Anlagenbau & Prozesstechnik

Einfach den Betriebspunkt bestimmen

Handy-App offenbart Energieeinsparpotenziale bei Pumpen

07.12.2015 -

Mit dem KSB Sonolyzer wird das Aufdecken von Einsparmöglichkeiten durch eine energetische Optimierung des Betriebs von Pumpen und anderen Rotating Equipement sehr einfach.

Für viele verfahrenstechnische Anwendungen sind Pumpensysteme das Rückgrat in der Produktion. Ihre einwandfreie Funktion hat einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit einer ganzen Anlage. Pumpen konsumieren einen großen Teil der elektrischen Energie in der Industrie. Je nach Sichtweise beträgt das Einsparpotenzial bei den bestehenden Industrieanlagen zwischen 30 bis 40 %. Konkret sind das laut „dena“ (Deutsche Energie-Agentur) auf Deutschland bezogen rund 14 Mrd. kWh/a. Daraus ergibt sich für die Betreiber eine jährliche Kosteneinsparung von 1,12 Mrd. € und eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 7,7 Mio. t. Anwender interessieren sich heute deutlich mehr für den Energieverbrauch ihrer Anlagen als das noch vor einigen Jahren der Fall war.

Vielfältige Ursachen der Energieverschwendung
Die Ursachen dafür, dass beim Betrieb von Pumpen noch immer sehr viel Energie verschwendet wird, sind vielfältig. In Raffinerien oder verfahrenstechnischen Anlagen haben Produktivität und ein schnelles Wiederanfahren nach der Reparatur einer Anlage oberste Priorität. Produktionsbedingten Umbauten am Rohrnetz folgt oft keine Anpassung bei den in­stallierten Pumpengrößen. Die Ursachen der teilweise massiven Energieverschwendung liegen in falsch ausgewählten oder falsch dimen-
sionierten Armaturen, zu engen Rohrradien oder zu kleinen Leitungsquerschnitten. Erschwerend kommt hinzu, dass Pumpen oft aus einem vermeintlichen Sicherheitsgedanken heraus mit Zuschlägen von 10 bis 15 % bestellt werden. Pumpen, die weit von ihren ursprünglich angedachten Betriebspunkten laufen, sind ein weitverbreitetes Problem.
Bei einer Neuinstallation ist die hydraulisch optimale Auslegung einer Pumpe noch relativ einfach. Kennt man die an die Pumpe gestellten Anforderungen, kann man mit Hilfe von Auslegungsprogrammen, welche die meisten Hersteller für ihre Kunden bereithalten, eine sehr genaue und sparsame Auslegung des Aggregates vornehmen. Hier kommt es natürlich darauf an, dass der Anwender auf eine Vielzahl sehr gut abgestufter Baugrößen zurückgreifen kann, und dass die Laufraddurchmesser auf den Betriebspunkt abgedreht sind. Sicherheitszuschläge sollte man vermeiden. Falsch betrieben kann auch eine Pumpe mit gutem Wirkungsgrad nicht mehr sparsam fördern.

Energieeinsparpotenziale lokalisieren
Der erste Schritt Energieeinsparpotenziale zu lokalisieren besteht darin, den Betriebspunkt der Pumpe und ihre Fahrweise zu ermitteln. Das war in der Vergangenheit ohne zusätzliches Messequipment eine fast unlösbare Aufgabe. Um den Anwendern hier ein Hilfsmittel an die Hand zu geben, hat der Pumpenhersteller KSB den Sonolyzer entwickelt. Dabei handelt es sich um eine kostenfreie App für Smartphones und Tablets, die es erlaubt, eine Potenzialanalyse durch Messung ohne Instrumentierungsaufwand schnell und einfach durchzuführen. Durch die Verwendung eines explosionsgeschützten Smartphones oder Tablet-PCs steht auch einer Verwendung im Ex-Schutzbereich nichts entgegen.
Der Vorteil der Lösung ist, dass man innerhalb von 20 Sekunden feststellen kann, ob eine Pumpe teillastig arbeitet oder nicht. Die Nutzung der App ist hierbei nicht auf Produkte des Herstellers beschränkt und kann auch für Fremdfabrikate genutzt werden. Basierend auf dem in Jahrzehnten gesammelten Know-how des Pumpenherstellers, nimmt die App dem Anwender die Betriebspunktbestimmung auf einfachste Weise ab. Ihre Nutzung ist intuitiv. Nach dem Download wählt der Nutzer den vorliegenden Pumpentyp aus und gibt die Typenschilddaten der Pumpe und des angeschlossenen Asynchronmotors ein. Zusätzlich kann man die Messung benennen und mit einem Foto des Aggregates im Datensatz hinterlegen.

Messung und Analyse
Im nächsten Schritt wird die Messung gestartet und das Smartphone für 20 Sekunden an die Lüfterhaube des Motors gehalten. Das Lüftergeräusch des Motors wird aufgenommen und das Spektrum über eine gesicherte Verbindung in die KSB-Cloud zur Analyse gesendet. Der Algorithmus bestimmt nun anhand der maximalen Amplitude des aufgenommenen Spektrums die Schaufelzahl des Lüfterrades und den Drehklang und damit die Wellendrehzahl der Maschine. Mit den eingegebenen Nenndaten des Elektromotors kann mit einem Schlupfmodell des Asynchronmotors die Leistungsaufnahme der Maschine basierend auf der realen Wellendrehzahl ermittelt werden. Die ermittelte Leistungsaufnahme ermöglicht die Schätzung des Durchflusses der Pumpe. Mittels der vom Anwender eingegebenen Leistungsdaten und der vom Hersteller entwickelten Hydraulik-Datenbank lässt sich so feststellen, ob die Pumpe teillastig arbeitet. Der hierbei verwendete Algorithmus ist patentiert und befindet sich bereits seit einigen Jahren tausendfach im  KSB-Produkt „PumpMeter“ im Praxiseinsatz.
Das Analyseergebnis wird auf dem Handy oder Tablet dargestellt. Sollte die Pumpe teillastig arbeiten, hat sie Potenzial zur energetischen Optimierung. Durch Nutzung der App kann man die Identifikation von Pumpen mit Optimierungspotenzial auf einfachste Weise zeiteffizient im Rahmen einer Anlagenbegehung oder dem Instandhaltungsrundgang durchführen. Die umständliche, papierbezogene und nicht aussagefähige Potenzialerfassung auf Basis des Alters der Pumpe wird damit überflüssig und der Check kann Bestandteil der täglichen Arbeit sein.
Durch mehrfache Analyse einer Pumpe zu unterschiedlichen Zeiten, kann man außerdem ausschließen, dass zum Messzeitpunkt Betriebsbedingungen herrschten, die ein falsches Ergebnis verursachten. Normalerweise kennen Betreiber oder Instandhalter ihre Anlagen so gut, dass Sie merken, wenn es starke Abweichungen vom Normalbetrieb gibt und eine weitere Überprüfung des Aggregates erforderlich ist. Hierbei können ihn aber auch die Berater des Pumpenherstellers unterstützen. Auf Wunsch kann der Anwender mit Hilfe der App Kontakt mit KSB aufnehmen. Basierend auf dem Standort sendet man in diesem Fall eine E-Mail aus der App heraus mit den Ergebnissen an den nächsten zuständigen Mitarbeiter des Pumpenherstellers.

Betrachtung des Gesamtsystems
Die Potenzialerfassung ist bei der energetischen Optimierung und damit der Betriebskostensenkung aber nur der erste Teilschritt der Analyse. Dabei ist es wichtig, nicht nur die einzelne Maschine zu betrachten, sondern man muss immer das Gesamtsystem überprüfen. Im Falle von Pumpen bedeutet dies auch, Armaturen und Rohrleitungen zu berücksichtigen. Im Vergleich zur reinen Komponentenbetrachtung mit erzielbaren Einsparpotenzialen bis zu 10 %, kann man bei einer Betrachtung des Gesamtsystems bis zu 60 % sparen. Dabei muss neben den erzielbaren Einsparpotenzialen immer auch die Wirtschaftlichkeit der Optimierungsmaßnahme im Vordergrund stehen.
Mit dem KSB Sonolyzer wird das Aufdecken von Einsparmöglichkeiten durch eine energetische Optimierung des Betriebs von Pumpen und anderem „Rotating Equipment“ sehr einfach. Für die eigentliche Umsetzung der Energiesparmaßnahmen bieten die Frankenthaler Experten unter dem Begriff „Fluid Future“ hierzu ein strukturiertes Vorgehen mit zugehörigen Produkten und Dienstleistungen an.
Je nach Lastprofil gibt es hier folgende Möglichkeiten:

  • eine dem Bedarf angepasste Fahrweise (Drehzahlregelung)
  • eine Reduzierung des Laufraddurchmessers
  • die Verwendung kleinerer Pumpenbaugrößen
  • Einbau von Hocheffizienzmotoren
  • eine Rohrleitungsoptimierung

Betreiber oder Instandhalter können bei diesen Arbeiten auf den umfangreichen Erfahrungsschatz des Pumpenherstellers zurückgreifen. Moderne Kreiselpumpen haben heute einen Effizienzstandard erreicht, der sich kaum noch steigern lässt. Dass bei ihrem Einsatz oft mehr Energie verbraucht wird als notwendig wäre, ist der Tatsache geschuldet, dass man einer Pumpe, die läuft, kaum Aufmerksamkeit widmet. Jede Pumpe kann nur so sparsam arbeiten, wie es das sie umgebende System zulässt

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