Pumpen auf dem Prüfstand

Die Prominent Dosiertechnik GmbH, Heidelberg, gehört bei den Niederdruck-Membrandosierpumpen seit Jahrzehnten zu den Marktführern und baut in den letzten Jahren auch ihr Angebot im Bereich der Prozessdosierpumpen aus. Diese Pumpen setzt man beispielsweise in der Chemieproduktion, in der Wasseraufbereitung und in petrochemischen Anlagen ein, um Medien wie Wasser und Erdöl flüssige Zusatzstoffe wie Inhibitoren oder Entschäumer zuzusetzen.

Dabei stellen die Anwender an die Dosiergenauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Pumpen sehr hohe Anforderungen, denn oft hängt die Sicherheit und Effizienz von Chemiewerken, Wasserversorgungs- und Ölförderanlagen von einer exakten Zudosierung ab. Um die hohen Anforderungen der Kunden zu erfüllen und jede Pumpe mit den geforderten Prüfdokumenten ausstatten zu können, hat Prominent Anfang 2011 einen Teststand für Prozesspumpen in Betrieb genommen, der mittlerweile mehr als zwei Jahre störungsfreien Betrieb absolviert hat. An den beiden voneinander unabhängigen Plätzen können die Techniker von Prominent Prozess-pumpen in einem Leistungsbereich von 0,37 kW bis 160 kW eingehenden Prüfungen unterziehen.

Die zu testenden Aggregate fördern dabei ein festgelegtes Wasservolumen gegen einen einstellbaren Gegendruck. Außerdem unterzieht man sie einem Test bei maximalem Betriebsdruck und höchster Dosierleistung. Je nach Anforderung der Kunden kann man auch zusätzliche Drucktests, die Erstellung von Leistungskennlinien und die Prüfung gemäß API 675 durchführen. Hoch präzise Messgeräten erfassen die Durchflussmengen auf 0,1 % genau. Diese betragen je nach Pumpentyp und Testbedingungen zwischen 20 und 90 000 l in der Stunde.

Durchflussmengen und Drücke werden zusammen mit anderen relevanten Parametern über ein Betriebsdaten-Erfassungssystem überwacht, ausgewertet und dokumentiert. So kann man für jede geprüfte Pumpe die Daten automatisch sammeln und spezifische Prüfdokumente erstellen.

Um bei allen Abnahmen reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, wird der Prüfstand mit gereinigtem Wasser von konstant hoher Qualität betrieben. Das Wasser wird dazu in einer hauseigenen Wasseraufbereitungsanlage zunächst gefiltert, enthärtet und im Umkehrosmose-Verfahren weitgehend von Salzen befreit. Das dabei gewonnene entsalzte Wasser, das sogenannte Permeat, wird über eine Ozonbehandlung entkeimt und in den 30 m³ fassenden Speicherbehälter gepumpt. Ein spezielles Kühlsystem sorgt für eine konstante Temperierung der aufbereiteten Flüssigkeit.

Im Prüfstand und in der Wasseraufbereitungsanlage sind insgesamt sechs Pumpen des Frankenthaler Herstellers im Einsatz, die alle mit Pumpmeter-Datenerfassungsgeräten ausgestattet wurden. Fünf der Einheiten sind zudem mit Frequenzumrichtern des Typs Pumpdrive WM Advanced ausgerüstet, die eine sehr genaue Überwachung und Regelung von Drehzahl und Leistung ermöglichen. Eine Movitec mit einer Maximalleistung von 19,75 kW und einer Förderhöhe von knapp 70 m arbeitet direkt im Prüfstand als zentrale Vordruckpumpe. Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn man Aggregate testet, die nicht selber ansaugen, sondern die man nur mit einem bestimmten Eingangsdruck betreiben darf.

Alle weiteren KSB-Aggregate sind in die Kreisläufe der Wasseraufbereitung eingebunden. So arbeiten zum Beispiel bei der Filtration und Ozonierung des Wassers zwei baugleiche Hochdruckpumpen, die den Flüssigkeitstransport zur Wasseraufbereitung und zur Ozonierungseinheit übernehmen. Da im Prüfstand zu jeder Zeit ein Minimalkreislauf aufrechterhalten wird, sind beide Pumpen Dauerläufer, deren Leistung erst bei Bedarf hochgeregelt wird. Ihre Energieaufnahme wird über die Drehzahlregelsysteme ohne mechanische Drosselung an die erforderlichen Leistungen angepasst. Auf diese Weise reduziert man den Energieverbrauch erheblich. Es wird nur die Energie verbraucht, die auch tatsächlich für die Aufrechterhaltung des Strömungskreislaufs benötigt wird.

Bei der Wasserentsalzung nach dem Umkehr-osmose-Verfahren wird das zu reinigende Wasser durch eine halb durchlässige Membran gepresst. Die im Wasser enthaltenen Salze sammeln sich vor der Membran im so genannten Konzentrat. Das entsalzte Wasser kann man hinter der Membran das Permeat entnehmen. Für dieses Verfahren wird je nach Salzgehalt ein vergleichsweise hoher Druck benötigt, der im Prüfstand von Prominent von einer Hochdruckpumpe des Typs Movitec VSF 04/20 B erbracht wird. Sie leistet rund 2 kW und stellt den erforderlichen Betriebsdruck von circa 12 bar sicher. Im Gegensatz zu der heute noch häufig üblichen Vorgehensweise, eine Druckanpassung durch Drosselventile zu erreichen, wird hier der notwendige Druck durch eine Veränderung der Drehzahl über den Pumpdrive realisiert. So kann man vor allem bei Teillast den Energieverbrauch erheblich reduzieren.

Eine Pumpe gleichen Typs mit einer Leistung von 0,46 kW transportiert das Wasser zur Umkehrosmose-Einheit. Sie versorgt auch die nachgeschaltete Hochdruckpumpe mit dem erforderlichen Vordruck, da der Wasserdruck aus dem Trinkwassernetz aufgrund einer vorgeschalteten Enthärtungsanlage nicht ausreicht und es im System zu weiteren Druckverlusten kommt. Ein zweites Aggregat des Typs Movitec spült das salzhaltige Konzentrat vor der Membran in regelmäßigen Abständen aus. Dies schützt zum einen vor Korrosion und verhindert zum anderen, dass beim Start der Anlage salzhaltiges Wasser in den Prüfstand gelangt. Daher befüllt man bei Beginn jedes Entsalzungsvorganges zuerst einen kleinen Rückspülspeicher mit rund 30 l entsalztem Wasser. Damit spült man am Ende des Prozesses die Membranen. Dann erst wird der eigentliche Tank gefüllt.

Die motormontierte Version des Pumpdrive-Frequenzumrichters ersetzt komplexe Schaltschranklösungen und wird schnell und einfach mittels Plug & Run in Betrieb genommen. Die einsatzfertig ausgelieferten Einheiten aus Pumpe, Regelsystem und Überwachungseinheit wurden bei dem Frankenthaler Pumpenhersteller mit den passenden Pumpenkennlinien vorparametriert. Sie passen die Drehzahl und damit die Förderhöhe automatisch an den jeweiligen Bedarf an. Das senkt die hohen Druckverluste, die bei herkömmlichen Umkehrosmose-Anlagen mit mechanischer Druckanpassung über Bypass oder Drosselventil entstehen.

Durch die Verwendung frequenzgeregelter Pumpen lässt sich der Energieverbrauch gegenüber einer Lösung ohne Frequenzumrichter um 40 bis 60 % reduzieren. Die Regelsysteme bieten aber auch die Möglichkeit, die Pumpen permanent zu überwachen und einen Fehlbetrieb frühzeitig zu erkennen.

„Die Pumpdrives erfüllen gleich mehrere Funktionen, denn sie bieten uns auch einen Trockenlaufschutz und einen Überdruckschutz“, erläutert Egbert Hocke, der als Verfahrensentwickler bei Prominent den Prüfstand betreut. „Sie erkennen anhand von Abweichungen gegenüber der programmierten Kennlinie, ob die Pumpen trockenlaufen oder eventuell gegen ein geschlossenes Ventil drücken. Dazu braucht man keine besonderen Sensoren. Es genügt die Messung der Leistungsaufnahme und der Drehzahl. Ein möglicher Trockenlauf oder unzulässiger Überdruck verursachen Abweichungen von der vorgegebenen Pumpenkennlinie. Die Pumpdrives melden solche Fehler an die übergeordnete Steuerung. In gravierenden Fällen schalten sie die betroffene Pumpe automatisch ab und verhindern so schwerwiegende Schäden.“

Steffen Köhler, Außendienstmitarbeiter, KSB AG, Niederlassung Mainz