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Prozesspumpen Pumpenexperten unter sich: Wo sich analoge Robustheit & digitale Weitsicht treffen

Von Hans-Jürgen Bittermann

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Das traditionelle Treffen der Pumpenexperten auf den Förderprozessforen brachte Betreiber und Hersteller an einen Tisch. Ergebnis zahlreicher Diskussionen: Die Pumpen-Community macht sich auf in die digitale Zukunft. Trotzdem bleibt anfassen erwünscht. Warum es ohne den Experten im Betrieb noch lange nicht gehen wird.

Teilnehmer v.l.n.r.: Prof. Michael Berger (FH Westküste) Dr. Florian Ausfelder (Dechema), Modrerator Prof. Eberhard Schlücker, Peter Holzapfel (Siemens) und Dr. Jörg Botzem (BASF): (Bild: Oxa Gruber Fotographien)
Teilnehmer v.l.n.r.: Prof. Michael Berger (FH Westküste) Dr. Florian Ausfelder (Dechema), Modrerator Prof. Eberhard Schlücker, Peter Holzapfel (Siemens) und Dr. Jörg Botzem (BASF):
(Bild: Oxa Gruber Fotographien)

Auch Pumpen mit dem Label ‚4.0‘ müssen in erster Linie zuverlässig Medien von A nach B fördern. Das gilt in besonderer Weise für den Einsatz in der Prozessindustrie, dort hat die Qualität und Zuverlässigkeit der Hardware (Werkstoffe, Lager, Dichtungen) hohes Gewicht. Kann smarte Instandhaltung den Betreiber hier unterstützen? Kurze Antwort: Ja.

Die ausführliche Antwort dazu gab es auf dem Pumpen-Forum 2022 Ende September – endlich wieder in persönlicher Begegnung, konnten sich die 110 Teilnehmer einen Überblick über interessante technologische wie organisatorische Instandhaltungs-Konzepte verschaffen. Wenig überraschend: Die Digitalisierung spielt auch hier eine zunehmend wichtige Rolle.

Wasserstoff-Infrastruktur: Viele Fragen harren noch der Antwort

Prof. Michael Berger (FH Westküste) blickt mit einigem Optimismus auf unsere zukünftige Energieversorgung – und weist darauf hin, dass Technologien sich oft sprunghaft entwickeln (man denke an die Prognosen hinsichtlich der Entwicklung von Autos, Computern oder des Telefons). Wir sollten deshalb offen sein auch für Alternativen, die zunächst misstrauisch beäugt werden. In den fünfziger und sechziger Jahren kamen wir in Deutschland mit der Hälfte des persönlichen Energiebedarfs aus – und wir haben dennoch gut gelebt! Das bedeute, so Berger: Wir können auch heute mit 50 Prozent des Energiebedarfs gut leben, Energieeffizienz mache den Unterschied. Michael Berger sieht darin im Übrigen kein technologisches, sondern eher ein psychologisches Problem, das durchaus zu lösen sei.

Die Herausforderungen sind zu schaffen

In der Podiumsdiskussion verdeutlichten Michael Berger, Dr. Florian Ausfelder (Dechema), Peter Holzapfel (Siemens) und Dr. Jörg Botzem (BASF): ohne Wasserstoff wird die Transformation zur Klimaneutralität in der Chemie nicht funktionieren. Doch momentan fehle es an großskaligen Elektrolyseeinheiten, an Speichermöglichkeiten für grünen Strom, an Infrastruktur und nicht zuletzt an verfahrenstechnischen Prozessketten.

Prof. Eberhard Schlücker (FAU Erlangen-Nürnberg) zeigt sich da durchaus optimistischer: Wasserstoff z. B. sei bei richtiger Anwendung weniger kritisch als Benzin. Etwa zehn Prozent Verluste müssen jährlich kalkuliert werden beim Einsatz von gasförmigem Wasserstoff. Soll heißen: Der Umgang mit gasförmigem Wasserstoff ist nicht besonders effizient – er sollte am Ort der Erzeugung verwendet bzw. dort gespeichert werden. Auch Cryo-Wasserstoff ist problematisch, muss doch mit einem Verlust von einem Prozent pro Tag kalkuliert werden. Schlücker schlägt den Einsatz eines LOHC-Speichers (liquid organic hydrogen carriers, LOHC) vor. Die flüssigen organischen Wasserstoffträger können Wasserstoff durch chemische Reaktion aufnehmen und wieder abgeben. LOHC können daher als Speichermedien für Wasserstoff verwendet werden. Den Umgang mit diesen Verbindungen bezeichnet Schlücker als „idiotensicher“. Die beim Hydrieren des Wasserstoffs freigesetzten Temperaturen (340 °C) bzw. die erforderlichen 200 bis 220 °C zum Dehydrieren können als Abwärme zur Elektrolyse genutzt werden.

Die Badewannenkurve gilt immer

Zur Diskussion der Frage, welche Instandhaltungsstrategie vorteilhafter ist, sei an den Verlauf der Abnutzung einer beliebigen technischen Einrichtung im Laufe der Zeit erinnert – die berühmte Badewannenkurve: Die Ausfallrate ist zu Beginn und am Ende der Lebensdauer besonders hoch, während sie im Zeitraum dazwischen niedriger und recht konstant ist. Die Phase I ist typischerweise kürzer als die beiden folgenden, wobei Phase II ganz unterschiedliche Zeitdauern aufweisen kann, je nach Auslegung des Produktes.

Pumpen und Wasserstoff: Das Traumpaar der Förderprozessforen 2022
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Was ist zielführender: Condition Maintenance (also die zustandsorientierte Instandhaltung) oder Predictive Maintenance (die vorausschauende Instandhaltung)? Für Stefan Leuchtenberger (Habermann Aurum) sind beide Konzepte nützlich und hilfreich – doch bleibt er ein Fan des regelmäßigen Rundgangs durch die Anlage. Nur so sei eine saubere Fehleranalyse möglich.

Das erfordere natürlich den geschulten Blick eines Fachmannes – der selbst im großen Unternehmen nicht immer verfügbar sei, das Know-how über Pumpen schwinde in Unternehmen mehr und mehr, stellt er fest.

Das hat Konsequenzen: Die Praxis zeigt, dass sich speziell in der Großindustrie die Instandhaltungsphilosophie in den letzten Jahren maßgeblich geändert hat: Personal wird reduziert, der Know-how-Verlust führt zu schlecht geplanten oder unzureichend umgesetzten Pumpen-Instandhaltungen. Das Ergebnis entspricht dann meist nicht der erwarteten Kostenreduktion, sondern führt häufig zu steigenden Instandhaltungskosten sowie einem erhöhten Risiko für ungeplante Anlagenstillstände oder Totalausfälle!

Planungs- und Bedienungsfehler häufen sich

Andre Losemann (Lanxess) stimmt dieser Beobachtung zu und registriert, dass sich Bedienungsfehler in den vergangenen zwei Jahren häufen. Nicht nur das: Auch Fehleranalysen bzw. Schwachstellenanalysen würden vernachlässigt; das räche sich ...

Wenn die Pumpe mit dem Wasserstoff... Tag 2 der Förderprozessforen
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Manfred Thamm (Pumpenexpertise-NRW) empfiehlt, immer von diesem Grundsatz auszugehen: „Es geht nie allein um die Pumpe an sich, es geht immer um die richtige Pumpe für eine bestimmte Anlage.“ Mit Blick auf die Instandhaltung sieht er Sensoren als das Grundgerüst: „Die intelligente Ausrüstung mit Sensoren schafft eine Art von digitaler Transparenz.“ Nicht nur die Verfügbarkeit der Pumpe erhöht sich auf diese Weise, auch die Effizienz gewinnt: „Jede Investitionen in intelligente Fluid-Hydraulik rentiert sich durch niedrigere Betriebskosten.“

Thamm relativiert aber auch: In aller Regel sei es heute üblich, eine Chemienormpumpe im Investitionsbereich bis 10.000 € keinem aufwändigen Condition Monitoring zu unterziehen. Eine Ausnahme sind natürlich Pumpen in kritischen Produktionsprozessen. Auch Leuchtenberger und Losemann bestätigen: Für eine Standard Chemienormpumpe lohne sich ein aufwändige Schwingungsanalyse eher nicht.

Wo Wasserstoffexperten auf Pumpenspezialisten treffen: Die Abendveranstaltung der Förderprozessforen
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Exkurs 1: Zum Stichwort ‚Chemienormpumpe‘ hört man im Gespräch mit Referenten und Besuchern: Chemienormpumpen würden bisweilen unter Herstellkosten angeboten – zum einen um bei bestimmten Betreibern präsent zu sein, zum anderen um von den üblicherweise hohen Ersatzteilkosten zu profitieren.

Check der Systemeffizienz: Einsparungen bis zu 40 Prozent

Bernhard Koritsch (KSB Service) rückte die Dimension der Einsparpotentiale bei Pumpen ins Rampenlicht: Mindestens zehn Prozent des gesamten jährlichen Stromverbrauchs werden für den Betrieb von Pumpen verwendet. Würden weltweit alle Pumpen im Optimum, d.h. mit maximaler Effizienz betrieben, könnten weltweit rund 450 Milliarden kWh bzw. 274 Millionen Tonnen CO2-Emissionen eingespart werden. Seine Erfahrungen stimmen optimistisch: Mit von KSB angebotenen ‚Systemeffizienz-Service-Analyse‘ lassen sich durchschnittlich 40 % (!) des Energieverbrauchs einsparen.

Webkonferenz: PLT-Systeme im P&ID vorplanen

Wer PLT-Systeme und -Ausrüstungen bereits im P&ID vorplant, kann nur gewinnen. Was das bringt, und wie es die Programmierung von Prozessleitsystemen und die Planung der Instrumentierung schneller und qualitativ besser machen kann? Das diskutieren wir mit Christan Schäfer, Head of Digital Engineering bei Merck, Wolfgang Welscher, Geschäftsführer des Softwareunternehmens X-Visual und Martin Dubovy, Leiter Plant Solutions, Rösberg Engineering in unserer Webkonferenz am 26.10. um 10:00 Uhr.

Hier geht es zur Anmeldung

Exkurs 2: Pumpen-Hersteller und Dienstleister in Sachen Rotating Equipment wissen um das enorm hohe Einsparpotential betagter Pumpen – und berichten bisher über den oft hohen Widerstand gerade der großen Betreiber. Das ändert sich gerade, wie auf dem Forum zu hören war:

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Während bis vor kurzem die Amortisationszeit von drei Jahren von Betreibern noch als uninteressant angesehen wurde, liegt die Amortisationszeit einer Pumpensystem-Analyse heute bei knapp einem Jahr (Grund: die enorm gestiegenen Energiekosten); viele Kunden greifen heute eher zu als zuvor. Aber auch hier gelte die Einschränkung: Bei kleineren Pumpen mache der Aufwand einer großen Optimierung eher keinen Sinn (Ausnahme sind wiederum kritische Produktionsanlagen).

Was bietet die ‚Digitale Weitsicht‘? Der Sensor ist die Basis

Der Beitrag von Dr. Sven Vogel (core sensing) wurde besonders interessiert aufgenommen: Das Unternehmen arbeitet nicht mit Standardsensoren, sondern geht von den zu überwachenden Komponenten aus – passt den Sensor deren Geometrie an. Besonderheit ist, dass diese Sensoren von innen im Bauteil messen. Die Energieversorgung der Sensoren erfolgt dann per Induktion oder Energy Harvesting.

Hendrik Schumacher (Timmer) stellte Timetron vor – der Sensor wird bei der Erstinstallation zunächst auf die aktuelle Pumpe und die Einbausituation in der Anlage kalibriert; anschließend erkennt das System Abweichungen.

Senkt die Betriebskosten von Exzenterschneckenpumpen

In Sachen ‚Digitalisierung‘ berichtete Dr. Christian Brehm (Seepex), wie der Betrieb von Exzenterschneckenpumpen zu optimieren sei: Mit MTP – dem ‚Module Type Package‘ – bringt Seepex seine Lösungen direkt in das Leitsystem beziehungsweise die Prozessführungsebene der Kunden ein.

Die Pumpe wird damit ohne zeitraubende Schnittstellenarbeit oder komplexe Scada-Programmierung zum intelligenten Teilnehmer der Gesamtautomation. Das spare Zeit und Kosten, so Brehm: Beispielhaft nennt er neben der leichten Integrationsfähigkeit auch die Möglichkeiten zum Condition Monitoring bzw. zur vorausschauender Wartung.

Auch Erwin Weber (Netzsch) hatte die Exzenterschneckenpumpe im Visier – und wieder ging es um das Optimieren der Betriebskosten. Seine Botschaft: Mit der speziellen Statornachstelleinheit xLC sinken über 15 Jahre gerechnet die Betriebskosten um 11 bis 13 Prozent. Die neueste Version dieses Systems ermöglicht eine automatisierte Nachstellung.

Hilfreiche Cloud-Lösungen

Patrick Schmicker und Hans-Georg Scherer (Eagle Burgmann) thematisierten ein Online-Auslegungs-Tool für Magnetkupplungen (eMAKsel) und stellten den additiv gefertigten Spalttopf Sensocan mit optionaler Temperaturüberwachung vor. Damit sei der Sensocan die Lösung für temperatursensible Anwendungen und eine Option bei sicherheitskritischen Anwendungen.

Über eine herstellerunabhängige Online-Überwachung referierte Marcus Müllenberg (Emerson). Als Besonderheit hob er die integrierten Edge-Funktionalitäten hervor; sie ermöglichten es, auch ohne detailliertes Fachwissen Fehlerinformationen in Klartext zu erhalten, um so entsprechende Wartungsmaßnahmen einleiten bzw. einplanen zu können.

Beschichtungen: Aus alt mach ‚neu‘

Dinge länger haltbar machen – das Thema Nachhaltigkeit sei bei RS Rittel quasi Kern des Geschäftsmodelles, so Julian Eßler. Anhand von Beispielen aus der Praxis zeigte er, wie durch den gezielten Einsatz von Beschichtungslösungen die typischen Verschleiß- und Korrosionsprobleme in Pumpen gemindert bzw. verhindert werden. Die Aufarbeitung von verschlissenen Bauteilen kann zudem Instandhaltungskosten senken.

Insbesondere kann – im Vergleich zur Anfertigung von Neuteilen (gerade Gussgehäuse für Pumpen) – die Dauer bis zur Wiederinbetriebnahme verkürzt werden. Ein komplettes Pumpengehäuse ist beispielsweise in zwei Wochen aufgearbeitet; in dieser Zeit wird kein Hersteller ein Gehäuse neu zur Verfügung stellen. Interessant ist auch, dass man alte Bauteile mit der entsprechenden Beschichtung einer neuen Verwendung zuführen kann (beispielsweise wenn das Fördermedium sich ändert).

Widersteht abrasiven Medien

Null-Leckage selbst unter extremen Bedingungen mit Gülle und Zementpulver, versprach Jens Waschniewski (Lidering) mit der Wellendichtungstechnologie Dryseals. Typische Einsatzbereiche sieht er bei Trockenlauf und nicht schmierenden Medien. Das Dichtmaterial muss im Abstand von 3 bis 5 Monaten ausgetauscht werden, das könne bis zu achtmal wiederholt werden. Es gibt zudem Varianten mit Luft und Wasserspülung. Als besonderen Vorteil hob der Referent diese Dichtungen als Non-stop-System hervor: die Installation und Wartung der Dichtungen könne ohne Produktionsstopp erfolgen.

Das Beste aus zwei Welten

Dr. Stefan Ubben (Richter) beschrieb eine weiterentwickelte Magnetkupplungspumpe, die neben der bekannt hohen Sicherheit dieser Bauart nun auch mit mehr Leistung aufwartet (dank des verbesserten Wirkungsgrads). Die aus der Welt der Kompressoren adaptierten Entwicklungsansätze habe zu einer neuen Generation von kunststoffausgekleideten Magnetkupplungspumpen geführt, die die Lücke zu Gleitringdichtungspumpen und metallischen Magnetkupplungspumpen in Bezug auf Wirkungsgrad, Förderhöhe und NPSH-Wert schließe. Keine Theorie, sondern geprüfte Praxis: Ein sechsmonatiger ‚Heavy duty‘-Dauerbetrieb einer so modifizierten MNK 125-100-315 bei einem Kunden aus der chemischen Industrie habe die Vorteile eindrucksvoll bewiesen.

Fazit: Bei aller berechtigten Euphorie für die ‚Pumpe 4.0‘darf die Hardware nicht vernachlässigt werden – mehrere Beiträge auf dem Forum machten klar, dass auch hier weiter Optimierungs-Potential besteht. Klar bleibt: Um Störungen am technischen Equipment frühzeitig zu erkennen, bevor die Verfügbarkeit beeinträchtigt wird, sind Sensoren und vor allem eine pfiffige Diagnostik erforderlich.

Die Kosten dafür sind keine Frage des Wertes der zu überwachenden Maschinen; wichtiger ist das Ausfallrisiko, der potentielle Schaden aufgrund eines Produktionsstillstands (Industrie) oder eines Ausfalls der Versorgung bzw. Entsorgung (Wasserwirtschaft).

(ID:48661209)

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