1Graz, 18.4.2007 Bahm

Auskleidungswerkstoff PFA-Pund

Zustandsüberwachungssystem CMS:

Zwei Lösungen, ein Ziel: Zuverlässigkeit

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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

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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

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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:

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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

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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

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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

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Beschreibung der Kreiselpumpe

Hauptkomponente:Spalttopfsystem

Gleitlagerträger

Gleitlager

Welle

Pumpenrotor

Laufrad

Antriebsrotor

Auskleidung

Gehäuse

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PFA

TFM

PFA-P

PTFE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Re

lativ

e P

erm

ea

bili

tät

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

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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

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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

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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!

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Würden Sie mit diesem Wagen sicher fahren können?

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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!

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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CMS

Speise-trenner

PC/Laptop

SPS mit DTD& HART-Modem

HART-Modem

PDA mitFunkadapter

nicht EXEX-Bereich

4-20mA(eigensicher)

CMS in EX-Umgebung

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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

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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)