Artikel Warme Pumpe, kaltes Herz

In der Chemieindustrie werden Wärmeträger für zahlreiche Prozesse wie die Synthese, Oxidation, Hydrolyse, Hydrierung und Dehydrierung benötigt. Die Temperaturen reichen dabei meist von 180 bis 360°C. Häufige Anwendungen bei der Herstellung von Kunststoffen sind die Polymerisation und Polykondensation. Neue Produkte und Verfahren, neue Anwendungsgebiete sowie schärfere gesetzliche Vorgaben verlangen von den Herstellern eine stetige Weiterentwicklung ihrer Pumpen. Obwohl die Anforderungen an die Pumpen je nach Verwendungszweck ganz unterschiedlich sind, sind doch einige allgemeine Trends zu beobachten
So herrscht, was die Leistungsfähigkeit der Pumpen angeht, weitgehende Einigkeit unter Herstellern und Anwendern. „Die Leistungsbreite wird größer, das heißt, es werden sowohl kleinere als auch größere Leistungen abgefragt“, fasst Rolf Schleicher, Vorstandsvorsitzender bei Maxxtec zusammen. Sein Unternehmen baut Wärmeübertragungsanlagen.

World-Scale-Anlagenerfordern stärkere Pumpen

„Dass die Pumpen größer werden, hängt auch damit zusammen, dass in der Chemieindustrie immer mehr World-Scale-Anlagen gebaut werden. Im Bereich der Commodities steigt die Wirtschaftlichkeit durch die Größe der Anlage, demzufolge werden auch die Pumpenleistungen zwangsläufig höher“, stellt Stefan Bumb, Senior Mechanical Engineer im Zentralen Anlagenbau der BASF, die Zusammenhänge dar.

Allweiler folgt diesem Trend mit der Erweiterung der Allheat-Baureihe. Auf der WTT-Expo im Oktober in Karlsruhe hat der Pumpenhersteller die Allheat 1000 vorgestellt, die bis zu 1450m3/h in eine Höhe von maximal 100m fördern kann (siehe Fachartikel „Mehr, weiter, sicherer“, S. 28). Ein ähnliches Kraftpaket hat auch KSB auf der Messe vorgestellt. Die Etanorm RSY pumpt Thermalöl und Heißwasser auf eine Höhe bis zu 92m bei einer maximalen Förderleistung von 1900m3/h (siehe Produktfokus, S. 36). Eine verbesserte Hydraulik sorgt für einen geringeren Energieverbrauch. Der Pumpenhersteller Steimel geht den entgegengesetzten Weg. Rolf Raderschad, zuständig für den Vertrieb Pumpen bei Steimel, sieht einen Entwicklungstrend hin zu kleinen Zahnradpumpen mit Magnetkupplung, die von der Konkurrenz nicht angeboten werden. Kleine Kreiselpumpen, mit denen man kontinuierlich fördern kann, gäbe es nicht.

Big Brother für Pumpen

Ein aktuelles Thema bei einigen Pumpenherstellern und Anlagenbauern ist außerdem die Überwachung der Pumpen. Arndt Haferkamp, Vertriebsleiter bei Ness Wärmetechnik, beobachtet, dass die Lagertemperaturüberwachung verstärkt kommt. „Damit einher geht die Leckageüberwachung und der Schutz vor Leckagen. Für Kunden ist die Früherkennung von Schäden immer interessant, um Stillstandszeiten vorhersehen zu können. Derzeit gibt es aber noch wenige Systeme, durch die man vorbeugende Hinweise erhält.“

Bei Maxxtec wird seit etwa eineinhalb Jahren jede Pumpe mit einem Überwachungssystem ausgerüstet, das die Lagertemperatur, Leckagemengen und Schwingungen misst (siehe Produktfokus, S. 36). Sämtliche Störmeldungen werden im Klartext angezeigt. „Das System Pumpmax hat sich sehr bewährt“, erzählt Rolf Schleicher, „es ist für uns ein wichtiges Verkaufsargument, weil dadurch Pumpenschäden rechtzeitig erkannt werden und der Kunde keinen ungeplanten Betriebsausfall zu befürchten hat. Auch das Brandrisiko durch eine Pumpe, wenn das Lager heiß läuft, konnten wir auf diese Weise weitgehend eliminieren. Das System ist besonders dann lohnenswert, wenn die betreffenden Anlagen nur sporadisch betreut werden bzw. das Personal nicht entsprechend ausgebildet ist.“ Arndt Haferkamp sieht die Gründe für den Trend zur Überwachung vor allem in den erhöhten Sicherheitsanforderungen und der dünner werdenden Personaldecke. „Meist werden die Pumpen in Nebenanlagen eingesetzt, die in eigenen Räumen stehen, wo ohnehin nicht ständig Betriebspersonal unterwegs ist.“
Gerade in den großen Anlagen der Chemie- und Kunststoffindustrie wird allerdings zumindest bislang weniger auf Überwachung als auf Redundanz gesetzt. Stefan Bumb begründet das damit, „dass selbst mit einer Überwachung Fehler nicht völlig ausgeschlossen werden können. Die hermetischen Pumpen, die wir verwenden, sind außerdem empfindlich, was Fehlbedienung angeht. Mit einem Sensor kann man das zwar detektieren, aber nicht verhindern. Ein erhöhter Überwachungsaufwand ist keine 100-prozentige Garantie, deshalb steht bei uns die Philosophie der redundanten Pumpe im Vordergrund.“
Auf Redundanz setzt man auch bei Wacker in Burghausen. „Die automatische Überwachung ist noch nicht soweit. Die derzeit am Markt verfügbaren und ausgereiften Systeme sind für unsere Anwendungen zu teuer. Wir können nicht eine Pumpe mit 17kW-Antriebsmotor mit einem System für den doppelten Preis der Pumpe inklusive Motor überwachen. Das macht keinen Sinn. Derzeit läuft das Forschungsprojekt ReMain, bei dem ein Pumpenüberwachungssystem großflächig getestet wird. Ein System, das man zu einem sehr erschwinglichen Preis bekommen könnte“, erzählt Richard Losbichler, Leiter des Servicecenters Maschinen und der Fachstelle Pumpenzentrale bei Wacker.
Generell steht die Sicherheit und Verfügbarkeit bei allen Betreibern hoch im Kurs. Bei der BASF müssen die Pumpen nahezu rund um die Uhr verfügbar sein. Damit bei den hohen Temperaturen von 350°C und mehr kein Produkt austritt und das Personal nicht gefährdet ist, werden hier Spaltrohrmotorpumpen eingesetzt, insbesondere auch vor dem Hintergrund des Explosionsschutzes. „Zu Gunsten einer hohen Verfügbarkeit und Sicherheit nehmen wir auch den Nachteil eines etwas höheren Anschaffungspreises und Energieverbrauches, den eine Spaltrohrmotorpumpe hat, in Kauf“, erklärt Bumb.“ Bei Wacker ist die schnelle Verfügbarkeit besonders wichtig. „Die Lieferzeit ist Faktor Nr. 1 bei der Auswahlentscheidung einer neuen Pumpe. Der Lieferant muss innerhalb kürzester Zeit liefern können“, berichtet Richard Losbichler.

Dichtungsart –eine Frage der Anwendung

Ein allgemeiner Trend hin zu Magnetkupplungs- oder Spaltrohrmotorpumpen aufgrund der Sicherheitsanforderungen lässt sich allerdings nicht erkennen. Wo welche Art von Pumpen eingesetzt werden, ist stark branchen- und anwendungsabhängig, sind sich Arndt Haferkamp und Rolf Königsmann einig. Königsmann ist Global Branch Manager (OEM) bei Sterling Sihi. In der Papier-, Holz- und Baustoffindustrie kommen hauptsächlich Pumpen mit Gleitringdichtungen vor. „Magnetkupplungspumpen sind in diesen Industriezweigen aus Kostengründen eigentlich kein Thema und eher eine Sache der Chemieindustrie“, erläutert Arndt Haferkamp.

Ähnlich drückt es auch Stefan Werner vom Bereich Geschäftsentwicklung bei Allweiler aus: „Wir beobachten einen leichten Trend zu Magnetkupplungspumpen. Das gilt in erster Linie für die Chemieindustrie. Ein wichtiger Grund ist hier die Explosionssicherheit. Thermalöl ist zwar eigentlich nicht explosiv, aber brennbar. In anderen Industriezweigen werden hauptsächlich Wellendichtungspumpen eingesetzt.“ „Doch auch wenn Spaltrohrmotorpumpen und magnetgekuppelte Pumpen teurer und weniger energieeffizient sind als Wellendichtungspumpen, lohnt sich eine Betrachtung der Lebenszykluskosten“, gibt Stefan Dötsch zu bedenken. „Die Gleitringdichtung von Wellendichtungspumpen muss regelmäßig gewartet werden. Bei den wellendichtungslosen Pumpen ist das nicht nötig, wenn sie richtig entlüftet werden. Auf eine Lebensdauer von zehn Jahren gesehen ist deshalb die Gesamtbilanz bei wellendichtungslosen Pumpen je nach Baugröße besser.“

In der Chemieindustrie sind wellendichtungslose Pumpen gefordert

In der Chemieindustrie sind es die DIN 4754 und die BGR 104 (Explosionsschutzregeln der BG Chemie), die den Einsatz der Pumpen regeln. Bei Wärmeträgerölen, deren Gebrauchstemperatur über der Siedetemperatur bei Atmosphärendruck liegt, empfiehlt die DIN 4754 wellendichtungslose Pumpen. „Die BGR 104 fordert das gleiche, aber strenger. Im entsprechenden Passus, der im August 2006 neu in die technischen Regeln für Betriebssicherheit übernommen wurde, ist definiert, dass an bestimmten Stellen auf Dauer technisch dichte Anlagenteile einzubauen sind“, erläutert Stefan Dötsch die geltenden Vorschriften. „Das ist nur mit einer wellendichtungslosen Pumpe, eventuell noch mit einer doppelt wirkenden Gleitringdichtung zu schaffen, dann aber mit gewissen Einschränkungen. In der Praxis kommen eher magnetisch gekuppelte Pumpen und Spaltrohrmotorpumpen in Frage.“

Wie sich die Vorschriften im Hinblick auf eine noch ausstehende Europa-Norm entwickeln werden, weiß auch Dötsch nicht. „Die einzelnen Länder haben in diesem Markt sehr unterschiedliche Ansichten. Ich denke aber, die bisherige Tendenz bezüglich der Gleitringdichtungen wird beibehalten. Betriebsstörungen in den Anlagen können jedoch durchaus auf weitergehende Vorschriften entsprechenden Einfluß haben.“

Bedeutung der Energieeffizienz nimmt zu

Einen (markt-)politischen Hintergrund hat auch die Diskussion um die Energieeffizienz von Pumpen. Diese wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen – wie stark, das hängt für Stefan Werner auch von den Vorgaben der Politik ab. Bei Maxxtec ist der Eigenstrombedarf der Anlagen sogar ein Vertragskriterium. „Wir arbeiten kontinuierlich daran, den Eigenstrombedarf zu senken. Das gilt natürlich auch für die Pumpen, soweit das möglich ist“, erläutert Rolf Schleicher. Verallgemeinern kann man diesen Trend jedoch (noch) nicht. Wie wichtig die Energieeffizienz am Ende wirklich ist, sei von Kunde zu Kunde unterschiedlich und von den Kosten abhängig, berichten Rolf Königsmann und Arndt Haferkamp gleichermaßen. „Manche Kunden achten sehr auf hohe Wirkungsgrade und betreiben beispielsweise Pumpen mit Frequenzumformern, um nicht benötigte Umwälzleistung gar nicht erst abzufordern. Auf der anderen Seite haben wir viele Anlagenbaukunden, denen wir zuliefern. Die müssen am Ende die Betriebskosten nicht bezahlen, was die Diskussion um die Energieeffizienz schwieriger macht“, beschreibt Haferkamp seine Erfahrung.

Energieerzeugung –Absatzmarkt der Zukunft?

Energie ist auch das Stichwort für ein vielversprechendes, neues Anwendungsfeld für Thermalölpumpen: die Energieerzeugung. Peter Biebel, Produktmanager Thermalölpumpen bei Speck Pumpen, nennt solartechnische Großkraftwerke und mit biogenen Brennstoffen befeuerte Thermalölanlagen als neue Anwendungsgebiete. Matthias Schopf, Area Sales Manager bei Solutia, berichtet vor allem für Deutschland und Österreich von einer sehr starken Tendenz hin zu ORC (Organic Ranking Cycle). Der ORC-Prozess entspricht dem Zyklus einer konventionellen Dampfturbine, anstelle von Wasser wird jedoch ein organisches Verdampfungsmedium benutzt. Die Thermalöle dienen dazu, die Wärme aus der Verbrennung von Biomasse bzw. die Restwärme von Blockheizkraftwerken auf die Verdampfungsflüssigkeit zu übertragen. Auf Grund der hohen Temperaturen werden dafür synthetische Thermalöle eingesetzt.

Stefan Dötsch sieht einen weiteren Trend bei Solarwärmekraftwerken in südlichen Ländern: „Durch die subventionierten Strompreise gibt es vor allem in Spanien einen rasanten Entwicklungsschub. Viele Anlagenbau- und Engineeringfirmen stürzen sich darauf und wollen auf diesem Markt deutlich mitspielen. Auch wir sehen hier eine Chance für uns, stärker in diesen Markt hineinzukommen.“ In den Solarkraftwerken wird durch die Sonnenenergie ein Wärmeträger, der in den Sonnenkollektoren zirkuliert, erhitzt. Über Wärmeübertrager wird Dampf erzeugt und damit schließlich eine Turbine angetrieben. Wer hier mitmischen will, muss jedoch einige technische Herausforderungen meistern. „Die Temperaturen schwanken zwischen 250 und 400°C“, erklärt Stefan Dötsch, „sowohl das Thermalöl als auch die technische Mechanik müssen dafür geeignet sein. Weil die Pumpen für diese Anwendung meist sehr groß sind, sind auch die Gleitringdichtungshersteller gefordert, denn in dieser Größenordnung kann man keine wellendichtungslosen Pumpen mehr nehmen. Üblich sind hier doppelt wirkende Gleitringdichtungen und die sind in einem Stadium, das noch entwicklungsfähig ist.“
„Die Solarwärmekraftwerke in Spanien sind große Anlagen mit einer Ausdehnung von 1,5km²“, beschreibt Matthias Schopf die Größenverhältnisse, „schon alleine durch die Ausdehnung benötigt man große Mengen an Wärmeträgern. Drei Projekte werden derzeit realisiert, sechs bis acht weitere erwartet man noch, bis das Förderziel des Landes erreicht ist. Wie schnell sich solche Solarkraftwerke ausbreiten werden, hängt vor allem von den Standard-Energiekosten ab, schränkt Schopf ein. „Nordafrikanische Länder, in denen die Sonne genug scheinen würde, haben einen geringen Energie-Bedarf und ein Stromexport nach Europa ist wegen der Verluste noch nicht ökonomisch genug. Auf der arabischen Halbinsel hingegen ist die Energieerzeugung aus Öl und Gas nach wie vor favorisiert – über die Nutzung der Solarenergie wird hier zur Zeit noch nicht intensiv nachgedacht.“

Hersteller profitieren unterschiedlich vom Energiesektor

Was für einen Anteil die alternative Energieversorgung am Markt für Thermalöl und Thermalölpumpen hat, hängt von der finanziellen Förderung in den einzelnen Länder ab. „Wo gefördert wird, so wie in Deutschland, ist der Anteil schon signifikant“, berichtet Schopf. Seit zwei Jahren sei der Marktanteil auf einem hohen, aber konstanten Niveau. Allerdings profitieren die Pumpenhersteller unterschiedlich stark von diesem neuen Markt. So beobachtet Rolf Königsmann zwar schon länger den Trend, dass bei der alternativen Energieerzeugung vermehrt Thermalölpumpen eingesetzt werden, „aber von der Quantität her spielt das für uns bislang nicht so eine große Rolle.“

Auch bei ihrer Entwicklungsarbeit haben viele Hersteller die Themen Energieerzeugung bzw. Energieverknappung im Blick. So sieht Stefan Werner einen wichtigen Vorteil der Pumpenbaureihe All-heat von Allweiler darin, dass die Pumpen sowohl heißes Wasser bis 207°C als auch niederviskose, synthetische Wärmeträgeröle bis 350°C fördern. Damit sind diese Pumpen besonders für Kraftwerksbetreiber interessant, da eine Pumpenart an verschiedenen Stellen für Kondensat oder Thermalöl eingesetzt werden kann. Die Pumpen sind auf einen Nenndruck von 25bar ausgelegt. Mit einem stabileren Gehäuse könnte man Wasser auch noch bei höheren Temperaturen fördern. Speck Pumpen arbeitet an Pumpen für Prozesse bis 380°C. Peter Biebel nennt als Stichworte für die Hintergründe dieser Entwicklung die Verknappung von Roh- bzw. Treibstoffen und den Gewinn zusätzlicher Energien.

Fazit: Keine Preiserhöhung in Sicht – wovon die Kunden in den meisten Branchen nur träumen können, scheint bei Thermaölpumpen wahr zu sein. Die Konkurrenz unter den Herstellern ist groß. Das Geschäft läuft trotzdem gut und neue Märkte, wie die alternative Energieerzeugung, lassen für die Zukunft hoffen. Die Diskussion um steigende Energiekosten und den CO2-Ausstoß beeinflusst auch die Bedeutung der Energieeffizienz der Pumpen, die mit Sicherheit weiter zunehmen wird. Große World-Scale-Anlagen verlangen außerdem nach größeren, leistungsfähigeren Pumpen. Damit bei den Pumpen keine ungeplanten Betriebsausfälle auftreten, arbeiten mehrere Hersteller an Überwachungssystemen. Ob sich solche Systeme in der Praxis lohnen, ist allerdings eine Kostenfrage.

„Die Leistungsbreite der Wärmeträgerpumpen wird größer, das heißt, es werden sowohl kleinere als auch größere Leistungen abgefragt“
Rolf Schleicher, Vorstandsvorsitzender, Maxxtec
„Bei den Lebenszykluskostenschneiden Spaltrohrmotor- undMagnetkupplungspumpen je nach Baugröße besser ab als Wellendichtungspumpen, weil diese kürzeren Wartungsintervallen unterliegen“
Stefan Dötsch, Leiter des Bereichs Heißwasser- undWärmeträgerpumpen bei KSB
„Noch spielen die Energiekosten keine Rolle. Aber ihre Bedeutung wirdzunehmen; wie stark, das hängt von den Vorgaben der Politik ab“
Stefan Werner, Bereich Geschäftsentwicklung, Allweiler
„Die Frage der Energieeffizienz istimmer eine Frage von Kosten undNutzen. Die Kunden achten zwar auf die Energieeffizienz, aber nur solange die Pumpe nicht mehr kostet als bei der Konkurrenz“
Rolf Königsmann, Global Branch Manager (OEM), Sterling Sihi
„Für Kunden ist die Früherkennung von Schäden immer interessant, um Stillstandszeiten vorhersehen zukönnen. Derzeit gibt es aber nochwenige Systeme, durch die manvorbeugende Hinweise erhält“
Arndt Haferkamp, Vertriebsleiter bei Ness Wärmetechnik
„Ein erhöhter Überwachungsaufwand ist keine 100-prozentige Garantiedafür, dass keine Ausfälle auftreten, deshalb steht bei uns die Philosophie der redundanten Pumpe im Vordergrund“
Stefan Bumb, Senior Mechanical Engineer im ZentralenAnlagenbau der BASF
„Die Lieferzeit ist Faktor Nr. 1bei der Auswahlentscheidungeiner neuen Pumpe. Der Lieferant muss innerhalb kürzester Zeitliefern können“
Richard Losbichler, Leiter des Servicecenters Maschinen und Leiter der Fachstelle Pumpenzentrale, Wacker
„Zu den Anwendungstrends fürWärmeträgerölpumpen gehörensolartechnische Kraftwerke mitThermalöl als Wärmeträger undThermalölanlagen, die mit biogenen Brennstoffen befeuert werden“
Peter Biebel, Produktmanager Thermalölpumpen,Speck Pumpen
„Wo die alternative Energieerzeugung gefördert wird, so wie in Deutschland, ist der Anteil am Wärmeträgermarkt signifikant“
Matthias Schopf, Area Sales Manager bei Solutia