Mobile Pumpenreserve

Ortsbewegliche Kreiselpumpe für den Ex-Bereich

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02.11.2018 Ob verschleißbedingte Schäden oder unerwartete Havarien: Pumpenausfälle verursachen Produktionsstillstände und hohe wirtschaftliche Einbußen. Mobile frequenzgeregelte Pumpen erlauben, den Förderprozess möglichst schnell wiederaufzunehmen und die Produktion aufrechtzuhalten. Dies zeigt das Praxisbeispiel eines deutschen Chemiekonzerns.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Der Ausfall einer Pumpe kann einen langen und teueren Anlagen-Stillstand zur Folge haben. Betreiber müssen daher stets kostspielige Ersatzteile oder gar Redundanzpumpen in verschiedenen Baugrößen bereithalten.
  • Mobile frequenzgeregelte Kreiselpumpen stellen eine Alternative dar. Sie können über mehrere Baugrößen hinweg und je nach Austattung im Ex-Bereich und für verschiedene Medien zum Einsatz kommen.
  • Ein großer deutscher Chemiekonzern setzt die Pumpen sowohl für den Anfahrbetrieb ein als auch, um bei Schadensfällen auch ohne großes Reservepumpen-Lager schnell reagieren zu können.

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Die Pumpe ist auf einen fahrbaren Wagen montiert und damit ortsunabhängig einsetzbar. Bilder: CP Pumpen

Pumpen sind ein zentraler Bestandteil einer rentablen chemischen Produktion. Neben den Lebenszyklus-Kosten spielt ein weiterer, nicht minder wichtiger Aspekt eine Rolle: die Anlagensicherheit für Mensch und Umwelt. Für den Ernstfall eines Pumpenausfalls haben Produktionsbetriebe unterschiedliche Methoden und Strategien entwickelt, um den Produktionsprozess aufrechtzuhalten und eine bestmögliche Anlagenverfügbarkeit zu erzielen. Je nach Konzept legen sich viele Betriebe Verschleiß- und Ersatzteile auf Vorrat ins Lager, während andere Unternehmen komplette Redundanzpumpen in Bereitschaft halten. Letztere ist die teuerste aber auch sicherste Option.

Chemie-Normpumpen stellen mit 68 % den größten Anteil der in der chemisch-pharmazeutischen Industrie eingesetzten Pumpen. Auch bei solchen Pumpen ist jedoch ein 1:1-Austausch erfahrungsgemäß nicht immer ohne Weiteres möglich, da das hydraulische Leistungsvermögen herstellerabhängig ist und innerhalb der Baugrößen je nach Fabrikat signifikant abweichen kann. Einige Betreiber bewerten die Austauschbarkeit einer Pumpe mit dem NPAI (Normpumpen-Austauschbarkeitsindex). Mit diesem Index lässt sich das Verhältnis zwischen QBEP (Bestpunkt des Laufrades) und QISO (Norm-Nennfördermenge) bemessen. Je geringer die Abweichung, desto größer ist die geometrische Ähnlichkeit der Kennlinien und umso besser die Konvertibilität der Pumpen untereinander.

Reservelager reduzieren durch mobile Pumpen

Die jüngsten Entwicklungen in der Antriebs- und Regelungstechnik tragen einen Teil dazu bei, Pumpen flexibler einzusetzen und damit Ersatzteillager zu reduzieren. Moderne Antriebssysteme arbeiten energieeffizient und bieten eine bessere Produktionssicherheit. Über Frequenzumrichter drehzahlgeregelte Antriebe erlauben den flexiblen Einsatz einer einzigen Pumpe über mehrere Baugrößen hinweg und verkleinern damit das Reservelager. Auf einen fahrbaren Pumpenwagen montiert und mit einer entsprechenden Steuerung komplettiert, wird so aus einer üblicherweise ortsgebundenen Prozess­pumpe eine mobile und flexible Pumpen-Systemlösung.

Die mobile Kreiselpumpe von CP Pumpen deckt hierbei durch verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten ein breites Einsatzspektrum ab. So stehen etwa für Gehäuse und Spalttopf verschiedene Werkstoffe zur Verfügung. Zum Schutz vor Fehlbedienung und unzulässigen Betriebszuständen stehen darüber hinaus diverse Sensoren und Überwachungsfunktionen zur Auswahl, die sich individuell auf die jeweiligen Sicherheitsanforderungen des Anwenders abstimmen und kombinieren lassen.

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Das Handbediengerät unterscheidet sich je nach Konfiguration von der mobilen Pumpe.

Prinzipbedingt werden zwischen Magnetkupplung und metallischem Spalttopf Wirbelströme induziert, die zu einer Erwärmung des Spalttopfes im Bereich der Magneten führen. Bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Pumpe leitet die Förderflüssigkeit diese zusätzlich eingebrachte Wärmeenergie in der Pumpe ab, sodass der Temperaturanstieg an der Spalttopf-Oberfläche vernachlässigbar gering bleibt. Dennoch kann bei unzulässigen Betriebszuständen wie z. B. beim Betrieb gegen einen geschlossenen Schieber (Heißlauf), bei ausbleibendem Medium (Trockenlauf) oder bei einem Magnetkupplungsabriss der kühlende Förderflüssigkeitsstrom ausbleiben und die Oberflächentemperatur auf ein unzulässiges Maß ansteigen. Diese lässt sich mit einer Spalttopf-Temperaturüberwachung messen und über geeignete Geräte überwachen, die bei Überschreiten des Grenzwertes einen Alarm auslösen oder die Pumpe abschalten. Das rechtzeitige Abschalten der Pumpe vermeidet Folgeschäden. Gleichzeitig verhindert es, dass die Oberflächentemperatur der Pumpe und insbesondere des Spalttopfes unkontrolliert ansteigt.

Bei Retrofit-Projekten, beim Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, aber auch bei einer Erweiterung oder Modernisierung von Bestandsanlagen lohnt es, eine Frequenzregelung in Betracht zu ziehen und entsprechende Pumpen einzuplanen. Hier ist es aus Platzgründen oft aufwendig und teuer, nachträglich Schaltschränke einzubauen. Es gibt aber die Möglichkeit, Pumpen bis zu einer Motorleistung von 30 kW oder 11 kW (Ex-Zone) mit einem aufgesetzten Frequenzumrichter nachzurüsten. Diese Pumpen sind durch diverse Schnittstellen (4–20 mA, Hart, Feldbus usw.) problemlos in ein übergeordnetes Leitsystem zu integrieren und über eine Leitwarte steuer- und regelbar. Dadurch ergeben sich zukünftig nicht nur Einsparungen auf der Materialseite und bei der Lagerwirtschaft, auch in Sachen Energieverbrauch und CO2-Emissionen können produzierende Betriebe dadurch aktiv zum Umweltschutz beitragen.

Erfolgreicher Einsatz in einem deutschen Chemiekonzern

In einem konkreten Praxisfall lautete die Kundenanforderung wie folgt: Der Betreiber eines führenden deutschen Chemiekonzerns suchte eine Pumpe, die im Havariefall unterschiedliche Chemienormpumpen seiner Anlage schnell ersetzen kann. Zielsetzung war es, die defekte Pumpe entnehmen und die Produktion mithilfe einer mobilen, flexiblen Pumpe solange aufrechthalten zu können, bis das ausgefallene Aggregat aus der Fachwerkstatt befundet und repariert zurückkehrt. Bei dem zu fördernden Medium handelte es sich um ein nicht giftiges Vorprodukt für die Textilfaser- und Elastomerherstellung. Dieses weist eine Dichte zwischen 820 und 930 kg/m3 auf.

Das Medium erreicht im Produktionsbetrieb eine Temperatur bis 140 °C und hat dann eine wasserähnliche Viskosität, ist bei Raumtemperatur aber fest. Die üblichen Bedingungen bei einem Pumpenausfall waren eine Medientemperatur zwischen 50 und 70 °C sowie eine kinematische Viskosität zwischen 20 und 90 mm2/s. Die mobile Ersatzpumpe sollte verschiedenste Pumpenbaugrößen und Betriebspunkte in der Anlage abdecken können. Eine weitere Schwierigkeit: Die Pumpe sollte in der Ex-Zone 1 bei Temperaturklasse T3 (200 °C) sicher einsetzbar sein. Außerdem sollte die mobile Einheit mit entsprechender Steuerung und Sensorik ausgestattet sein und sich vor Ort ohne Einbindung in ein übergeordnetes Leitsystem betreiben lassen.

Unter verschiedenen individuellen Konfigurationsmöglichkeiten entschied sich die Chemiefabrik für eine normalsaugende, magnetgekuppelte Chemie-Prozesspumpe in Baugröße 50-32-200. Auf der Saugseite der Pumpe befindet sich ein Grenzschalter. Dieser hat die Aufgabe, einen möglichen Strömungsabriss zu detektieren und die Pumpe rechtzeitig abzuschalten. Damit wird sichergestellt, dass die Pumpe nicht trocken läuft und weder die Pumpe noch der Spalttopf eine kritische Temperatur erreichen, die gerade in explosionsgefährdeter Umgebung vermieden werden muss. Das Gehäusematerial besteht aus Edelstahl 1.4581, der Spalttopf aus Hastelloy C4. Eine Spalttopf-Temperaturüberwachung ist integriert. Der Flüssigkeitsstand-Grenzschalter funktioniert saugseitig bis 200 °C.

Der Betreiber entschied sich zusätzlich für eine Überwachung des Förderstroms mittels Coriolis-Durchflussmesser bis 200 °C. Ausschlaggebend dafür waren die temperaturabhängig schwankenden Viskositäten, die im Produktionsprozess auftreten und das Förderverhalten der Pumpe erheblich beeinflussen können. Die Durchflussmessung bietet dabei im Zusammenspiel mit der mobilen Einheit verschiedene Vorteile: Die visuelle Kontrolle erfolgt vor Ort und die Fördermenge lässt sich mittels Bedienteil an der mobilen Pumpe anpassen. Darüber hinaus ist es möglich, Chargen im Batchbetrieb nach Volumina umzupumpen. Auch kann das Bedienpersonal visuell kontrollieren, ob die Pumpe tatsächlich Medium fördert und nicht möglicherweise gegen einen geschlossenen Schieber fährt. Außerdem lässt sich so sicherstellen, dass die Pumpe sachgerecht innerhalb der Kennlinie betrieben wird und auch bei verschiedenen Frequenzen in ihrem zulässigen Kennfeld arbeitet.

Durch die mobile Kreiselpumpe kann das Unternehmen auf mehrere Redundanz-Pumpen unterschiedlicher Norm-Baugrößen, die bisher als Ersatz bei einem Schadensfall dienten, weitgehend verzichten. Die Kreiselpumpe hat bereits mehrere Einsatzfälle erfolgreich abgedeckt und dazu beigetragen, die verbundenen Stillstandzeiten zu minimieren. Zudem arbeitet die Pumpe zuverlässig im herausfordernden Anfahrbetrieb.

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Heftausgabe: November/2018
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