vortrag graz2007 pfa-p und cms - praktiker-konferenz.com · pfa tfm pfa-p ptfe 0% 20% 40% 60% 80%...
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1Graz, 18.4.2007 Bahm
Auskleidungswerkstoff PFA-Pund
Zustandsüberwachungssystem CMS:
Zwei Lösungen, ein Ziel: Zuverlässigkeit
2Graz, 18.4.2007 Bahm
Inhalt
Einleitung
Häufigste Ursachen für Pumpenausfälle
Praxisfall 1: FCM-Anwendung
FCM-Herstellung
Lösung
Details über PFA-P
Einordnung von PFA-P
Praxisfall 2: CMS (Zustandsüberwachung)Sicherer Betrieb von Pumpen
Warum ein neues CMS?
Technische Details
Zustandsanzeige
CMS-Umgebung
Fazit
3Graz, 18.4.2007 Bahm
Einleitung
Moderne Kreiselpumpenkonstruktionen sind sehr robust und zuverlässig: Trotzem fallen sie hin und wieder aus!
Zuverlässigkeit der Pumpe kann entscheidend für die Betriebssicherheit einer Produktionsanlage sein (Anlagenverfügbarkeit)
Häufigste Ursachen:
Falsche Auslegung, z.B. durch Wahl nicht geeigneter Werkstoffe (häufig bei Chemie-Anwendungen)
Nicht bestimmungsgemäßer Einsatz, z.B. weil falsch ausgelegt (wiederholte „Sicherheitszuschläge“: überdimensioniert), oder falsch betrieben
4Graz, 18.4.2007 Bahm
Häufigste Ursachen für Ausfällen ...
Fehlauslegung kann durch gründliche Überprüfung der Einsatzbedingungen vermieden werden (Gespräch zwischen Hersteller und Anwender)
Fehlauslegung und –bedienung zählen mit etwa 90-95% zu den häufigsten Ausfallursachen!
Fehlbedienung kann durch Einsatz von ausgebildetem Personal und Berücksichtigung der vorliegenden Betriebsdaten (Medium, Durchfluss, Temperatur usw.) verhindert werden
Im Folgendem zwei Lösungsansätze aus der Praxis:
5Graz, 18.4.2007 Bahm
Praxisfall 1: FCM-Anwendung
Grundsätzlich ausgekleidete Kreiselpumpen in leitfähiger Ausführung im Einsatz (FCM ist selbstenzündlich bei 80°C)
Anwendung: Herstellung von FCM (Fluordichlormethan)
Stets Schäden als Folge von Aufquellungen von medienberührten Teilen und „Anschleifen“ (z.B. am Spalttopf)
Typische „Standzeiten“: Zwischen 3 und 6 Monaten
Anwender testete daher immer wieder neue Werkstoffe und Fabrikate aus
Pumpe wurde permanent überwacht (Durchflussmesser)
Rohrleitungen aus Hastelloy C, GFK/PVDF oder GFK/PTFE
6Graz, 18.4.2007 Bahm
FCM-Herstellung
1. Stufe
HF-Vorlage PCM
Roh-FCM+ PCM-Reste
Kolonnen
Rein-FCM
2.-4. Stufe
Pumpe
Aufarbeitung PCM-Reste
Chlorierung
HF: FlusssärePCM: PerchlormethylmercaptanFCM: Fluordichlormethan
7Graz, 18.4.2007 Bahm
Lösung
Ergebnis:
Magnetkupplungspumpe (MNK 25-25-160) mit Auskleidung aus PFA-P
Testpumpe wurde nach 1 Jahr störungsfreiem Betrieb geöffnet und inspiziert:
keine Aufquellung keine Verformungkeine Schäden
Lebensdauer wurde mindestens um das 4-fache verlängert
Pumpe nun mehr als 2 Jahren ohne permeationbedingten Schäden im Einsatz
8Graz, 18.4.2007 Bahm
Beschreibung der Kreiselpumpe
Hauptkomponente:Spalttopfsystem
Gleitlagerträger
Gleitlager
Welle
Pumpenrotor
Laufrad
Antriebsrotor
Auskleidung
Gehäuse
9Graz, 18.4.2007 Bahm
PFA
TFM
PFA-P
PTFE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Re
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Details über PFA-P
PFA-P ist ein „compound“ bestehend aus PFA und Glimmer
Keine chemische Verbindung zwischen Füllstoff und PFA, somit keine Beeinträchtigung von PFA oder Füller
Inert: Chemische Beständigkeit wie reines PFA!
Lösung für kritische, zur Difusion neigende Medien, z.B. Chlor, Brom
Wissenschaftlich fundierte Untersuchungen haben die Wirksamkeit bewiesen: z.B. 50% geringere Permeationsrate gegenüber Rein-PFA bei Chlorgas
10Graz, 18.4.2007 Bahm
Einordnung von PFA-P
WerkstoffKorrosions-
beständigkeit
Max. Betriebs-temperatur
[°C] (1)
Temperatur-schock-
Beständigkeit
Schlag-festigkeit
Abrasions-festigkeit
PTFE universell 200 gut gut begrenzt
PFA universell 200 gut gut begrenzt
PFA-P universell 200 gut gut begrenzt
FEP universell (2) 150 gut gut begrenzt
PVDF begrenzt (3) 120 gut gut rel. gut
PP begrenzt 90 gut gut begrenzt
PE begrenzt 90 gut gut gut(1) für Anwendungen in Richter-Armaturen und -Pumpen(2) Ausnahmen bei Temperaturen >100°C(3) auch abhängig von der Temperatur
Eigenschaften von PFA-P im Vergleich
11Graz, 18.4.2007 Bahm
Warum fallen Pumpen aus?
Betrieb oberhalb der zul. Höchstfördermenge Qmax
Betrieb unterhalb der zul. Mindestfördermenge Qmin
NPSHA ist kleiner als NPSHR
Betrieb bei gesperrter Saug-/Druckleitung
Häufigste Ursachen:
Falsche Drehrichtung
Mangelschmierung/Trockenlauf
Anfahren bei geöffneter Druckleitung
12Graz, 18.4.2007 Bahm
Sicherer Betrieb von Pumpen
P [kW]
Q [m3/h]
H [m]
Qmax
Qmin
Höchste Betriebssicherheit im Bereich Qmin< Q < Qmax
Über-/Unterschreitung der Kennfeldgrenzen erhöht das Risiko eines Ausfalles!
Sicheres Pumpen erfordert, dass man stets weiss, „wie“ man die Pumpe betreibt
Zuverlässige Aussage über den aktuellen Betriebspunkt ist dabei unentbehrlich!
14Graz, 18.4.2007 Bahm
Warum ein neues System?
Bisher verfügbare Systeme zielen auf die „frühzeitige“ Erkennung von Schäden ab (Schadensfüherkennung)
Meistens werden indirekte Größen isoliertüberwacht (Temperatur, Druck, Durchfluß, Leistung): Logischer Zusammenhang zur Betriebssicherheit erfordert Erfahrung!
Ein Überwachungssystem muss eindeutigeund unmissverständliche Informationen zum aktuellen Betriebszustand der Pumpe machen
P [kW]
Q [m3/h]
H [m]
Qmax
Qmin
Vorbeugung: Kritische Betriebszustände vermeiden!
Meiste Pumpen werden heute noch „blind“betrieben!
15Graz, 18.4.2007 Bahm
Praxisfall 2: Neues CMS-System
Pumpen überwachen sich selbst!
Kontinuierliche Überwachung des Betriebszustandes für sicheres Fahren
Kritische Betriebszustände werden sofort erkannt und gemeldet
Meldungen beziehen sich direkt auf die Pumpe
Keine „Interpretationen“ von Signalen erforderlich
Intuitiv verständlich
Ex-fähig
Patentiert
16Graz, 18.4.2007 Bahm
Technische Details: Einfach
GehäuseAnsprechendes Design
Für den Einsatz in rauher Umgebung (z.B. Chemie-Anlagen) konzipiert
Übersichtliche AnzeigeFarbige LED-Anzeige intuitiv lesbar
GRÜN: Sicherer Betrieb
GELB: Vorsicht, Grenzbereich
ROT: Warnung vor Risiko!
ROT blinkend: Sofort abschalten!
Einfache MontageServicefreundlich
17Graz, 18.4.2007 Bahm
Technische Details: Merkmale
Ein integrierter Sensor erfasst Drehzahl und Drehmoment
Qmin-Unterschreitung
Mangelschmierung
Plötzliche Betriebsänderung
Das System liefert Infos zu
Qmax-Überschreitung
Drehrichtung(Rechts-/Linkslauf)
Kupplungsabriss
Historie (Data Logger)
Betriebsbereich Q/Qopt(grün, grüner, am grünsten ...)
Systemstörung
18Graz, 18.4.2007 Bahm
Zustandsanzeige (Monitoring-Modus)Nr. LED-Anzeige Ereignis1 Stillstand
2 Linkslauf (unzulässige Drehrichtung)
3 Rechtslauf,unzulässiger Betrieb, Mangelschmierung!
4 Rechtslauf,unzulässiger Betrieb, Qmin unterschritten
5 Rechtslauf,unzulässiger Betrieb, Qmin unterschritten
6 Rechtslauf,zulässiger Betrieb, Qmin erreicht
7 Rechtslauf,zulässiger Betrieb, unterer Drittel
8 Rechtslauf,zulässiger Betrieb, mittlerer Drittel
9 Rechtslauf,zulässiger Betrieb, oberer Drittel
10 Rechtslauf,zulässiger Betrieb, Qmax erricht
11 Rechtslauf,unzulässiger Betrieb, Qmax überschritten
12 Rechtslauf,unzulässiger Betrieb, Leistungsgrenze überschritten!!
13 Rechtslauf,zulässiger Betrieb, Plötzlicher Lastwechsel
14 Abriss der MagnetkupplungPumpe sofort ausschalten!
5
6 7
8
910
11
4
Eindeutige Zuordnung der Meldung zum Betriebszustand
Anzeigen sind leicht verständlich (keine „verschlüsselte“ Meldungen)
Vor Ort ohne Hilfsmittel lesbar
19Graz, 18.4.2007 Bahm
Flexible Handhabung (Modi)
Boot-Modus: Nach Inbetriebnahme oder Einschalten
Kalibrier-Modus: Neue Kennlinie wird erfasst
Service-Modus: Updates von Firmware, Referenzdaten, Parameter, Zugriff auf Datalogger, etc. (Nur über RS232-Schnittstelle mit PC/Laptop möglich)
Monitoring-Modus: Kontinuierliche Überwachung der Pumpe
LED-Anzeige Ereignis StufeBoot Mode
Calibration Mode
Service Mode
Monitoring Mode
20Graz, 18.4.2007 Bahm
Zustandsanzeige (Fehlermodus)
Fehler werden eindeutig „visuell kodiert“ (wichtig bei „Hotline“)
Fehlermeldungen werden ebenfalls gespeichert (Data-Log)
Service über RS232-Schnittstelle mit PC/Laptop möglich
Notfalls: „Kaltstart“ (Trennen der Stromversorgung)
LED-Anzeige Ereignis StufeHardware-Fehler Warnung
Hardware-Fehler,MagSensor defekt
Warnung
Fehler: Stromversorgung unzureichend
Warnung
Rechtslauf,zulässiger Betrieb,Thermofühler ist defekt
Warnung
Rechtslauf,+ Fehler ...
Warnung
21Graz, 18.4.2007 Bahm
CMS
Speise-trenner
PC/Laptop
SPS mit DTD& HART-Modem
HART-Modem
PDA mitFunkadapter
nicht EXEX-Bereich
4-20mA(eigensicher)
CMS in EX-Umgebung
22Graz, 18.4.2007 Bahm
Speise-trenner
PC/Laptop
SPS mit DTD& HART-Modem
PDA mitFunkadapter
4-20mA
CMS
HART-Modem
(Trafo, Batterie, ...)16..30V ...
CMS in nicht-EX-Umgebung
23Graz, 18.4.2007 Bahm
Fazit
Praxisbezug?
Betreiber aus Praxisfall 1 meldete nach 18 Monaten einen Ausfall
Ursache: Pumpe war sehr lange Zeit „trocken“ gelaufen
Dieser „klassischer“ Ausfall hätte durch das neue System vermieden werden können
Magnetkupplungspumpen erhalten nun ein „Intrumentenbrett“
Schlussfolgerung für uns als Hersteller:
Pumpen werden für sie kritische Zuständen direkt melden!
System wird serienmässig auf MNK-Pumpen montiert (kein Aufpreis)
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