Keinen Fehlstart hinlegen

Inbetriebnahme von Thermal-Ölpumpen

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05.03.2012 Wenn Stillstand auch, streng physikalisch betrachtet, nur eine Sonderform der Bewegung ist, so ist die Zustandsänderung in den Betrieb doch eine der stärksten Belastungen, denen eine Maschine ausgesetzt ist. Daher ist es für Anwender entscheidend, hier einige Regeln zu beachten.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Eine stabile Grundplatte ist die Basis einer störungsfreien Inbetriebnahme.
  • Die Pumpe sollte stets komplett entlüftet sein.
  • Betreiber sollten Kompensatoren aus Kostengründen nicht durch Schwanenhälse ersetzen.
  • Bei der Erstinbetriebnahme ist es wichtig der Pumpe einen Schmutzfänger vorzuschalten. Dieser filtert etwaige Fremdkörper aus den Verrohrungen.

Wärmeträgerpumpen und spezielle Thermal-Ölpumpen fördern Medien mit einer Temperatur bis zu 400 °C. Bei ihrer Inbetriebnahme kommt es daher zu großen Temperaturänderungen und somit zu einem thermischen Wachstum. Dieses verläuft für alle Systemkomponenten – von den Rohrleitungen bis zu den einzelnen Lagerungen in den Pumpen – unterschiedlich.

Hinzu kommt bei den Wärmeträgerpumpen eine verminderte Schmierung der Lager aufgrund der Verwendung synthetischer Öle. Diese setzen sich wegen ihrer höheren thermischen Belastbarkeit und Stabilität zunehmend gegenüber mineralischen Wärmeträgerölen durch: Die höheren Anschaffungskosten rechnen sich durch ihre längere Verwendbarkeit. Für die Pumpe sind diese dünnflüssigen Öle jedoch eine Herausforderung. Aus diesen beiden Faktoren – dem thermischen Wachstum und der geringen Schmierung – ergeben sich die folgenden, wesentlichen Punkte, die von Anwenderseite zu berücksichtigen sind, damit es bei Inbetriebnahme der Pumpe nicht zu Beschädigungen kommt.

Durchwärmung der Pumpe vor der Inbetriebnahme schützt vor Defekten

Dazu gehört das langsame Durchwärmen der Pumpe von der Ausgangs- beziehungsweise Raumtemperatur bis zur Betriebstemperatur des Mediums. Hierfür sollte der Anwender pro 5 K Temperaturanstieg etwa eine Minute kalkulieren. Auf diese Weise heizt sich die ausgeschaltete Pumpe langsam mit einer steigenden Menge heißen Mediums auf, wobei ein gedrosselter Schieber die Durchflussmenge regelt. Vorzugsweise ist das Durchströmen mittels einer zweiten Pumpe durchzuführen. Auf diese Weise dehnen sich kritische Bauteile wie Gehäusedichtung, Lagerdeckel, Lagerträger und Lagerdichtung gemeinsam langsam aus.

Bei mit Notstromaggregaten betriebenen Pumpen oder Reservepumpen ist ein langsames Durchwärmen meist nicht möglich. Diese Pumpen erreichen oft innerhalb von Minuten ihren Betriebspunkt. Um Beschädigungen zu vermeiden, sollten Betreiber diese konstant temperieren.

Nicht nur die Pumpe, sondern auch den Wärmeträger sollte der Anwender vor dem Anfahren auf eine Temperatur vorwärmen, bei der er kriechfähig ist. Nur dann kann er die feinen Spalte im Lagerraum speziell von Gleitlagern erreichen und dort von Anfang an die notwendige Schmierung ermöglichen. Sinnvoll ist es, die vorgewärmte Pumpe mit dem vorgewärmten Medium vor der Inbetriebnahme zwei- bis dreimal sehr langsam durchzudrehen.

Nachjustierung der Pumpe wegen des thermischen Wachstums des Materials

Die Ausdehnung der Komponenten lässt sich bereits bei der Installation berücksichtigen: Als Beispiel sollte der Motor einer mittelgroßen Pumpe erfahrungsgemäß pro 100 °C Differenz zwischen der Raumtemperatur bei der Installation und der Temperatur des Mediums um 1/10 mm höher ausgerichtet sein als die Pumpe. Grundsätzlich hängt diese Höhendifferenz sehr stark von der Konstruktion und Baugröße der jeweiligen Pumpe ab. Daher ist es sinnvoll, nach einer Ausrichtung in kaltem Zustand zusätzlich eine Nachjustierung durchzuführen, bei der die Temperatur der Pumpe möglichst nahe bei der Betriebstemperatur liegt. Der Pumpenhersteller Allweiler bietet diesen Service grundsätzlich bei jeder Lieferung an.

Doppelkardanische Kupplungen, wie sie bei den Thermalölpumpen des Produzenten zum Einsatz kommen, sind ein weiterer Sicherheitsfaktor. Insbesondere in Anlagen, in denen Heiz-Kühl-Prozesse mit unterschiedlichen Temperaturen fahren, nehmen diese Kupplungen den Winkelversatz auf.

Bei der Installation sollten Anlagenbetreiber zudem auf eine komplette Isolierung der Pumpe verzichten. Zwar verringern sich durch die Isolierung Wärmeverluste, gleichzeitig aber führt sie auch schnell zu einem übermäßigen Erhitzen von Motor und Gleitringdichtung – und damit zu einem frühen Ausfall der Pumpe. Ist das Isolieren der Pumpe unumgänglich, sollte die Isolierung nur das Gehäuse umschließen. Lagerträger und Motor müssen immer frei bleiben. Aus dem gleichen Grund ist die Kupplung bei magnetgekuppelten Pumpen weder zu isolieren noch abzudecken. In jedem Fall müssen Anwender bei einer Isolierung die Angaben in der Betriebsanleitung beachten.

Ein planes und stabiles Fundament sichert den Pumpenbetriieb

Die Basis für eine reibungslose Inbetriebnahme einer Thermalölpumpe ist – im wahrsten Sinne des Wortes – das Fundament. Es muss absolut eben sein und so stabil, dass sich die Ausdehnung der Pumpe nicht auf die Rohrleitungen übertragen kann. Auch darf sich die Ausrichtung der Pumpe im Fundament bei Krafteinwirkung von außen nicht verändern.

In Kompensatoren investieren – Schwanenhälse sind nur eine Notlösung

Waren vor Jahren Kompensatoren in den Rohrleitungen Standard, so verzichten heute immer mehr Anlagenbauer zugunsten einer geringeren Angebots- und Investitionssumme für den Anlagenbetreiber darauf. Dies „kompensiert“ dann mit höherem Verschleiß und häufigerer Wartung. „Schwanenhälse“, die die Dehnungskräfte der Rohrleitungen aufnehmen sollen, sind nur eine Notlösung.

Die für Anlagenbetreiber beste Variante ist eine Konstruktion mit Kompensatoren auf beiden Seiten der Pumpe und nahe an der Pumpe liegende, leicht zugängliche Ventile. Dies ermöglicht eine schnelle Wartung. Die Betriebsanleitung nennt die Kräfte, die auch bei installierten Kompensatoren nicht zu überschreiten sind.

Eine Investition in Kompensatoren rechnet sich für Anwender nach Erfahrung des Pumpenherstellers schnell: Das gesamte System läuft schwingungsärmer und damit ruhiger, was die Lager der Pumpen schont. Dadurch erhöhen sich die Betriebszeiten typischer Thermalölpumpen mit Kompensatoren auf mehrere Jahre.

Hohe Gleitlagerbeanspruchung erfordert päzise Pumpenausrichtung

Die geringe Schmierfähigkeit synthetischer Thermalöle bei Temperaturen über 300 °C hat Auswirkungen auf die Konstruktion der Lager: Die Viskosität ist im Lagerbereich dann so gering, dass Kugellager nicht mehr einzusetzen sind. An ihre Stellen treten dann Gleitlager. Die hierfür verwendeten Werkstoffe reagieren jedoch empfindlich auf Krafteinwirkung, was die Notwendigkeit einer präzisen Ausrichtung unterstreicht.

Kavitationsschäden durch Wartung vermeiden

In jedem Thermalöl bilden sich mit der Zeit Leichtsieder wie Kondenswasser. Ratternde Geräusche in der Pumpe weisen darauf hin, dass Leichtsieder als Luftblasen in das Pumpengehäuse gelangt sind. Die Folge: Kavitationsschäden am Laufrad und eine starke Abnutzung der Lager. Daher sollten Anwender das Thermalöl unbedingt vor der Erst-Inbetriebnahme – und später in regelmäßigen Abständen – auskochen und die entstehenden Leichtsieder ablassen. Das ist insbesondere bei Pumpen mit Magnetantrieb wichtig. Denn die Luftblasen führen zu starken Lastwechseln, die das Abreißen der Magnetkupplung bewirken können. Tritt das ein, bleibt die Pumpe stehen und der Magnet nimmt Schaden. Sind mehrere magnetgekuppelte Pumpen installiert, kann nur ein Lastwächter einen solchen Ausfall anzeigen. Grundsätzlich ist das Überwachen der Stromaufnahme bei magnetgekuppelten Pumpen besonders wichtig, da sich nur so ein Abriss der magnetischen Verbindung rechtzeitig erkennen lässt.

Wichtig ist es, die Betriebsdaten beim Auslegen der Pumpe genau zu überprüfen. Hierzu zählen nicht nur die genauen Betriebspunkte sondern auch die Bedingungen beim Anfahren der Pumpe. Ein kaltes Öl kann zu erhöhten Drehmomentwerten und damit zu einer Überlastung der Magnete führen. Auch Druckschwankungen im System können eine Überlastung auslösen. Eine Investition in einen um eine Nummer größeren Magneten kann sich hier sehr schnell rechnen.

Pumpe vor Inbetriebnahme entlüften

Grundsätzlich ist jede Pumpe vor Gebrauch im Dichtungsbereich sorgfältig zu entlüften. Verbleibende Luft führt hier unvermeidlich zu einem Trockenlaufen, was die Dichtungen schnell zerstört. Empfehlenswert ist, wie beim Ausrichten, eine Entlüftung in kaltem und betriebswarmem Zustand. Hier zeigt sich, wie wichtig gut erreichbare Ventile nahe an der Pumpe sind.

Vor Erst-Inbetriebnahme Schmutzfänger vor der Pumpe installieren

Ähnlich wichtig ist, insbesondere bei der Erstinbetriebnahme, ein feiner Schmutzfänger vor der Pumpe. In den Verrohrungen finden sich häufig größere Fremdkörper wie Zunder, Schweißperlen, Putzlappen, Kunststoff-Stopfen, Zigarettenkippen und auch Kaffeebecher. Aus diesem Grund sollten Anlagenbetreiber die Schmutzfänger bei jeder Inbetriebnahme sorgfältig überwachen – am sichersten mittels einer
Differenzdruckanzeige mit Kontaktmanometer. Bricht der Druck an der Saugseite ein, ist fast immer ein verstopfter Schmutzfänger die Ursache, und Schäden an der Pumpe drohen. Nach der Anfahrphase können Anwender diesen Schmutzfänger durch einen Standardfilter ersetzen. Da alle Öle mit der Zeit altern und Ablagerungen wie beispielsweise Ölkohle bilden, was den abrasiven Verschleiß erhöht, ist auch nach der Inbetriebnahme ein regelmäßiges Überprüfen der Filter sinnvoll.

Heftausgabe: März 2012

Über den Autor

Siegfried Stoll, Leiter Technischer Kundendienst, Allweiler
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