Die Kreiselpumpe in der Anlage: Praktiker berichten Die Pumpe im Chemiebetrieb: Entwickeln Pumpenhersteller am Bedarf vorbei?

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Pumpenhersteller schwören auf Frequenzumrichter, Extended Flow Pumpen und KI-gestütztes Monitoring. Chemiebetreiber eher nicht. Lassen Sie sich überraschen von den Erkenntnissen aus dem pragmatischen Betriebsalltag zweier Chemieunternehmen. Müssen Hersteller von Rotating Equipment besser auf ihre Kunden hören?

Als bevorzugte Standardmaschinen kommen Kreiselpumpen in der chemischen Industrie nicht allein in den Primärprozessen (also in den Produktionsabläufen mit direktem Kontakt zum Produkt oder den Reaktionspartnern) zum Einsatz; sie dominieren auch in den Sekundärprozessen (Kühlen, Temperieren, Wasseraufbereitung, Abwasserentsorgung).

Ob im Primär- oder im Sekundärprozess: Der Ausfall einer einzigen Pumpe kann durchaus den Stillstand einer Produktionsanlage zur Folge haben. Die dadurch entstehenden Produktionsausfallkosten übersteigen dann schnell den Wert der Pumpe.

Erfahrene Praktiker betonen: Pumpen, die vorzeitig ausfallen, sind in aller Regel entweder nicht richtig gewählt, nicht richtig montiert, nicht richtig repariert oder werden nicht bestimmungsgemäß betrieben.

Pumpen reagieren empfindlich auf Planänderungen

Warum das häufig so ist? In der Praxis erhält der Pumpen-Hersteller vom Betreiber (oder dem mit der Planung beauftragten externen Engineering-Dienstleister) eine Anfrage mit Informationen zur Rohrleitungsführung, zur Prozesstechnik und zum Medium, wobei diese Parameter leider keinesfalls fixiert sind, sondern sich in aller Regel mit dem Fortschreiten der Planung ändern.

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Wenn sich dann beim Betreiber niemand darum kümmert, dass die geänderten Daten auch beim Hersteller ankommen, sind Probleme beim späteren Betrieb der Pumpe vorprogrammiert. Die Pumpen werden geliefert, eingebaut und funktionieren nicht wie erwartet. Oder es kommt innerhalb kürzester Zeit zu Schäden, die bei sauberer Planung vermeidbar gewesen wären.

Das Thema Änderungsmanagement ist natürlich auch bei anderen Komponenten wie einem Kompressor oder einem Ventilator ein wichtiger Punkt. Doch reagieren Pumpen deutlich empfindlicher auf Planungsänderungen. Letztlich beeinflusst das die Lebenszykluskosten – arbeitet die Pumpe nicht am Betriebspunkt, wachsen die Instandhaltungskosten.

Kurz: Werden die Gewerke Pumpentechnik, Rohrleitungsplanung und Prozesstechnik nicht sauber miteinander verbunden und verstanden, kann die letztlich installierte Pumpe kaum ihren Aufgaben gewachsen sein.

Bleibt die Frage zu beantworten: Wie unterscheiden sich ‚ideale Konfigurationen‘ (Herstellersicht) vom Betriebsalltag (Betreibersicht)?

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Covestro ist ein weltweit aktiver Hersteller von Hightech-Polymerwerkstoffen. „Unsere Produktion basiert zum Großteil auf der klassischen Chlorchemie – das hat selbstverständlich Einfluss auf die bei uns benötigte Pumpentechnik“, erläutert Arne Winkler – er kümmert sich als Senior Expert Pump Technology bei Covestro um das Thema globale Standardisierung von Pumpen.

Standardisierung ist kein Selbstzweck sagt der Covestro-Experte

Die weitgehende Standardisierung spielt im Konzern eine große Rolle – aber man dürfe das nicht zum Selbstzweck erheben, sagt er. Auch wenn man global versuche, bestimmte Standards durchzusetzen, gehe das nur bis zu einem gewissen Grad, man müsse immer auch die lokalen Gegebenheiten berücksichtigen – wenn ein favorisierter Pumpenanbieter seine Services nicht überall lokal anbieten kann, muss notgedrungen ein anderer Anbieter gewählt werden. Nicht zuletzt spielt die Überlegung eine Rolle, sich nicht von einem einzigen Anbieter abhängig zu machen.

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Covestro strebt in aller Regel eine längerfristige Zusammenarbeit mit den Pumpenanbietern an. Mit dem Blick auf die Lebenszykluskosten legt man großen Wert darauf, nicht allein die Investitionskosten der Pumpe im Auge zu haben, sondern weiß sehr wohl um die Bedeutung der folgenden Services und der Ersatzteilkosten. Arne Winkler: „Bei den Lebenszykluskosten für eine Pumpe gehen wir davon aus, dass etwa 60 Prozent auf die Energiekosten entfallen, die Projektkosten (also die Investitionskosten) machen maximal zwei bis drei Prozent aus, der große Rest entfällt auf die Instandhaltung.“

Um generell die Kosten so gering wie möglich zu halten, beschränkt man sich auf eine überschaubare Zahl von Anbietern und Pumpentypen, was sich auch auf die Lagerhaltung positiv auswirkt. Christoph Eich – er verantwortet bei Covestro als Global Sourcing Manager den Bereich Pumpen: „Aus unserer Sicht ist es wichtig, schon bei den ersten Überlegungen zur Beschaffung einer Pumpe auch die Betriebs- und Instandhaltungskosten zu berücksichtigen.“

Covestro: Lehnt die ‚Extended Flow‘-Philosophie ab

Eine gewisse Problematik sieht Winkler bei den Chemienormpumpen durch die Entwicklung zu ‚Extended Flow‘-Angeboten, weil damit die Austauschbarkeit von Pumpen im Bestand nicht immer gewährleistet sei. Das habe die Betreiber in der chemischen Industrie in den zurückliegenden Jahren durchaus sehr beschäftigt (s. VCI-Leitfaden)

Hintergrund: Pumpenhersteller folgen bei der Entwicklung neuer Baureihen oder bei der Überarbeitung ihrer existierenden Baureihen zwar hinsichtlich der Abmessungen den Vorgaben der DIN EN ISO 2858; sie verschieben hingegen das hydraulische Leistungsvermögen einiger Pumpenbaugrößen hin zu größeren Volumenströmen.

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Diese ‚Extended Flow‘-Pumpen sind zwar aus Sicht des Anbieters unter Energieeffizienz-Gesichtspunkten von Vorteil und sie werden auch vom Planer eines Projektes begrüßt (kann er doch vielfach eine kleinere Pumpe wählen). Doch für den Betreiber sieht die Sache vielfach anders aus: Die vermeintlich höhere Energieeffizienz gilt nicht bei gleichen Fördermengen. Im Gegenteil: Es werden zusätzliche Verluste außerhalb der Pumpe in den Adapterstücken erzeugt. Zusätzlich gehe der Sinn einer Chemienormpumpe verloren, da die hydraulische Austauschbarkeit nicht mehr gewährleistet ist.

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Das zeigt: Auch beim Thema ‚Energieeffizienz‘ haben Hersteller und Betreiber durchaus unterschiedliche Betrachtungsweisen...

Warum ein Tausch alt gegen neu nicht automatisch Energie spart

In Sachen Austausch von Alt-Pumpen gegen neue Aggregate aus Gründen der höheren Energieeffizienz ist Covestro skeptisch. Das Argument, dass die neue Pumpe quasi automatisch besser mit der Energie umgehe als das alte Aggregat müsse genau geprüft werden: denn der Wirkungsgrad der Hydraulik habe sich ja in den vergangenen Jahren kaum erhöht.

Beim Blick auf die modernen Hocheffizienzmotoren (IE3 – klar, alle neuen Pumpen verfügen bei Covestro über solche Antriebe) bzw. auf die neueren Generationen (IE4, IE5) haben die Pumpenspezialisten bei Covestro einen differenzierten Blick: IE4-Antriebe seien beispielsweise in China in den erforderlichen Leistungen und mit Ex-Schutz kaum verfügbar, ganz schlecht sehe es bei den IE5-Motoren aus – die laufen nur mit Frequenzumrichter.

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Für den müsse ein umbauter Schaltschrankraum mit dicker Verkabelung vorgehalten werden (ist teuer und erfordere womöglich einen zusätzlichen baulichen Aufwand). Keine Frage: Wo immer eine Drehzahlregelung per Frequenzumrichter ohne großen Bauaufwand möglich sei, werde dies bei Covestro auch umgesetzt. Bei 20 Jahre alten Bestandspumpen rechne sich das in aller Regel (insbesondere beim Schaltraum) aber nicht.

Spalttopf: Keramik schlägt Metall

Interessant ist, wo man sehr wohl hohe Einsparpotentiale sieht: bei der Umrüstung magnetgekuppelter Pumpen auf keramische Spalttöpfe. Hintergrund: bei den traditionellen metallischen Spalttöpfen muss man mit etwa zehn Prozent Wirbelstromverlusten leben.

Mario Schneider (Rotating Equipment Expert NRW bei Covestro): „Wenn wir hier auf keramische Spalttöpfe umrüsten, können wir richtig Energie einsparen!“

Je nach Strompreis kann sich der keramische Spalttopf spätestens nach zwei bis drei Jahren amortisieren. Nicht zuletzt kommt zusätzlich der Aspekt Verfügbarkeit ins Spiel, weil die Wirbelstromverluste im metallischen Spalttopf ja zu höheren Temperaturen führen und dies Pumpenausfälle begünstigt. Auch die Atex-Vorgaben spielen eine Rolle, muss doch der heiße metallische Spalttopf aufwendiger überwacht werden.

Beim Monitoring spielt KI eine untergeordnete Rolle

Monitoring bedeutet bei Covestro im Grundsatz für 90 Prozent der Pumpen eine Schwingungsüberwachung (permanent erfolgt das nur bei einer Minderzahl der Pumpen, ansonsten ist das eine regelmäßige Stichprobe durch Betriebsmitarbeiter). Als unrealistisch betrachtet man das Angebot der diversen Pumpenanbieter, die Aggregate über eine anbieter-eigene Plattform überwachen zu lassen. Covestro kann sich nur eine Lösung vorstellen, wo die Pumpen über eine interne Prozessleittechnik-Plattform überwacht werden. Aber auch hier schränken die Kosten einer Atex-Messstelle in Höhe von 5.000 bis 10.000 € die Umsetzung deutlich ein.

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In der Praxis werden alle erfahrungsgemäß problematischen Pumpen einfach häufiger in Augenschein genommen und überprüft – das sei aktuell praxisgerechter als eine womöglich KI-gestützte Störungsfrüherkennung.

Wacker: Hier haben Pumpen-Fachingenieure das Sagen

Die Wacker Chemie AG produziert für globale Schlüsselindustrien und ist in den Bereichen Silicone, Polymere, Life Sciences und Polysilicium tätig. Mit seinen hochintegrierten Verbundproduktionen, insbesondere an den größten Standorten Burghausen und Nünchritz, trimmt das Unternehmen die eigenen Prozesse kontinuierlich hinsichtlich maximaler stofflicher Nutzung und Energieeffizienz. „Bis 2030 werden wir den spezifischen Energieverbrauch um 15 Prozent senken“, so Stefan Seidel, Leiter Energiemanagement im Werk Burghausen.

Christoph Eglseder, Leiter Service Center Maschinen, Maschinenwerkstatt und Pumpenfachstelle, zählt im Konzern rund 27.000 Strömungsmaschinen, darunter 9000 Kreiselpumpen. „6000 dieser Pumpen sind als Wassernormpumpe 733 oder als Chemienormpumpe 2858 standardisiert, auf Lager halten wir etwa 1200 dieser Pumpen vor.“

Für Wacker in Deutschland haben er und sein Team das Mandat, dass die Beschaffung von verfahrenstechnischen Strömungsmaschinen prinzipiell über die Pumpenfachstelle abzuwickeln ist. Konkret läuft das bei den einzelnen Projekten so ab, dass die Fachstelle zumindest die technischen Spezifikationen vorgibt, zudem sind spezifizierte Standortlieferanten gelistet. In erster Linie muss natürlich die Pumpe für die geplante Anwendung geeignet sein – darüber hinaus sind Standardisierung und Energieeffizienz ein wichtiges Auswahlkriterium.

„Wir legen großen Wert auf die korrekte Auslegung einer Pumpe auf den bestimmungsgemäßen Betrieb und den bestmöglichen Betriebspunkt, das ist ja bereits grundlegend für eine hohe Energieeffizienz“, so Eglseder. Das Rüstzeug dafür haben sich er und seine acht Mitarbeiter in der Pumpenfachstelle durch die in der Branche hoch angesehene Ausbildung zum Pumpen-Fachingenieur der TU Graz erarbeitet.

Bei den vielfach sehr unterschiedlichen Prozessen müssen die Pumpen auch sehr unterschiedlichen Anforderungen genügen, da sind im Grunde nie Dubletten vorhanden. Standardisierung bedeutet bei Wacker ansonsten nicht, den immer gleichen Pumpentyp einzusetzen; bei einer Magnetkupplungspumpe wird vielmehr einfach der größere Magnet gewählt – dann kann die Pumpe nicht nur bei 1500 min-1 betrieben werden, sondern auch mit 3000 min-1.

Und/oder man wählt eine höhere Werkstoffqualität, um flexibler zu sein. Beim Durchmesser der Laufräder variiert man in Schritten von zehn Millimetern. Auch die Mess- und Regeltechnik wird soweit möglich standardisiert, da gibt die Pumpenfachstelle bestimmte Typicals vor.

Potenziale der Standardisierung nutzen

Warum ist die Standardisierung so wichtig? Zum einen ist immer weniger Personal vor Ort, das sich mit unterschiedlichen Pumpensystemen auskennt. Wenn man hier also standardisiert, löst man manches Bedienungsproblem. Zum anderen muss man weniger Ersatzteile auf Lager halten. Ein weiterer Vorteil der Standardisierung ist, dass der Betreiber mit dem Hersteller einen Rahmenvertrag abschließen kann: Der Betreiber ruft dann eben nur zuvor vereinbarte Pumpentypen ab, was neben Zeitersparnis auch einen attraktiven Einkaufsvorteil bringt.

Wer als Betreiber seine Pumpen gezielt standardisiert, also nur eine gewisse Zahl unterschiedlicher Pumpentypen, Laufräder und Antriebstechnik zulässt, der hat ganz einfach viel mehr Zeit, sich mit der Frage einer weiteren Optimierung des Pumpenbestandes zu beschäftigen, also sich über bewährte Technik klar zu werden oder neue Entwicklungen zu erproben.

Generell beobachtet die Fachstelle, welche Pumpen in der spezifischen Anwendung hoch verfügbar sind bzw. häufig ausfallen – bei häufigen Ausfällen geht das Team aktiv auf den jeweiligen Betreiber zu, um solche Probleme in einer gemeinsamen Abwägung abzustellen.

Nicht zuletzt schauen sich die Spezialisten der Fachstelle immer wieder schon etwas ältere Anlagen an, um die ursprünglichen Auslegungen zu überprüfen. Nicht selten finden sich dann zu große Sicherheitszuschläge, oft auch mittlerweile veränderte Fördermengen, die dann nicht mehr mit den installierten Rohrleitungsdimensionen harmonieren. „Die gesamte Anlage zu optimieren bringt in aller Regel größere Energieeinsparungen, als wenn man nur die Pumpe allein in den Blick nimmt.“

Pragmatischer Ansatz bei der Pumpenüberwachung

Das Thema Monitoring geht Wacker in der Praxis etwas anders an als es viele Hersteller vorschlagen: „Wir betreiben als Anbieter von Spezialchemikalien ja eher kleinere Anlagen, wo eben auch entsprechend Pumpen kleinerer Leistung installiert sind. Die sind zwar auch alle in das Prozessleitsystem eingebunden, unterliegen aber keinem aufwändigen Monitoring.“

Keine Regel ohne Ausnahmen: „Natürlich überwachen wir eine Pumpe jeglicher Leistung dann, wenn die zu befürchtenden Ausfallkosten einer Anlage sehr hoch sind.“ Selbstverständlich werde ein Kompressor für Chlorgas immer überwacht, ab einer Pumpenleistung von etwa 75 kW gelte das auch für Pumpen. Wo Beeinträchtigungen der Umwelt oder gesundheitliche Gefahren für die Mitarbeiter bestehen, werden alle Pumpen regelmäßig schwingungstechnisch überprüft.

Die Instandhaltung und Reparatur von Pumpen erfolgen zentral über das Service Center Maschinen und die Maschinenwerkstatt; besteht kein Zeitdruck – beispielsweise wenn eine Pumpe aus dem Pool genutzt werden kann –, werden auch externe Dienstleister herangezogen oder die Pumpe geht direkt zum Hersteller. Dabei achtet die Fachstelle selbstverständlich auf die Kosten.

Beim Thema 3D-Druck für Pumpen-Ersatzteile ist Wacker noch etwas zurückhaltend. Christoph Eglseder weiß um die prinzipiellen Vorteile und er kennt praktische Umsetzungen – der Exzenterschneckenpumpen-Anbieter Netzsch druckt ja bereits serienmäßig den Stator bestimmter Exzenterschneckenpumpen, KSB ist durchaus bekannt als Anbieter von Ersatzteilen aus dem 3D-Druck. Deshalb attestiert er dem 3D-Druck eine durchaus positive Zukunft.

Fazit: Im Grunde ist das Ergebnis der Befragung von Pumpen-Betreibern in der chemischen Industrie nicht überraschend: Sie sind im Zweifel konservativ und abwartend, springen nicht auf jede neue Technologie auf. Als Kritik ist herauszuhören, dass Anbieter zu wenig die Sicht von Betreibern in der Chemieindustrie einnehmen, die eine Vielzahl von Anforderungen berücksichtigen müssen – beispielsweise die an den Ex-Schutz.

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