Weniger ist mehr

Fehlerquellen und ihre Vermeidung beim Einsatz von Kreiselpumpen

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30.04.2018 Wie teuer der Einsatz einer Pumpe wird, hängt bereits von der Pumpenauswahl ab. Neben der Energieeffizienz geht es vor allem darum, das richtige System zu wählen, um potenzielle Fehlerquellen von vornherein auch ohne Diagnosesyssteme auszuschließen. Und manchmal lässt sich mit der richtigen Pumpe auch viel Geld beim Bau einer Anlage sparen.

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Entscheider-Facts für Betreiber und Planer

  • Pumpen sicher zu betreiben, ist nicht ausschließlich eine Frage der Sicherheitsinstrumentierung und des Einsatzes von Diagnose- und Frühwarnsystemen. In erster Linie kommt es auf die Auswahl des für die Anwendung geeigneten Pumpsystems an.
  • So kann das Wellendichtsystem von Magnetkupplungspumpen beispielsweise mit Stickstoff beaufschlagt werden, sodass diese nicht nur trockenlaufsicher, sondern auch gegen kristallisierende Stoffe geschützt sind.
  • Eine Vertikalpumpe ist so konstruiert, dass Kavitation auch bei ungünstigen Zulaufbedingungen nicht auftritt.

Bungartz

Bei der trockenlaufenden magnetgekuppelten Kreiselpumpe MPCH Dryrun …

Bungartz Schnitt

… hält ein mit Stickstoff beaufschlagtes Labyrinth zwischen Laufrad und Wellenlagerung Feststoffe vom Lager- und Dichtungsbereich fern.

Sinnvoller ist es zunächst, bei der Auswahl eines Pumpsystems die systematischen Fehlerquellen zu vermeiden: In der chemischen Industrie entstehen Probleme im Betrieb von Pumpen durch die zu fördernden Medien wie Säuren, Laugen oder toxische, abrasive, korrosive und feststoff- oder gashaltige Förderflüssigkeiten. Auswahl-, Auslegungs- oder Ausrichtungsfehler, eine Fahrweise außerhalb des Betriebspunktes oder eine unzureichende Entlüftung, eine falsche Drehrichtung der Pumpe, Trombenzug oder verschlossene Sperrsysteme können hier zu Schäden führen. Kavitation, einhergehend mit Schwingungen und Vibrationen oder ein Trockenlauf der Dichtungs- und Lagereinheit sind weitere typische Belastungen.

Stickstoffbeaufschlagte Magnet­kupplungspumpe: hermetisch dicht

Als zuverlässige Problemlöser für die chemische Industrie haben sich trockenlaufsichere, hermetisch abgedichtete Kreiselpumpen bewährt. Die eingesetzte Dichtungs- und Lagertechnologie der magnentgekuppelten Spezialkreiselpumpe arbeitet unabhängig vom Fördermedium. Trockenlaufsicher ist die Pumpe dann, wenn diese dauerhaft ohne Medium arbeiten kann. Um dies zu erreichen, wird die Lager- und Dichtungseinheit von der Förderflüssigkeit entkoppelt. Bei der trockenlaufenden magnetgekuppelten Kreiselpumpe MPCH Dryrun hält ein mit Stickstoff beaufschlagtes Labyrinth zwischen Laufrad und Wellenlagerung Feststoffe vom Lager- und Dichtungsbereich fern. Ein Speziallippendichtring vor der Lagerung tritt in Aktion, falls die Stickstoffversorgung ausfällt. Der Spalttopf, die eigentliche hermetische Dichtung, wird dadurch nur mit geringem Druck belastet und läuft ohne Produktberührung.

VAN-RGB Kopie

Auch die Spezialkreiselpumpen der Baureihe V-AN kommen ohne weitere Zusatzelemente aus. Ihre Besonderheit: Diese vertikalen Kreiselpumpen saugen nicht und passen sich selbsttätig an sich verändernde Zulaufmengen an. Bilder: Bungartz

In ihrer Betriebsweise ist diese Konstruktion herkömmlichen magnetgekuppelten Pumpen, bei denen das zu fördernde Medium auch den Spalttopf erreicht, überlegen. Sie bewährt sich besonders bei toxischen Medien und feststoff- oder gashaltigen Flüssigkeiten. Das zeigt sich auch bei der Förderung eines Mediums, das oberhalb von 100 °C polymerisiert und beim Abkühlen auskristallisiert. Die dort bisher eingesetzte Chemie­norm-pumpe mit doppelt wirkender Gleitringdichtung ist dieser Beanspruchung nicht gewachsen und führte mehrmals pro Jahr zu teuren Stillständen. „Dank der Normanschlussmaße war ein schneller und unkomplizierter Pumpenaustausch durch unsere Chemiepumpe vom Typ MPCH Dryrun möglich“, erläutert Geschäftsführer Frank Bungartz den Vorgang. Nach einem halben Jahr Laufzeit ohne Vorkommnisse wurde die Horizontalpumpe während eines geplanten Stillstands überprüft. Im Labyrinthbereich der Konstruktion wurde dabei kein anhaftendes Produkt entdeckt. Laufrad und Pumpengehäuse waren frei und zeigten keine Laufspuren. Auch die Sekundärdichtung hat auf dem Labyrinth keine Einlaufspuren verursacht.

Neben der sicheren Förderung zeichnet sich die hermetisch dichte Chemiepumpe auch durch ihre Energieeffizienz und den niedrigen Wartungsaufwand aus: In dem keramischen Spalttopf entstehen im Gegensatz zu metallischen Konstruktionen keine Wirbelströme. Der Lagerträger der Pumpe besteht aus einer Welle mit wartungsarmen, fettgeschmierten Wälzlagern, die eine Lebensdauer von mindestens 32.000 Stunden erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Magnetpumpen mit Gleitlagerung erreichen diese einen höheren Wirkungsgrad. In der Praxis zeichnen sich die Pumpen durch eine hohe Betriebszuverlässigkeit, ein Wartungsintervall von drei Jahren und die lange Lebensdauer aus. Auch ohne zusätzliche Regelung und Steuerung ist die Pumpe eigensicher. Von Eigensicherheit spricht man immer dann, wenn bei einem Gerät oder System aufgrund seiner Konstruktion selbst bei einem Fehlverhalten kein unsicherer Zustand auftritt.

Kavitationssichere Vertikalpumpe passt sich Zulaufmenge an

Das Beispiel zeigt, dass eigensichere Pumpen selbst bei sehr großer Beanspruchung ohne zusätzliche Sicherheitselemente eingesetzt werden können. Auch die Spezialkreiselpumpen der Baureihe V-AN kommen ohne weitere Zusatzelemente aus. Ihre Besonderheit: Diese vertikalen Kreiselpumpen saugen nicht und passen sich selbsttätig an sich verändernde Zulaufmengen an. „Wir haben diesen Pumpen das Saugen abgewöhnt“, scherzt Frank Bungartz, der das Unternehmen in der dritten Generation leitet. Er kennt die erstaunten Mienen, wenn er erklärt, dass diese Spezialpumpen einen NPSH-Wert aufweisen können, der bei 0 m liegt. Damit arbeiten die Pumpen kavitationsfrei.

Auch hier wird das sichere Verhalten ohne mechanische oder elektrische Regeleinrichtung erreicht – die Pumpenfunktion ist von Parametern der umgebenden Anlage entkoppelt. Durch den Einsatz dieser eigensicheren Spezialpumpen werden weniger Komponenten benötigt, wodurch sich zugleich die Anzahl potenzieller Fehlerquellen reduziert. Auch Fehlbedienungen führen nicht unmittelbar zu einem Schaden an der Pumpe. Daneben können Anlagen- und Wartungskosten auf Dauer gering gehalten werden.

Bei rechtzeitiger Planung ergeben sich hohe Einsparungen, wie das Beispiel eines Anlagenneubaus zeigt. Die Aufgabe bestand darin, siedend heißes Kondensat aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf abzuleiten. Das Kondensat wird zunächst in einem Ausdampfbehälter (Flashtank mit hoher Turbulenz) abgekühlt und dann im weiteren Prozessverlauf in einen Neutralisationsbehälter gepumpt. Herkömmliche Pumpen benötigen an dieser Stelle zusätzlich einen Kondensatsammelbehälter. Dieser dient der Beruhigung und dem Ausdampfen der Kondensate und wird mittels einer Min-/Max-Regelung gefahren. Zusätzlich ist bei diesen Pumpen eine Niveausteuerung notwendig, um sicherzustellen, dass der Füllstand nicht unter den NPSH-Wert der Pumpe sinkt (NPSHA > NPSHR + 0,5 m). Um die erforderliche Bauhöhe zu erzielen, wäre der Bau einer Grube notwendig geworden.

Bild 3

3: Links: Standard-Aufbau eines Pumpsystems für das Fördern von heißem Kondensat aus einem Dampfkreislauf. Die rechts gezeigte Lösung verwendet die eigensichere Spezialpumpe V-AN, benötigt weniger Komponenten und baut deutlich niedriger. Bilder: Bungartz

Durch den Einsatz der selbstregelnden Spezialkreiselpumpe aus der V-AN-Baureihe konnte die Grube eingespart werden (Bild 3). Bei der eingesetzten Vertikalpumpe tragen die Laufradgeometrie und ein Druckausgleich am Laufrad zur Stabilität bei. Kavitation wird durch den Druckausgleich zum Laufradeintritt vermieden, Dampf, der bis zur Pumpe durchschlägt, richtet keinen Schaden an. Selbst bei mitgerissenen Gas-/Dampfblasen kommt es zu keinem Strömungsabriss. Für die problemlose Förderung ist weder eine Regelung noch ein Trockenlaufschutz notwendig.

Flüssigkeiten direkt aus dem Vakuum fördern

In vielen Kondensatanwendungen werden Flüssigkeiten direkt aus dem Vakuum gefördert. Die beschriebene Verfahrensweise ist auch in diesen Fällen anwendbar, egal ob es sich um die Förderung aus dem Vakuum im Kondensatsammler, Hotwell oder Flash-Tank handelt. Die Pumpen werden für jeden Anwendungsfall ausgelegt und dabei an das Förderproblem und die Eigenschaften des zu fördernden Mediums angepasst. Weitere Eigenschaften beschreibt Sadko Meusel, Vertriebsleiter bei Bungartz: „Unsere Pumpen arbeiten alle eigensicher. Dieser Begriff aus dem Bereich der elektrischen Ausrüstung beschreibt Systeme, die mit einer sicheren Konstruktion aufwarten können. Für unsere Spezialkreiselpumpen nutzen wir konstruktiv physikalische Gesetzmäßigkeiten, durch die größtenteils eine externe Überwachung entfällt.“

Durch die dauerhaft kavitationsfreie Arbeitsweise ohne Fördermengenabriss eignet sich die Vertikalpumpe auch für siedende und feststoffbeladene Stoffgemische aus Gruben und geschlossenen, drucklosen Behältern wie Sloptanks. Weitere Anwendungsbereiche sind Vakuumbandfilter, Zentrifugen, Destillationskolonnen, Eindampfanlagen und Abwassergruben. Eine Besonderheit ist der Einsatz zur restlosen Tankentleerung. Durch eine minimale erforderliche Zulaufhöhe ist weder eine aufwendige Grube noch ein Gerüst notwendig. Die Konstruktion erlaubt es, Flüssigkeiten direkt aus dem Vakuum ohne Zulaufhöhe zu fördern. Die Pumpe bewältigt auch diskontinuierliche Zulaufströme und Kondensate. Durch den kontinuierlichen Betrieb sind keine Druckschläge zu erwarten. Insbesondere für gashaltige Medien sind die trockenlauffähigen Pumpen in puncto Betriebssicherheit ideal.

Achema 2018 Halle 8 – C 1

Heftausgabe: Mai/2018

Über den Autor

Anette van Dorp für Paul Bungartz
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