Sulzer Technical Review Ausgabe 2 / 2017

Neuauslegung und Umbau von Pipelinepumpen

19. Juli 2017 | Paul Fulghum

Jährlich fliessen Milliarden Tonnen Öl durch Pipelines. Die Betreiber von Ölpipelines suchen ständig nach Möglichkeiten, um die Effizienz zu steigern und Kosten zu senken. Je nach Veränderung der Anforderungen kann dies eine Anpassung des Durchsatzes, eine Änderung des Drucks oder eine Aufrüstung der Pumpen mit einer effizienteren Technologie bedeuten.

Über die Lebensdauer einer Pipeline hinweg können sich die Prozessbedingungen verändern, sodass sie von den ursprünglichen Auslegungsbedingungen der Pipelinepumpen abweichen. Dies macht es auch für erfahrene Ingenieure schwierig, die Eignung der Pumpen für die jeweiligen Bedingungen sicherzustellen.

Gründe für eine Neuauslegung

Es gibt viele Gründe für eine Neuauslegung und den Umbau von Pipelinepumpen. Die Erhöhung des Durchsatzes ist eine gängige Anforderung, doch häufig ist die Pipeline überdimensioniert, und die Durchflussmengen sind geringer als ursprünglich vorgesehen. Die Herabsetzung des Pipelinedrucks kann ebenfalls Auslöser für eine Neuauslegung sein. Ein weiterer Grund ist die Notwendigkeit zur Verbesserung bzw. Wiederherstellung des Wirkungsgrads und der Zuverlässigkeit der Pumpen zur Senkung der Energiekosten und Verlängerung der Laufzeit.

Die Überarbeitung eines ganzen Pumpensatzes ist eine schwierige Aufgabe, die sich über mehrere Budgetjahre erstrecken kann. Bei anspruchsvollen Neuauslegungen stehen nur wenige Monate zur Verfügung. Eine erfolgreiche Umsetzung beginnt in der Regel mit einer Prüfung der hydraulischen Anforderungen durch die Sulzer Ingenieure. Anschliessend übernimmt das Netzwerk aus Sulzer-Servicecentern, Aussendienstingenieuren, Servicetechnikern und Lieferanten die Durchführung des Projekts.

Mehr Durchsatz gefordert

Ein solches Projekt begann mit einem Telefongespräch zwischen einem Kunden und einem Aussendienstingenieur des Sulzer-Servicecenters in Denver. Der Kunde beabsichtigte, die Durchflussmenge in seiner Pipeline um etwa 20% zu erhöhen – mit den vorhandenen Pumpen und Motoren und ohne die installierte elektrische Leistung der vorhandenen Station zu erhöhen. Ausserdem sollten vier verschiedene Rohölsorten transportiert werden.

Das Projekt stellte eine Herausforderung dar, nicht nur im Hinblick auf die Kundenanforderungen, sondern auch auf die Bereitstellung von zuverlässigen und effizienten Pumpen, die dem Kunden eine gängige Lebensdauer bieten. Der Aussendienstingenieur aus Denver wandte sich an die Projektingenieure von Sulzer in Portland, Oregon, um zu prüfen, welche hydraulische Lösung den Anforderungen des Kunden gerecht werden könnte.

Normalerweise wird die Hydraulik von Pumpen so konzipiert, dass das Laufrad und das Spiralgehäuse „optimiert“ sind, sodass Guss, Bearbeitung und Montage auf kostengünstige und effiziente Weise erfolgen können. Die optimierten Designs müssen sich dann in strengen Werksprüfungen beweisen. Anschliessend werden die Pumpen in das Portfolio des Pumpenanbieters aufgenommen, welches verschiedene Standardpumpen für eine Vielzahl von Fördermengen und Differenzdrücken umfasst.

Liegen die Anforderungen an die Pumpe ausserhalb des vom Hersteller ursprünglich vorgesehenen Betriebsbereichs, wird es Zeit für eine Neuauslegung und einen Umbau. Jahrelange Entwicklung und Prüfung wird nun auf einen sehr kurzen Zeitraum komprimiert. In solchen Fällen kommen die Erfahrung, das Wissen und das Netzwerk von Sulzer den Pipelinebetreibern zugute.

Entwicklung der Hydraulik

Binnen weniger Wochen hatten die Ingenieure von Sulzer verschiedene Optionen für den Kunden erarbeitet. Nach sorgfältiger Überlegung und intensiver Kommunikation mit dem Kunden wurde eine Strategie entwickelt und das Projekt gestartet.

Der Schlüssel für die Optimierung lag in einem neuen hydraulischen Design mit einem modifizierten Laufrad und Spiralgehäuse. Um sicherzugehen, dass die vorgegebene Fördermenge und der vorgegebene Differenzdruck mit den Modifikationen erreicht werden können, errechneten die Sulzer-Ingenieure eine Kennlinie für die Pumpen (Abb. 1). Um Vibrationen und Kavitation bei den höheren Fördermengen entgegenzuwirken, wurden Veränderungen am Laufrad und auch am Spiralgehäuse vorgenommen (Abb. 2 und 3).

Intelligente Planung

Das Servicecenter in Denver entwickelte einen Plan, nach dem zunächst eine der Ersatzpumpen des Kunden im Servicecenter umgebaut und anschliessend am Standort gegen die nächste Pumpe ausgetauscht wurde, die dann zum Umbau nach Denver geschickt wurde. Dies ging so weiter, bis alle Pumpen umgebaut und installiert waren.

Abb. 4 Wärmebild, aufgenommen bei der Leistungsevaluierung vor Ort.

Leistungsevaluierung vor Ort

Die hydraulische Neuauslegung von Pipelinepumpen ist in den meisten Fällen ein theoretisches Konstrukt. Aufgrund standortbedingter Variablen lässt sich das exakte Leistungsverhalten des hydraulischen Designs im Betrieb nicht einfach bestimmen. Die Überprüfung der Modifikationen durch eine Leistungsprüfung im Werk kann hilfreich sein, schlägt sich aber zeit- und kostenmässig auf das Projekt nieder. Besonders bei in Betrieb befindlichen Pipelines verlieren Kunden ungern Zeit für Tests. Eine Leistungsprüfung vor Ort ist häufig die bessere Lösung und bietet den Vorteil, dass die Pumpe im installierten Zustand mit genau den vom Kunden verwendeten Medien getestet werden kann. In dem genannten Beispiel wurde die Abnahmeprüfung von Sulzer Field Technical Services in Form einer Leistungsevaluierung vor Ort durchgeführt. Dabei wurden drei der modifizierten Pumpen mit den tatsächlichen Fördermengen und Druckwerten getestet. Ausserdem kamen Schwingungsdaten und Wärmebilder (Abb. 4) zum Einsatz. Die Messungen haben die vorhergesagten Ergebnisse bestätigt und können als Basisdaten für zukünftige Trendanalysen genutzt werden.

Organisation von Pumpenreparaturen

Den Funktionszustand einer grossen Flotte von Pipelinepumpen zu überwachen, erfordert eine gute Organisation. Ein festgelegter Plan der Reparaturmassnahmen für jedes Budgetjahr sorgt dafür, dass die Pumpen mit dem grössten Bedarf entsprechend ihrer Wichtigkeit bzw. Ausfallmöglichkeit behandelt werden. Die Bandbreite der möglichen Pumpenreparaturen reicht von der Anpassung der Hydraulik an aktuelle Durchflussmengen über Material-Upgrades und Reparaturen am Fundament bis hin zu Verbesserungen des Dichtungssystems. Hierzu ist eine Datenerhebung mit möglichst vielen Informationen zu jeder einzelnen Pumpe empfehlenswert. Die Neuauslegung von Pipelinepumpen ist eine komplexe Aufgabe, die das Management, die Ingenieure und die Ressourcen eines Unternehmens vor eine Herausforderung stellt. Sulzer verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Gebiet und kann auf umfangreiche Ressourcen innerhalb der Firma zurückgreifen, um eine erfolgreiche Projektdurchführung zu gewährleisten.


Sulzer Technical Review

Nadia Qaud

Editor-in-Chief


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