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Rückwärtslaufende Pumpen

Mit rückwärtslaufenden Pumpen Energie wirtschaftlich zurückgewinnen

| Autor/ Redakteur: Ron Adams und John Parker / Manja Wühr

Kommen zum Entspannen stehender Flüssigkeiten herkömmliche Druckminderventile zum Einsatz, geht zwangsläufig Energie verloren. Mithilfe sogenannter Hydraulic Power Recovery Turbines (HPRTs) kann der überschüssige Druck in mechanische Rotationsenergie umgewandelt und somit die Gesamteffizienz des Prozesses erhöht werden.

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Gasanlage: MSD-Pumpe – Motor – Kupplung – HST-Turbine (Bild: Sulzer)
Gasanlage: MSD-Pumpe – Motor – Kupplung – HST-Turbine (Bild: Sulzer)

Generell sind Pumpen ein Mittel zum Flüssigkeitstransport, die mechanische Energie in hydraulische Energie umwandeln, indem sie den Druck erhöhen. Muss der Druck aufgrund der Prozessanforderungen reduziert werden, kann eine rückwärtslaufende Pumpe eingesetzt werden, um die sonst verlorene Energie aufzunehmen. Dabei wird die hydraulische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die dann zum Antrieb eines Generators oder zur Unterstützung anderer rotierender Maschinen eingesetzt werden kann.

Mithilfe einer Hydraulic Power Recovery Turbine (HPRT) können bis zu 85 Prozent der sonst in einem Drosselventil verlorenen Energie zurückgewonnen werden. Setzt man modifizierte Standardpumpen als HPRTs ein, sind die Investitionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen verhältnismäßig niedrig. Schon bei einer relativ geringen Druckminderung kann sich eine Energierückgewinnung lohnen.

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Nahezu jede Kreiselpumpe kann als Turbine betrieben werden. Dabei strömt die Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung, d.h., der Druckflansch der Pumpe wird zum Eintritt der HPRT, und der Saugflansch wird zum Austritt. Bei größeren HPRTs muss das Innere des Pumpengehäuses modifiziert werden, um eine gleichmäßige Zuströmung zum Laufrad zu gewährleisten.

Energierückgewinnung

Herkömmliche hydraulische Turbinen können axial, halbaxial oder radial und ein- und mehrstufig ausgeführt sein. Welche Art von Pumpe für eine bestimmte Anwendung eingesetzt wird, hängt von der Fallhöhe, dem Durchfluss und der Drehzahl ab. Diese drei Parameter bestimmen die spezifische Drehzahl einer hydraulischen Maschine. Die spezifische Drehzahl ist ein charakteristischer Wert jeder Pumpe bzw. Turbine, der mit zunehmendem Durchfluss und abnehmender Förder- bzw. Fallhöhe steigt. Axiale Laufräder mit einer hohen spezifischen Drehzahl werden bei geringer Fallhöhe und hohem Durchfluss eingesetzt.

In einigen industriellen Anwendungen, wie Umkehrosmoseanlagen, Erdölraffinerien, Düngemittelanlagen und Gasbehandlungsanlagen, werden für bestimmte Prozesse hohe Drücke benötigt. Aminwäscher werden häufig verwendet, um Erdgas von CO2 und H2S zu befreien. Der Wäscher arbeitet dabei mit Pipelinedruck. Anschließend wird der Druck reduziert, um verschiedene weitere Komponenten aus dem Prozessstrom zu entfernen. Die Senkung des Drucks erfolgt normalerweise durch Drosseleinrichtungen, wie Ventile oder Blenden. Mithilfe einstufiger HPRTs kann diese Energie zurückgewonnen werden. Bei Hydrodesulfurierungsanlagen in Raffinerien können aufgrund des notwendigen hohen Druckabfalls mehrstufige HPRTs erforderlich sein.

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