Aggressive Medien fördern

Nicht klein zu kriegen

10.06.2007 In der Chemie- und Verfahrenstechnik werden aggressive Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten für vielfältige Zwecke gefördert. In vielen Fällen kommen dabei chemiefeste Membranpumpen zum Einsatz. Sie zeichnen sich durch hohe Zuverlässigkeit sowie Langlebigkeit aus. Darüber hinaus sind die Pumpen wartungsfrei.

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Die Anforderungen der chemischen Industrie sowie der Analytik an Pumpen sind in den letzten Jahren stetig gestiegen; die Weiterentwicklung der Membranpumpentechnik hat hier aber Schritt gehalten. Von besonderer Bedeutung für Anwendungen in der Chemie- und Verfahrenstechnik sind die konstruktiven Eigenschaften der Membranpumpe, den Förderraum vom Pumpenantrieb durch die Membrane hermetisch zu trennen – die Membran wirkt zugleich als Förderelement und als Dichtung – und ohne Schmierung auszukommen. Somit fördern die Pumpen ölfrei und verunreinigen bzw. verfälschen Anwendungsmedien nicht.

Förderpumpe, Kompressor oder Vakuumpumpe

Als praktische Eigenschaft erweist sich, dass sich Membranpumpen für Gase bei vielen Pumpentypen je nach Bedarf als Förderpumpe, als Kompressor oder als Vakuumpumpe nutzen lassen. Ein weiteres Plus: die hohe Gasdichtigkeit der Pumpen, die sich vor allem durch Form- und Strukturmembranen erreichen lässt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Membrantypen ermöglichen diese Membranen eine geschlossene Membranoberfläche. Wartungsfreiheit und – bei vielen Pumpentypen – die Möglichkeit, das Gerät in beliebiger Einbaulage zu betreiben, runden das Eigenschaftsprofil ab.

Membranpumpen für Flüssigkeiten zeichnen sich durch zwei spezifische zusätzliche Merkmale aus: Sie sind selbstansaugend – weil sie auch Flüssigkeit-Gas-Gemische oder Gase fördern – und trockenlaufsicher, d.h. die Pumpen erleiden keinen Schaden, wenn statt Flüssigkeiten gasförmige Medien gefördert werden. Chemiefeste Membran-Flüssigkeitspumpen stehen auch als Dosierpumpen zur Verfügung.
Für die medienberührten Bauteile können über ein Baukastensystem chemieresistente Werkstoffe ausgewählt werden. Auf diese Weise lassen sich die Pumpen wirkungsvoll für den Einsatz von korrosiven und aggressiven Medien auslegen. Welche Werkstoffe benutzt werden, hängt von den zu pumpenden Medien und ihrer Aggressivität, vom Einsatzzweck der Pumpe – fördern, evakuieren oder komprimieren – und von der Pumpengröße ab.
Die Standardwerkstoffe für Membranen erweisen sich gegen wenige korrosive Medien beständig; EPDM und Fluor-Kautschuk (FPM) besitzen deutlich höhere Beständigkeit. Reicht die Beständigkeit dieser Werkstoffe nicht aus, werden Membranen mit PTFE-Beschichtung für universelle chemische Beständigkeit verwendet. Die selbststeuernden Ventile sind je nach Pumpenkonstruktion aus EPDM, PTFE, FFPM oder Edelstahl gefertigt. Für den Pumpenkopf selbst steht eine ganze Reihe an Werkstoffen zur Verfügung – von Aluminium über Kunststoffe bis hin zu PTFE, Edelstahl, Hastelloy und Keramik. Diese Werkstoffe unterscheiden sich nach der Art der Beständigkeit, ihren mechanischen und physikalischen Eigenschaften und ihren Einsatzmöglichkeiten, so dass die medienberührten Pumpenköpfe auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden können.

Einsatz in leichtentzündlichen Medien

In einer Miniplant-Anlage eines Chemieunternehmens ist eine Organochlorverbindung zu fördern, um ein Vakuum zu erzeugen. Eingesetzt wird eine Pumpe mit Pumpenkopf aus Edelstahl und mit einer PTFE-beschichteten Membran. Edelstahl verbindet mechanische und thermische Festigkeit mit Korrosionsbeständigkeit und ist deshalb vor allem für Vakuumpumpen und Kompressoren die erste Wahl.

Aufgrund der leichten Entzündlichkeit des zu fördernden Mediums muss die Pumpe im Inneren explosionsgeschützt ausgeführt sein. Aus diesem Grund wurde eine Pumpe gewählt, die nach Atex ausgelegt und dokumentiert ist. Aufgrund der konstruktiven Gestaltung sind Zündgefahren durch heiße Oberflächen ausgeschlossen. Darüber hinaus ist durch die eingesetzten Werkstoffe sichergestellt, dass weder im Pumpenkopf noch im Pumpengehäuse Reib- oder Schlagfunken entstehen können. Um eine elektrostatische Aufladung des Pumpenkopfes zu verhindern, sind alle Metallteile des Kopfes untereinander elektrisch leitfähig verbunden und geerdet. Zusätzlich sind relevante Elastomerteile in einer quasi nicht aufladbaren Mischung ausgeführt, deren Oberflächenwiderstand unter 109Ohm liegt. Da die Pumpe im Ex-Bereich der Zone 1 installiert ist, ist nicht nur der Pumpenteil, sondern auch der Motor explosionsgeschützt ausgeführt.
Zur Überwachung und Steuerung von Prozessabläufen werden im zweiten Anwendungsbeispiel Abgase eines Verbrennungsprozesses mit einem Massenspektrometer analysiert. Die Abgase geben Hinweise auf die Qualität der Verbrennung sowie auf die zuzuführende Energie und die Notwendigkeit von Zusatzstoffen. Es erfolgt eine Rückmeldung von den Analyseergebnissen auf die Prozessparameter. Zugeführt werden die korrosiven Gase der Analyseneinheit durch eine chemiefeste Membranpumpe, die gegenüber herkömmlichen Pumpen eine erhöhte Gasdichtigkeit, d.h. geringe Leckraten, aufweist. Diese serienmäßige Pumpenausführung besitzt an exponierten Stellen zusätzliche O-Ringe zur Abdichtung.
Auch in komplett vormontierten Analysesystemen diverser Hersteller werden chemiefeste Membranpumpen zur Messgasförderung oder zur Gasaufbereitung eingesetzt. Hierbei kommen kleinere Pumpenversionen, etwa mit Pumpenköpfen aus PVDF oder PTFE, zum Einsatz.
In der chemischen Industrie und vielen anderen Branchen finden Membran-Flüssigkeitspumpen in Online-Analysatoren Anwendung. Dabei werden relevante Parameter eines Prozesses kontinuierlich überwacht, sodass bei Bedarf korrigierend in den Prozess eingegriffen werden kann. In einem solchen Online-Analysator übernehmen zwei Membran-Flüssigkeitspumpen vier Aufgaben: Die Probenahme, die Dosierung von Reagenzien, das Spülen des Messgefäßes und das Entleeren des Messgefäßes. Die Pumpe mit PTFE-Membran und Pumpenköpfen aus PTFE wird vor allem wegen ihrer extremen chemischen Beständigkeit und der geringen Baugröße eingesetzt.

Für korrosive Gase und hohe Temperaturen

Sowohl für neutrale als auch für korrosive und aggressive Gase stehen Pumpen zur Verfügung, die bis 240°C temperaturbeständig sind, auch mit beheiztem Kopf – mit oder ohne elektronische Temperaturregelung. Solche Ausführungen finden sich vor allem als Förderpumpen in Analysegeräten, etwa bei der Gasanalyse zur Emissionsüberwachung von Prozessanlagen und Kraftwerken oder bei der Prozesssteuerung. Das Beheizen des Pumpenkopfes verhindert, dass Bestandteile des Messgases auskondensieren und unterbindet somit fehlerhafte Messergebnisse.

Gilt es, besonders gefährliche oder wertvolle Gase zu fördern, zu evakuieren oder zu komprimieren, werden Pumpen mit Doppel-Membrantechnik eingesetzt. Unter der Arbeitsmembran ist eine zweite Membran angebracht, die im Pumpenbetrieb mechanisch gering belastet ist. Sollte die Arbeitsmembran einmal undicht werden, sorgt die zweite Membran für die Dichtheit des Systems, sodass kein Gas aus der Pumpe austritt. Der geschlossene Raum zwischen den beiden Membranen lässt sich überwachen, ein auftretender Schaden an der Arbeitsmembran auf diese Weise sofort erkennen. Die stark erhöhte Sicherheit durch das Doppelmembransystem macht die damit ausgerüsteten Pumpentypen für zahlreiche Einsatzzwecke interessant, so zum Beispiel in der Chemieproduktion und in Raffinerien.

Heftausgabe: Juni 2007

Über den Autor

Manfred Guth , Produktmanager Gaspumpen, KNF Neuberger
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