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Kunststoff-Verschleißteile für zuverlässigere, effizientere Kreiselpumpen

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10.05.2013 Ist diese verfluchte Kreiselpumpe schon wieder ausgefallen? Das sollte nicht sein! Ihr Ausfall und damit teure Stillstandszeiten gilt es unbedingt zu vermeiden – denn das kann teuer werden!

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Entscheider-Facts Für Betreiber und Ausrüster

  • Pumpen-Verschleißteile aus dem Verbundwerkstoff Vespel CR-6100 können dazu beitragen, dass Dichtungen und Lager länger halten, sich die Pumpen-Nutzungsdauer verlängert und der Energieverbrauch sinkt.
  • Eine von Boulden International veröffentlichte Studie belegt das Langzeitverhalten von Vespel-Verschleißringen, basierend auf der Beobachtung von 61 Kreiselpumpen über fünf Jahre.

Kreiselpumpen sind in der chemischen Industrie auch heute oft noch fehleranfällig. So kann das Fressen metallischer Verschleißringe, zum Beispiel bei Trockenlauf, umfangreiche Reparaturen, ein Entweichen von Produkten in die Atmosphäre und Produktionseinbußen verursachen. Ein Vergrößern des Verschleißring-Dichtspalts kann die Gefahr des Fressens senken, zugleich aber den hydraulischen Wirkungsgrad verringern und verstärkte Vibrationen bewirken, weil die hydraulische Dämpfung im Bereich der Verschleißringe sinkt. Dies kann zu erhöhtem Verschleiß anderer bewegter Teile, häufigerem Versagen von Dichtungen und Lagern und damit hohen Reparaturkosten führen.

Langzeitbewährt in Kreiselpumpen
Gegenüber metallenen Verschleißelementen ermöglichen Teile und Halbzeuge aus Vespel CR-6100 einen viel engeren Dichtspalt zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen. Zugleich bieten sie deutlich bessere Trockenlaufeigenschafen. Weil sie damit die Effizienz und Betriebssicherheit von Kreiselpumpen signifikant steigern können, sind sie heute bei zahlreichen Unternehmen im Einsatz, unter anderem bei BP, Conocophillips, Exxonmobil, Lanxess, Shell und Sunoco. Die Anwendungen reichen dort von Verschleißringen über Wellengleitlager, Trommellager und Drosseldurchführungen bis zu Druckreduzierhülsen.
Der Werkstoff bietet ein für diese Anwendungen gutes Eigenschaftsspektrum. Der thermische Längenausdehnungskoeffizient (CTE) ist geringer als der von Stahl. Er widersteht aggressiven Medien und ist bei hohen Drücken sowie bei Temperaturen vom kryogenen Bereich bis zu 260 °C einsetzbar.

Wirkungsgrad und Kosten optimieren
Der Werkstoff Vespel CR-6100 ist in der API 610, 11th Edition/ISO 13709:2009 „Kreiselpumpen für den Einsatz in der Erdöl-, petrochemischen und Erdgasindustrie in Annex H, Tabelle H.3 unter der generischen Bezeichnung „PFA/CF Reinforced Composite“ (eine Teflon-PFA-Matrix mit einer speziell ausgerüsteten Kohlefaserverstärkung) gelistet.
Wie die Praxis zeigt, ermöglichen daraus hergestellte Teile, die Spaltweite zwischen Stator und Rotorteilen bis zur Hälfte der in API 610/ISO 13709 spezifizierten Mindestabstände für Metallkomponenten zu verringern. Das rotierende Verschleißelement bleibt dabei weiterhin aus Metall. Der engere Dichtspalt steigert den Pumpenwirkungsgrad, denn er verringert die innere Leckage und damit die zum Erreichen der angestrebten Förderleistung erforderliche Antriebsleistung; dies wurde  in Labor- und Feldversuchen nachgewiesen.

Höhere Betriebssicherheit, bessere
Langzeiteigenschaften

Die Effizienzsteigerung hängt von der spezifischen Drehzahl der Pumpe ab. Diese liegt bei den meisten industriell eingesetzten Pumpen zwischen 10 und 40. Hier kann eine Halbierung des Verschleißringspalts den Wirkungsgrad um 2 bis 5 % steigern. Bei einem Strompreis von 0,09 Euro/kWh und einer Pumpe mit 75 kW Leistungsaufnahme ermöglicht eine Steigerung um 4 % eine Kostensenkung um rund 2350 Euro pro Jahr.
Vespel-R-6100-Verschleißringe mit reduziertem Dichtspaltmaß tragen darüber hinaus dazu bei, dass Pumpen auch unter nicht bestimmungsgemäßen Einsatzbedingungen überleben, anstatt durch Fressen auszufallen, wie bei Metallkomponenten möglich. Darüber hinaus steigert die Verringerung des Dichtspaltes in einer Pumpe die hydraulische Steifigkeit und Dämpfung, was zu geringeren Vibrationen und weniger Verschleiß und Abrieb an kritischen Pumpenbauteilen wie Gleitringdichtungen und Lagern führt. Dies ist als Lomakin-Effekt bekannt, bei dem die im Betrieb entstehenden hydraulischen Rückstellkräfte den Abstand zwischen Rotor und Stator stabilisieren. So verdoppelt sich der Steifigkeitskoeffizient, wenn die Spaltweite halbiert wird.
Eine von Boulden International veröffentlichte Studie belegt das überlegene Langzeitverhalten von Vespel-Verschleißringen, basierend auf der Beobachtung von 61 Kreiselpumpen über fünf Jahre. In einer ersten Phase sanken die Reparaturen um 45 %, die Vibrationen um 25 % und die Abdichtungen von Leckagen um 70 %. Die Langzeitstudie bestätigte diese Ergebnisse. Viele zuvor schadensanfällige Pumpen liefen mehr als fünf Jahre ohne Ausfall, und Pumpen mit mehreren Leistungsstufen sowie häufig an- und abgeschaltete Pumpen zeigten die deutlichsten Verbesserungen hinsichtlich der Betriebssicherheit.

Vorteile in der Praxis bestätigt
Anwender berichten über deutliche Kosteneinsparungen aufgrund der erhöhten Effizienz und Betriebssicherheit der Pumpen, sodass sich die Kosten für den Austausch in weniger als zwölf Monaten amortisieren können.
Bei einer neunstufigen Kessel-Speisewasserpumpe führten zwölf zum Stabilisieren des Rotors eingesetzte Chromstahl-Verschleißteile zu einer Vielzahl von Pumpenausfällen. Nach dem Austausch aller stationären Verschleißringe, Lager in der Zwischenstufe, Drossellager und Zentrallager gegen Vespel-CR-6100-Teile haben sich die Vibrationen sowie die Gefahr des Fressens aufgrund von Metall-Metall-Kontakten deutlich verringert. Die Pumpe verbraucht 5 % weniger elektrische Leistung; dies ermöglicht Energiekosteneinsparungen von rund 4.570 Euro jährlich.
Bei einer horizontalen einstufigen Pumpe zur Förderung einer Naphta-ähnlichen Flüssigkeit war der Verschleißring-Dichtspalt vergrößert worden, um das Fressrisiko zu senken. Dies verursachte Instabilitäten, ein Überströmproblem sowie eine Verringerung des Wirkungsgrades. Nach dem Austausch der metallenen gegen Vespel-CR-6100-Verschleißringe reduzierte sich die Leistungsaufnahme der Pumpe von 3,67 kW auf 2,91 kW, der Betrieb ist stabiler geworden, und der Wirkungsgrad stieg um 10,1 %.l

Die Studie über das Langzeitverhalten von Verschleißringen finden Sie hier

Hinweise zur Konfiguration von Vespel-Verschleißringen finden Sie hier

Hier geht‘s zur Homepage des Herstellers

 

 

 

Heftausgabe: Mai 2013

Über den Autor

Henrik Schmidt, Dupont
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