Wenn die Fabrik unter Wasser steht

Pumpensysteme für die Hochwasser-Risikovorsorge

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09.05.2016 Hochwasser kann Menschen, Gebäude und die Umwelt hochgradig gefährden. Für Eigner von Gewerbe- und Industrieunternehmen steht unter Umständen die Existenz auf dem Spiel. Die Lösung: Ein professionelles Hochwasser-Risikomanagement.

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Entscheider-Facts für Planer und Betreiber

  • Naturereignisse wie Hochwasser muss der Mensch grundsätzlich akzeptieren. Schadensbegrenzung durch smarte Vorsorge ist jedoch in vielen Fällen möglich.
  • Vorbeugender Hochwasserschutz ist kostensparender als das Beseitigen wiederkehrender und sich häufender Hochwasserschäden.
  • Regen-Rückhaltebecken, leistungsfähige Pumpstationen sowie die zugehörigen effizienten Steuerungssysteme sind Teil der Lösung.

Leistungsfähige, zuverlässige Pumpen und Systeme sind dabei unerlässlich, denn die chemische Industrie gebraucht und verbraucht große Mengen an Wasser – nicht nur als Lösemittel im Prozess, sondern auch als Energieträger in den Kühl- und Wärmekreisläufen. Die Großen der Branche sind deshalb ebenso wie viele Chemie- und Industrieparks in der Nähe von Flüssen angesiedelt. Die Standorte an den großen Wasserstraßen waren und sind auch für den Transport der Rohstoffe wichtig.

Chemikalienlecks und Stromausfälle
Doch wer nah am Wasser baut, muss auch mit dem Hochwasser-Risiko leben. Hinzu kommen die Gefahren von Starkregen-Ereignissen. Einzelne Unternehmen müssen ebenso wie Chemie- und Industrieparks dafür Sorge tragen, dass gelagerte Rohstoffe und Endprodukte im Fall von Starkregen, Hochwasser oder Überflutung nicht austreten und weder die Umwelt noch Menschen gefährden oder gar schädigen. Nicht zuletzt geht es um den Schutz hochwertiger Anlagentechnik.
Ein typisches Beispiel ist der Hochwasserschutz im Chempark Leverkusen. Dieser setzt sich aus drei Bausteinen zusammen: Einem stationären und einem mobilen Schutz sowie einem Pumpwerk. Von den insgesamt 2,3 km, die sich der Chempark zum Rhein hin öffnet, werden 1,3 km von einer stationären, etwa 1 m hohen Spundwand gesichert. Eine im Bedarfsfall aufgebaute mobile Schutzwand sichert den verbleibenden Kilometer. Bei Hochwasser drückt das Wasser aber nicht nur über die Ufer in den Chempark, sondern auch über die Kanäle. Deshalb lassen sich deren Auslässe verschließen. Ein gleichzeitig aktiviertes Pumpwerk befördert das innerhalb des Parks anfallende Reinabwasser – nicht behandlungsbedürftiges Regenwasser – in den Rhein. Die beiden Pumpen können 25 Mio. l/h bewegen.

Wassermanagement mindert Flutschäden
Was einem unvorbereiteten Industriebetrieb im Falle von Hochwasser droht, hat das Umweltbundesamt in einem Bericht (UBA-FB 001047) eindrucksvoll beschrieben: Durch den Auftrieb von Behältern und Tanks verformen sich diese, und Rohrleitungen reißen ab. Die Folge sind Leckagen von Chemikalien, die sich weiträumig verteilen. Kabel zur Energieversorgung oder Steuerung von Armaturen, Pumpen, Mischer, Kompressoren usw. nehmen Schaden; die Produktion stoppt ungeplant und abrupt – mit der Konsequenz von erheblichen Schäden in den Anlagen. Überflutete Chemikalienlager bringen die Gefahr mit sich, dass Gebinde fortgespült werden. Überspülte Trafostationen außerhalb des eigentlichen Betriebsgeländes führen zu Problemen bei der Energieversorgung. Ebenso problematisch ist der Ausfall von Kläranlagen. Ungeklärte Abwässer verteilen sich bei einer Überspülung weiträumig, und ohne Abwasserentsorgung steht die Produktion gezwungenermaßen still.
Das Hochwasser selbst lässt sich nicht verhindern – aber seine Auswirkungen lassen sich abmildern. Mögliche Anpassungsstrategien sind eine generell an Hochwasser adaptierte Bauweise, das Schaffen von Retentionsflächen und das Verstärken der bestehenden Schutzanlagen. Pumpen sind ein wesentliches Element des technischen Hochwasserschutzes. Solche Aggregate müssen einen hohen Förderstrom bei gleichzeitig geringer Förderhöhe leisten. Eine hohe Zuverlässigkeit ist besonders wichtig, damit die Pumpen im Bedarfsfall auch nach langem Stillstand wieder anlaufen.
Steigt der Wasserstand eines aufnehmenden Flusses drastisch an, droht auch die Überflutung von in diesen Fluss mündenden sekundären Gewässern. Die Folge: Ein Rückfluss, der zu größeren Überschwemmungen in Regionen führen kann, für die auf den ersten Blick kein Risiko besteht. Grundfos hat für solche Ereignisse mit dem Bau sogenannter Pumpenschleusen eine Lösung gefunden. Dabei handelt es sich um große Schleusentore, die mit platzsparenden SRP-Pumpen (Tauchmotor-Rezirkulationspumpen) in Wandmontage ausgestattet sind.
Die Schleusentore sind mit leistungsstarken Motoren ausgerüstet und stehen im Normalzustand offen. Steigt der Wasserstand, schließt das Schleusentor und verhindert damit einen Gegenfluss stromaufwärts. Die an den Schleusentoren installierten Pumpen verhindern das Steigen des Wasserstands im sekundären Wasserlauf über den Wasserstand des Oberwassers der Schleuse. Sinkt der Wasserstand im Unterwasser der Schleuse auf normale Höhe, öffnet sich das Schleusentor wieder.

Pumpen mit hohem Wirkungsgrad
Die in den Pumpenschleusen ebenfalls eingesetzten Tauchmotor-Axialpumpen der Baureihe KPL sind für Hochleistungs-Einsätze ausgelegt. Sie leisten einen hohen Förderstrom bis 700 m3/min bei niedriger Förderhöhe bis 9 m. Diese Pumpen erreichen konstruktionsbedingt einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad von 87 %, und sie sind aufgrund des nach hinten gekrümmten Axial-Laufrades nahezu verstopfungsfrei. Der Wartungsaufwand ist aufgrund des einfach auszuwechselnden Verschleißrings und durch Einsatz der doppeltwirkenden Gleitring-Dichtung als einfach austauschbare Patronendichtung gering. Zum Überwachen der Pumpe dient ein Wasser-in-Öl-Sensor.
Durch Verwirbelungen zwischen Propeller und Zwischenrohr sinkt bei Axialpumpen erfahrungsgemäß der Wirkungsgrad. Zunehmende Verwirbelungen bei steigendem Durchfluss und Druck senken den Wirkungsgrad weiter. Der sogenannte Turbulence Optimise begegnet diesem Effekt und erhöht den hyraulischen Wirkungsgrad um bis zu zwei Prozentpunkte. Es handelt sich dabei um einen dehnbaren Gummiring, der am Perimeter der Pumpenspirale befestigt ist. Sobald Fördermenge und Förderdruck steigen, dehnt sich der Gummiring aus und passt sich an das Rohr an. Das mindert Verwirbelungen und erhält den Wirkungsgrad. Der Gummiring verhindert darüber hinaus, dass Versatz und Produktionstoleranzen des Rohres den Wirkungsgrad beeinträchtigen.

Rückhaltebecken mit integrierter Steuerung
Das Wasser mithilfe von Schleusen und Pumpen draußen zu halten, ist nur eine Möglichkeit des Hochwasserschutzes. Regenwasser, besonders bei Starkregen, lässt sich auf diese Weise kaum abhalten. Hier übernehmen Rückhaltebecken eine wichtige Funktion: Sie nehmen überschüssiges Regenwasser aus der Kanalisation auf, um Überläufe zu verhindern oder einzudämmen. So verhindern sie auch eine Überlastung der Kläranlage.
Für ein integriertes Steuerungssystem für Rückhalteanlagen ist eine Reihe von Funktionen wichtig. Die gesteuerte Anlage sollte in der Lage sein, eingeleitetes Wasser zu klären und zu reinigen, damit dieses bei vollständig gefülltem Becken in einem ökologisch vertretbaren Zustand ausgetragen werden kann. Bei vollem Becken dürfen keine unangenehmen Gerüche und unhygienischen Bedingungen entstehen, da sich Rückhaltebecken häufig in der Nähe bewohnter Regionen befinden. Die Steuerung muss automatisiert sein, damit möglichst kein Personal dafür erforderlich ist, und auch das Reinigungssystem sollte ohne menschliches Eingreifen effektiv arbeiten. Beim Entleeren muss das System die Kapazität der Kanalisation berücksichtigen. Es sollte ferner sichergestellt sein, dass das zur Kläranlage geleitete verunreinigte Wasser eine angemessene Wasserqualität besitzt.
Die Form der Becken ist beliebig. Unter Berücksichtigung aller Anforderungen hat das Unternehmen Lösungen insbesondere zur Reinigung des Beckens und zur Bewegung des Beckeninhalts entwickelt. Diese Systeme nutzen Pumpen und Strahlreiniger zusammen mit der entsprechenden Systemtechnik, die sich an die Anforderungen der Abwasseraufbereitung anpassen lassen. Die Anlage besitzt eine automatische SPS- und Scada-Steuerung. Während auch diese Lösung keinen vollständigen Hochwasserschutz garantiert, ist sie dennoch ein wichtiger Beitrag zur Vorsorge gegen die unvermeidbaren Flut- und Wetterereignisse.

Ifat 2016  Halle A6 – 239/338

Hier gelangen Sie zur Homepage des Herstellers, und mehr zum Thema Hochwasserschutz finden Sie auf Chemietechnik.de.

Heftausgabe: Mai 2016

Über den Autor

Rainer Stierle, Vertriebsdirektor Wasserwirtschaft, Grundfos
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