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Nachhaltige Pumplösungen mit hohem Wirkungsgrad für die Polymerherstellung

Flexibel und langlebig

von Heikki Manninen

Bei der Polymerherstellung durchlaufen die Rohstoffe auf ihrem Weg zum Endprodukt verschiedene chemische Umwandlungsprozesse. Die geförderten Flüssigkeiten haben eine Vielzahl unterschiedlicher Eigenschaften. Sie können sehr heiß oder sehr kalt, chemisch aggressiv oder mit Feststoffen oder Fasern versetzt sein. Die Prozesse in der Polymerindustrie sind vielfältig und mit umfangreichen Pumpaufgaben verbunden.

Die Prozesspumpen in Polymeranlagen müssen zahlreichen Anforderungen genügen. Da Pumpen in den meisten Polymeranlagen den größten Teil der Energiekosten verursachen, spielt die Effi­zienz – sowohl die der Hydraulik als auch die des elektrischen Antriebs – eine wichtige Rolle. Ein weiteres, noch wichtigeres Kriterium ist die Zuverlässigkeit der Pumpen, denn jede ungeplante Unterbrechung der komplexen chemischen Prozesse verursacht erhebliche Kosten und kann die Umwelt belasten.

Förderung unterschiedlicher Fluide

Mit einer Vielzahl von installierten Einheiten ist die Sulzer-Ahlstar-Serie die weltweit größte Prozesspumpenserie für anspruchsvolle industrielle Prozesse inklusive Polymerprozesse. Da die Pumpen in der Lage sind, alle Arten von Flüssigkeiten zu fördern, sind sie besonders für schwierige Pumpaufgaben in chemischen Prozessen geeignet. Während das Grundprinzip bei allen Pumpanwendungen gleich bleibt – Erhöhung des Drucks und Transport einer Flüssigkeit –, unterscheiden sich die spezifischen Parameter der zu verarbeitenden Flüssigkeiten drastisch. So können die Fluide eine unterschiedliche Viskosität haben oder Feststoffe (z.B. Fasern) enthalten. Diese und weitere Randbedingungen wurden bei der Konstruktion berücksichtigt, sodass sich die Pumpen für nahezu jede hydraulische Anforderung eignen. Internationale Normen definieren Mindestkriterien, die von Standardpumpen erfüllt werden müssen. Die metrische Norm ISO5199 deckt beispielsweise die Anforderungen an Pumpen in Prozessbauweise (Back-Pull-Out) ab, wie sie hauptsächlich in der chemischen und petrochemischen Industrie eingesetzt werden, und beschreibt konstruktive Merkmale im Hinblick auf Installation, Wartung und Sicherheit. Diese internationalen Standards werden von dieser Serie sogar übertroffen.

Lösungen für Flüssigkeiten mit hohem Gasgehalt

Herkömmliche Kreiselpumpen sind in der Lage, Flüssigkeiten mit einem Gasgehalt von unter 4% zu fördern. Doch Gasblasen, die sich im Laufradeinlass sammeln, beeinträchtigen die Pumpleistung und sorgen für eine Reduzierung der Fördermenge und der Förderhöhe. Bei einem Gasgehalt von über 4% wird der Pumpbetrieb instabil, sodass ohne besondere Maßnahmen eine starke Überdimensionierung der Pumpe erforderlich ist. Sulzer hat mit dieser Serie eine Lösung für diese Kundenanforderung gefunden. Die Entgasungs- und selbstansaugenden Einheiten stabilisieren den Betrieb der Kreiselpumpen bei Flüssigkeiten mit einem Gasgehalt von bis zu 40% für schwach gebundene Gase bzw. bis zu 70% für stark gebundene Gase. Dies ermöglicht ein Anfahren der Pumpe mit leerer Ansaugleitung bzw. das Fördern von Flüssigkeiten mit hohem Gasgehalt. Hier stoßen herkömmliche Kreiselpumpen mit ihrer Saugleistung an ihre Grenzen.

Hoher Wirkungsgrad, niedrige Energie kosten

Energiekosten machen bei Prozesspumpen etwa 80% der Lebenszykluskosten aus. Herkömmliche Pumpen werden von einem ­Motor mit konstanter Drehzahl betrieben, wobei ein Drosselventil die Fördermenge regelt. Dieser Ansatz ist vergleichbar mit einem Automotor, der stets mit Vollgas fährt und dessen Geschwindigkeit ausschließlich mit den Bremsen geregelt wird. Wird der Pumpenmotor dagegen über einen elektronischen Frequenzumrichter ­gespeist, kann die Drehzahl des Laufrads verändert und die Pumpe über einen breiten Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Auf diese Weise sind Energieeinsparungen von bis zu 60% möglich. Außerdem läuft die Pumpe im drehzahlgeregelten Betrieb aufgrund der geringeren internen hydraulischen Lasten nicht nur ruhiger und rücklauffrei, sondern auch vibrations- und geräuschärmer. Der Kunde profitiert so von einer längeren ­Lebensdauer der Pumpe, weniger unerwarteten Stillständen und geringeren Wartungskosten.

Überlegene Zuverlässigkeit

Kreiselpumpen werden in industriellen Anwendungen normalerweise über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten betrieben. Das Design der neuen Prozesspumpen (Abb. 2) ist darauf aus­gelegt, die Gesamtkosten während der langen erwarteten Lebensdauer zu minimieren. Während die direkten Kosten größtenteils durch den Energieverbrauch bestimmt werden, können die indirekten Kosten durch eine hohe Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit gesenkt werden. Der Ausfall einer Pumpe kann den gesamten chemischen Prozess zum Stillstand bringen. Das führt zu zusätzlichen Kosten und einer Belastung der Umwelt, was noch schwerer wiegt als die Energiekosten der gesamten Lebensdauer der Pumpe. Ein Pumpendesign, das auf möglichst geringe Ausfallkosten ausgelegt ist, berücksichtigt zwei Hauptaspekte:

// Ein zuverlässiges Design minimiert die Wartungskosten der gesamten Lebensdauer der Pumpe und reduziert die Gefahr von unplanmäßigen Prozessunterbrechungen.

//Die wartungsfreundliche Konstruktion verkürzt wartungsbedingte Ausfallzeiten.

Minimale Umweltauswirkung

Alle Industriezweige müssen die ökologischen Auswirkungen ­ihrer Prozesse berücksichtigen und die damit verbundene Umweltbelastung reduzieren. Die Prozesspumpen von Sulzer unterstützen dies durch verschiedene Merkmale. So verhindern zuverlässige, speziell für zu fördernde Flüssigkeiten und entsprechende Anwendungen ausgewählte Wellendichtungen, dass Flüssigkeiten auslaufen. Die Lagereinheiten verfügen ebenfalls über ­zuverlässige Wellendichtungen, die ver­hindern, dass Schmutzstoffe von außen das Schmiermittel verunreinigen oder dass Schmiermittel austreten können. Die Wellendichtungen benötigen nur eine geringe bzw. gar keine Wasserschmierung, was ebenfalls die Umweltbelastung und die Betriebskosten reduziert. Umweltauswirkungen werden zusätzlich vermindert durch recycelte metallische Werkstoffe, einen zuverlässigen Betrieb, eine hohe Energieeffi­zienz sowie eine geringe Gefahr von Leckagen an Wellen- und Lagerdichtungen. Am Ende der Lebensdauer von Pumpen können über 90% der zur Herstellung verwendeten metallischen Werkstoffe wiederverwendet werden.

Bei diesem Artikel handelt es sich um einen bearbeiteten Nachdruck aus Sulzer Technical Review 2/2012, Sulzer ­Management Ltd., Winterthur, Switzerland

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