Chemienormpumpe Neue Magnetkupplungspumpe fördert Medien bis 400 °C

Magnetkupplungspumpen arbeiten selbst in Grenzbereichen zuverlässig. Gleichzeitig sind sie Vorbilder in der Pumpenwelt, wenn es um Betriebs- und Leckage-Sicherheit geht. Jetzt setzt eine neue Chemienormpumpe ein cooles Zeichen: Sie ist für heißere Medien, z.B. Wärmeträgeröle, einsetzbar und noch sicherer gegen Leckagen.

Wir schreiben das Jahr 2019: Für eine große Polyamidanlage, in der Wärmeträgeröle gefördert werden, wurde eine spezielle explosionsgeschützte Magnetkupplungspumpe benötigt. Die Bedingungen waren nicht ohne – die Pumpe sollte bei Temperaturen von mehr als 300°C eingesetzt werden und musste zugleich die zulässige Oberflächentemperatur der Atex-Temperaturklasse T3 von 195°C einhalten. Ein Fall für die Pumpenspezialisten von KSB und die Geburtsstunde eines neuen Familienmitglieds der bewährten Magnetkupplungspumpen-Baureihe Magnochem.

Ein internes Entwicklungsprojektteam der Frankenthaler entwarf zunächst ein Konzept für einen Protoypen. Eine Anforderung war, dass es möglichst wenig externe Verrohrungen und keine Wasserkühlung geben sollte. Das Fördermedium sollte also nicht um die Pumpe zirkulieren, sondern im Innenraum bleiben, was erfolgreich realisiert werden konnte. Ein weiteres Highlight während der Entwicklungsphase: Zum ersten Mal produzierte man ein drucktragendes, heizbares Gehäuse einer Chemienormpumpe mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens, dem selektiven Laserschmelzen.

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Nachdem die ersten Messwerte des Prototyps vielversprechend waren, ging es an die Umsetzung. Probelauf sowie Praxistest verliefen erfolgreich, und KSB erhielt den Zuschlag für den Auftrag, die Pumpen konnten in Produktion gehen. Mittlerweile sind in dem Polyamid-Anlagenkomplex stolze 156 Magnetkupplungspumpen vom Typ Magnochem installiert, darunter eine Vielzahl der neuen Magnochem W. Das Interesse im Markt war geweckt – und das neue Mitglied der Magnochem-Familie geht nun in Serie.

Wie kommt es zu dem höheren Bedarf an Magnetkupplungspumpen? Als wichtigster Trend sind die erhöhten Anforderungen an Sicherheitsstandards festzustellen. Dies gilt nicht nur für Europa, Asien oder die USA, sondern auch für die Schwellenländer. Als Folge steigt die Nachfrage nach dichtungslosen Pumpen, um Leckagen und Sicherheitsrisiken zu vermeiden. Gerade gegenüber Pumpen mit Gleitringdichtung punkten die Magnetkupplungspumpen durch ihr höheres Sicherheitsniveau.

Spitze in Sachen Energieeffizienz

Zudem spielt die Energieeffizienz eine immer größere Rolle. Dies zeigt der zunehmende Einsatz intelligenter Pumpensysteme und innovativer Regelstrategien. Mindestens genauso wichtig ist es aber, die Pumpe genau auf ihren Einsatz abzustimmen und die beste Wahl für den Spalttopf-Werkstoff zu treffen. Nur so lässt sich das Maximum an Energieeffizienz erreichen.

Was macht die Magnochem zu einer der energieeffizientesten Magnetkupplungspumpen am Markt? Um diese Frage zu klären, muss zum einen – wie übrigens auch bei dynamisch abgedichteten Pumpen – die Effizienz der Hydraulik selbst betrachtet werden. Neben der Möglichkeit des Fine-Tunings über das Abdrehen des Laufrads wurden bei der Magnochem mithilfe von Finite-Elemente-Methode (FEM) sowie Computational Fluid Dynamics (CFD) sämtliche hydraulischen Konturen optimiert und anschließend in umfangreichen Testaufbauten noch einmal validiert. Diese Hydrauliken gehören damit zu den energieeffizientesten auf dem Markt. Natürlich greift auch die Magnochem W auf diese hocheffiziente Hydraulikfamilie zurück.

Was die Magnochem gegenüber anderen Magnetkupplungspumpen hinsichtlich der Energieeffizienz hervorhebt, ist jedoch ihr Magnetantrieb.

Eine Vision wird Realität

Die Vision der Entwickler war es, dass der Magnetantrieb exakt auf den vom Kunden gewünschten Betriebspunkt angepasst werden kann. Auf diese Weise lassen sich Energieverluste minimieren und eine Überdimensionierung vermeiden. Um die Vision in die Realität zu bringen, wurde ein neues Baukastensystem entwickelt, das es ermöglicht, bis zu vier verschiedene Magnetkupplungen mit unterschiedlichen Durchmessern an eine Hydraulikgröße anzupassen. Bisher konnte eine Hydraulik nur mit einer einzigen Magnetkupplungsgröße bedient werden.

Warum ist die Möglichkeit der Skalierung beim Magnetantrieb so wichtig? Und wie kann durch diese Maßnahme die Effizienz gesteigert werden? Ein Beispiel schafft Klarheit: Die Effizienz der Magnetkupplung lässt sich im Wesentlichen dadurch steigern, indem Wirbelstromverluste und Verluste durch viskose Rotorreibung reduziert werden. Dabei nehmen die Wirbelströme in etwa in dritter Potenz und die Rotorreibung sogar in vierter Potenz mit dem Durchmesser des Magnetantriebs ab. Natürlich fällt auch das übertragbare Drehmoment mit Abnahme des Durchmessers, was aber in einem gewissem Rahmen über die Länge der Kupplung ausgeglichen werden kann. Der Clou ist nun, dass die Länge nur linear in die Verluste eingeht. Nimmt man an, dass für einen vom Kunden gewünschten Betriebspunkt ein um 30 Prozent reduzierter Kupplungsdurchmesser ausreicht, lässt sich unterm Strich eine etwa 30 bis 50 Prozent höhere Effizienz des Magnetantriebs erreichen. Genau diese Effizienzsteigerung wird mit dem Baukastensystem der Magnochem in die Praxis übertragen.

Außerdem können die Verluste neben der o.g. optimalen Auswahl des Magnetkupplungsdurchmessers auch durch die Verwendung von Wirbelstrom-verlustarmem Titan oder verlustfreier Keramik weiter reduziert werden. Auch die Wahl des Startverfahrens bietet einen Hebel, um die Effizienz zu steigern. Durch Wahl eines sanfteren Anlaufverfahrens lassen sich die Magnetkupplung verkleinern und Energie sowie Betriebskosten einsparen.

Niedrigere Wartungskosten

Magnetgetriebene Pumpen überzeugen zudem durch geringere Wartungskosten gegenüber konventionellen Pumpen. Dies ist vor allem vor dem Hintergrund interessant, dass Wartungszeiten und Personal teuer sind.

Bei Spaltrohrmotorpumpen wird der Motor mit der Pumpe in einem Aggregat kombiniert. Im Fall der Fälle werden daher für die Reparatur bei diesem Pumpentyp oft drei Experten benötigt: für die Mechanik, für die Elektrik und für den Explosionsschutz. Bei Magnetkupplungspumpen reicht der Fachmann für die Mechanik, so dass viele Anwender die Pumpe selbst reparieren können. Da der externe Motor bei der Magnochem-Baureihe ein Standard-Normmotor (z.B. IEC) ist, vereinfacht sich auch hier der Service. Gerade die Wartungsfreundlichkeit der Magnetkupplungspumpen gegenüber anderen Pumpentypen hat viele Kunden der chemischen Industrie zu einem Wechsel des Pumpentyps bewegt.

Fazit und Ausblick: Die neue Magnochem W bietet höchste Betriebssicherheit bei Temperaturen bis 400°C, da sie standardmäßig einen internen Zirkulationsmodus verwendet und je nach Temperatur und Druck mit unterschiedlichen Leckagebarrieren ausgestattet werden kann. Zudem ist die Pumpe auch für Anwendungen interessant, in denen das Fördermedium höhere Temperaturen aufweist, als sie für Oberflächen gemäß der jeweiligen Temperaturklasse der Atex-Richtlinien zulässig sind.

Einer der größten Pluspunkte findet sich vor dem Hintergrund, dass in der Heißölindustrie Versicherungen begonnen haben, dichtungslose Heißölpumpen aus Sicherheitsgründen zu spezifizieren.

Auch für viele andere Anwendungen steht die Baureihe mit vielen Vorteilen zur Verfügung, u.a. mit mehreren Fahrweisen wie gesperrter oder gespülter Ausführung des Rotorraums. Die dichtungslosen Pumpen mit speziellen Leckagebarrieren bieten ein hohes Maß an Sicherheit bei der Förderung von wertvollen, aggressiven, giftigen, explosiven, entflammbaren, übelriechenden oder schädlichen Flüssigkeiten, einschließlich solcher mit hohen und niedrigen Temperaturen. Echt cool!

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