Brunnenpumpen: Fokus Betriebskosten - Grundfos

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Brunnenpumpen: Fokus Betriebskosten - Grundfos

Technik

Befragt man Brunnenbauer nach

ihren Prioritäten bei der Auswahl

von Unterwasserpumpen, steht meist

die möglichst hohe Standzeit im Mittelpunkt

nach dem Motto: „Die beste

Abb. 1 Pro Tag pumpt die MVV Energie 73.000 m 3

Grundwasser an die Oberfläche; hier der Blick in das

Wasserwerk Käfertal, das Mannheims Norden mit

Trinkwasser versorgt.

Brunnenpumpen: Fokus Betriebskosten

Einsparpotenziale ■ Beim Betrieb von Brunnen sind eine lange Standzeit der installierten

Pumpen sowie deren Betriebskosten entscheidend für die so genannte Cost-of-Ownership.

Wer die Fakten prüft, stellt rasch fest, dass Pumpen von mäßiger Qualität und/oder schlechtem

Wirkungsgrad (auch auf Grund einer Verockerung!) langfristig deutlich mehr Geld kosten

als eine Qualitätspumpe. Das Problem: Der optisch günstige Preis heute ist sehr konkret,

die Einsparungen morgen sind dagegen eher abstrakt. Wer – wie die Verantwortlichen der

MVV Energie – die langfristigen Einsparpotenziale bei seinen Entscheidungen berücksichtigt,

spart Ressourcen ein und senkt die Kosten.

Brunnenpumpe ist immer noch die,

die am längsten hält.“ Denn klar ist: Mit

kurzlebigen Pumpen verbaut sich der

Brunnenbauer langfristige Kundenkontakte.

Doch sollte der Brunnen-

bauer zusammen mit dem Betreiber

über einen wesentlichen zweiten Punkt

nachdenken. Tief im Brunnen abgesenkt,

sieht und hört man die installierte

Unterwasserpumpe nicht. Sie taucht

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Abb. 2 Auf der Edelstahloberfläche

einer SP-Pumpe haftet Ocker im

Vergleich zu Guss weniger fest.

im Wortsinne erst wieder auf (und

kommt in das Blickfeld des Betreibers),

wenn Abweichungen bei den Soll-Förderdaten

erkennbar sind. Manche Hersteller

versuchen, dies mit „einbauen

und vergessen“ positiv darzustellen.

Das mögliche Problem dabei sind die

Betriebskosten, die sich im Laufe der

Jahre immer höher aufschaukeln können,

ohne dass der Betreiber das richtig

zur Kenntnis nimmt. Hintergrund:

In der Wasserversorgung teilen sich

die Kosten für den Lebenszyklus einer

Pumpe wie folgt auf:

• 5 Prozent Anschaffungskosten

(Pumpe),

• 85 Prozent Betriebskosten/Energiekosten,

• 10 Prozent Wartungskosten.

Die Praxis zeigt, dass bereits vor Jahren

installierte Unterwasserpumpen oft zu

groß dimensioniert sind und somit

nicht im optimalen Betriebspunkt

laufen. Brunnenbauer und Betreiber

sollten deshalb auch unabhängig von

einer aktuellen Pumpenwartung regelmäßig

analysieren, inwieweit eine

10/2006

Pumpe nach mehreren Jahren überhaupt

noch wirtschaftlich arbeiten

kann, verglichen mit leistungsfähigeren,

modernen Aggregaten: Ein nur wenige

Prozentpunkte niedrigerer Wirkungsgrad

„kostet“ über die Laufzeit der

Pumpe hochgerechnet ein Mehrfaches

des Investitionsaufwandes. Schnell wird

eine an sich problemlos funktionierende

Unterwasserpumpe dann zur Energieund

damit Kostensenke. Ein Beispiel

aus der Praxis zeigt, was dies konkret

bedeutet.

Cost-of-Ownership: Beispiel der

Unterwasserpumpe SP

Als Energiedienstleister „lebt“ die MVV

Energie AG, Mannheim natürlich u. a.

davon Strom zu verkaufen. Doch sieht

sich das Unternehmen gleichwohl in

der Verantwortung, sparsam mit

Ressourcen umzugehen. Unter anderem

wurde ein SAP-basiertes Controlling-

System installiert, um die Kostenstruktur

und Kostenentwicklung aller

Anlagen und technischen Komponenten

langfristig verfolgen zu können

(Stichwort: Cost-of-Ownership). Das

gilt auch für den Bereich „Wassergewinnung/Wasserversorgung“.

In den Wasserwerken Käfertal und

Rheinau betreibt das Unternehmen 74

Brunnen zur Grundwassergewinnung

und zusätzlich 18 Brunnen im Wasserwerk

Haardt (Abb. 1). Bei diesen

Brunnen werden regelmäßig (stündlich,

täglich und monatlich) folgende

Daten mittels SPS an eine Leitwarte

übermittelt: Fördermenge, Förderhöhe,

Stromaufnahme der Pumpe, Wirkungsgrad

der Pumpe und der aktuelle Be-

Brunnenbau

triebswasserspiegel (Absenkung des

Brunnen). Hinzu kommen 90 Brunnen

zur Notwasserversorgung. Über 40 Prozent

der Brunnen sind mit Grundwasserpumpen

der Baureihe SP von

Grundfos bestückt (bei den Neuinstallationen

im Wasserwerk Käfertal –

hier weist das Grundwasser einen

starken Eisengehalt auf – erreicht dieser

Anteil sogar 100 %). Warum die Pumpen

dieses Herstellers häufig zum Einsatz

kommen, begründet Werner

Faschingbauer, Abteilung Produktion

der MVV Energie, u. a. mit dem hohen

Wirkungsgrad der SP-Pumpen.

Das ist wichtig vor dem Hintergrund,

dass zwischen 25 und 50 Prozent der

Betriebskosten eines Wasserwerks auf

die eingesetzten Pumpen entfallen. Jede

einzelne Pumpstation sollte deshalb

auf ihre Betriebskosten untersucht

werden. Wie sehr der Wirkungsgrad

in die Kostenrechnung eingeht, zeigt

eine überschlägige Kalkulation: Wird

bei einem 100 m 3 /h-Aggregat (Förderhöhe

80 m) der Wirkungsgrad um

5 Prozentpunkte verbessert, errechnet

sich bei einem angenommenen Strompreis

von 0,13 Euro/kWh in 10 Jahren

eine Ersparnis von knapp 19.000 Euro!

Da Unterwasserpumpen in der Regel 15,

häufig sogar 20 bis 25 Jahren im Einsatz

sind, wird die Bedeutung der korrekten

Anpassung der Pumpe an die Einsatzbedingungen

unmittelbar klar.

Anhand von Unterwasserpumpen der

Baureihe SP kann man exemplarisch

aufzeigen, wie besondere Produkteigenschaften

zusätzlich die Cost-of-

Ownership beeinflussen:

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Technik

Stichwort: Ocker

Das Problem ist allen Herstellern und Betreibern von Unterwasserpumpen bestens bekannt:

Grundwasser ist durch unterschiedlich große, natürliche Eisenfrachten gekennzeichnet. In Verbindung

mit Luftsauerstoff, mit dem es bereits im Brunnen in Kontakt kommt, werden Teile des

zweiwertigen Eisens zu dreiwertigem Eisen aufoxidiert. Eisenhydroxid-Verbindungen fallen aus

und führen zur gefürchteten Verschlammung (Verockerung) der Pumpen.

Überall in der Hydraulik einer Unterwasserpumpe, wo Strömungsturbulenzen auftreten –

insbesondere also an Laufrädern und im Bereich der Zu- bzw. Abführungen der Druckstufen –

setzen sich die braun-klitschigen Eisenhydroxid-Verbindungen ab. Zusätzlich können im Wasser

gelöste Mangan-Ionen als schwarzes Manganoxid ausfallen. In Folge dieser Ablagerungen

nimmt die Leistung der Pumpe kontinuierlich ab, die zugeführte Energie wird immer schlechter

genutzt. Nur wenige Prozentpunkte Verlust an Wirkungsgrad ergeben aber über die Laufzeit

der Pumpe hochgerechnet ein Mehrfaches der Investitionskosten. Schnell wird eine an sich

problemlos funktionierende Unterwasserpumpe dann zur Energie- und damit Kostensenke.

In der Endphase sind dann nicht nur die Pumpenhydraulik, sondern auch die Steigleitungen

vollkommen „dicht“. Betroffen von diesen Ausfällungen und Ablagerungen sind nicht allein

die Pumpe; auch der Brunnen selbst und alle Rohrleitungen können durch den sehr weich

ausfallenden Ocker verstopfen.

• Geringe Wartungskosten: Die Pumpenkammern

sind nicht einzeln miteinander

verschraubt, sondern werden

durch vier einfach zu demontierende

Spannbänder gehalten.

• Beständiger Wirkungsgrad hält Energiekosten

auch nach mehrjährigem

Betrieb konstant: Der Werkstoff Edelstahl,

der in drei Qualitäten zur Verfügung

steht, gewährleistet nach einfacher

Reinigung wieder den vollen

Wirkungsrad der SP-Pumpe. Mit

Korrosion oder anderen Oberflächenveränderungen

(Erosion) ist nicht zu

rechnen.

• Lagerung der Welle in Elastomer-

Lagern mit oktagonaler Formgebung

ermöglicht ein außerordentlich robustes

Verhalten auch bei Sandanteilen.

Im Falle des Verschleißes sind die

Lager und Schleißringe schnell und

kostengünstig auszutauschen, die

Laufräder werden nicht beschädigt.

• Innovative Überwachung der Installation

ermöglicht präventive Wartung

und damit geringe Gesamtkosten

und die Vermeidung unvorhergesehener

Stillstandszeiten: Ohne zusätzliche

Sensorkabel bietet der

Motorvollschutz CU3 die Überwachung

und Dokumentation der Parameter

Spannungs-Asymmetrien,

Wicklungswiderstand, Betriebstemperatur

im Motor und Stromaufnahme.

In Verbindung mit einem

Sensormodul können die gesamten

Betriebsdaten einer Wasserfassung

verarbeitet werden. Die Ermittlung

der Kosten pro gefördertem Kubikmeter

Wasser erlaubt eine präzise

Überwachung der Wirtschaftlichkeit

jedes einzelnen Brunnens.

• Kabelauslegung: Wird das Kabel zur

Stromführung mit einem etwas größeren

Kabelquerschnitt ausgelegt (beispielsweise

16 statt 10 mm 3 ), reduziert

der geringere Kabelverlust auf

Grund geringerer ohmscher Widerstände

die Energiekosten. Diese Investition

amortisiert sich innerhalb

eines Jahres.

• Rohrleitungsdimensionierung: Ähnliches

gilt für das Reduzieren der Steigleitungsverluste(Fließgeschwindigkeit

möglichst zwischen 1,5 und 2,5

m/s). Vergrößert man den Durchmesser

der Steigleitung von 4‘‘ auf 5‘‘,

sinken die Betriebskosten so deutlich,

dass sich die Investition innerhalb

eines Jahres amortisiert. Auch die

Wahl des Werkstoffs für die Steigleitung

beeinflusst die Betriebskosten

(Reibungsverluste!).

• Optimaler Volumenstrom ohne Überpumpen:

Eine Online-Überwachung

des Brunnen-Wasserspiegels in Verbindung

mit dem Einsatz einer drehzahlgeregelten

SP-Pumpe verhindert

zuverlässig ein Überpumpen des

Brunnens.

Von großer Bedeutung im Gebiet

Mannheim ist die Werkstofffrage. Guss

hat sich dort wegen des hohen Gehalts

an freiem Eisenoxid im Grundwasser

nicht bewährt, Faschingbauer setzt be-

vorzugt Pumpen aus Edelstahl oder

Bronze ein (Abb. 2). Zudem ist das

Wasser sehr eisenhaltig – in Verbindung

mit Sauerstoff führt das zu starken Verockerungen

auf und in den Pumpen.

„Nach unserer Erfahrung haften die

Ablagerungen auf der glatten Edelstahloberfläche

einer SP-Pumpe wesentlich

weniger fest als auf dem recht groben

Guss. Wir können die Verockerung so

leicht entfernen.“

Bei den Flachbrunnen bis 40 Meter

Tiefe (höhere Verockerungsgefahr)

werden die Pumpen einmal jährlich

gezogen und gewartet, bei den Tiefbrunnen

bis 160 Meter geschieht dies

alle fünf Jahre.

Inox-Cleaner: Saubere Hydraulik,

besserer Wirkungsgrad

Traditionell entfernt man diese Ablagerungen

mit Hilfe von Sandstrahlern

und/oder aggressiver Mineralsäure.

Nun gibt es mit dem Inox-Cleaner eine

technische Alternative, die das Abreinigen

von verockerten Unterwasserpumpen

schneller und vor allem auch

kostengünstiger macht. Entwickelt

wurde das Verfahren von den Reinigungs-Spezialisten

der ReiCo GmbH,

Ludwigshafen, in enger Zusammenarbeit

mit dem Team um Werner

Faschingbauer bei der MVV Energie.

Was leistet der Inox-Cleaner?

• Er löst selbstständig Ocker, Kalk,

Mangan, Korrosionsrückstände, Zunder

und Fette.

• Er ist für Edelstahl geeignet (Verdünnungsfaktor

je nach Verschmutzungsgrad

1:5 bis 1:50; in höherer

Verdünnung auch für Guss geeignet).

• Er enthält Korrosions-Inhibitoren und

schäumt nicht auf.

• Der Reiniger ist biologisch abbaubar

(gemäß OECD-Richtlinien 301-A).

• Eine Einstufung in die niedrige

Wassergefährdungsklasse 1 ist möglich

(d. h. Handling auch in Wasserschutzzonen

problemlos möglich).

• Er ist auch für Wasseruhren und Rohrleitungen

geeignet.

• Er ist für den Einsatz im Tauch-, Sprühoder

im Umlaufsystem geeignet.

Der Betreiber reinigt die Pumpen

mittels Dampfstrahler vor und taucht

die Unterwasserpumpe in ein Spezial-

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ad, das mit nur geringer mechanischer

Unterstützung (Bürsten) alle Ablagerungen

löst. Per Hochdruckreiniger

werden die Pumpen schließlich vollständig

von Ablagerungen und auch

vom Reiniger befreit. Gutachten des

Instituts Fresenius und des Materialprüfungsamts

Nordrhein-Westfalen bestätigen,

dass das verwendete Spezialbad

zum einen absolut lebensmittelgerecht

ist und zum anderen die Pumpenwerkstoffe

nicht angreift. Last but

not least gibt es eine Zulassung für den

Trinkwasserbereich in Anlehnung an

das DVGW-Merkblatt W319.

Werner Faschingbauer hat in rund drei

Jahren etwa 300 Pumpen mit dem Inox-

Cleaner gereinigt. Zudem werden auch

die 3 bis 4 Meter langen Steigleitungen

der Pumpen gesäubert: Sprühlanzen

benetzen die Innenoberflächen der

Leitungen mit Inox-Cleaner, nach etwa

30 Minuten Einwirkzeit können die

Steigleitungen ausgewaschen werden.

Das Ergebnis beschreibt Faschingbauer

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so: „Wir sparen durch den Einsatz von

Inox-Cleaner deutlich Kosten ein.

Darüber hinaus sind die körperlichen

Belastungen für die Mitarbeiter reduziert

worden, weil das Sandstrahlen

nun entfällt.“

Übrigens: Andere Betreiber setzen den

Inox-Cleaner abweichend davon im

Bypass-Verfahren ein; hier fördert die

Pumpe selbst den Reiniger in einem

Kreislauf um. Dazu muss die Pumpe

nicht demontiert werden – für Aggregate

ohne Wartungsbedarf ist das die

schnellste Methode zur Reinigung.

Die Reinigung einer Unterwasserpumpe

ersetzt natürlich nicht einen möglicherweise

erforderlichen Austausch von Verschleißteilen,

wie beispielsweise Spaltringen

oder Zwischenlagern, die mechanisch

angegriffen wurden. Durch den

Austausch von Verschleißteilen, gegebenenfalls

durch Kombination mit einer

Reinigung, werden i.A. die ursprünglichen

Förderdaten wieder hergestellt.

Brunnenbau

Fazit

In der Anschaffung billig, im Endeffekt

teuer – das gilt es bei der Beschaffung

von Unterwasserpumpen zu vermeiden.

Jede objektive, langfristige Betriebskostenrechnung

zeigt das in aller Klarheit.

Und auch das zeigt die Praxis:

Wer seine Pumpe regelmäßig von Ocker

befreit, spart Energiekosten ein und

kann über einen längeren Zeitraum auf

die einmal geplante Förderleistung vertrauen.

Alle Abbildungen: Grundfos GmbH

Autor:

Dipl.-Ing. Christian Hansen

Produktmanager Industrie Wasserwirtschaft

Grundfos GmbH

Schlüterstr. 33

40699 Erkrath

Tel.: 0211 92969-0

Fax: 0211 92969-3739

E-Mail: infoservice@grundfos.de

Internet: www.grundfos.de

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