Grenzbereiche beherrschen

Magnetkupplungspumpen für schwierige Medien

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25.02.2014 Wenn es in Raffinerien, Chemiebetrieben oder Kraftwerken hart zur Sache geht, ist der Einsatz von Pumpen, die das Medium hermetisch von der Umwelt abdichten, unumgänglich. Betreiber setzen daher häufig bei gefährlichen, giftigen aber auch geruchsintensiven oder heißen Medien auf Magnetkupplungspumpen.

Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Magnetkupplungspumpen sind in vielen Anwendungen die erste Wahl, wenn es um aggressive oder giftige För-dermedien geht. Dies galt bisher aber nicht für leicht siedende oder polymerisierende Medien.
  • Mit einem internen Hilfslaufrad konnte der Hersteller nun eine Druckerhöhung im kritischen Bereich der Pumpe realisieren und damit das Verdampfen von Medien verhindern.
  • Zusätzlich hat er seine Magnetkupplungspumpen nun um zwei Fahrweisen erweitert; darüber hinaus gibt es mehr Hydraulikgrößen und Magnetkupplungen.

Bei der Magnochem von KSB handelt es sich um eine horizontale, wellendichtungslose Spiralgehäusepumpe in Prozessbauweise, die bereits im Jahr 1996 auf den Markt kam. Die Hydraulik der Pumpe hat der Hersteller nun hinsichtlich der Energieeffizienz verbessert und gleichzeitig das Hydraulik-Raster erweitert. Hierfür stellten die Entwickler den Pumpentyp komplett auf den Prüfstand: Welche Chancen bieten die neuen Hydraulikgrößen? Wie lassen sich Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit miteinander verbinden? Und lassen sich womöglich neue Einsatzbereiche finden? Diese und ähnliche Fragen bewegte das Team im Standort Pegnitz.

Mehr Fahrweisen, größerer Einsatzbereich
In der Prozessindustrie gibt es derzeit zwei Trends, die besonders in die Entwicklung eingeflossen sind. Zum einen betreiben Unternehmen die Magnetpumpen in Grenzbereichen, zum anderen steht das Thema Energieeffizienz ganz oben auf der Prioritätenliste. Die überarbeitete Pumpenbaureihe begegnet diesen Anforderungen zunächst mit einem erweiterten Einsatzspektrum. Das fängt beim Temperaturbereich, der nun von -90 bis 300 °C liegt, an, reicht über ein maximales Drehmoment von 1.700 Nm bis zu Möglichkeiten im langsam drehenden Bereich, da es nun eine 2-/4- und 6-polige Lösung gibt. Auffälligste Veränderung ist jedoch die Anzahl der Hydraulikgrößen, die von 38 auf 52 anstieg. Dies ermög-licht es, die Pumpe noch gezielter auf die Anforderungen der Anwender auszulegen. Auch das Leistungsraster hat der Hersteller von 160 auf 220 kW erhöht. Besonderes Augenmerk legten die Entwickler auf die Konstruktion der Magnetkupplung und den Fluss der Zirkulations-, Kühl- und Schmierströme. Der Anwender kann zwischen vier verschiedenen Grundfahrweisen wählen; angefangen bei einer einfachen inneren Zirkulation bis hin zu einer sogenannten „Dead-end-Ausführung“ mit Hilfshydraulik. Gegebenenfalls ist es auch möglich, einen externen Wärmeübertrager zu montieren. Auf diese Weise ist die Maschine optimal für den Transport von beispielsweise polymerisierenden, koagulierenden und kristallisierenden sowie leicht siedenden Flüssigkeiten auszulegen. Die interne Zirkulation eignet sich für Standardanwendungen wie das Fördern von nicht feststoffhaltigen, nicht polymerisierenden Medien. Beispiele für Fördermedien sind Kraftstoffe/Olefine und anorganische Medien in Raffinerien sowie in der Grund- und feinchemischen Industrie. Bei der externen Zirkulation sind ein größerer Kühl-/Schmierstrom und ein höherer Spüldruck als bei der internen Zirkulation möglich. Dadurch kann die Applikation größere Mengen an Wärme abführen, die durch die Verluste der Magnetkupplung entstehen. Die Neigung zum Verdampfen reduziert der höhere Druck im Spalttopfbereich. Insbesondere bei Medien mit höherer Viskosität als Wasser ist eine höhere Antriebsleistung, und damit auch eine große magnetische Verlustleistung, verbunden. Beispiele sind Öle, Klebstoff, Glycerin und Lacke.

Näher an die kritischen
Betriebspunkte

Für leicht siedende Stoffe mit einer steilen Dampfdruckkurve gibt es derzeit kaum Angebote aus dem Bereich der Magnetkupplungspumpen. Typische Beispiele sind Ammoniak bei hohen Temperaturen und Flüssiggasanwendungen. Kohlenwasserstoffe zählen ebenfalls zu den leicht siedenden Medien und kommen als Lösungsmittel oder als Ausgangsstoffe für chemische Synthesevorgänge zum Einsatz. Aufgrund der steilen Dampfdruckkurve können geringe Temperaturerhöhungen bereits zum lokalen Verdampfen führen. Dies kann eine Druckerhöhung kompensieren. So lässt sich Ammoniak bei -20 °C, sprich, wenn das Produkt noch eine flache Dampfdruckkurve besitzt, problemlos mit Standardmagnetkupplungspumpen fördern. Anders stellt sich die Situation bei 20 °C dar: In diesem Temperaturbereich besitzt Ammoniak eine sehr steile Dampfdruckkurve, so dass sich herkömmliche Pumpen nicht mehr einsetzen lassen.

Sicherer Einsatz bei Leichtsiedern
Mit der überarbeiteten Version der Magnetkupplungspumpe lassen sich Leichtsieder nun sicher fördern – durch einen konstruktiven Trick des Pumpenherstellers: Ein internes Hilfslaufrad ermöglicht eine zusätzliche Druckerhöhung im kritischen Bereich und verhindert damit das Verdampfen des Fördermediums. Bei der Standardfahrweise, also der Fahrweise mit interner Zirkulation, nutzt die Applikation die Druckerhöhung in der Hydraulik, um davon einen Kühl-/Schmierstrom abzuzweigen und diesen dann über die Hohlwelle wieder auf die Saugseite zurückzuleiten. Nachdem sich dieser durch interne Verluste der Magnetkupplung erwärmt, muss für diese Fahrweise ein genügend großer Abstand des Zulaufdrucks zum Dampfdruck bestehen. Ist dies anlagenseitig nicht möglich, kann es in der Magnetkupplung oder auf der Saugseite des Laufrades zum Verdampfen des Mediums kommen. Bei der Fahrweise für Flüssiggase wählte der Hersteller daher eine andere Kühl-/Schmierstromführung. Auch in diesem Fall nutzt die Applikation die Druckerhöhung durch die Hydraulik, um den Druck in der Magnetkupplung auf circa
80 % des Enddrucks der Hydraulik zu bringen. Damit entsteht ein sicherer Abstand zu den meist kritischen Dampfdruckverhältnissen auf der Saugseite. Nachdem das Rückführen des Kühl-/Schmierstromes in die Hydraulik auf das gleiche Druckniveau erfolgt wie das Einleiten in die Magnetkupplung, ist eine Hilfshydraulik nötig, die die Förderung des Kühl-/Schmierstromes bewerkstelligt und die damit verbundenen Druckverluste deckt. Entscheidend bei dieser Art der Stromführung ist, dass dieser zuerst ohne zusätzliche Erwärmung und mit Abstand zum Dampfdruck des Mediums durch die Lager gelangt und erst dann die vorhandenen Verluste der Magnetkupplung aufnimmt. Um Betreibern ein zusätzliches Plus an Sicherheit zu ermöglichen, hat der Pum-penhersteller noch zusätzlich eine Sekundärabdichtung ergänzt, die dem Betreiber im Schadensfall genug Zeit lässt um einzugreifen, ohne dass in der Produktion Leckage entstehen kann.

Einsatz bei polymerisierenden Produkten
Bei der Fahrweise mit gesperrtem Rotorraum besteht zwischen Hydraulik und Rotorraum nur eine Verbindung über einen Drosselspalt. Damit gibt es nur einen minimalen Austausch des Mediums in der Hydraulik mit dem Rotorraum. Um diesen komplett zu unterbinden ist es möglich, ein Sperrmedium in der Größenordnung der Austauschmenge (5 bis 10 l/h) in den Rotorraum einzuspeisen. Zum Abführen der Verlustwärme über einen Wärmeübertrager dient eine Hilfshydraulik. Mit dieser Fahrweise ist es möglich, Medien, die beispielsweise ferritische Bestandteile enthalten, Ablagerungen bilden oder polymerisieren und damit nicht in den Rotorraum gelangen sollen, von diesem fern zu halten. Besonders temperaturempfindliche Medien bleiben bei entsprechender Auslegung auch unterhalb der Medientemperatur im Rotorraum. Bei allen Fahrweisen warfen die Entwickler zudem einen Blick auf die Axiallager, da es sich hierbei um sehr kritische Komponenten handelt. Insbesondere bei Gleitlagern ist das Spiel zwischen den Lagern sehr eng, und diese neigen dazu, dass die schmierende Flüssigkeit zwischen den Flächen fehlt. Daher hat der Pumpenhersteller eine Zwangsschmierung entwickelt, so dass das Lager selbst bei ungünstigen Verhältnissen noch immer zwangsdurchströmt wird. Darüber hinaus lässt sich der Gehäusedeckel, wo die Lagerung sitzt, von innen erhitzen. Die Beheizung ermöglicht es dem Anwender, die Pumpe vor dem Befüllen aufzuwärmen oder ein Abkühlen bei Stillstand der Pumpe zu verhindern. Anspruchsvolle Produkte, die in einem sehr engen Temperaturbereich zu fahren sind, damit sie nicht polymerisieren, lassen sich daher mit der aktuellen Version der Baureihe sicher fördern. Weiterhin ergänzten die Ingenieure die Konstruktion um eine saubere Entleerung, so dass Betreiber die Pumpe ohne böse Überraschungen öffnen können.

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Special Pumpen 1403ct929

Heftausgabe: März 2014

Über den Autor

Sabine Mühlenkamp, freie Journalistin
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