Auf Effizienz genormt

Norm- und Blockpumpen für die Chemie

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24.02.2014 Ohne geht´s nicht:  Pumpen sind der Dreh- und Angelpunkt einer jeden Anlage. Und oft auch Energiefresser, die sich massiv auf die Betriebskosten eines Unternehmens auswirken. Rund 25 % der in der Industrie genutzten Energie gehen derzeit auf das Konto der Strömungsmaschinen.

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Daher haben Anlagenbetreiber in der Chemie laut VCI (Verband der chemischen Industrie) das ambitionierte Ziel, Produktion und Energieeinsatz zu entkoppeln: Obwohl die Produktion laut einer Studie bis 2030 um 40 % zulegen soll, werde der Energieverbrauch nur um 8 % ansteigen. Das erfordert weitere Anstrengungen in Sachen Energieeffizienz, insbesondere durch Ertüchtigung der Technik im Bestand. Bei Norm- und Blockpumpen ist ein Austausch von Alt-Pumpen gegen moderne Technik besonders leicht, sind doch wichtige Konstruktionsmerkmale standardisiert. Die Norm legt beispielsweise die Hauptabmessungen so fest, dass ein Austausch gegen Normpumpen verschiedener Fabrikate ohne Änderungen an Rohrleitung und Grundplatte möglich ist.

Standardisierte Arbeitspferde
Wegen dieser Standards (die dem Betreiber die Ersatzbevorratung erleichtern) sind Normpumpen die klassischen und bevorzugten Arbeitspferde in der chemischen Industrie: Laut dem Re-Main-Projekt des Fraunhofer IML sind nicht weniger als 80 % der installierten Pumpen einer Normbauart zuzuordnen, wobei Chemienormpumpen mit einem Anteil von 68 % klar auf dem ersten Platz liegen, gefolgt von Wassernormpumpen mit 12 %. Der Rest verteilt sich auf Magnetkupplungspumpen (15 %) und Spaltrohrpumpen (5 %). Die Vorgaben an eine Normpumpe sind international definiert:
EN 733 (DIN 24255) gilt für Kreiselpumpen mit axialem Saugstutzen, die auch als Wassernormpumpen mit einem Nenndruck PN = 10 bar bekannt sind.
EN 22858 (ISO 2858) gilt für Kreiselpumpen, die auch als Chemienormpumpen mit einem Nenndruck PN = 16 bar bekannt sind.
Diese Normen regeln unter anderem die Einbaumaße und Wellendurchmesser der Pumpen, die hydraulischen Bauteile variieren je nach Hersteller. Auch die Antriebstechnik – Standardmotor oder drehzahlregelbarer Hocheffizienzmotor – und die in der Steuerung hinterlegten Funktionalitäten sind herstellerspezifisch und können die für den Betreiber wichtigen Lebenszykluskosten maßgeblich beeinflussen. In der Praxis sind die meisten der installierten Aggregate auf einer Grundplatte mit einer Kupplung zwischen Antriebseinheit und Hydraulik aufgestellt. Normpumpen ohne Wellenkupplung (Blockpumpen) bringen es gerade mal auf einen Anteil von 5 %.

Chemienorm: NKG und NBG
Grundfos hat diese Pumpenarten mit den Baureihen NK und NB weiterentwickelt. Das Angebot unterschiedlicher Werkstoffe (Guss, Edelstahl, Duplexstahl) und Dichtungsvarianten ermöglicht den Einsatz auch bei anspruchsvollen Anwendungen. Durch drehzahlgeregelte E-Ausführungen können Betreiber bei variablem Förderstrombedarf Kostenvorteile realisieren. Wichtig für den industriellen Betreiber ist die Prozessbauweise; sie ermöglicht einen einfachen Ausbau von Motor und Laufrad ohne zusätzliche Arbeiten an Pumpengehäuse oder Rohrleitungen. Für Anwender in der Chemie sind die Varianten NKG und NBG gemäß Chemienorm (DIN EN 22858, PN 16) besonders interessant (optional ist eine Atex-Ausführung erhältlich). Diese Pumpen rüstet der Hersteller unter anderem mit verstärkten Lagern aus, wodurch sich die Lebensdauer verlängert. Zudem gibt die Norm für einen entsprechenden Betriebspunkt größere Saug- und Druckstutzen an – das führt zu geringeren Geschwindigkeiten im Saugstutzen und infolge dessen sinkt der NPSH-Wert (NPSH: net positive suction head, erforderliche Zulaufhöhe oder Haltdruckhöhe). Die Norm schreibt auch größere Wellendurchmesser vor, ergo eine höhere Steifigkeit – diese Pumpen eignen sich dann besser für Medien höherer Viskosität. Nicht zuletzt verlangt die Chemienorm ein längeres Lagergehäuse; das schafft Raum für Sondervarianten der Gleitringdichtung. Im Gegensatz zu der in der Norm vorgeschriebenen maximalen Druckstufe von PN16 sind die Pumpen des Herstellers in Edelstahl in Nenndruck 25 bar ausgeführt.

Doppelt dichtet besser
Die Normpumpen können Betreiber deshalb mit Doppeldichtungen ordern. Neben der Back-to-back-Dichtung kommen in der Prozessindustrie überwiegend die Doppeldichtungen in Tandem-Bauweise zum Einsatz: Hier verhindert das Verdünnen des aus der Primärdichtung austretendenden Mediums mit Spülflüssigkeit ein Verkleben. Des Weiteren tritt kein Medium in die Umgebung aus. Diese Tandem-Dichtungen eignen sich beispielsweise für Medien, die auskristallisieren oder zum Verkleben neigen, und sind für Medien-Temperaturen bis 170 °C zugelassen. Eine weitere Besonderheit: Die Pumpen sind mit sogenannten Losflanschen ausgestattet. Die Flexibilität dieses Systems ermöglicht einen spannungsfreien Einbau sowie das Anpassen an den Systemauslegungsdruck unabhängig vom maximalen Nenndruck der Pumpe – eine Arbeitserleichterung, gerade beim Austausch gegen eine Bestandspumpe.

Drehzahlgeregelte E-Pumpen
Das verwendete Antriebskonzept bestimmt maßgeblich die Gesamtenergieeffizienz von Pumpen. Die Drehzahlregelung über einen Frequenzumrichter ist hier eine effektive Art, die Pumpenleistung einem variablen Förderstrombedarf anzupassen. Durch die Drehzahlregelung ergibt sich eine Q/H-Kennlinie mit reduzierter Förderhöhe und reduziertem Förderstrom. Die prinzipielle Form der Kennlinie bleibt erhalten – jedoch verläuft die Kennlinie beim Absenken der Drehzahl flacher, da dies die Förderhöhe stärker reduziert als den Förderstrom. Sinkt beispielsweise der Förderstrom um 20 %, geht der Stromverbrauch des Motors im Vergleich zum ursprünglichen Verbrauch bei Nennlast um 65 % zurück. Die Aggregate der Baureihe sind mit drehzahlregelbarem MGE-Hocheffizienzmotoren (IE3 bis 22 kW) erhältlich. Eine Sonderstellung nimmt der MGE-Permanentmagnet-Motor mit einer Leistung bis 2,2 kW ein: Dieser Motor übertrifft zusammen mit dem integrierten Frequenzumformer die Anforderungen der Energieeffizienzklasse Super Premium Efficiency IE4 (IEC TS 60034-31 Ed.1).

Entscheiderfacts
Für Betreiber

Normpumpen haben für den Betreiber den Vorteil, dass sie aufgrund festgelegter Konstruktions- und Leistungsmerkmale sowie standardisierter Komponenten leicht auszutauschen sind.
Der Hersteller rüstet seine Pumpen unter anderem mit verstärkten Lagern aus. Das verlängert die Lebensdauer.
Mit dem Einsatz von Permanentmagnet-Motoren mit einer Leistung bis 2,2 kW und Frequenzumrichtern können Anwender ihre Betriebskosten senken.

Einen Link zum Hersteller finden Sie hier.

Weitere Beiträge zum Thema Normpumpen können Sie hier lesen.

Checkliste zur Auswahl von Norm- bzw. Blockpumpen

• Ist tatsächlich eine Chemienormpumpe gemäß EN 22858 / ISO 2858 erforderlich? Oder reicht eine Wassernormpumpe gemäß EN 733 / DIN 24255 im speziellen Einsatzfall aus?
• Reicht als Werkstoff ein einfacher Grauguss aus? Oder verlangt das zu fördernde Medium hochwertige Werkstoffe wie Edelstahl 1.4408 / 1.4517?
• Welche Effizienzklasse hat der Motor? Ein IE3- bzw. gar ein IE4-Hocheffizienzmotor rechnen sich in kurzer Zeit und spart dann über die gesamte Standzeit Kosten.
• Ist ein Frequenzumformer sinnvoll? Diese Frage ist bei wechselnden Förderbedingungen praktisch immer mit Ja zu beantworten.
• Ist der Frequenzumformer im Motor integriert oder nur extern erhältlich? Im ersteren Fall spart das Verdrahtungsaufwand und damit Kosten.
• Ist die Prozessbauweise (Back-pull-out-Design) umgesetzt? Das spart Zeit und Kosten beim Warten/Instandhalten.
• Sind spezielle Wellenabdichtungen erforderlich? Anbieter mit Dichtungsoptionen bevorzugen. Eine Gleitringdichtung als Patronendichtung bietet Vorteile beim Warten/Instandsetzen.
• Soll die Pumpe eine installierte Pumpe ersetzen? Dann Aggregate mit Losflansch bevorzugen – das ermöglicht einen spannungsfreien Einbau.
• Bei schwer zugänglicher Installation: Kann der Anwender den aktuellen Betriebszustand der Pumpe mit einer Fernbedienung überprüfen, verändern und speichern?

Special Pumpen 1403ct929

Heftausgabe: März 2014

Über den Autor

Thomas Gierlich, Produktmanager Trockenläuferpumpen bei Grundfos
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