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Pumpen für die Ölförderung

Venezuelas Ölförderung hat Sand im Getriebe: So halten Pumpen dagegen

| Redakteur: Dominik Stephan

Langes Leben für die Pumpe: Verschleißschutz für Schraubenspindelpumpen bei abrasiven Medien – Befinden sich Feststoffe im Fördermedium, leidet die Pumpe: Bei der Förderung von Ölsanden in Venezuela mussten die Aggregate jedes halbe Jahr erneuert werden. Doch es geht auch anders, wie eine neue Lösung für Schraubenspindelpumpen zeigt. Das Geheimnis: Material, Konstruktion und Oberflächenbehandlung müssen exakt aufeinander und den Einsatzzweck abgestimmt sein.

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Venezuelas Ölförderung hat im wahrsten Sinne des Wortes „Sand im Getriebe“.
Venezuelas Ölförderung hat im wahrsten Sinne des Wortes „Sand im Getriebe“.
(Bild: ©Andrey Kuzmin, Maksym Yemelyanov - stock.adobe.com)

Venezuelas Wirtschaft hängt am Öl: 90 Prozent der Exporte des Landes entfallen auf das „Schwarze Gold“. Doch die Geografie macht es dem Land mit den nominell größten Reserven der Erde nicht einfach. Besonders die Förderung im Orinoco-Gürtel hat im wahrsten Sinne des Wortes „Sand im Getriebe“.

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Alle sechs Monate das Gleiche: Wegen des Sandes sind die Förderelemente so stark verschlissen, dass ein Austausch nötig wird. „Nicht nur Ersatzteile, auch Ausfallzeiten kosten Geld“, bemerkt Jens Dralle, Global Product Manager Industrial von ITT Bornemann. Die Pumpenspezialisten aus Obernkirchen gehören zu den großen Namen für die Förderung von Mehrphasengemischen in der Öl- und Gasindustrie.

Dabei wird besonders der Verschleiß von strömungsbeaufschlagten Bauteilen durch die Kombination von Abrasion und Korrosion zum Problem. Außer bei Schraubenspindelpumpen: Weil sich die Förderelemente nicht berühren und die Förderkammergeometrie sich nicht ändert, sind sie verschleiß- und wartungsarm.

Abrasion und Erosion setzen Pumpen in der Ölförderung zu

„Dennoch bleibt es nicht aus, dass sich Bauteile abnutzen“, bemerkt Dralle. Während adhäsiver Verschleiß aufgrund der sich nicht berührenden Schrauben ausgeschlossen ist, rücken Abrasion und Erosion in den Fokus. „Voraussetzung für Verschleiß ist, dass die Partikel härter sind als das Pumpenmaterial“, so Dralle. Kaum Verschleiß ist zu erwarten, sind die Partikel größer als der Spalt zwischen den Elementen. Sind die Partikel in ihrer Größe fast identisch zum Spalt, droht Abrieb. Sind sie kleiner, kann Erosion die Folge sein. „Um unter möglichst reellen Bedingungen agieren zu können, wurde ein realitätsnaher Prüfstand aufgebaut“, erklärt Dralle, der sich seit seiner Diplomarbeit intensiv mit dem Verschleiß beschäftigt.

Dabei kam Quarzsand zum Einsatz, der kontinuierlich in das Fördermedium gegeben wurde. „Uns ging es darum, Verschleiß zu verstehen und zu sehen, welche Parameter Auswirkungen darauf haben: Drehzahl, Differenzdruck oder Fördergeometrie.“ Daher wird dem Medium nach der Passage der Sand entzogen und die gleiche Menge vor der Pumpe wieder zugegeben. Kein Korn passiert die Pumpe zweimal und nutzt sich ab. Das gewonnene Wissen kann zur Auswahl der Pumpe genutzt werden: „Die Drehzahl ist ein wichtiger Einflussfaktor: Es gelten bestimmte Grenzwerte, die nicht überschritten werden sollten. Aber auch hier gibt es Anwendungen, bei denen eine höhere Drehzahl dafür sorgt, dass sich Partikel nicht am Grund absetzen können.“

Und doch reicht die Auslegung der Pumpe mitunter nicht aus: Die Ingenieure begannen, mit Materialien, Härtungsverfahren und Beschichtungen zu experimentieren. Am besten wäre, die komplette Fördergeometrie aus Keramik oder Hartmetall herzustellen – was den Kostenrahmen aber in aller Regel sprengt und selbst im Hinblick auf die Lebenszykluskosten nicht zu rechtfertigen ist. „Eine Kombination aus Randschichthärtung und Dünnschichtbeschichtung des Grundmaterials zeigte sich vielversprechend“, erklärt Dralle.

Gleichzeitig bliebe die Korrosionsbeständigkeit bei Verwendung von austenitischen Werkstoffen sowie bei Duplex- Werkstoffen erhalten. „Wir erzielen so eine Standzeitverlängerung um den Faktor vier bis fünf und bleiben dennoch mit nur 20 bis 30 Prozent Aufpreis attraktiv.“

Bei Prozesspumpen immer die TCO im Blick behalten

Das neue Verschleißschutzkonzept wurde in Feldversuchen und verschiedensten Anwendungen getestet. Während beim Einsatz in der Ölförderung die Austauschintervalle auf über zwei Jahre gestreckt werden konnten, punktet das Konzept auch in der Lebensmittelbranche. Die Standzeit der hier eingesetzten Schraubenspindelpumpe SLH konnte je nach Medium deutlich verlängert werden. Das überzeugt vor allem unter dem Aspekt der Total Cost of Owner­ship und der Life Cycle Cost: Der Wert für die höhere Standzeit geht direkt in die Wirtschaftlichkeitsberechnung mit ein. Da Reparaturen und Ausfälle deutlich teurer ausfallen, ist die Mehrinvestition in Pumpen mit Beschichtung in der Regel wirtschaftlicher. DST

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