Kompakt informieren
- Luft und Schlamm in Heiz- und Kühlsystemen kann die Betriebssicherheit, die Verfügbarkeit und die Funktion der gesamten Anlagen gefährden und ihre technische Lebensdauer erheblich verringern.
- Insbesondere bei Systemen mit Mischinstallationen sind eine sorgfältige Systemanalyse, eine projektspezifische Auswahl der Komponenten und eine durchdachte Planung für den Einbau erforderlich.
- Die Anforderungen vorhandener Systeme können den Einsatz von Spezialanfertigungen und besondere Einbaulösungen erforderlich machen.
Die MTU Maintenance Hannover GmbH, Flaggschiff der MTU-Maintenance-Gruppe, ist eine 100%ige Tochtergesellschaft der MTU Aero Engines, Deutschlands führendem Triebwerkshersteller. Das Unternehmen ist auf die Reparatur und Instandhaltung mittlerer und großer ziviler Triebwerke spezialisiert Abb. 1. Dazu gehören verschiedene Modelle von General Electric (GE) sowie Triebwerke von Pratt & Whitney, International Aero Engines und CFM International. Seit 2013 ist das Unternehmen einer der wenigen Maintenance-Anbieter weltweit mit einer Lizenz für die vollständige Reparatur des größten und leistungsfähigsten Strahltriebwerks der Luftfahrtgeschichte, des GE90.
Rund 1800 Beschäftigte arbeiten in Langenhagen an der anspruchsvollen Aufgabe Instandhaltung Abb. 2. Der Standort entwickelte sich seit seiner Gründung 1979 zum größten Maintenance-Standort der MTU-Gruppe, was sich auch in der Bausubstanz widerspiegelt: Die Produktionsanlagen wuchsen während dreier Bauabschnitte, wobei die Anpassung an die gestiegenen Bedürfnisse teilweise Mischinstallationen zur Folge hatte. So wurden neben Kupferrohren auch PE-Rohre und ein Pufferspeicher aus Stahl eingesetzt.
Sowohl im Heiz- als auch im Kältesystem verursachte Luft immer wieder Probleme, die das 40-Mann-Team für die betriebsinterne Instandsetzung kontinuierlich forderten. Als Folge der manuellen Entlüftung wurde in allen Anlagenbereichen häufig Wasser nachgespeist, was erneut zu Lufteinträgen führte und ein vermehrtes Auftreten von Korrosionsprodukten nach sich zog.
Da die Verfügbarkeit der Heiz- und Kühlsysteme für den Geschäftsbetrieb von MTU Maintenance Hannover immens wichtig ist – ein Ausfall könnte Konventionalstrafen auslösen –, wurde nach neuen Ansätzen gesucht. Im Rahmen einer Untersuchung von Einsparpotenzialen bei Umwälzpumpen, die das Unternehmen Pumpen Binek aus Lehrte angestoßen hatte, entstand der Plan, die Systeme mithilfe von abgestimmten Spirotech-Produkten zu optimieren.
Konzeption und Komponentenauswahl
Die Systemanalyse erfolgte differenziert für fünf Anlagensektoren, die sich hinsichtlich ihrer Anforderung stark unterschieden. So ging es einerseits um Kühl- und Kältekreise für bestimmte Prozessbereiche, andererseits um Heizung und Prozesswärme. Zwei Aspekte waren in allen Sektoren zu bedenken: Die vorhandenen Korrosionsprodukte mussten entfernt und die Bildung neuer Partikel zuverlässig unterbunden werden. Um dieses Ziel zu erreichen und umzusetzen, war aufgrund der anlagentechnischen und betrieblichen Voraussetzungen ein sehr großer Planungsaufwand zu bewältigen. Dabei bewährte sich die Zusammenarbeit von MTU Maintenance und Pumpen Binek: Mehrere Wochen gründlicher Vorbereitung waren erforderlich, um die Feinheiten der Installation und die Positionierung der Geräte auszuarbeiten.
Für die auszuwählenden Schlammabscheider waren unter anderem die Faktoren Leitungsdurchmesser, Durchfluss und Platzbedarf für die Integration von Bedeutung. Die kontinuierliche Entgasung sollte mithilfe von Vakuum-Entgasern erreicht werden.
Schlammabscheidung
Für das Heizungssystem wurden drei Schlammabscheider SpiroTrap mit Magnet Abb. 3 in den Anschlussgrößen DN 125, 150 und 200 ausgewählt. Die aus Stahl gefertigten Bauteile werden in den Rücklauf integriert und entfernen magnetische und nichtmagnetische Partikel ab 5 µm (0,005 mm) aus dem Heizungswasser.
Die Schlammabscheidung läuft wie folgt ab: Der komplette Volumenstrom am Einbauort durchströmt bei minimalem Druckverlust den turbulenten Bereich des Abscheiders. Die Schmutzpartikel stoßen auf das innensitzende Spirorohr-Paket mit spiralförmiger Struktur. Sie bewirkt, dass die Schlammpartikel in den Sammelraum absinken. Magnetische Partikel bleiben an einem mittig angeordneten Magnetabscheider haften, bis sie mithilfe des Abziehmechanismus nach unten gezogen und bei laufendem Betrieb abgelassen werden. Die Dry-Pocket-Konstruktion, eine Spirotech-Entwicklung, gewährleistet eine dauerhafte, wartungsfreie Funktion. Aufgrund seiner offenen Gestaltung kann ein SpiroTrap nicht verstopfen; die Gefahr einer Betriebsunterbrechung besteht nicht, ein Rückspülen ist nicht erforderlich. Serienmäßig ist der SpiroTrap für den Temperaturbereich von 0 bis 110 °C und einen Arbeitsdruck von 0 bis 10 bar ausgelegt. Die maximale Fließgeschwindigkeit wird bei allen Ausführungen mit 1,5 m/s angegeben.
Für den Kälte- bzw. Kühlkreislauf wurden drei Schlammabscheider gewählt: zwei SpiroTrap Magnet aus Stahl in der Anschlussgröße DN 200 Abb. 4 sowie ein SpiroTrap-Modell in Edelstahl (V4A) ohne Magnet mit der Anschlussgröße DN 300. Die Edelstahl-Ausführung wurde von Spirotech als Sonderanfertigung hergestellt: Da in einem Anlagensektor ausschließlich Kunststoffrohre verbaut sind, kam als Problemlöser nur diese Variante infrage. Die kundenspezifische Fertigung solcher Bauteile gilt als eine der Stärken des niederländischen Unternehmens.
Vakuumentgasung
Für die Druckhaltung konnten die schon vorhandenen Komponenten weiterverwendet werden. Für die kontinuierliche Entfer-nung von Luft aus den Systemen wurden vier Vakuumentgaser SpiroVent Superior S6 Abb. 6 eingebaut. In den Geräten wird ein Teil der Anlagenflüssigkeit vorübergehend in einen Unterdruck (Vakuum) gebracht. Die in der Flüssigkeit gelöste Luft wird dadurch freigesetzt und abgesondert. Dieser Prozess muss kontinuierlich zur Verfügung stehen, da die Flüssigkeit andernorts immer wieder Luft absorbieren kann, beispielsweise durch Wartungsarbeiten, Mikro-Undichtigkeiten und Diffusion sowie die Nachspeisung.
Die eingesetzten Vakuumentgaser sind für einen Systemdruck von 1 bis 6 bar und einen maximalen Inhalt von 300 m3 ausgelegt. Pro Betriebsstunde können bis zu 1000 l Flüssigkeit entgast werden. Das Gerät läuft nach voreingestellten Zeiten, um das Anlagenwasser zu kontrollieren. Wird dabei Entlüftungsbedarf festgestellt, geht es in Betrieb, anderenfalls bleibt es im Stand-by. Diese Arbeitsweise stellt sicher, dass sich die Laufzeit am tatsäch-lichen Entgasungsbedarf orientiert. Daraus resultieren ein niedriger Energieverbrauch und ein geringerer Verschleiß.
Installation im laufenden Betrieb
Die einzelnen Sektoren wurden zwischen Oktober 2013 und Anfang Januar 2014 ausgerüstet. Dazu wurden die entsprechenden Teilbereiche vorwiegend an Wochenenden und Feiertagen stillgelegt, um den Ausfall so gering wie möglich zu halten. Auch hier zeigte sich, dass die gute Zusammenarbeit zwischen dem MTU-Team und den Mitarbeitern von Pumpen Binek ein wesentlicher Faktor für die zügige Umsetzung war.
Die Schlammabscheider wurden mittels Flanschstutzen mit dem Bestand verbunden. Für den größten SpiroTrap-Schlammabscheider DN 300 mit 250 kg Leergewicht war neben Muskelkraft auch Hubwerkzeug notwendig, um ihn in die richtige Position zu bringen. Ein SpiroTrap-Abscheider wird normalerweise im Rücklauf der Hauptleitung installiert, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Im Heizungssystem bei MTU war dies nicht umzusetzen, weil für ein entsprechend großes Bauteil nicht genug Platz in der Bestandsinstallation vorhanden war. Deshalb wurden drei kleinere Ausführungen in Nebenleitungen eingebaut.
Die beiden Vakuumentgaser in den Kältekreisen wurden isoliert, um bei der Mediumtemperatur von 9 °C Kondensation vorzubeugen. Die Kältekreise stellen eine Kühlleistung von 1000 kW für Laser, Fräs- und Drehmaschinen bereit. Das Gerät, das etwa 20 °C warmes Kühlwasser für verschiedene Öfen und Druckluftverdichter entgast, arbeitet ohne Dämmung. Der vierte Vakuumentgaser wurde in das Heizungssystem integriert, das mit drei Gas-befeuerten Heizkesseln à 2300 kW und einer Vorlauftemperatur von 103 °C Wärme für Prozesse, die statische Heizung und die Raumlufttechnik bereitstellt Abb. 7.
Die Vakuumentgaser wurden bei MTU Maintenance Hannover am Rücklauf im Bypass eingebaut. Dies entspricht der Empfehlung des Herstellers Abb. 5, prinzipiell bestehen hinsichtlich der Einbindung in eine Anlage jedoch nahezu keine Einschränkungen. Mit einem Leergewicht von 59 kg sieht man den kompakten SpiroVent-Superior-S6-Einheiten (HBT: 880 × 590 × 350 mm) ihren großen Nutzen kaum an.
Ziel: dauerhaft sicherer Betrieb
Die SpiroTrap-Schlammabscheider erzielten rasch ein sichtbares Ergebnis: Sechs Wochen nach der Installation wurden die abgeschiedenen Rückstände zum ersten Mal in großer Menge ausgespült. Danach wurde vorgesehen, die Abscheider im Zwei-Monats-Turnus im Rahmen eines Kontrollgangs zu entleeren. Es wird erwartet, dass nach und nach auch anhaftende Partikel gelöst und abgeschieden werden.
In der Vergangenheit wurden bei MTU Maintenance Hannover chemische Zusätze in das Kreislaufwasser eingebracht. Dies geschah nach den Vorgaben in VDI 6001 und dem DIN- und DVGW-Regelwerk. Durch die sukzessive Verbesserung der Wasserqualität, soll die Dosierung nun so weit wie möglich reduziert werden. Dies trägt neben der Kosteneinsparung auch dem Anspruch des Unternehmens an den Umweltschutz Rechnung.
Die Vakuumentgaser zeigen am Display, welche Leistung sie bislang erbracht haben. Dabei ließ sich feststellen, dass die Geräte in den ersten Monaten nahezu täglich Luft abschieden Abb. 6. Sollten Funktions- und Störmeldungen auftreten, werden sie durch das MTU-Wartungsteam erfasst. Es ist jedoch geplant, die vier Vakuumentgaser bis Ende 2014 in das Gebäudeleitsystem einzubinden. Insgesamt wurden rund 100 000 Euro an Installationskosten veranschlagt und aufgrund des Handlungsbedarfs kurzfristig bereitgestellt.
Die bisherigen Erfahrungen fassen Nicholas Johnson Abb. 8, MTU Maintenance Hannover, und Gino-Valerio Bruno Abb. 8, Pumpen Binek, zusammen: „Allein für den Energieverbrauch wird sich die Einsparung für das erste Jahr auf rund 5000 bis 6000 Euro belaufen. Die Kostensenkungen durch geringere Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten sowie durch die höhere Lebensdauer von Komponenten liegen deutlich darüber. Ersten Schätzungen zufolge können sie mehrere Zehntausend Euro betragen. Deshalb sind wir mit den bis jetzt erzielten Ergebnissen sehr zufrieden. Mithilfe der Spirotech-Komponenten sind wir dem Ziel – dauerhaft sicherer Betrieb – ein großes Stück nähergekommen.“
Die Luft muss raus
In wasserführenden Heiz- und Kühlsystemen tritt Luft, abhängig von Temperatur und vom örtlichen Druck, als große Luftblase, in Form von Mikroblasen oder in gelöster Form auf. Sie gelangt beispielsweise durch das Nachfüllen nach einer Entlüftung oder durch feine Undichtigkeiten an Armaturen oder Verschraubungen beziehungsweise Verpressungen ins System. Auch die Installation selbst – etwa nicht an die Druckverhältnisse angepasste Membranausdehnungsgefäße – beeinflussen den Lufteintrag in ein System. An Pumpen(laufrädern) kann die Luft zu Schäden führen, indem sie Kavitation begünstigt. Mitunter gravierend sind die Folgen durch den in der Luft enthaltenen Sauerstoff: Er fördert die Korrosion und die Schlammbildung, was verstopfte Düsen in Prozessanlagen oder Zirkulationsstörungen hervorrufen kann. Der reaktionsträge Stickstoff reichert sich hingegen im Wasser an, was häufig zu hydraulischen Problemen führt. In Kühlkreisläufen fördert die Luft zusätzlich die Bildung von Ablagerungen und Korrosion.
Bautafel
Objekt
MTU Maintenance Hannover GmbH, 30855 Langenhagen, http://www.mtu.de
Optimierung des Heiz- und Kühlsystems aus drei Bauabschnitten seit 1981
Planung
Nicholas Johnson, Projektleiter Instandhaltung MTU
Gino-Valerio Bruno, Pumpen Binek
Ausführung
Pumpen Binek, 31275 Lehrte, http://www.pumpen-binek.de
in Zusammenarbeit mit MTU Maintenance Hannover
Komponenten
Spirotech BV Niederlassung Düsseldorf, 40219 Düsseldorf, https://www.spirotech.com/
für das Heizsystem:
- 3 Schlammabscheider SpiroTrap Magnet aus Stahl (DN 125, 150 und 200)
- 1 Vakuumentgaser SpiroVent Superior S6
für das Kühlsystem
- 2 Schlammabscheider SpiroTrap Magnet DN 200 aus Stahl
- 1 Schlammabscheider SpiroTrap DN 300 aus Edelstahl ohne Magnet
- 3 Vakuumentgaser SpiroVent Superior S6
Hanno Schatzmann
ist Vertriebsleiter Gewerbebau Deutschland bei Spirotech, 40219 Düsseldorf, https://www.spirotech.de/
2 Ein von MTU mitentwickeltes V2500-Triebwerk auf der „Flowline“ bei MTU Maintenance Hannover. Bei der Triebwerksinstandhaltung nach dem Flowline-Prinzip werden die Triebwerke in einer Art Fließbandsystem in eine echte Produktionslinie eingelastet.
3 Einer der drei im Heizungssystem installierten Schlammabscheider SpiroTrap Magnet mit Dämmung. Hier musste aus Platzgründen ein dreifach abgewinkelter „Umweg“ eingebaut werden. Unten sind die Anschlüsse zum Ablassen der Rückstände zu sehen.
4 Im Kühlsystem wurde ein SpiroTrap Magnet so hoch eingebaut, dass zur Montage eine Arbeitsbühne notwendig war.
6 Das Heizungssystem bei MTU Maintenance Hannover wird mit einem Vakuumentgaser SpiroVent Superior S6 entgast. Mit 1733 Betriebsstunden arbeitete das Gerät zunächst fast kontinuierlich. Später läuft es durch die integrierte Kontrollfunktion nur, wenn Entgasungsbedarf besteht.
7 Blick ins Kesselhaus bei MTU Maintenance Hannover mit drei Gas-befeuerten Heizkesseln à 2300 kW Heizleistung.
8 Arbeiten gemeinsam an der Optimierung des Heiz- und Kühlsystems von MTU Maintenance Hannover (v. l.): Nicholas Johnson, Projektleiter MTU Maintenance Hannover, Gino-Valerio Bruno, Mitarbeiter von Pumpen Binek, und Hanno Schatzmann, Vertriebsleiter Gewerbebau Spirotech.
