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27.11.2014

Robuste Pumpe von Netzsch fördert höchst abrasives Öl-Sand-Gemisch zuverlässig

Der große Frontdeckel lässt sich unkompliziert abnehmen und gewährt freien Zugriff auf den gesamten Pumpenraum, was Instandhaltungsarbeiten erleichtert. Die Kolben können zudem mit wenigen Handgriffen einzeln ausgebaut werden. (Foto: Netzsch)

Rohöl mit einem hohen Sandanteil (bis zu 30 Prozent) zählt zu den schwierigsten Fördermedien: Die Einsatzbedingungen wie Viskosität, Gasanteil und Temperatur unterscheiden sich erheblich zwischen den verschiedenen Ölfeldern. In Zusammenhang mit dem sehr hohen Differenzdruck wirken die Sandpartikel extrem abrasiv.

Der damit verbundene Verschleiß führt dazu, dass herkömmliche Förderpumpen häufig gewartet oder gar ausgetauscht werden müssen, was Kosten für neue Anlagen und Verluste durch Stillstandszeiten bedeutet. Die Tornado T2-Drehkolbenpumpe der Netzsch Pumpen & Systeme wurde dagegen eigens für derart anspruchsvolle Einsatzgebiete entwickelt und zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit aus. Die spezielle Konstruktion macht sie zudem sehr kompakt und ATEX-konform – zwei wichtige Faktoren in der Ölförderung.

In einem konkreten Fall wurde die T2 beispielsweise in einer Förderstätte installiert, bei der das Rohöl größere Mengen Sand enthält. Zwar wird das Öl zunächst in einem Dekanter vorbehandelt, allerdings ist der Restsand-Gehalt auch danach noch sehr hoch. Das Gemisch muss daher zur weiteren Trennung zu einer Separatoranlage gepumpt werden, in der die Feststoffe sowie das enthaltene Wasser abgeschieden werden. Die Förderung erfolgt dabei mit 60° C, die Viskosität des Rohöls liegt bei dieser Temperatur zwischen 30 und 35 mm²/s.

Bessere Robustheit durch veränderte Materialkombination

Die Hitze, vor allem aber die bis zu 1 mm großen Sandkörner stellen eine hohe Belastung für jedes Pumpensystem dar. Um dem zu trotzen, wird bei der T2-Serie eine ungewöhnliche Materialkombination genutzt: Statt wie üblich Gummikolben in einem Stahlgehäuse rotieren zu lassen, kehrt Netzsch die Werkstoffe für den statischen und den dynamischen Teil um. Die Innenwand bildet ein dünner Elastomer-Einleger, der im Verschleißfall einfach herausgenommen und ausgetauscht werden kann. Das eigentliche Gehäuse muss dafür nicht ausgebaut werden und lässt sich weiter verwenden. Zudem wurde die Gummimischung von den erfahrenen Applikationsingenieuren des Herstellers genau an diese Anwendung angepasst. Das verwendete Elastomer ist zum einen sehr beständig gegen chemische Angriffe und weist zum anderen eine niedrige Shore-Härte auf, wodurch es den Sandpartikeln gut standhält.

Innerhalb des Elastomerkäfigs drehen sich zwei zweiflüglige, gerade Kolben aus hochfestem Spezialstahl, die den variablen Rotationskräften deutlich besser und länger widerstehen als Gummi-Komponenten. Lediglich auf die Flanken der Kolben sind dünne Elastomer-Aufleger aufvulkanisiert. Diese gewährleisten, dass bei der Drehung nicht Stahl auf Stahl reibt, sondern durchgängig ein materialschonender Hart-Weich-Kontakt besteht. Der Verschleiß verringert sich dadurch noch zusätzlich. Zusammen mit der Umkehrung des Werkstoffgefüges wird so eine Erhöhung der Standzeiten bei abrasiven Medien um das Dreifache erreicht.

Höherer Wirkungsgrad und einfachere Instandhaltung

Das veränderte Gefüge wirkt sich daneben auch auf die Förderleistung aus: Da Elastomere sich bei hohen Temperaturen ausdehnen, müssen Pumpen mit dicken Elastomerkolben mit größeren Spaltmaßen gefertigt werden, um einem Verklemmen vorzubeugen. Der dünne Gehäuse-Einleger der T2 quillt dagegen kaum, so dass die Komponenten präziser aufeinander abgestimmt werden können, was den Wirkungsgrad erhöht. Bis hier ein Radialspalt entstehen würde, müsste aus dem gesamten Radialbereich des Einlegers wesentlich mehr Material ausgerieben werden, als bisher bei den Spitzen der Gummikolben-Konstruktion. Außerdem verringert die neuartige Materialzusammenstellung die Reibung der Komponenten untereinander und damit auch den Kraftverlust während des Betriebs. Unterstützt wird die Leistungsverbesserung noch durch die lange dichtende Linie der geraden Kolben, die die Rückströmung reduziert. Gleichzeitig ist so ein großer freier Kugeldurchgang gegeben, der auch mit gröberen Materialverklumpungen zurechtkommt ohne zu verstopfen. In den Einleger eingearbeitete, taschenförmige Aussparungen sorgen dafür, dass die Pulsation trotz der schlichten Kolbenform ähnlich niedrig ist wie bei gewendelten, mehrflügligen Konstruktionen.

Die Kolben sind mit Schnellspannelementen außerhalb des Pumpenraums befestigt. Dies trägt dazu bei, den Pumpraum totraumfrei zu halten, und erlaubt es, die Drehkolben ohne Spezialwerkzeug mit wenigen Handgriffen und unabhängig voneinander auszutauschen. Dabei hilft auch der große Frontdeckel, der sich unkompliziert abnehmen lässt und freien Zugang zum gesamten Innenraum eröffnet. Inspektions- oder Reinigungsarbeiten können so bequem „in Place“ erledigt werden. Ein Ausbau aus der Leitung ist nicht notwendig. Die Montage neuer Kolben wird zudem durch eine integrierte Einstelllehre und durch die besondere Cartridge-Bauweise der Gleitringdichtungen erleichtert: Die voreingestellten Dichtungen werden einfach mit dem Kolben auf die Welle gesteckt. Der Bauraum ist dabei für alle Varianten – ob einfach- oder doppeltwirkend – gleich, wodurch für jede Anforderung die passende Dichtung installiert werden kann.

Riementrieb spart Platz und verbessert Betriebssicherheit

Neben dem eigentlichen Förderbereich wurde bei der T2 auch der Antrieb für den Einsatz unter schwierigen Umgebungsbedingungen, wie sie in der Rohölgewinnung herrschen, optimiert. Das störanfällige Gleichlaufgetriebe mit seinem komplizierten Aufbau und der umfangreichen Ersatzteilbevorratung wurde durch einen schlanken, robusten Riementrieb ersetzt. Ein beidseitig gezahnter Elastomerriemen überträgt dabei die Kraft vom Motor auf die Wellen und synchronisiert gleichzeitig die Drehkolben. Diese Doppelfunktion spart Platz, zumal der Motor auch direkt über der Pumpe angeflanscht werden kann. Die T2 zählt dadurch zu den kürzesten Pumpensystemen auf dem Markt. Im diesem konkreten Anwendungsfall belaufen sich die Einbaumaße nur auf 500 x 700 x 800 mm – für das enge Technik-Skid, das der Ölkonzern an der Bohrstätte betreibt, ein wichtiger Faktor.

Darüber hinaus ist das Synchronisationsgetriebe unempfindlich gegen Fehler oder Havarien. Selbst bei einer Blockade der Kolben würde lediglich der Riemen überspringen oder reißen und dieser kann nach dem Lösen zweier Schrauben einfach ausgewechselt werden. Bei einem Gleichlaufgetriebe hätte ein solcher Vorfall dagegen meist einen Totalschaden zur Folge. Zudem sorgt die Kombination aus weichem Riemen und Stahl-Zahnrädern für einen sehr ruhigen, vibrationsarmen Lauf der gesamten Anlage, was die Bauteile schont und ihre Lebensdauer erhöht. In Verbindung mit torsionsfesten, durchbiegungssteifen Wellen sowie robusten Schrägkugellagern ist so eine lange Betriebsdauer der Pumpe ohne Leistungsverluste gewährleistet. Der Antrieb arbeitet dabei völlig ölfrei, aufwändige Ölwechsel oder Leckagen entfallen.

Serienmäßig ATEX zertifiziert

Da die Pumpe zur Ölsand-Förderung in einer Explosionsschutzzone der Klasse 1 aufgestellt werden sollte, war für die Installation eine entsprechende ATEX-Zertifizierung erforderlich. Die T2-Serie erfüllt diese Ansprüche standardmäßig für die Zonen 1, 21 sowie M2 bei Umgebungstemperaturen von -20 bis +60 °C und Mediumstemperaturen bis +100 °C. Dank ihres konstruktiven Zündschutzes und ihrer Flüssigkeitskapselung entsprechen die Anlagen den Anforderungen an nicht-elektrische Geräte der Gruppen I und II, Kategorie M2, 2G und 2D sowie IIC.

Um die Anlage unter den beengten Verhältnissen und den komplizierten Anschlussbedingungen im Technik-Skid der Förderstätte installieren zu können, arbeiteten die Experten von NETZSCH eng mit den Ingenieuren vor Ort zusammen. So ließ sich eine zum Anlagenkonzept des Betreibers passende Anbindungslösung finden. Die T2 verrichtet dort inzwischen seit über einem Jahr störungsfrei ihren Dienst und fördert pro Stunde zwischen 3 und 12 m³ des abrasiven Rohöl-Sand-Wasser-Gemisches mit einem Druck von 2,5 bar zum nachgelagerten Separator.

Bild: Der große Frontdeckel lässt sich unkompliziert abnehmen und gewährt freien Zugriff auf den gesamten Pumpenraum, was Instandhaltungsarbeiten erleichtert. Die Kolben können zudem mit wenigen Handgriffen einzeln ausgebaut werden. (Foto: Netzsch)

Quelle: Netzsch Pumpen

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