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Trockenlaufschutz von Kreiselpumpen im Ex-Bereich durch Wirkleistungsüberwachung

25.11.2019

Kreiselpumpen werden aufgrund ihrer einfachen und robusten Bauart im industriellen Umfeld (Prozessindustrie) als Förderorgane für flüssige Medien sehr häufig eingesetzt, in den ganz überwiegenden Fällen in Kombination mit einem elektrischen Antrieb. Ein Trockenlaufen der Kreiselpumpen ist hierbei aus mehreren Gründen auf jeden Fall zu vermeiden. Wegen der fehlenden Flüssigkeitsschmierung kann es nach kurzer Zeit zu einer Zerstörung der Pumpe (insbesondere der Dichtung) mit entsprechendem wirtschaftlichem Schaden kommen. Außerdem wird durch die heiße Oberfläche eine Zündquelle an der Pumpe im Außenraum auftreten können.

Handelt es sich bei dem Fördermedium um einen brennbaren Stoff, so kann bei Trockenlauf im Inneren der Pumpe zum einen eine explosionsfähige Atmosphäre aus einer Gas-/Dampfphase zusammen mit (Luft)Sauerstoff entstehen, zum anderen ist das Auftreten einer Zündquelle (z. B. mechanischer Funke oder heiße Oberfläche innerhalb der Pumpe) wahrscheinlich, was zusammen zur Explosion führen würde.

Eine sehr wirksame Maßnahme ist die Überwachung der vom Motor aufgenommenen Wirkleistung, mit Abschaltung bei Unterschreitung eines bestimmten Mindestwerts als Hinweis auf Trockenlauf. Bei Kreiselpumpen mit Radiallaufrad (häufigste Bauform) besteht eine eindeutige, progressive Abhängigkeit der Wirkleistung vom Förderstrom. Ein Einsatz der Wirkleistungsüberwachung zum Trockenlaufschutz ist – je nach den Anforderungen aus der Zündgefahrenbewertung bzw. dem Explosionsschutzkonzept der Anlage – als Ersatz für eine der genannten herkömmlichen Maßnahmen denkbar. Bei höheren Anforderungen an die Gerätekategorie der Pumpe können Kombinationen mit weiteren Überwachungseinrichtungen in Betracht kommen.

Bild 1: Übersichtsdarstellung der Gerätezusammenstellung für den Trockenlaufschutz von
           Kreiselpumpen durch Wirkleistungsüberwachung [1]


Die für die jeweilige Kreiselpumpe mit Radiallaufrad zutreffende individuelle Zündgefahrenbewertung ist durch den Hersteller der Pumpe durchzuführen. Der Betreiber muss dann die Auswahl der Schutzmaßnahmen für den tatsächlichen Anwendungsfall vornehmen. Der Trockenlaufschutz durch Wirkleistungsüberwachung, hat dabei den Anforderungen zu entsprechen, die an ein Zündschutzsystem Typ b1 gemäß DIN EN ISO 80079-37 zu stellen sind [2]. Voraussetzung sind Kreiselpumpen mit fester Drehzahl und progressiver Förderkennlinie (d. h. mit Radiallaufrad) mit ausreichendem Abstand der minimalen Wirkleistungen PMIN bei Mindestfördermengenstrom und optimaler Leistung POPT am Arbeitspunkt (PMIN / POPT < 0,80) als Hinweis auf eine ausreichende Steilheit der Kennlinie. Insgesamt ist jedoch mit dem Trockenlaufschutz durch Wirkleistungsüberwachung ein wirksames Zündschutzsystem Typ b1 nach DIN EN ISO 80079-37 entstanden. (Technische Sicherheit 2019, TS723)


Literatur

[1] Siemens AG, Industrielle Schalttechnik, Motormanagement- und Steuergeräte SIMOCODE pro,
      Bedienhandbuch Parametrieren, Stand 09/2018.

[2] DIN EN ISO 80079-37:2016 Explosionsfähige Atmosphären – Teil 37: Nichtelektrische Geräte für den
      Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären – Schutz durch konstruktive Sicherheit „c“,
      Zündquellenüberwachung „b“, Flüssigkeitskapselung „k“

Autoren: Matthias Himstedt, Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Dr. Albert Reichl, Walter Roß Siemens AG, Frankfurt, Bernhard Neumann, Siemens AG, Fürth.