Störungsfrüherkennung in der Praxis - Fachartikel

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1 Seite 1 von 5 PROCESS-Pumpenseminar 2009 Störungsfrüherkennung in der Praxis Autor: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann Erstmals war das mittlerweile 7. PROCESS-Pumpenseminar zwei Themen gewidmet: Der erste Tag stand ganz im Zeichen der Auswahl von Pumpen für das Fördern feststoffhaltiger Medien mit Schwerpunkt auf dem Schutz gegen Abrasion und Korrosion (einen ausführlichen Bericht zum ersten Seminar-Tag lesen Sie hier in Kürze). Wer dabei nicht sorgsam auf die Zusammensetzung des Mediums achtet und die Pumpe falsch auswählt bzw. ungünstig auslegt, der sollte sich um eine funktionsfähige, zuverlässige Störungsfrüherkennung kümmern das Thema des zweiten Seminar-Tages. Hier der Bericht dazu. Wo liegen die Chancen von Störungsfrüherkennung und Condition Monitoring? Mit Spannung warteten die Teilnehmer auf den Eröffnungsvortrag des zweiten Seminartages. Schließlich gibt es nicht viele in der Pumpenbranche, die wie Prof. Dr.-Ing. Hans-Dieter Hellmann dieses Thema aus der Theorie ebenso gut kennen wie aus der (Verkaufs-)Praxis: Als ehemaliger Hochschullehrer an der Universität Kaiserslautern hat Gebannte Aufmerksamkeit: Fast Hellmann sich um das theoretische Gerüst beispielsweise 70 Teilnehmer lockte das 7. des von KSB angebotenen Diagnosesystems PumpExpert PROCESS-Pumpenseminar gekümmert, als Vorstand des Frankenthaler auch in diesem Jahr wieder ins Pumpenherstellers weiß er aber auch um die Hürden im Frankenland. (Bild: PROCESS) Markt. Denn während bei sehr teuren Pumpen und Kompressoren das Monitoring durchaus zum Standard zählt, ist die Akzeptanz der Betreiber bei Standard-Pumpen bislang eher mäßig. Doch zeigte sich Hellmann auf dem PROCESS-Pumpenseminar das am 28. und 29. Oktober auch in der 7. Auflage wieder 67 Teilnehmer nach Würzburg lockte optimistisch: Er sieht wachsendes Interesse sowohl bei den Anlagenplanern und Anlagenbauern (wegen des Trends zu sanktionierten Abwicklungszeiten und den immer häufiger geforderten weitreichenden Verfügbarkeitszusagen) wie auch beim Betreiber selbst (wegen des Rückzugs auf die Kernkompetenzen aufgrund des Kostendrucks). Zudem werden aktuell viele Anlagen in der Prozessindustrie nur mehr unter Teillast gefahren. Drehzahlregelbare Pumpen werden hier nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz eingesetzt, sondern auch zur Prozessanpassung. Das fordere die Flexibilität der Pumpen erheblich, auch hinsichtlich des Monitorings, betont Hellmann und führt noch ein weiteres Argument pro Störungsfrüherkennung ins Feld: Auch die Bonus/Malus-Vereinbarungen zwischen unterschiedlichen Betrieben eines Konzerns oder innerhalb eines Chemieparks führten zu einem verstärkten Einsatz von Störungsfrüherkennungs-Systemen. Ergänzendes zum Thema Top-Thema: Die Energieeffizienz von Pumpensystemen Neben der Störungsfrüherkennung zählt ein weiteres Thema zu den Dauerbrennern in der Pumpenbranche: Energieeffizienz. Ein Experte auf diesem Gebiet ist KSB-Mann Gerhard Berge. Auf dem PROCESS-Pumpenseminar gab er einen Überblick über den aktuellen Stand der Dinge. So laufen auf europäischer Ebene unter dem Begriff EuP Energy using Products seit einigen Jahren Gesetzgebungsverfahren zur drastischen Reduzierung des CO2-Ausstoßes durch Reduzierung des elektrischen Stromverbrauchs. Die daraus resultierende Richtlinie ECO-Design of Energy using Products ist als EuP/Eco-design Directive 2005/32/EC vom EU-Parlament verabschiedet worden. Hieraus sind zu deren

2 Seite 2 von 5 Umsetzung Verordnungen entstanden. Unter diese Verordnungen fallen neben Elektromotoren, Ventilatoren auch eine Vielzahl von Kreiselpumpen wie z.b. Heizungs- und Wasserpumpen. Die EN 16001, ein Standard für Energiemanagementsysteme (EMS), wurde am 1. Juli 2009 vom European Committee for Standardization (CEN) veröffentlicht. Der Standard stärkt die Rolle von Energiemanagern in Unternehmen. Eine internationale Version dieses Standards, der zurzeit europaweit gilt, wird derzeit als internationaler Standard ISO entwickelt. Von diesen Standards erwarten sich Fachleute einen noch stärkeren Einfluss und Wirkung auf Unternehmen als von den Qualitätsmanagement Standards ISO 9000 ff. Neben der Störungsfrüherkennung zählt ein weiteres Thema zu den Dauerbrennern in der Pumpenbranche: Energieeffizienz. Ein Experte auf diesem Gebiet ist... 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 Strömungsund 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. Der Erfolg spricht für sich: Während andere Hersteller über einen eher schleppenden Verkauf klagen, blickt Feluwa auf bislang 2000 installierte Monitoring-Systeme. Näge 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 ;

3 Seite 3 von 5 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. Weiter 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 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.

4 Seite 4 von 5 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). Aufschaltung von Pumpen auf Leitsysteme Als letzter Referent beleuchtete Frank Räder von Grundfos die Aufschaltung von Pumpen auf Leitsysteme. Der Nutzen liegt auf der Hand: Die Leitsystem- Aufschaltung ermöglicht eine Visualisierung von Prozessen und Prozessdaten und verschafft Zugriff auf Anlagenkomponenten und -parameter. Das bietet dem Betreiber die Chance zur Prozessoptimierung beispielsweise ist über die Analyse des Wirkungsgrads und des Belastungsprofils der installierten Pumpe eine Optimierung des Betriebspunktes möglich. Hinzu kommt die Möglichkeit der automatischen Alarmierung und Alarmweiterleitung nicht zuletzt ist dies im Zusammenhang mit der Störungsfrüherkennung von Bedeutung. Grundfos offeriert dazu den CR-Monitor. Während herkömmliche Diagnose- und Störungsfrüherkennungs-Systeme den Zustand einzelner Komponenten bzw. abgeleitete physikalische Größen überwachen (Temperatur von Lagern, Vibrationen an Wellen etc.), wird hier ein anderer Ansatz verfolgt: Der CR-Monitor überwacht ausgehend vom Ist-Zustand bei der Neuinstallation Abweichungen von der ursprünglichen Effizienz des Pumpensystems. Was vermag der CR-Monitor zu leisten? Ein Effizienz-Algorithmus detektiert Verschleiß und Verstopfung. Das Überwachen der elektrischen Werte bietet Hinweise auf Unter-/Überspannung, Übertemperatur, Überlast und Lagerschäden. Der Kavitations-Algorithmus schließlich detektiert Kavitation, der Trockenlaufsensor einen beginnenden Trockenlauf. Doch das Aufschalten von Pumpen auf Leitsysteme vermag noch mehr zu leisten, so Räder: Beispielsweise ein Energie- und Spitzenlast-Management sowie das automatische Generieren von Wartungsaufträgen (z.b. abhängig von den Betriebsstunden). Nicht zuletzt biete die Aufschaltung den Nutzen eines Fernzugriffs (Fernwartung, Zustandsanalyse, externer Support). Fazit: Produktionsfähigkeit aufrecht halten Die beste Vorsorge ist nach wie vor der bestimmungsgemäße Betrieb einer Pumpe, so die einhellige Meinung in der Schlussdiskussion. Die Grundaufgabe der Pumpe ist das Realisieren von Prozessen. Nachdem durch eine sorgfältige Auswahl

5 Seite 5 von 5 und Auslegung der Pumpe die Produktionsfähigkeit (zunächst) sicher gestellt wurde, ist es das Ziel jedes Condition Monitorings, die Produktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten: Das System soll eine Ausfallvorhersage bieten und möglichst den Abnutzungsvorrat anzeigen. Moderator und Praxismann par excellence Dr.-Ing. Friedrich-Wilhelm Hennecke, ehemals Leiter des Pumpenzentrums der BASF, der wie immer mit all seiner Erfahrung durch das Seminar führte, hob dazu warnend den Zeigefinger: Weder Pumpe noch Monitoring-System dürften den Betrieb der Anlage dominieren und auch nicht in den Prozessablauf eingreifen! Das System dürfe lediglich Störungen aus nicht bestimmungsgemäßem Betrieb anzeigen das sind hydraulische Störungen (Kavitation, Gasmitförderung, Feststoffmitförderung, Trockenlauf/Einblocken) ebenso wie mechanische Störungen (Unwucht, Fehlausrichtung, Lagerverschleiß, Korrosionsverschleiß, externe Anregung). Hinter vorgehaltener Hand wusste man dann in der Runde auch, warum mancher Betreiber sich so zäh gegen ein Monitoring wehrt: Ein Diagnosesystem weist schließlich einen nicht bestimmungsgemäßen Betrieb recht eindeutig nach. Der Autor ist freier Mitarbeiter bei PROCESS. Redakteur: Dr. Jörg Kempf Copyright Vogel Business Media