Thermalölpumpen unter Kontrolle

Modulare Pumpenüberwachung in wärmetechnischen Großanlagen

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23.08.2019 Hohe Temperaturen bedeuten für Pumpen Stress. Das gilt insbesondere auch für Thermalölanlagen. Um Ausfälle zu vermeiden, ist hier die Überwachung der Pumpe besonders wichtig. Und neue Entwicklungen helfen zudem, im laufenden Betrieb Energie zu sparen.

Entscheider-Facts

  • Ein modulares Überwachungssystem sichert die Verfügbarkeit von wärmetechnischen Anlagen.
  • Die Sensoren überwachen Leckage, Lagertemperatur und Vibrationen an Thermalölpumpen.
  • Die Sensordaten lassen sich in zentrale Steuerungssysteme einbinden und somit bequem überwachen.

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Mit dem modularen System lassen sich Thermalölpumpen bequem überwachen. Bilder: Ness

Wärmetechnische Großanlagen, obwohl komplex und hohen Belastungen ausgesetzt, können über lange Zeiträume unterbrechungsfrei und wartungsarm betrieben werden. Das setzt aber bei der Planung die Einbeziehung sensorischer Überwachungsmodule voraus. Ein wichtiges Element hierbei ist die Pumpenüberwachung. Die Pumpen sind durch Beschaffenheit und Beanspruchung ein neuralgischer Faktor im Kreislauf und sollten auch dementsprechend überwacht werden. Wärmeübertragungsanlagen mit Thermalölen stellen hohe Anforderungen an die dort eingesetzten Pumpen. Je nach Anlagendruck und verwendetem Wärmeträger unterscheiden sich die Spezifikationen der optimalen zum Einsatz kommenden Pumpe.

Pumpen in Wärmeträgerölanlagen müssen, bedingt durch Temperatur und Viskosität des Thermalöls, Hochleistung erbringen – und das ununterbrochen über lange Zeiträume. Leckage, Vibration und Ansteigen der Lagertemperatur sind die häufigsten Störfaktoren im Pumpenbetrieb und sollten zwingend überwacht werden. Hierbei sind auch die in der DIN 4754-1 umschriebenen Mindestanforderungen bei Wärmeübertragungsanlagen mit organischen Wärmeträgern zu beachten. Die beschriebenen Monitoringmodule sollten dreistufig angelegt sein: Normalbetrieb, Grenzwertsignalisierung und die Abschaltung beim Überschreiten festgelegter Grenzwerte. Dies dient nicht nur der Arbeits- und Umweltsicherung, es schützt auch die Anlagen vor Beschädigung.

Zunehmende Leckage gefährdet die Anlage

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Die Leckageüberwachung basiert auf einer Füllstandmessung der Leckage an der Gleitringdichtung der Pumpe.

Undichtigkeiten im Bereich der Pumpe gefährden die Funktion der gesamten Anlage. Die Ursache sind oft Gleitringdichtungen: Diese sind Verschleißteile mit definierter Lebensdauer, deren Dichtigkeit im laufenden Betrieb stetig abnimmt. Mit zunehmendem Materialverlust treten geringe Mengen Thermalöl aus. Dies ist zu Beginn, bei ausreichender Absicherung und rechtzeitiger Wartung, unproblematisch. Trotzdem gilt, dass gerade in Bereichen, in denen Konstanz und Präzision bei Temperatur und Druck wichtig sind, zu hoher Ölverlust zu Beeinträchtigungen im Produktionsablauf führen können und damit mit erheblichen wirtschaftlichen Risiken verbunden sind. Je nach Leckagerate und Menge der austretenden Flüssigkeit liegt das Spektrum möglicher Schadenszenarien bei Gefahren für die Umwelt, dem leiblichen Wohle der Mitarbeiter und kann bis hin zu einem Produktionsstillstand durch Systemausfall reichen.

Neigt sich die Lebenszeit dieses Verschleißteils dem Ende zu, ist die Zeit bis zur Feststellung des Defekts ein entscheidender Faktor. Je früher eine zunehmende Undichtigkeit festgestellt werden kann, umso weniger wird der Produktionsablauf gestört. Eine Pumpen-Leckageüberwachung wie Ness NPCL ist daher ein wichtiges Anbauteil jeder Pumpe mit Gleitringdichtung. Es gibt Nachrüstmodule, die für alle Anlagen geeignet sind, sich nach Pumpentyp leicht unterscheiden und mit geringem Aufwand integriert werden können. Die Funktionsweise ist leicht nachvollziehbar: Das im Bereich der Gleitringdichtung in einen Leckölbehälter ausgetretene Thermalöl wird mit einem Füllstandsensor kontinuierlich gemessen. Der Verlauf lässt Rückschlüsse auf den Zustand der Dichtung und die weitere Entwicklung zu. Daneben wird auch die Temperatur im Auffangbehälter überwacht. So wird auch eine kurzfristig auftretende Undichtigkeit schnell erkannt und im Notfall eine automatische Abschaltung eingeleitet.

Vibration führt zu Schäden

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Die Überwachung der Lagertemperatur lässt Rückschlüsse auf den Verschleiß zu.

Gut gewartete und funktionstüchtige Pumpen laufen im wahrsten Sinne des Wortes rund. Vibrationsarm und mit minimaler Geräuschentwicklung – auch wenn „leise“ im Zusammenhang mit leistungsstarken Aggregaten sicher eine falsche Vorstellung ist. Ansteigende Vibration ist immer ein Indiz für Verschleiß, spontaner Anstieg lässt Rückschlüsse auf eine Beschädigung zu. Kostspielige Verschleißerscheinungen der beweglichen Teile und Beschädigungen lassen sich verhindern, wenn man die Entstehung von Vibrationen überwacht und das Ansteigen registriert.
Mit einem Modul zur Pumpenvibrationsüberwachung (beispielsweise dem NPCV aus dem modularen Nessessities-Programm) können Vibrationen erkannt und schwerwiegende Schäden verhindert werden. Die Messung erfolgt in diesem Fall über piezoresistive Sensoren. Dabei werden Daten gesammelt, die nicht nur Auskunft über Stärke und Anstieg einer Vibration geben, sondern auch über Unregelmäßigkeiten. Bewegt sich eine spontan auftretende Unwucht auf einen kritischen Wert zu, der eine Beschädigung der Anlage und einen Aufbruch des Kreislaufs möglich werden lässt, sollte die Monitoring-Einheit auch die Abschaltung automatisch veranlassen können.

Reibungswärme in den Lagern überwachen

Reibung erzeugt Wärme. In den Lagern einer Wärmeträgerölpumpe entsteht durch Reibung der einzelnen Komponenten Energie. In gewartetem Zustand bewegt sich die in den Bauteilen entstehende Wärme auch im Dauerbetrieb innerhalb eines vorgesehenen Toleranzbereichs. Das Überschreiten der Toleranzwerte lässt auf Wartungsbedarf schließen und warnt vor bevorstehenden Schäden und Ausfall.

Eine besondere Herausforderung, die eine Lagertemperatur-Überwachung (zum Beispiel über das NPCT-Modul) meistern muss, ist die hohe Arbeitstemperatur. Erreicht die Lagertemperatur Werte, bei denen die Leistung der Pumpe beeinträchtigt wird oder der Verschleiß stark zunimmt, warnt das Modul die Techniker oder leitet eine Notabschaltung ein.

Zentrale Überwachung statt Insellösung

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Per Vibrationssensor hilft, schwerwiegende Schäden zu vermeiden.

Häufig wird die Anwendung der Monitoringtools als umständlich und zeitaufwendig empfunden, da an unterschiedlichen Pumpen Werte geprüft und abgelesen werden müssen. Das Ablesen an den Pumpen in großen Anlagen bedeutet einen hohen Zeitaufwand und das Erstellen umständlicher Routinen. Die Überwachung der Werte an zentraler Stelle ist hier eine enorme Erleichterung. Im Gegensatz zu anderen Überwachungslösungen können die drei Module der Nessessities-Pumpenüberwachung in nahezu jedes andere System integriert werden. Störungen werden im zentralen Steuerungssystem gemeldet und die betroffene Pumpe kann sofort identifiziert werden.

Mit den drei Monitoring-Modulen können die häufigsten Ursachen für Störungen an Pumpen in Thermalölanlagen überwacht und erkannt werden. Die Entwicklung in diesem Bereich geht aber weiter.

Vom Monitoring zur Regelung

Mit der „Smart Heaterpump“ soll die Wärmezufuhr künftig über die Pumpleistung geregelt werden. Die Neuentwicklung wurde bereits in einem Pilotprojekt erprobt, und die Serienreife steht kurz bevor. Denn bislang werden Wärmeträgeröl-Erhitzer auch dann mit dem vollen Volumenstrom betrieben, wenn die volle Wärmeleistung gar nicht abgerufen wird.

Die Regelung überwacht den Lastpunkt des Erhitzers und stellt den Volumenstrom auf die exakt benötigte Menge ein. Bedenkt man, dass die Energiekosten bereits bei einer mittleren Auslastung von 80 % deutlich gesenkt werden können, amortisiert sich die Investition schnell. Dank des redundanten Aufbaus erreicht die Smart Heaterpump SIL2 und ist als Strömungsbegrenzer nach DIN 4754-2 zertifiziert.

Heftausgabe: September/2019

Über den Autor

Falko Kegreiss ist Product Manager Nessesities bei Ness
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