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Pumpen/Kompressoren Langfristig denken

| Redakteur: Redaktion PROCESS

Sobald Wasser als Wärmeträger wegen der benötigten hohen Temperaturen nicht mehr ausreicht, steht die Entscheidung zwischen mineralölbasischen und synthetischen Ölen an. Dies trifft in der Regel zu, sobald Vorlauftemperaturen über 200 °C notwendig sind. Aufgrund des niedrigen Preises waren bisher oft mineralölbasische Wärmeträgeröle die erste Wahl. Zunehmend rücken jedoch auch synthetische Öle in den Vordergrund. Diese stellen jedoch spezielle Anforderungen an die Pumpen.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Sobald Wasser als Wärmeträger wegen der benötigten hohen Temperaturen nicht mehr ausreicht, steht die Entscheidung zwischen mineralölbasischen und synthetischen Ölen an. Dies trifft in der Regel zu, sobald Vorlauftemperaturen über 200 °C notwendig sind. Aufgrund des niedrigen Preises waren bisher oft mineralölbasische Wärmeträgeröle die erste Wahl. Zunehmend rücken jedoch auch synthetische Öle in den Vordergrund. Diese stellen jedoch spezielle Anforderungen an die Pumpen.

Synthetische Wärmeträgeröle spielen ihre Vorteile insbesondere auf längere Sicht aus. Dipl.-Ing. Ludger Hunke-möller vom Wärmeträger-Produktmana-gement bei Fragol, einem Spezialisten auf dem Gebiet von Funktionsflüssigkeiten rät: „Ein Betreiber sollte seine wirtschaftlichen Überlegungen nicht nur auf die Kosten für die Erstbefüllung beschränken. Je nach Anwendung, Anlage und natürlich nach Temperatur rechnet sich der höhere Einstandspreis von synthetischen Ölen in wenigen Jahren.“

Dies gilt vor allem vor dem Hintergrund, dass mit steigender Temperatur immer mehr Zersetzungsprodukte mit veränderten Siedeeigenschaften im Öl entstehen. Diese beeinflussen die Eigenschaften des Wärmeträgers - meist zum Negativen. Die Folgen sind nicht nur häufigere Wechsel der Wärmeträgerfüllung. Schwerwiegender sind Ablagerungen in der Anlage, die nur schwer oder überhaupt nicht mehr zu entfernen sind.

Daraus ergeben sich dann die Standzeiten des Öls, die Auskochintervalle für Zerfallsprodukte, die Beanspruchung der Anlage und in der Summe der Wartungsaufwand und die Kosten für die Folgefüllungen. Mit der Auswahl seines Öls entscheidet der Betreiber, ob er jährlich, alle drei Jahre oder in noch längeren Zeiträumen neues Öl benötigt. Mit modernen synthetischen Ölen lassen sich Anlagen mit Vorlauftemperaturen bis etwa 300 °C wartungsfrei und mit einer Lebensdauerfüllung betreiben. Es liegt auf der Hand, dass sich so auch der deutlich höhere Preis der synthetischen Öle rechnet.

Von der Chemie bestimmt

Speziell bei Vorlauftemperaturen ab 300 °C sollten nur noch hochwertige synthetische Öle eingesetzt werden. Die Lebensdauer wird in diesem Temperaturbereich entscheidend von der Chemie des Wärmeträgers bestimmt, sodass ein einfacher Blick auf die maximal erlaubte Vorlauftemperatur nicht ausreichend ist.

Zu berücksichtigen ist, dass sich auch bei diesen Produkten jede Temperaturerhöhung auf die Lebensdauer auswirkt. Zehn Grad mehr oder weniger beeinflussen die Lebensdauer der Öle bereits entscheidend: Zehn Grad mehr bedeuten in der Regel eine Verdoppelung der produktspezifischen Zersetzungsrate. In jedem Fall ist eine aufwändigere Wartung der Anlage notwendig. Im Vergleich zu mineralölbasischen Wärmeträgerölen ist der Wartungsaufwand bei synthetischen Ölen jedoch deutlich geringer.

Je nach Anwendung können die Wärmeträger auch schon bei geringeren Temperaturen stark belastet werden. Wesentliche Faktoren sind hier die Heizflächenbelastung und die Strömungsverhältnisse in der Anlage. „Treten bei Vorlauftemperaturen unter 250 °C Probleme mit mineralölbasischen Ölen auf, sind auch in diesen Anlagen preiswerte synthetische Öle interessant.

Sie entwickeln auch bei großer Heizflächenbelastung deutlich weniger Ablagerungen und halten ihre Zersetzungsprodukte zumeist in Lösung“, erläutert Hunkemöller. Grundsätzlich kann der Betreiber die Qualität eines Öls an zwei Hauptmerkmalen erkennen:

  • Erstens, welche Wechselintervalle der Lieferant für sein Öl empfiehlt. Gut sind hier mehr als zehn Jahre.
  • Zweitens, wie groß in der konkreten Anwendung die entstehenden Leichtsiederanteile und damit die Nachfüllmengen sind.

Beides schlägt sich unmittelbar in den Betriebskosten nieder. Bei z.B. 300 °C ist sowohl der Einsatz mineralölbasischer als auch synthetischer Öle möglich. Im Normalfall ist zu erwarten, dass das Mineralöl bis zu zweimal pro Jahr ausgekocht werden muss, um die entstandenen Leichtsieder zu entfernen.

Das synthetische Öl benötigt dies nur einmal alle zwei Jahre oder in noch größeren Intervallen. Weniger Stillstand, weniger Ölverlust und weniger Ablagerungen von Koks und Schlämmen in der Anlage sind damit die Vorteile von synthetischen Ölen. Oft lassen sich die Zyk-luszeiten für Anlagen mit Heiz- und Kühlphasen durch hochwertige Syntheseöle zusätzlich optimieren.

Die Qualität des Öls beeinflusst auch direkt die Leistung der Pumpen. Entstehen viele Leichtsieder, treten Gaspolster und Strömungsabrisse auf. Dipl.-Ing. Stefan Werner, bei Allweiler verantwortlich für Wärmeträgerpumpen, erklärt: „Die Pumpen laufen nicht mehr rund, werden höher belastet und bringen weniger Förderleistung. Oft entsteht ein regelrechter Teufelskreis: Leichtsieder führen zu geringerer Förderleistung, dies erhöht die Heizflächenbelastung im Brenner, was zur schnelleren Zersetzung des Wärmeträgers und damit zu noch mehr Leichtsiedern führt.“

Unabhängig davon stellen synthetische Wärmeträgeröle spezielle Anforderungen an die Pumpen. Verglichen mit mineralischen Ölen ist die Schmierfähigkeit dieser Öle geringer. Allweiler hat daher Thermalölpumpen konstruiert, die auf die spezifischen Eigenschaften der synthetischen Öle zugeschnitten sind. Entscheidend sind zwei Faktoren: Geringere Schmierfähigkeit und eine oft geringere Viskosität, die jedoch zur Verbesserung der Wärmeübertragung gewünscht ist.

Besonders die Kombination von synthetischem Öl mit Leichtsiedern belastet Gleitringdichtungen. Spezielle konstruktive Lösungen müssen dies kompensieren. Ein großer Dichtungsraum und die Möglichkeit, Gase in einem besonderen Teil der Pumpe zu sammeln und von dort aus leicht zu entfernen, sind für die Standzeit und die zuverlässige Funktion entscheidend. Zusätzlich müssen Lager und Dichtung exakt aufeinander, auf die geringe Viskosität und die Anwendung insgesamt abgestimmt sein.

„Wir haben hier als Beispiel ausgezeichnete Erfahrungen mit Kohlelagern in Kombination mit nicht entlasteten Gleitringdichtungen und mit SiC-Lagern zusammen mit entlasteten Dichtungen gemacht. Damit werden die Pumpen auch unempfindlich gegen Schlämme und andere Verschmutzungen im Öl“, fasst Werner zusammen. Schließlich lässt sich die Standzeit der Dichtungen und die Leckagesicherheit mit Quenchvorlagen nochmals deutlich steigern. Beides gehört bei Allweiler zum Angebot.

Mit einem Quench sinkt die Temperatur an den Gleitringdichtungen noch weiter und es ist ausgeschlossen, dass Leckageflüssigkeit beim Austritt aus der Dichtung oxidiert und die Funktion der Dichtung damit beeinträchtigt. Aufgrund von Temperaturdifferenzen sind Ausdehnungskräfte innerhalb der Pumpe ebenso unvermeidlich wie Kräfte, die über die Anlage und die Rohrleitungen von außen auf die Pumpen einwirken.

Deshalb müssen gerade Pumpen für synthetische Öle mechanisch hoch belastbar und steif konstruiert sein - ohne deswegen jedoch zu viel Temperatur auf Lager und Wellendichtung zu übertragen. Dies ist keine einfache konstruktive Aufgabe. Allweiler hat zusätzlich für die Thermalölpumpen eine eigene Lagergeometrie entwickelt. Die Lager sind dabei nicht eingepresst, sondern kippbeweglich angeordnet.

Für alle Hochtemperaturanwendungen und speziell für Anlagen, in denen starke Heiß-Kalt-Unterschiede auftreten, sind doppeltkardanische Kupplungen angebracht. Wenn sich der Betreiber zur Umstellung seiner Anlage auf moderne synthetische Öle entschließt, kann er vorhandene Pumpen durch einfachen Austausch der Einschub-einheiten an die erhöhten Anforderungen anpassen.

Mit diesen Pumpen, die speziell für Hochtemperaturanwendungen entwickelt sind, habe der Betreiber nicht nur die Sicherheit, gerade die Garantiezeit ohne Ausfall zu überstehen, so Werner. Diese Pumpen seien in Hunderten Anlagen jahrelang ohne Störungen im Einsatz.

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