Kraft und Wärme imGriff

Sicherere Produktion von Bioenergie

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

05.10.2009 Bei der Überwachung von Thermalölpumpen können mithilfe einer Kontrolleinheit nicht nur der Betriebsablauf, sondern auch Wartungszyklen, Störfälle und die Kosteneffizienz genau überprüft werden. Eine automatische Steuerung ohne Personal ist möglich, und der Betreiber wird durch die Sicherheitseinrichtung stets auf dem Laufenden gehalten.So kann er bei Problemen schnell eingreifen und effizient handeln.

Anzeige

Entscheider-Facts Für Betreiber



  • Die Überwachung von Thermalölpumpen durch die neue Sicherheitstechnik hält den Betreiber ständig auf dem Laufenden und erlaubt schnelles Eingreifen. Es stehen ihm außerdem verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, um sich über einen Störfall informieren zu lassen.
  • Ein verlässlicher Anlagenbetrieb kann mithilfe der Sicherheitseinheit durch eine automatische Steuerung der Pumpen auch ohne Personal gewährleistet werden.
  • Wartungskosten können um bis zu 50 Prozent gesenkt werden, da das Überwachen durch die Kontrolleinheit eine Wartung nur im echten Bedarfsfall notwendig macht.

Seit 2008 ergänzt ein Biomasse-Heizkraftwerk die Anlagen der Futtertrocknung Mindelheim. Die Anlage erzeugt Biowärme und Biostrom zum Trocknen des Grünschnitts während des Betriebs im Sommer. Sie versorgt über ein Niedertemperatur-Wärmenetz in Mindelheim ganzjährig neben Industriebetrieben auch öffentliche Einrichtungen mit Fernwärme durch Heißwasser und speist des Weiteren Strom in das öffentliche Netz ein. Insgesamt liefert das Kraftwerk etwa 10000 bis 14000MWh jährliche Nutzwärme.

Thermalölpumpen zentral

Kernstück des Kraftwerks sind Thermalölpumpen. Diese Pumpen fördern das bis zu 350°C heiße Öl zu einem Wärmeübertrager, der ein Silikonöl so stark aufheizt, dass es verdampft. Der heiße Dampf des Silikonöls treibt die ORC-Turbine (Organic Rankine Cycle) an, die den Strom erzeugt.

Befeuert wird das Kraftwerk mit Holzhackschnitzeln, die von Waldbesitzern aus der Umgebung angeliefert werden. Diese Hackschnitzel entstehen aus dem Restholz nach Unwettern oder Durchforstung, das sonst nicht weiter genutzt werden könnte, und damit aus „nachwachsenden Rohstoffen“ (Nawaro). Das Kraftwerk erzeugt daraus jedoch nicht nur Strom, sondern ebenfalls Heißwasser für die Fernwärmeversorgung.
Mit dieser Anlage nutzt die Futtertrocknung Mindelheim eines der modernsten und effizientesten Verfahren, um in einem Biomasse-Kraftwerk Strom über Kraft-Wärme-Kopplung zu erzeugen. Der Genossenschaft erschließt das Kraftwerk eine ganzjährige Einnahmequelle, da es unabhängig vom Trocknen des Viehfutters Strom und Wärme liefert. Wurden bisher Wärme und Strom nur für 2000 bis 2500h jährlich produziert, läuft die Anlage jetzt rund um die Uhr. Die Turbine erzeugt etwa 1,5 bis 1,6MW, die Heizleistung des Kessels liegt zwischen 20 und 30MW. Der Brennstoffbedarf beträgt etwa 50000t Hackschnitzel pro Jahr.

Hohe Belastung der Pumpen

Entscheidend für die verlässliche Energieerzeugung ist die sichere, zuverlässige Funktion von den zentralen Thermalölpumpen. Zum einen sind die Pumpen hohen Belastungen ausgesetzt, zum anderen kann ein Pumpenschaden schwerwiegende Folgen haben, insbesondere dann, wenn heißes Öl austritt. Folgerichtig reagieren Betreiber von Wärmeträgeranlagen insbesondere auf Leckagen sehr sensibel.

Das konstruktive Auslegen von Wellendichtungen in Wärmeträgerpumpen ist deshalb eine Gratwanderung. Während Wasser meist dampfförmig aus dem Dichtspalt austritt, ist eine Leckage von Wärmeträgeröl immer visuell sichtbar. Die zur Funktion der Wellendichtung notwendige Leckage wird deshalb so weit wie möglich minimiert, ohne dadurch die Grenze zur Überlastung der Dichtung zu überschreiten.
Die besondere Beanspruchung der Pumpen ergibt sich zum einen aus den hohen Temperaturen und Temperaturdifferenzen, zum anderen aus möglichen Zersetzungsreaktionen des Wärmeträgermediums, die von thermischen Überlastungen hervorgerufen werden. Insbesondere die kettenförmigen Kohlenwasserstoffe zersetzen sich mit der Zeit in so genannte Leichtsieder und Schwersieder. Ein zu hoher Leichtsiederanteil kann dazu führen, dass die Pumpe in Kavitation läuft. Schwersieder treten in bitumenartiger Konsistenz bis hin zu extrem harten Verkokungsprodukten auf und wirken verschleißfördernd. Beides bedroht Lager und Wellendichtung der Pumpen.
Der Einsatz synthetischer Thermalöle wie im Kraftwerk in Mindelheim reduziert die Bildung von Leicht- und Schwersiedern, belastet aber die Pumpen durch niedrige Viskosität und geringere Schmierwirkung. Die tribologische Belastung der Gleitpartner der eingesetzten Gleitringdichtungen ist besonders hoch.

Kontinuierliche Stromerzeugunggefordert

Da das Kraftwerk fast immer automatisch gesteuert und ohne Personal betrieben wird, ist neben höchster Zuverlässigkeit auch eine schnelle Reaktion bei Störungen gefordert. Die eingesetzten Pumpen erfüllen zusammen mit einer neuen Überwachungseinheit beide Anforderungen: Einerseits sind die Pumpen speziell für heiße Fördermedien konstruiert und über Jahre optimiert worden, andererseits gibt die Kontrolleinheit dem Betreiber verschiedene Möglichkeiten, von Störungen sofort unterrichtet zu werden und schnell zu reagieren.

Ein Störfall an Sylvester 2008 war auch der Auslöser für die Genossenschaft, die Pumpen mit dieser Sicherheitseinrichtung nachzurüsten. Eine defekte Dichtung führte damals zum Austritt von heißem Öl. Die darauf folgende Rauchentwicklung wurde eher zufällig schnell bemerkt, und der Schaden hielt sich in Grenzen. „Nach diesem Vorfall ist die Überwachungseinheit ein Muss für jede unserer Thermalölpumpen“, berichtet der technische Leiter Johann Rogg. Die Investitionskosten rechnen sich in jedem Fall – allein deswegen, weil die Stromerzeugung selbst im schlimmsten Fall nur kurz unterbrochen werden muss, erläutert Rogg. Aufgrund dieser Erfahrungen will die Genossenschaft auch die dritte Pumpe mit der Überwachungseinheit nachrüsten.

Mögliche Probleme schon imAnsatz erkennen

Schon seit längerem maßen Kontrolleinrichtungen den Pumpendruck und die Fördermenge. Abweichungen vom Normalbetrieb wirkten sich hier jedoch zu spät aus. Der Betreiber konnte nicht schnell genug reagieren, um größere Schäden und vor allem einen längerfristigen Produktionsausfall zu verhindern.

Die neue Sicherheitseinrichtung reagiert dagegen sofort und meldet mögliche Fehlfunktionen schon beim Entstehen. Sie überwacht zwei wichtige Bauteile jeder Pumpe: Die Temperatur des Wellenlagers und die Funktion der Dichtung. Für beide Werte ist eine Warn- und eine Alarmschwelle festgelegt. Werden diese Werte überschritten, führt die Einheit eine Reihe von frei wählbaren Aktionen aus. In jedem Fall wird das Überschreiten visuell an der Pumpe angezeigt. Wahlweise löst das Gerät zusätzlich einen akustischen Alarm aus und/oder meldet die Überschreitung weiter. Dieses Weiterleiten kann sowohl an eine Leitwarte als auch über Internet oder Telefon als SMS an beliebige Empfänger erfolgen. „Erkennt die Einheit eine Unregelmäßigkeit, erhalte ich sofort eine Meldung, auch wenn ich nicht auf der Anlage oder dem Betriebsgelände bin. Ich kann dann sofort reagieren und falls nötig auch von zu Hause aus die Pumpe oder die ganze Anlage abschalten“, beschreibt Rogg den Betriebsablauf.
Je nach den Anforderungen des Betreibers kann die Sicherheitseinheit Pumpen mit Fehlfunktion auch selbst abschalten und Reservepumpen in Betrieb nehmen. In Mindelheim ist diese Automatik jedoch nicht eingesetzt, da sich die Mitarbeiter zuerst vor Ort selbst ein Bild machen wollen.

Geringere Gesamtkosten

Erst in den nächsten Jahren wird sich ein weiterer Vorteil der Überwachungseinrichtung in Mindelheim zeigen: Da der Verschleiß von Dichtungen zuverlässig dann erkannt wird, wenn er tatsächlich den kritischen Grad erreicht hat, sind vorbeugende Wartungen nicht mehr nötig. Die Wartungsintervalle sind deutlich verlängert; eine Wartung findet nur im echten Bedarfsfall statt. Die Wartungsvorteile qualitativ hochwertiger Pumpen mit langer Einsatzdauer lassen sich voll ausnutzen. Die typischen Wartungskosten für Pumpen in Wärmeträgeranlagen sinken damit um bis zu 50%.

Heftausgabe: Oktober 2009
Stefan Werner, Geschäftsentwicklung Allweiler

Über den Autor

Stefan Werner, Geschäftsentwicklung Allweiler

Stefan Werner, Geschäftsentwicklung Allweiler

Loader-Icon