Geringere Wartungskosten:
Umrichter gegen Verzopfung an Pumpen
Der Wasserver- und -entsorger Hamburger Wasser setzt für die Pumpen in seinem Abwassernetz immer häufiger Frequenzumrichter ein. Denn die geringeren Spülwassermengen bei steigendem Feststoffanteil machen ein intelligentes Stellglied nötig. Im Pumpwerk Randersweide spart der Umrichter durch seinen Rückspülmodus die vorher sehr oft notwendigen Entstöreinsätze durch Verzopfung.
Die Ausgangslage: So fließt das Hamburger Abwasser
Hamburg Wasser ist der Wasserver- und -entsorger für die Hamburger Bürger. Rund zwei Millionen Menschen hängen derzeit am Netz des Unternehmens. Neben Gewinnung und Aufbereitung von Trinkwasser, klärt Hamburg Wasser auch das Abwasser der Hansestadt. Hier hat der Versorger ein Ziel: Geringere Wartungskosten in den Pumpwerken realisieren. Damit wird gleichzeitig der sichere Betrieb des Abwassermanagements in der Hansestadt gewährleistet.
Das Hamburger Abwasser fließt in einem Leitungsnetz von rund 5.800 Kilometern Länge. Die Hausleitungen, über die das Abwasser in das öffentliche Kanalsystem gelangt, haben einen Durchmesser von nur ca. 15 Zentimetern. Die öffentlichen Kanäle liegen meist zwei bis fünf Meter tief unter der Erde und sind bis zu 150 Zentimeter hoch. Noch größere Kanäle, die Transportsiele und Sammler sowie die älteren Hamburger Stammsiele verlaufen in Tiefen von bis zu 27 Metern und können bis zu 4,7 Meter breit und 3,85 Meter hoch sein. Anders als die Straßenkanalisation haben diese Transportkanäle keinen Anschluss an die Oberflächengewässer, sondern führen – meist im freien Gefälle – direkt zum Klärwerk Hamburg.
Transportsiele und Sammler haben die Aufgabe, die örtliche Kanalisation insbesondere bei Regenfällen, zu entlasten und so vor Wasserüberläufen auf Grundstücke und in die Gewässer zu schützen. Auch der Bau von unterirdischen Mischwasser-Rückhaltebecken dient dazu, die Kanalisation bei Regen zu entlasten: Sind die Kanäle voll, läuft das Wasser über sogenannte Überläufe in die Rückhaltebecken. Dort wird es zwischengespeichert und erst, wenn das Kanalnetz wieder aufnahmefähig ist, durch automatische Pumpen oder im freien Gefälle ins System zurückbefördert.
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Keine alten Zöpfe mehr ...
In diesem Danfoss-Videopodcast erzählt Michael Rix von Hamburg Wasser wie der Hamburger Wasserversorger die integrierte Rückspülfunktion des VLT® AQUA Drive Frequenzumrichter einsetzt, um Verzopfungen und anderen Schmutz von den Pumpen in seinem Abwasserwerk zu lösen und Wartungskosten zu senken.
Pumpwerk Randersweide: Geringere Wartungskosten zum Ziel
Da im Abwasser viele Stoffe enthalten sind und von Haaren über Tüten bis hin zu Putzlappen vieles mitschwimmt, das eigentlich nicht hineingehört, haben die eingesetzten Pumpen ein entsprechend schweres Leben. Die steigende Viskosität der Abwässer führte bei Hamburg Wasser zu immer mehr kritischen Betriebszuständen in Abwasserpumpstationen: Die im Wasser enthaltenen Partikel und Fasern lagerten sich auf den Flügelrädern ab, was zu einer Leistungsminderung und übermäßigem Verschleiß bei den Pumpen führt.
Das Pumpwerk Randersweide wurde nach Sanierung 2014 neu in Betrieb genommen. Durch den gewachsenen Zulauf aufgrund von zahlreichen Neubauten im Einzugsgebiet kam es hier im Jahr nach Wiederinbetriebnahme zu 39 Entstöreinsätzen wegen Pumpenverstopfern. Die Wartung einer verzopften Pumpe nimmt viel Zeit in Anspruch: Von der Anfahrt zum Standort und dem Heben der Pumpe über die Reinigung bis zum Wiedereinbau. Insofern verursachten die vielen Ausfälle hohe Kosten. Dafür musste eine Lösung her.
Da die Problematik immer weiter zunahm, wurde zunächst versucht, den Pumpenpegel zu optimieren. Zudem versuchte man, die Pumpen nach Störungsmeldung von Hand über die Leitzentrale in Rückwärtslauf zu betreiben. Leider nicht immer erfolgreich, weil die Pumpen dann bereits stark verzopft waren. Die Abteilung Betriebstechnik von Hamburg Wasser fing deswegen an, auf dem Markt nach einer automatisierten Lösung zu suchen. Ziel war es, die Pumpen über einen Frequenzumrichter zuverlässig automatisch rückwärts drehen zu lassen bei gleichzeitig wirtschaftlichem Betrieb.
Macht Geld flüssig: Rückspülmodus
Die Verschmutzung von Flügelrädern in Abwasserpumpen durch Ablagerungen bzw. Zopfbildung ist ein generelles Problem, weil sich die Leistung der Pumpe mindert und sie blockieren kann. Deswegen verfügt der VLT® AQUA Drive standardmäßig über einen Rückspülmodus, der die Drehrichtung des Laufrades umkehrt, um dadurch Ablagerungen am Flügelrad zu lösen. Da sich nicht jede Art von Pumpe gegenläufig betreiben lässt, muss der Betreiber vor Nutzung dieser Funktion Rücksprache mit dem Pumpenhersteller halten.
Beim Start eines Rückspülvorgangs führt der Frequenzumrichter zunächst eine Rampe bis zum Stopp aus, anschließend läuft eine Abschaltverzögerung ab, bevor der erste Zyklus beginnt. Wenn der Rückspülmodus von einem gestoppten Zustand des Frequenzumrichters ausgelöst wird, wird die erste Abschaltverzögerung übersprungen. Das Rückspülereignis kann aus mehreren Zyklen bestehen. Ein Zyklus besteht aus einem Puls im Rückwärtslauf, gefolgt von einem Puls im Vorwärtslauf. Der Rückspülvorgang ist abgeschlossen, nachdem die angegebene Anzahl von Zyklen beendet wurden. Zwischen den Pulsen wechselt der Frequenzumrichter für die angegebene Abschaltverzögerungszeit in den Freilauf, damit sich die Rückstände in der Pumpe absetzen können.
Rückspülmodus: Individuell auf die Applikation einstellbar
Der Rückspülmodus lässt sich durch Konfiguration von Verzögerungszeiten, Rückspüldrehzahl sowie Leistungsüberwachung individuell an die Erfahrungswerte eines Anwenders mit seiner Anlage parametrieren. Der Anwender legt selbst fest, wie oft, wie schnell und wie lange der Frequenzumrichter das Flügelrad in Gegenrichtung bei Start oder Stopp, zeituhrgesteuert mittels Digitaleingang, mittels serieller Kommunikation oder unter Verwendung einer Reihe programmierbarer Logikregeln drehen soll.
Ein weiterer Ansatz ist die reaktive Reinigung. Hier leitet der Frequenzumrichter die Reinigung ein, sobald die Pumpe mehr Energie vom Frequenzumrichter bezieht, als sie es normalerweise tun sollte. In diesem Stadium beginnt die Pumpe bereits zu verzopfen. Der Anwender kann die Funktionen zur proaktiven und reaktiven Reinigung kombinieren.
In Randersweide stehen aufgrund der hohen Volllastzeiten der Pumpe sowie der ohnehin geringen Leistung von 9,2 kW Energieeinspareffekte nicht im Fokus. Dafür bringt der Drive Controller durch die erweiterte Datenerfassung von Zustands- und Motordaten über Wertekorridore einen erheblichen Mehrwert. In erster Linie macht sich aber die integrierte Rückspülfunktion des Aqua Drive positiv bemerkbar: Musste das Wartungsteam zuvor viermal monatlich ausrücken, ging die Zahl der Einsätze zur Behebung von Verzopfungen mit Einsatz des Aqua Drive auf bislang Null zurück. Damit stellt Hamburg Wasser als Betreiber die Rechnung auf, dass sich die Anschaffung der Frequenzumrichter für 5800 Euro durch die eingesparten Kosten von 7500 Euro in einem Zeitraum von 6 Monaten deutlich amortisiert hat.
Mission erfüllt: Geringere Wartungskosten in Randersweide
Durch die Systemoptimierung, die die Rückspülfunktion ermöglicht, spart der Hamburg Wasser in erheblichem Maß bei den Wartungs- und Instandhaltungskosten im Pumpwerk Randersweide ein und erhöht zudem die Betriebszeit der Pumpe. Dies und die erweiterten Überwachungsmöglichkeiten in Richtung Pumpe und Motor lassen den geringen energetischen Nachteil leicht verschmerzen. Es lohnt in jeder Anwendung, bei der Verzopfungen immer wieder auftreten und eine hohe Betriebssicherheit wichtig ist, sich das Thema genau anzuschauen und die Rückspülfunktion gegebenenfalls vorbeugend und reaktiv programmiert einzusetzen. Selbst wenn Energieeinspareffekte durch die Drehzahlregelung nicht gegeben sein sollten.
