Den Durchblick behalten

Spalttopfüberwachung magnetgekuppelter Kreiselpumpen

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

14.03.2017 Das Problem ist simpel, die Lösung ist es nicht: Bei magnetgekuppelten Kreiselpumpen schneiden die magnetischen Feldlinien den metallischen Spalttopf und erzeugen durch die elektrische Leitfähigkeit des Materials Wirbelstromverluste, die den metallischen Spalttopf erwärmen.

Anzeige

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Stehen sie still, steht der komplette Betrieb: Pumpen sind kritisch für den reibungslosen Betrieb einer jeden Anlage. Darum müssen Betreiber ihre Prozesssicherheit besonders im Auge behalten. Das war bisher aber gar nicht so einfach.
  • Mit der beschriebenen „…-Safe“-Überwachungsreihe können Betreiber fast alle kritischen Zustände und Sicherheitsstufen an einem Spalttopf einer magnetgekuppelten Pumpe sicherheitsgerecht überwachen und detektieren.

Ein interner Zirkulationsstrom führt diese Wärme ab. Die höchste Temperatur tritt dabei am Spalttopf im Bereich der Magnetkupplung auf. Um einen unzulässigen Temperaturanstieg am Spalttopf zu überwachen, kommt üblicherweise ein Widerstandsthermometer PT100 zum Einsatz. Als Alternative hierzu hat Dickow Pumpen bereits vor einigen Jahren den Mag-Safe eingeführt, der Betreibern gegenüber einem reinen Widerstandsthermometer Vorteile ermöglicht.

Bild: Dickow Pumpen

Pumpen halten Prozesse
am Laufen. Darum ist ihre Überwachung so kritisch.
Bild: Dickow Pumpen

1_Bild mag-safe

Bild: Dickow Pumpen

3_Bild double-safe

Bild: Dickow Pumpen

2_Bild shell-safe

Mit den Sicherheitslösungen können Betreiber die Spalttöpfe ihrer Pumpen überwachen lassen. Bild: Dickow Pumpen

Nur ein Thermometer ist zu wenig

Der PT100 hat einen flach ausgeführten Schutzrohrboden und besitzt eine integrierte Feder. Damit besteht ein ausreichender und ständiger Kontakt zur Spalttopfoberfläche. Die Widerstandsthermometer arbeiten damit zuverlässig bei gefüllter Pumpe und schützen gegen Siedepunkt-Überschreitung des Fördermediums im Spalttopfbereich – allerdings sind sie nicht als Trockenlaufschutz geeignet. Denn das Problem, das sich Betreibern bei dieser Art der Temperaturerfassug stellt, ist, dass der Temperaturanstieg durch auftretende Wirbelstromverluste des metallischen Spalttopfes im Zentrum der Magnete erfolgt, der PT100 jedoch außerhalb der Magnete angeordnet ist. Das kann in der Praxis zu Problemen führen. Denn während im Zentrum der Magnete bei Trockenlauf bereits nach wenigen Sekunden hohe Temperaturen auftreten können, zeigt der PT100 erst nach mehreren Minuten eine (geringe) Reaktion. Anders verhält es sich beim Mag-Safe, der Anwendern aufgrund seines speziellen Designs einen solchen Trockenlaufschutz ermöglicht. Daneben ist auch eine Überwachung der Spalttopfoberflächentemperatur gemäß Explosionsschutzrichtlinie und das Überwachen der Wälzlager möglich: Bei ausgeschlagener Wälzlagerung läuft der Außenmagnet erst mit der Anlaufsicherung am Lagerträger an. Wird dies nicht erkannt, schert der Außenmagnet den Verbindungsdraht des Mag-Safe ab und schaltet die Pumpe ab, bevor der Spalttopf von außen durchgeschliffen wird.

Folie schafft Sicherheit

Eine Spalttopfüberwachung nichtmetallischer Spalttöpfe, insbesondere Keramikspalttöpfe, ist bis zum jetzigen Zeitpunkt für Betreiber nicht zufriedenstellend gelöst. Denn eine alleinige Temperaturüberwachung ergibt mit den bisherigen Überwachungsmöglichkeiten keinen Sinn: Wegen des hohen spezifischen elektrischen Widerstands der Keramik entstehen keine Wirbelstromverluste – und es stellt sich demzufolge auch keine Temperaturerhöhung ein. Das Überwachen eines Spalttopfbruches und der damit verbundenen erheblichen Zerstörung vieler Bauteile durch die herumfliegenden keramischen Bruchteile ist bisher nicht möglich. Um die Anforderungen an die immer höherwertigen Sicherheitskonzepte der Betreiber zu erfüllen, hat der Pumpenbauer nun die Spalttopfüberwachung Shell-Safe entwickelt. Diese besteht aus einer dünnen Folie mit eingebettetem Nickelleiter, der einen definierten Widerstand von 100 Ω bei 20 °C besitzt. Diese Folie wird mit dem Keramikspalttopf verbunden und deckt dessen gesamten Mantelbereich ab. Eine am Spalttopfflansch sitzende Buchse und eine weiterführende Steckverbindung stellen den Kontakt zu einem im Anschlusskopf sitzenden Messumformer her. Dieser kontrolliert mittels Widerstandsmessung den Stromkreis des Nickelleiters sowie die Isolation dieses Drahtes und der Anschlussteile zu den umliegenden Gehäuseteilen und dem Spalttopf. Bei Beschädigung oder Kurzschluss des Leiters löst das System einen Alarm aus. Flansch, Spalttopf und die dazwischenliegende Dichtung sind fest miteinander verbunden und bilden zusammen ein Bauteil; die Stromzuführung erfolgt über eine Ex-Kabeleinführung. Eine Isolationsüberwachung führt das Gerät vom Messumformer nach außen und verbindet diesen mit der Pumpe. Die Applikation ist ein eigensicheres elektrisches Betriebsmittel entsprechend EN 60079-11 und fällt deshalb unter die Bestimmungen der Explosionsschutzrichtlinie. Entsprechend ließ der Hersteller ein Konformitätsbewertungsverfahren durch eine benannte Stelle durchführen. Eine Baumusterprüfbescheinigung liegt ebenfalls vor. Anwender können die Spalttopfüberwachung als eigensicheres Betriebsmittel mit der Kennzeichnung Exib in explosionsgefährdeten Bereichen als Kategorie-2-Gerät in Zone 1 einsetzen.

Safety first

Generell spielt der Sicherheitsgedanke beim Fördern hochgefährlicher und toxischer Medien eine immer wichtigere Rolle. Der Trend geht dahin, bei solchen Fördermedien eine zweite Barriere vorzusehen, damit bei einem Spalttopfschaden kein unkontrollierter Produktaustritt zur Atmosphäre erfolgen kann. Neben den bekannten Sekundärabdichtungen auf Basis trockenlaufender Gleitringdichtungen, die zusammen mit dem Lagerträger der Pumpe eine zweite Sicherheitshülle bilden, entwickelte der Anbieter den patentierten Doppelspalttopf Double-Safe. Mit ihm entfallen die trockenlaufende Sekundärgleitringdichtung und die dazu erforderlichen Überwachungs- und/oder Abschaltgeräte. Standardbauteile können ohne zusätzliche Anschlüsse und konstruktive Maßnahmen zur Aufnahme der Gleitringdichtung zum Einsatz kommen. Die Applikation stellt eine echte zweite Barriere dar, da sowohl der Innentopf als auch der Außentopf auf die maximalen Betriebsbedingungen ausgelegt sind. Sobald ein Topf durch unkontrollierte Betriebsbedingungen defekt gehen sollte, erfüllt der zweite Topf die volle Abdichtung. Durch seine Eigenschaften ist der Double-Safe den bisher am Markt verfügbaren Lösungen überlegen: Der Innentopf ist mit dem Außentopf kraftschlüssig verbunden. Beide Töpfe haben eine identische Wandstärke. Im Mantelbereich ist keinerlei Luft zwischen dem Innen- und Außentopf vorhanden.

Das hier eingefügte Zwischenlagenmaterial hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und eine hohe chemische Korrosionsbeständigkeit. Dies führt die am metallischen Außentopf entstehenden Wirbelstromverluste ohne zusätzliche Erwärmung und ohne Luftisolation schnell nach innen. Dort werden sie, zusammen mit den Wirbelstromverlusten des Innentopfes, durch den internen Zirkulationsstrom abgeführt. Es ist daher kein Fremdmedium zur Kühlung des Außentopfes erforderlich.

Keine Kontamination – kein Problem

Ein in das Zwischenlagenmaterial eingewobener isolierter Thermoelementdraht ermöglicht das Überwachen des Zwischenraumes und wird zu einer Anschlussbuchse am Spalttopfflansch geführt. Mit der weiterführenden Steckverbindung entsteht ein Kontakt zu einem im Anschlusskopf sitzenden Messumformer. Dieser kontrolliert mittels Widerstandsmessung den Stromkreis des Thermoelementdrahtes sowie die Isolation dieses Drahtes und der Anschlussteile zu den umliegenden Gehäuseteilen. Bei Beschädigung oder Kurzschluss des Drahtes löst das Gerät einen Alarm aus. Bei einem zerstörten Innen- oder Außentopf ist es möglich, einen Drahtbruch durch einen schleifenden Innen- oder Außenmagneten oder durch korrosiven Angriff des Fördermediums zu überwachen. Weitere Anschlüsse sind nicht erforderlich. Entsprechend ist keine aufwendige Messapparatur zum Überwachen des Zwischenraumes notwendig. Das Zwischenlagenmaterial kann bei einem Spalttopfschaden nicht entweichen, weshalb keinerlei Gesundheitsgefährdung möglich und keinerlei Prüfung der Verträglichkeit mit dem Fördermedium erforderlich ist. Weiterer Vorteil: Der Double-Safe ist ein einfaches elektrisches Betriebsmittel gemäß EN 60079-11 und fällt deshalb nicht unter die Bestimmungen der Explosionsschutzrichtlinie. Der eingebaute Messumformer unterliegt einem separaten Bewertungsverfahren.

Hier gelangen Sie zum Anbieter.

Auf unserem Portal finden Sie weitere Beiträge zum Thema Spalttopf.

Heftausgabe: März 2017

Über den Autor

Jürgen Konrad; Technischer Leiter, Dickow Pumpen
Loader-Icon