CP Pump Systems: Massgeschneiderte Pumpenüberwachung erhöht die Sicherheit

Überwachung von Kunststoff-Spalttöpfen für sichere Chemieprozess-Magnetkupplungspumpen

Die Vorteile der magnetgekuppelten Chemieprozesspumpe mit PFA-Kunststoff-Auskleidung (MKPL) von CP Pump Systems liegen auf der Hand. Die besonders robuste, vakuumfeste Gehäuseauskleidung hält auch bei der Förderung von aggressiven Medien bis 200°C stand und ist enorm korrosions- und permeationsbeständig. In Verbindung mit dem sicheren und wartungsfreien Magnetkupplungsantrieb kann dies vor allem bei chemisch hochagressiven Medien ein grosser Vorteil für eine reibungslose und leckagefreie Produktion sein.

In Pumpen mit Magnetkupplung trennen Spalttöpfe den mediumsberührten, mit dem Pumpenlaufrad verbundenen Innenrotor vom aussenliegenden, mit dem Motor verbundenen Aussenrotor der Magnetkupplung. Die Übertragung des Antriebsmoments vom Motor auf das Laufrad erfolgt berührungslos durch die wirkenden Magnetkräfte. Spalttöpfe müssen deshalb in der Lage sein, den gesamten Pumpendruck auszuhalten. Da sie innen ausserdem mediumsberührt sind, müssen sie eine entsprechende chemische Beständigkeit aufweisen. Schliesslich sollten sie möglichst dünnwandig und aus einem Material hergestellt sein, das für die magnetischen Feldlinien der Magnetkupplung durchlässig ist.

Bei den mit PFA-Kunststoff ausgekleideten MKPL-Pumpen setzt CP Pump Systems auf CFK-verstärkte Spalttöpfe aus modifiziertem PTFE. Die PTFE-Wandstärke beträgt dabei mindestens 2.5 mm. Das modifizierte PTFE ist dabei chemisch besonders beständig, dicht und sicher, auch gegen Permeation.
Verstärkt werden diese Töpfe durch eine hochfeste Aussenschicht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK). PTFE-Liner und Kohlefaserschicht sind bei CP eine Einheit und werden zusammen in einem Arbeitsgang hergestellt. Diese Produktionsweise ist einzigartig, sie bietet höchste Festigkeit und Verbindungsqualität zwischen PTFE und Kohlefasern und ist damit auch eine Basis für die Vakuumfestigkeit der Pumpen. PTFE und CFK sind vollständig durchgängig für die magnetischen Feldlinien der Magnetkupplung, so dass im Betrieb quasi keine Verluste oder Erwärmung entstehen.

Spalttöpfe sind als drucktragende und mediumsberührte Gehäuseteile in Magnetkupplungspumpen sehr wichtig für die Dichtheit und Sicherheit der Pumpen. Deshalb bietet CP diverse Möglichkeiten zum Zustands-Monitoring dieser PTFE-Spalttöpfe an, flexibel angepasst an die jeweiligen Kundenwünsche.

Bereits länger bekannt ist die Drucküberwachung des Zwischenraums eines zweischaligen Spalttopfes. Durch die dafür notwendige Trennung von Innen- und Aussenschale entfällt jedoch der Vorteil der vollflächigen Verbindung der beiden Schalen, was bei Kunststoff-Spalttöpfen zu einer Reduktion der Vakuumfestigkeit führen kann. Ausserdem alarmiert ein solches System in der Regel erst bei einer vollständigen Durchlöcherung einer der beiden Schalen, was im Falle einer Beschädigung des PTFE-Innentopfes zu Mediumskontakt der (chemisch weniger beständigen) CFK-Aussenschale führt. Bei Beschädigung der CFK-Verstärkung kann die Festigkeit des gesamten Spalttopfes gefährdet werden.

CP Pump Systems bietet diese Drucküberwachung schon seit 25 Jahren an und gestaltet die Spalttöpfe hierfür dann speziell mit einer Trennung zwischen PTFE und CFK. Wegen der beschriebenen Einschränkungen hat CP jetzt jedoch eine bessere Alternative entwickelt.

Bei dem neu entwickelten und von CP Pump Systems patentierten Monitoringsystem wird ein sehr dünner, in die Schichten des Spalttopfes eingearbeiteter elektrischer Drahtfaden zur Überwachung benutzt. Der eingesetzte Draht verläuft durchgehend und überzieht den gesamten Spalttopf wie ein Sicherheitsnetz. Im Fall einer Überlastung oder Beschädigung des Topfes reisst dieser Draht und ein Stromfluss durch den Draht wird unterbrochen, was durch ein geeignetes Auswertegerät erkannt wird. Zur Auswertung kann beispielsweise ein Standard-Kopftransmitter mit Fühlerbruch-Erkennung angeschlossen werden. Bei der Verwendung eines solchen Standardtransmitters wird nur die Stromkreisunterbrechungserkennung des Transmitters benutzt, darüber hinaus wird kein Signal erzeugt. Der Vorteil eines solchen Transmitters ist seine weltweite Anerkennung und Bekanntheit im Markt, sein Preis-Leistungs-Verhältnis, sein Explosionsschutz und seine SIL-Fähigkeit.

Dieses neue Überwachungssystem ist verlässlich in der Lage, folgende Schäden frühzeitig zu erkennen:

  • Mechanische Beschädigungen im Inneren des Spalttopfes, bevor alle Kohlefaserschichten durchtrennt sind.

  • Mechanische Beschädigungen an der Aussenseite des Spalttopfes, bevor alle Kohlefaserschichten durchtrennt sind.

  • Überlastungen/Überdruck im Spalttopf, die eine Deformation und Mikrorisse in der Kohlefaserverstärkung verursachen und dabei ebenfalls den Draht zerstören.

  • Pumpenmedium, das durch Permeation das PTFE des Spalttopfes durchdringt und die Harzbindung der Kohlefaserschichten angreifen könnte. Der Draht wird dabei korrodiert und zerstört, bevor die Kohlefaserverstärkung zu schwach wird.

Bei der Verwendung dieses neuen Systems ist kein Spalt oder Zwischenraum zwischen PTFE und Kohlefaser erforderlich (wie es bei einer Drucküberwachung der Fall ist). Der Spalttopf bleibt eine einteilige stabile Einheit, die völlig vakuumfest ist. CP Pump Systems bietet beide Systeme und auch die Kombination von beiden an.

Autor: Thomas Folsche, Abteilungsleiter Technik, CTO, CP Pump Systems

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