Smarte Pumpen sparen Kosten

Industrielles Wasser- und Abwasser-Management

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02.08.2016 Die Maschine allein reicht nicht: Lange Zeit setzten Pumpenhersteller ihren Fokus auf Mechanik und Hydraulik ihrer Produkte. Heute optimieren sie das Zusammenspiel zwischen Pumpe, Antrieb, Steuer- und Schutzvorrichtung, Mess- und Kommunikationstechnik. Dadurch entwickelt sich die Pumpe von einem Stand-alone-Produkt hin zum Teil des Gesamtsystems und kann so die Basis für ein funktionierendes Wasser- bzw. Abwasser-Management bilden.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • In der Industrie geht der Trend hin zu einer ganzheitlichen System-Betrachtung. Einzelne Komponenten werden besser miteinander verknüft und so effektiver gestaltet.
  • Durch 4.0-Ansätze entwickeln Hersteller die Pumpe von der Stand-alone-Lösung hin zum Teil des Gesamtsystems.
  • Durch intelligente Pumpen lassen sich die Kosten, die beim Gewinnen, Aufbereiten, Verteilen und Entsorgen von Wasser anfallen, reduzieren.

August 2016

Die digitale Technik bietet mithilfe von Sensoren Möglichkeiten, eine Anlage und deren Zustand transparent zu machen – hier eine Osmoseanlage, ausgerüstet mit einem Grundfos-MGE-Motor mit integriertem Frequenzumformer zur Drehzahlanpassung und Sensoren. Bilder: Grundfos

Wasser als Kostenfaktor
Der Wasserverbrauch in der chemischen Industrie Deutschlands ist trotz wachsender Produktionsmengen in den vergangenen Jahren stabil geblieben. Laut Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) bezieht die Chemie für ihre Produktionsabläufe jährlich etwa 3.000 Mio. Kubikmeter Wasser. Der Löwenanteil – nämlich 80 % – werden als Kühlwasser eingesetzt. Lediglich 20 % dienen als Reaktionsmedium, Löse- oder Reinigungsmittel und werden durch den Prozess verunreinigt. Generell geht der Trend in der Industrie hin zu einem Betrachten des Systems als Ganzes: Dazu werden Prozesswässer im Kreislauf geführt oder Wertstoffe beziehungsweise Chemikalien zum Behandeln von Wasser zurückgewonnen. Auch beim Abwasser greifen veränderte Ansätze: Konzentrierte, nicht vermischte Abwasser-Teilströme lassen sich einfacher und kostengünstiger behandeln, wertvolle Inhaltsstoffe ausschleusen und das gereinigte Abwasser wiederverwenden.
Es geht dabei keinesfalls allein um den Resso3urcenschutz. Der industrielle Gebrauch von Wasser ist stets mit Kosten verbunden: Diese entstehen entweder beim Einkauf als Stadtwasser oder beim Aufbereiten von eigenem Brunnenwasser. Betreiber müssen das Wasser zudem verteilen und in aller Regel nach Gebrauch nachbehandeln. Dabei fallen für die einzelnen Schritte weitere Kosten für das Konditionieren, die Energie und das Reinigen an.

Integrierte Systemlösungen
In allen genannten Verfahrensschritten sind Pumpen involviert. Wer die Kosten der notwendigen Wasser- und Abwasser-Infrastrukturen im Rahmen halten möchte, sollte für den speziellen Einsatz konzipierte Pumpen wählen, die zudem mit smarter Mess-, Steuer- und Datentechnik ausgestattet sind.
Das Geschäftsfeld Water Utility bei Grundfos beschäftigt sich neben der energieeffizienten Wassergewinnung, der Wasseraufbereitung und -verteilung auch mit dem Abwassertransport und der -aufbereitung in Klärwerken mittels robuster Pumpen, Rührwerken und Strömungsbeschleunigern. So unterschiedlich die Anforderungen im Detail auch an das Produkt „Pumpe“ sind: Unterwasserpumpen in Brunnen sind schlank und mehrstufig ausgeführt, Normpumpen im Verteilernetz hingegen einstufig und vergleichsweise massiv, und Abwasser-Rührwerke arbeiten mit einem raumgreifenden Propeller. Als roter Faden verbinden sogenannte I-Solutions das jeweilige Produkt zu einer integrierten Systemlösung. Dazu zählen Komponenten wie Hydraulik, Motor, Getriebe, Frequenzumrichter, Steuerungen, Sensoren und Kommunikationstechnik. Pumpenspezifische Software passt die Einzelteile an die Ansprüche unterschiedlicher Applikationen an und bietet dem Anwender so eine flexible Funktionalität.

August 2016

Das Remote Management GRM ist ein leistungsfähiges internetbasiertes Tool zur Fernsteuerung und -überwachung von Pumpen und Systemen.

Pumpen 4.0 in der Membrantechnik
Eine Alternative zu herkömmlichen Trennverfahren beim Aufbereiten von Wasser ist die Membrantechnik. Sie trennt organische Stoffe, Salze und feine Partikel vom Wasser ab. Dabei wird das zu filtrierende Medium unter Druck längs einer halbdurchlässigen Membran geführt. Durch die 4.0-Lösung halten drehzahlgeregelte Pumpen nicht nur die Filtrationsgeschwindigkeit konstant, sondern passen auch die Druckdifferenz bei zunehmenden, durch Blockade verursachten Filterwiderstand an und ermöglichen so einen gleichbleibenden Volumenstrom.
Für die Umkehrosmose gibt es mehrstufige Pumpen, die auf Betriebsdrücke bis 60 bar ausgelegt und auch in seewasserbeständigem Titan verfügbar sind. Bei niedrigem Druck ist die Membranfiltration ebenfalls für die Produktion von LCD- und Halbleitern oder Reinstwasser für die pharmazeutische Industrie geeignet.

Kontrolle aus der Ferne
Ein detaillierter Überblick über Betriebszustände und Leistungsdaten ist wichtig für die Betriebssicherheit und Effizienz von Pumpensystemen. Das Remote Management GRM ist ein internetbasiertes Tool zur Fernsteuerung und -kontrolle von Pumpen und Systemen. Mit einem Smartphone, Tablet oder PC mit Internet-Zugang, können Anwender sich jederzeit und überall auf die passwortgeschützte Bedienoberfläche einwählen. Das Tool liefert eine Übersicht über alle Pumpen und Installationen des angeschlossenen Systems. Dabei hat man unter anderem Zugriff auf Daten wie Betriebsstunden- und punkte, Sollwerte, Sensorwerte, Berichte, Trends sowie Alarme. In bestimmten Fällen ist ein Eingriff aus der Ferne möglich, beispielsweise wenn der Motorschutz ausgelöst hat und einen Neustart des Motors notwendig macht.
Der Überblick über die Pumpenparameter liefert Daten, mit denen das System optimiert werden kann. Tools wie automatisch generierte Trendgrafiken können helfen, Anzeichen von Verschleiß oder Defekten frühzeitig zu erkennen und Instandhaltungs- und Wartungsarbeiten mit genügend Vorlauf zu planen. Außerdem ermöglicht die Kontrolle aus der Distanz ein Alarm-Management mit kurzen Reaktionszeiten, das die Betriebssicherheit der Anlage erhöht.

Orchestrierte Pumpen
Dedicated controls ist eine intelligente Steuerung zum Regeln und Überwachen von bis zu sechs Abwasserpumpen in einer Pumpstation. Sie lässt sich in das unternehmenseigene Remote-System oder in jedes andere Scada-System einbinden, mit dem sich Pumpeninstallationen fernüberwachen und verwalten lassen.
Um einen möglichst niedrigen spezifischen Energieverbrauch (kWh/m³) zu erreichen, passt sich das System lernfähig an die Betriebskonditionen in spezifischen Pumpenanlagen an. Die Steuerung sieht vor, dass sich die Pumpendrehzahl auf die Daten, die sie vom Frequenzumformer CUE und einem Durchflussmesser erhält, einstellt. Der abrufbare Überblick über die Pumpeneffizienz gestattet ein zeitgerechtes Ausführen von Wartungs- und Servicearbeiten der Pumpen und Leitungen. Außerdem hemmt die Funktion „Flush and Reverse“ ein Verstopfen der Pumpen, verursacht durch die heutzutage im Abwasser vermehrt vorhandenen Faser- und Feststoffe. Die Anti-Verstopfungsfunktion kommt bei allen abnormalen Betriebszuständen zum Einsatz, die zum Pumpenstopp durch Blockieren führen, und soll damit kostenaufwendige Ausfallzeiten vermeiden.
Fazit: Wasser ist in industriellen Prozessen unverzichtbar. Und obwohl in Deutschland ausreichend Wasser zur Verfügung steht, ist dessen industrielles Handling (Aufbereiten, Verteilen und Entsorgen) mit durchaus nennenswerten Kosten verbunden. Mit einem Wasser- und Abwasser-Management über integrierte Systemlösungen können Betreiber diese Kosten senken. 1608ct908

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Heftausgabe: August 2016

Über den Autor

Rainer Stierle, Vertriebsdirektor Water Utility, Grundfos
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