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Verfahrenstechnik 1-2/2019

Verfahrenstechnik 1-2/2019

TOP-THEMA I TITEL

TOP-THEMA I TITEL Maßgeschneiderte Lösung Pumpen optimieren Kühlwasserversorgung in der Lebensmittelindustrie Ohne Wasser geht in der Lebensmittelindustrie gar nichts. Bei vielen Unternehmen der Lebensmittelproduktion wird Kühlwasser für sehr viele Produktionsabschnitte benötigt. Für die Aufbereitung dieses Kühlwassers werden Pumpen benötigt, die im Bestfall maßgeschneidert sein sollten. Wasser wird in der Lebensmittelindustrie in verschiedenster und unterschiedlichster Form eingesetzt. Es dient einerseits als Zusatz bzw. Zutat in der Produktion und andererseits wird es zum Waschen, Spülen, Reinigen, Kühlen und Klimatisieren genutzt. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig, aber eins ist völlig klar: ohne Wasser geht nichts. Es muss in ausreichender Menge und Qualität zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein. Das hört sich sehr einfach an – in der Praxis kann dies jedoch problematisch werden. Optimal ist eine maßgeschneiderte Lösung, wie sie die Wander AG in Neuenegg in der Schweiz einsetzt. Die Wander AG entwickelt, produziert und vermarktet weltweit erfolgreiche Marken wie Ovomaltine, Caotina, Twinings, Dawa, Jemalt und Isostar. Seit über 150 Jahren starten Menschen weltweit mit diesen Lebensmitteln in den Tag, stillen damit den kleinen Hunger oder Durst zwischendurch. Eine optimale Produktion setzt eine optimale Produktionstechnik voraus, technische Verbesserungen gehören in diesem Unternehmen zum Alltag. Autor: Grant Bradford, Verkaufsleiter Industrie, Grundfos Pumpen AG, Fällanden, Schweiz Kühlwasser für die Produktion Wie bei vielen Unternehmen der Lebensmittelproduktion wird auch bei der Wander AG für sehr viele Produktionsabschnitte Kühlwasser benötigt. Es wird u. a. für die Kühlung von Kondensatoren, Vakuum-, Trocknungs- und Eindampfanlagen benötigt. Genutzt wird es über diesen Rahmen hinaus auch für die Klimatisierung der Produktionsbereiche. Bei diesen genannten Prozessen übernimmt das eingesetzte Wasser die Funktion eines Wärmeträgers. Hierbei kommt es darauf an, dass das Medium in ausreichender Menge am richtigen Ort zur Verfügung steht. Fällt die Zuführung des Kühlwassers aus, so werden nicht nur Einzelkomponenten in der Produktion beeinträchtigt. Es besteht die Gefahr, dass die Gesamtproduktion ausfällt. Zuverlässigkeit spielt im Kühlkreislauf eine ganz entscheidende Rolle, da viele Anlagen 24 Stunden am Tag laufen. Eine Unterbrechung wird teuer. Austausch der Pumpenanlage Die Wander AG hatte im Jahr 1960 eine Pumpenanlage zur Förderung des Kühlwassers errichtet. Diese Anlage bestand aus mehreren Einzelpumpen, die über eine Mengensteuerung verfügten. Eine Frequenzregelung war zur damaligen Zeit nicht üblich. Somit liefen alle Pumpen stets auf Volllast. Die benötigten Kühlwassermengen fielen bzw. fallen aber diskontinuierlich an. Die Mengen variieren zwischen 40 und 400 m³/h. Eine effiziente Energieausnutzung war mit dieser Anlage daher nicht möglich. Da gleichzeitig die Anforderungen an die Produktionstechnik stiegen, und damit einhergehend auch die an das benötigte Kühlwasser, wurden im Unternehmen Überlegungen angestellt, die Altanlage gegen ein effizientes System zu ersetzen. Mit der Planung und Lieferung wurde das Schweizer Unternehmen Rototec beauftragt. Um für die neue Druckerhöhungsanlage Planungssicherheit zu gewinnen, wurden zunächst die Parameter ermittelt: n Fördermenge: 40 bis 400 m³/h n Vorgegebener Leitungsdruck: 4,1 bar (5,1 bar abs) n Medientemperatur: zwischen 5 und 15 °C n Regelart: Steuerung über Druck/Altanlage über Menge n Gesamtleistung: Altanlage 90 kW, Neuanlage 74 kW inkl. einer Stand-by-Pumpe Gefördert wurde und wird aus einem Vorlagebehälter in ca. 13,5 m Tiefe. Mit diesen ermittelten Rahmenbedingungen war man in der Lage, eine maßgeschneiderte Lösung zu suchen, die sich optimal und effektiv den jeweiligen Produktionsgegebenheiten anpassen konnte. Nach einer intensiven Planungsphase wurde im November 2017 die Altanlage demontiert und die neue Druckerhöhungsanlage installiert. Diese Arbeiten konnten dank guter Planung innerhalb einer Woche verrichtet werden. In diesem Zeitraum erfolgte eine „Noteinspeisung“. 01 Die neue Druckerhöhungsanlage: zum Lieferumfang gehört auch ein Druckausdehnungsgefäß mit einem Nennvolumen von 300 l 22 VERFAHRENSTECHNIK 1-2/2019

TITEL I TOP-THEMA Die neue Druckerhöhungsanlage ist ausgestattet mit vier CRN-Hochdruckkreiselpumpen und einem CU352-Frequenzumrichter, der in einem separaten Schaltschrank untergebracht ist. Hochdruckkreiselpumpen der Baureihe CRN verfügen über eine ausgereifte Technik, hochwertige Werkstoffe und verschleißarme Lager. Eine Besonderheit ist auch die einzigartige Patronen- Gleitringdichtung. Diese besteht aus hochverschleißfesten Werkstoffen. Dank der Patronenbauweise können die Dichtungselemente nie falsch zusammengebaut werden. Die empfindlichen Gleitflächen können nicht mit fettigen Fingern oder Schmutz in Berührung kommen. Somit werden Ausfallursachen durch fehlerhafte Montage der Dichtung deutlich minimiert. Erhöhter Wirkungsgrad Um den Wirkungsgrad der Pumpen zu erhöhen, wurden wesentliche Veränderungen an den Komponenten vorgenommen. Versuche mit Pumpen hatten gezeigt, dass ein Spalt zwischen Kammer und Laufrad Mit dieser Druckerhöhungsanlage haben wir eine energieeffiziente Lösung gefunden. Die kompakte Bauweise kommt uns sehr entgegen. von lediglich 0,1 mm bereits einen Wirkungsverlust von ca. 5 % zur Folge hat. Durch die Verwendung eines schwimmenden Dichtungsringes werden interne Leckverluste auf ein Minimum reduziert. Kurt Pfäffli, Wander AG 02 Die am Projekt beteiligten Personen (v. l.): Thomas Wyss, Wander AG, Thomas Bickel, Rototec, Grant Bradford, Grundfos Pumpen AG, Kurt Pfäffli, Wander AG Bei der CRN-Baureihe sind alle medienberührenden Teile in Edelstahl (EN 1.4401), eine Grundforderung, die in der Lebensmittelproduktion üblich ist. Ausgerüstet sind alle Pumpen mit einer bemerkenswerten Pumpenhydraulik (bis 82 % Wirkungsgrad) und Energiesparmotoren der Klasse IE4. Das ergibt in der Gesamtheit ein Höchstmaß an Energieeffizienz. Die Pumpen verfügen über einen Trockenlaufschutz, der mittels eines Temperatursensors in der Gleitringdichtungskammer überwacht wird. Die Funktionsweise ist ebenso einfach wie effektiv: Aus dem in 1,5 m Tiefe liegenden Vorlagebehälter wird das Kühlwasser gefördert. Zunächst läuft immer die gerade über den Frequenzumrichter geregelte Pumpe an. Wenn der benötigte Druck (ggf. durch erhöhte Anforderungen) nicht mehr aufrechterhalten werden kann, werden Pumpe 2 und 3 kaskadenförmig zugeschaltet. Die vierte Pumpe steht hingegen im Stand-by-Modus. Durch die Steuerung wird sichergestellt, dass alle Pumpen – also auch die im Stand-by-Modus – gleichmäßig belastet werden. Mit einer Gesamtleistung von 74 kW ist die Anlage kleiner als der Vorgänger dimensioniert (Altanlage 90 kW). Mit der neuen Anlage ist, dank des Frequenzumrichters, ein sanfter Druckaufbau und -abbau möglich. Druckstöße können fast vollständig vermieden werden. Die Einzelaggregate arbeiten jeweils im optimalen Wirkungsbereich. Auf diese Weise können die Energiekosten um über 40 % reduziert werden. Sicherheit steht im Vordergrund Ohne Frage steht die Versorgungssicherheit an erster Stelle. Mit der Grundforderung nach absoluter Zuverlässigkeit rund um die Uhr wird klar der technische Schwerpunkt festgelegt. Neben diesen Parametern spielt aber auch die Kostensituation eine große Rolle. Bei Pumpen für die Wasserversorgung entfallen rund 85 % aller Kosten auf den Energieverbrauch. Wird der Pumpenbetrieb so nahe wie möglich an den Wirkungsgrad-Bestpunkt herangeführt, reduzieren sich die Energiekosten deutlich. In diesem Fall rechnet der Betreiber mit einer Kosteneinsparung von gut 40 %. Über diesen Rahmen hinaus ist durch eine intelligente Steuerung ein bedarfsgerechter Betrieb möglich. Das gilt insbesondere bei konstantem Druck und wechselndem Kühlwasserbedarf. Fotos: Fotolia (40550950 sogmiller), Grundfos, Wander www.grundfos.com Die eingesetzte Pumpentechnik n Druckerhöhungsanlage: Hydro MPC-E-4 CRN90-3-2 n Pumpen: CRN 90-3-2 n Steuerung: Control MPC-E-4 × 18,5 kW mit CIM 150 Profibus-Modul n Leistung Pumpen: 4 × 18,5 kW n Frequenz: 50 Hz n Bedienung: Touch-Panel n Anzahl Pumpen: vier n Regelung: wirkungsgradoptimiert, PI-Regler n Regelungsart: Druck-Proportionaldruckregelung VERFAHRENSTECHNIK 1-2/2019 23