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PROCESS-Pumpenseminar 2009

Störungsfrüherkennung in der Praxis

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Akustische Leckageüberwachung der Förderventile

„Man kann nichts ändern, was nicht messbar ist“, so das Credo von Heinz M. Nägel. Er berichtete in seinem Vortrag über das Condition Monitoring bei Pumpen und Armaturen – seine Doppelfunktion als Geschäftsführer der Feluwa Pumpen und der Arca Regler macht das möglich. Die von Feluwa entwickelten Schlauch-Membran-Kolbenpumpen – oszillierende Verdrängerpumpen für die Prozesstechnik – werden mit einer permanenten Zustandsüberwachung der Flachmembranen und der Schlauchmembranen sowie optional mit einer Diagnose der Förderventile (FVPMS – Feluwa Valve Performance Monitoring System) ausgerüstet.

Die akustische Leckageüberwachung der Förderventile beruht darauf, dass bei Kavitation ein typisches Schallspektrum auftritt, das aus den anderen Strömungs- und Maschinengeräuschen herausgefiltert und nachgewiesen werden kann. Der Körperschallsensor wird außen am Ventilgehäuse angebracht. Die Filterung und Auswertung der für eine Leckage typischen Frequenzen erfolgt in einer separat angebrachten Einheit. Die Übermittlung der Statusmeldungen kann binär (Alarm bei vorprogrammierter Alarmschwelle ein/aus) oder auch digital (Hart, Profibus) erfolgen. Das System erkennt Undichtigkeiten bereits zu einem Zeitpunkt, wenn der Mengenverlust noch unter 1,5 Prozent liegt.

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Der Erfolg spricht für sich: Während andere Hersteller über einen eher schleppenden Verkauf klagen, blickt Feluwa auf bislang 2000 installierte Monitoring-Systeme. Nägel überzeugt mit Fakten: „Wenn wir vorrechnen, dass der Betreiber bei einem Mengenverlust von 20 Prozent über 30 Jahre gerechnet einen Verlust von mehr als zwei Millionen Dollar hat, relativieren sich die Kosten unserer Monitoring-Systeme schnell.“

Überwachung des Pumpen-Trockenlaufs

Gregor Kleining von Richter Chemie-Technik nahm sich anschließend des Themas Trockenlauf an und referierte über die Pumpenüberwachung an Magnetkupplungspumpen der Baureihe MNK mithilfe des Pumpenzustands-Überwachungssystems Saferun, welches Änderungen des Betriebszustandes erkennt. Wirken sich die Änderungen auf den zulässigen Einsatzbereich der Pumpe aus, so erfolgt ein Alarm. Dazu wird das Monitoring-System beim Hersteller kalibriert – und zusammen mit dem Betreiber wird definiert, was als zulässige Abweichung akzeptiert wird und was nicht. Saferun bietet u.a.:

• einen sicheren Trockenlaufschutz – denn, so Kleining: „In der Chemie sterben 45 Prozent aller Pumpen an Trockenlauf“;

• eine individuelle Überwachung bei vier Drehzahlen;

• einfache Parametrierung per PDA;

• Einbindung in die Prozessleittechnik;

• Ex-Zone 1/21 Ex ib;

• Ersatz für den Flüssigkeitsgrenzschalter, Durchflussmesser, Motorbelastungswächter.

Wie funktioniert das System? Saferun erfasst an der Magnetkupplung der Pumpe kontinuierlich das Drehmoment und vergleicht den Ist-Wert mit Referenzwerten. Über- bzw. Unterschreitungen werden über farbige Leuchtdioden im Gehäusedeckel angezeigt. Saferun hält alle Ergebnisse in einem Speicher fest; über die Funkschnittstelle kann der Betreiber die Daten mit einem dafür ausgerüsteten (optionalen) Handheld anschließend auslesen. Über das im System integrierte Hart-Protokoll können zusätzliche Informationen an ein übergeordnetes Leitsystem übergeben werden.

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Forschungsprojekt ReMain: Prognose der Restlebensdauer

Einen Statusbericht zum Forschungsprojekt ReMain lieferte Otger Harks von Infracor. Zur Erinnerung: Die Teilnehmer dieses Projekts untersuchen die Möglichkeiten zur Prognose der Restlebensdauer einer Pumpe. Dazu wurden 100 Pumpen in der Acrylsäureanlage der Evonik Stockhausen am Standort Marl mit einem speziellen Sensor-Set ausgerüstet. Daten und Beobachtungen werden gesammelt und ausgewertet; Ziel ist die zuverlässige Prognose der Restlaufzeit von Pumpen durch Optimierung der Instandhaltung und Optimierung der Betriebsweise.

Ein interessanter Aspekt dabei: Schon bislang konnte die Standzeit der untersuchten Pumpen erheblich verbessert werden (doppelte MTBF – mean time between failures), und zwar allein dadurch, dass die beteiligten Mitarbeiter die Pumpen genauer als zuvor im Blick haben.

Das Potenzial, das die Teilnehmer nach Ende des Projekts und Umsetzung der Erkenntnisse erwarten, sei enorm, betont Harks:

• Allein der Verzicht auf redundante Pumpen in der chemischen Industrie in Deutschland bedeute eine Investitionseinsparung in Höhe von jährlich neun Prozent, entsprechend 500 Millionen Euro.

• 25 Prozent der Ausfälle ließen sich vermeiden. Das bedeute eine jährliche Einsparung von über 16 Millionen Euro allein bei den 100 000 Pumpen des erweiterten Arbeitskreises von ReMain (zuzüglich der anlagenspezifisch zu beziffernden Produktionsausfallkosten).

In der aktuellen Projektphase soll nun die Frage beantwortet werden, welches Schwingungsbild Kavitation, Lagerschaden, Unwucht usw. kennzeichnet. Dazu wurden an festgelegten Stellen auf den Pumpengehäusen der 100 Versuchspumpen die metallischen Träger der Schwingungsaufnehmer geklebt. Die Messsignale laufen direkt zum ReMain-Server. Übrigens: Auch bei stehender Maschine ergeben sich durch die Produktionsanlage Schwingungsbelastungen – auch dies zeigt ReMain.

Erste Ergebnisse: Schwachpunkt Gleitringdichtung

Die ersten Ergebnisse liegen bereits vor: Kommt es zu einer Störung, ist in 77 Prozent der Fälle die Gleitringdichtung daran beteiligt – ein sehr hoher Anteil, was mit dem Ergebnis der Betreiberumfrage übereinstimmt. Alle anderen für ReMain relevanten Bauteile fallen in der Versuchsanlage im Vergleich seltener aus (siehe Graphik oben). Als Reaktion auf diesen Befund wurde der Gleitringdichtungs-Hersteller EagleBurgmann aus Wolfratshausen in das ReMain-Projekt eingebunden.

Darüber hinaus werden durch den Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen (SAM) der Universität Kaiserslautern begleitende Prüfstandsversuche durchgeführt:

• Auswirkung der hydraulischen Störung „Kavitation“ auf das Betriebsverhalten der Gleitringdichtungen;

• Auswirkung der mechanischen Störung „Lagerschaden“ auf das Betriebsverhalten der Gleitringdichtungen.

Otger Harks abschließend in seinem Vortrag: „Wir sind mit unserem Forschungsprojekt noch nicht am Ziel (Diagnose und Restlaufzeitprognose), aber auf einem guten Wege (Verlängerung der Pumpenlaufzeiten).“

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