatsächlichen Füllstand berechnen und darstellen zu können (das System ist komplett mit Sperrflüssigkeit gefüllt). Anhand der Messwerte kann beispielsweise auch das Auffüllen des Sperrmediums geplant werden.

Plan 53 C arbeitet mit einem mechanischen Druckübersetzer (zum Beispiel Kolbenpumpe) und gehört somit zu den aufwendigsten Dichtungsflüssigkeitssystemen. In Ausnahmefällen kann es sinnvoll sein, die Füllstandmessung durch Smarte Füllstandgrenzschalter anstatt kontinuierliche Level-Transmitter, basierend auf Hydrostatik, zu nutzen. Durch die Pumpaktivität entstehen Druckschwankungen, die das Messergebnis beeinflussen können. API 682 empfiehlt, wie bei Plan 52 und 53 A, den Einsatz von Drucktransmittern und geführten Radarmessungen. Als Alternative 1 und 2 bieten sich Differenzdruckmessumformer und Vibrationsfüllstandgrenzschalter an. Dies kann je nach mechanischem Aufbau individuell angepasst und genutzt werden.

Installations- und  Planungsaufwand für zusätzliche Messtechnik verringern

Viele Pumpen befinden sich in explosionsgefährdeten Bereichen und sind nur schwer zu erreichen oder lassen sich nur mit großem Aufwand in kabelgebundene Automatisierungssysteme einbinden. Zudem kann die elektrische Versorgung in Anlagenteilen wie zum Beispiel Tanklagern begrenzt sein.

Um den Aufwand für die Planung, Montage und Verkabelung zusätzlicher Sensoren möglichst gering zu halten, bietet Emerson Automation Solutions seit einigen Jahren ein breites Portfolio an Transmittern mit Wireless-Hart-Kommunikation nach IEC-62591-Standard an. Die Technik zeichnet sich durch hohe Verfügbarkeit, Sicherheit der Datenkommunikation und eine einfache Installation und Bedienung aus. Jeder Transmitter arbeitet auch als Repeater, so dass automatisch ein Maschennetzwerk in der Anlage entsteht. So können in einem vermaschten Netzwerk bis zu 99 Druck-, Temperatur-, Füllstandmessungen, Füllstandgrenzschalter, Schwingungstransmitter und weitere Messumformertypen an einer Basis, dem sogenannten Gateway, miteinander verbunden werden.

Die batteriebetriebenen Transmitter benötigen keine Kabelinfrastruktur, Druck-, Temperatur- oder Füllstandmessungen können oft an vorhandenen Manometeranschlüssen, in Temperaturhülsen oder mittels Gewindeanschlüsse in den Prozess eingesetzt werden. Ist erst einmal ein Wireless-Hart-System zur Überwachung des Sperrmediums aufgebaut, können schnell und einfach weitere Messungen zur Kavitation, Vibration, Filterüberwachung, Durchfluss oder auch Kohlenwasserstoffdetektion installiert und genutzt werden, um den „Gesundheitszustand“ der Pumpe zu überwachen.

Gesamtlösungen für die Überwachung von Pumpen

Um Stillstandzeiten zu minimieren und die Wartungs- und Betriebskosten zu reduzieren, wurde eine Gesamtlösung erstellt: Die Software „Essential Asset Monitoring“ und das in Kürze verfügbare System „Plantweb Insight“ beinhalten vorkonfigurierte Module wie Pumpenmonitoring, Kondensatableiterüberwachung, Überwachung von Wärmeübertragern, Kühlwerküberwachung und viele weitere. Die Apps können durch verschiedene Teile in einer Gesamtlösung zusammengefasst und dargestellt werden.

Durch den Einsatz verschiedener Algorithmen werden  Messwerte aufgenommen und hieraus ein Gesundheitszustand errechnet, der dann auf einer Oberfläche wie in einem Leitsystem dargestellt werden kann. Frei nach dem Motto „Je mehr Sie messen, umso größer ist der Einblick in Ihre Anlage!“

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Homepage des Anbieters.

 

Heftausgabe: März 2017
Marcus Müllenberg ist Business Development Manager Reliability Solutions bei Emerson Automations Solutions

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Marcus Müllenberg ist Business Development Manager Reliability Solutions bei Emerson Automations Solutions
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