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16.03.2015

Lewas Multi-Fuel Pumpen versorgen Astronomieprojekt in Chile

Im Norden der Atacama-Wüste in Chile stehen auf 5.000 m Höhe 66 riesige, hochpräzise Antennen, mit denen aufgrund der klaren und dünnen Luft in dieser Umgebung sehr scharfe, kontrastreiche Bilder vom Weltraum gewonnen werden können.

Die Anlage ist Teil des ALMA-Observatoriums (ALMA = Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), das die Republik Chile gemeinsam mit Einrichtungen aus der Europäischen Union, aus Nordamerika und Ostasien betreibt. Da keine Stromleitungen bis in diesen entlegenen Teil der Welt führen, wurde auf knapp 2.900 m Höhe eine Betriebsunterstützungseinheit mit drei 3,5 Megawatt Multi-Fuel Gasturbinen zur autarken Energieversorgung eingerichtet. Für die Zufuhr mit der erforderlichen Menge an Diesel oder LPG kommen sechs Dreifach-Membran-Dosierpumpen der Lewa GmbH zum Einsatz. Die robuste Bauweise der Pumpen, mit denen sich schmierende und nicht-schmierende Fluide gleichermaßen gut und genau fördern lassen, ist optimal angesichts der rauen Umgebungsbedingungen in der Wüste. Wenn dennoch, wie zuletzt im Sommer 2014, Unregelmäßigkeiten auftreten, sucht die brasilianische Tochtergesellschaft von Lewa mit ihrem chilenischen Repräsentanten gemeinsam mit den zuständigen Technikern von ALMA nach Lösungen und schult Personal für künftige Wartungsarbeiten.

Eine Unterbrechung der Stromversorgung wäre der absolute GAU für ALMA: Ohne Strom funktioniert die Wasseraufbereitung nicht, es gibt keine Heizung, kein Licht und die Kommunikation nach außen ist lahmgelegt. Ganz zu schweigen von den Kernaktivitäten des Observatoriums, die in hohem Maße von der Stromversorgung abhängig sind. „Schon eine kurze Unterbrechung könnte dazu führen, dass die Kalibrierung der Antennen verloren geht und somit Stunden wertvoller Arbeit vernichtet werden“, beschreibt der technische Leiter bei ALMA, Juan P. Vargas Parker, die möglichen Folgen.

Diesel oder LPG – präzise Kraftstoffzufuhr nach Wahl

Um eine stabile und zuverlässige Versorgung sicherzustellen, wird die Energie deshalb seit der Inbetriebnahme der Kraftstoff-Skids im Mai 2013 direkt vor Ort über drei Gasturbinen erzeugt, die mit Diesel oder LPG gefahren werden können. Jede Turbine ist mit jeweils zwei Ecoflow Dreifach-Pumpen von Lewa verbunden. Das Besondere an diesen Membran-Dosierpumpen ist, dass sie ohne irgendeinen Eingriff sowohl den schmierenden Diesel als auch das nicht-schmierende LPG unter den erforderlichen Bedingungen fördern können. Der Treibstoff wird mit Tankwagen zum Observatorium gebracht und in zwei Tanks, die 20 und 40 Meter von der Einheit entfernt stehen, gefüllt. Da der eine Kraftstoff als Ersatz für den anderen dienen kann, sind Verfügbarkeit und Füllstand der Tanks ein Entscheidungskriterium dafür, was jeweils gepumpt wird. Die Wahl zu haben, ist aber auch deshalb sinnvoll, weil beide unterschiedliche Charakteristika aufweisen. „Diesel ist beispielsweise bei hohen Temperaturen stabiler, aber teurer als Flüssiggas (LPG), das zur Bildung von Gasblasen in der Rohrleitung neigt. Er wird daher vor allem in der Beschleunigungsphase der Turbinen eingesetzt, um sie beim ersten Versuch zu starten. Das kostengünstigere Flüssiggas wird hingegen eingesetzt, sobald die festgelegte Solldrehzahl erreicht ist“, erläutert Anderson Cruz von Lewa Brasil, der das Projekt zusammen mit dem chilenischen Repräsentanten vor Ort betreut.

Nicht nur der menschliche Organismus, auch die Arbeitsweise der Pumpen wird jedoch durch die Temperatur in der Wüste beeinflusst, da sich die Viskosität des Mediums verändert und es sich sogar soweit erhitzen kann, dass es in der Pipeline zu Kavitation kommt. Diese Faktoren wurden bereits bei der Auslegung der Lewa-Pumpen berücksichtigt. Auch die Motorleistung variiert in der dünnen Höhenluft. Auf knapp 2.900 m – der Lage der Betriebseinheit des Observatoriums – liegt diese rund 15 bis 20 Prozent unter dem Wert, den derselbe Motor an Orten unterhalb von 1.000 m ü. M. erreicht. „Zum Ausgleich dieser Verluste müssen sowohl die Antriebe der Pumpen als die Turbinen überdimensioniert werden“, erklärt Cruz.

100-prozentige Verfügbarkeit 365 Tage im Jahr

Um die gesamte Anlage im Gleichgewicht zu halten, Wartungsarbeiten besser planen zu können und die Turbinen sowie die Pumpen gleichmäßig zu nutzen, kann zwischen ihnen umgeschaltet werden. Derzeit ist immer nur eine Turbine in Betrieb, während die übrigen als Backup dienen. Gleiches gilt für die Pumpen, auch hier fungiert die zweite als Ersatz. Für den Fall, dass eine Pumpe ausfällt, würde die zweite gestartet werden. Die Umstellung läuft vollautomatisch ab und wird über die Steuereinheit der Turbinen kontrolliert. Diese regelt zudem die präzise und unterbrechungsfreie Kraftstoffzufuhr. Bei einem Treibstoffüberschuss würde der Rest über die Rücklauf-Pipelines wieder in den Tank geleitet werden. Angenommen, die Pumpen wären ungenau eingestellt oder würden ineffizient arbeiten, würde die Vorrichtung dieses Defizit ausgleichen.

Der Einsatz der hochpräzisen Lewa-Pumpen war aber nicht nur eine Frage der Betriebssicherheit, sondern ist auch wirtschaftlich sinnvoll, da jede in der Wüste erzeugte Kilowattstunde ein Kostenfaktor ist. Eine unpräzise Pumpe benötigt mehr Strom, um die gleiche Menge Treibstoff zu fördern beziehungsweise den Überschuss zurück zu pumpen, als eine, die effizient arbeitet. Damit würden Strom und Treibstoff, die für den tatsächlichen Bedarf – etwa für die Versorgung der Antennen – wichtig sind, verschwendet. Außerdem werden durch eine kontrollierte Kraftstoffzufuhr Probleme durch Überlast und Überspannung vermieden, was entscheidend für eine stabile Stromversorgung und damit einen störungsfreien Betrieb der Anlage ist. „Die zentralen Kriterien für uns waren die absolute Zuverlässigkeit der Pumpen und eine möglichst kosteneffiziente Versorgung mit dem nötigen Kraftstoff. Die Qualität und die Leistung der Lewa-Pumpen sind diesbezüglich überzeugend. Die Treibstoffversorgung funktioniert wirklich gut und dank der Robustheit der Ecoflow waren nur normale Wartungsarbeiten wie der Ersatz von Verschleißteilen notwendig“, so Parker.

Kompetenter Vor-Ort-Service für einen störungsfreien Betrieb

Sollte es während des Betriebs dennoch zu Unregelmäßigkeiten kommen, stellt Lewa über die brasilianische Tochtergesellschaft und deren chilenischen Repräsentanten einen persönlichen Support vor Ort zur Verfügung. Dies war bisher zweimal notwendig. Der Anlass des ersten Besuchs waren Vibrationen, die gleich bei der Inbetriebnahme aufgetreten waren. Diese konnten nach eingehender Analyse auf eine falsche Position und eine ungenaue Kalibrierung der Dämpfer zurückgeführt werden. Beim zweiten Mal, im Sommer 2014, gaben der zu niedrige Druck und die infolgedessen geringere Leistung einer Turbine Grund zur Annahme, die Pumpen könnten defekt oder falsch eingestellt sein. Ein Leistungstest ergab jedoch, dass die Pumpen die notwendige Kraftstoffmenge förderten. Die Ursache lag folglich in der Turbine selbst, sodass sich der Turbinenhersteller auf diese Maschine konzentrieren konnte, um unter Mitwirkung von Lewa die Ursache zu ermitteln.

In Anbetracht der extremen Umgebungsbedingungen war der Serviceeinsatz nicht ungefährlich. Insbesondere nachmittags gab es immer wieder Sandstürme, was den Zugang zu den Pumpen – und erst recht ein Öffnen – unmöglich machte. Besonders unangenehm war der Einsatz auch durch das extreme Temperaturgefälle in der Wüste, das innerhalb weniger Stunden von Minusgraden bis zu sengender Hitze reichen kann. Da Atacama der trockenste Ort der Welt ist, ist die UV-Strahlung hier zudem besonders intensiv. Für die Techniker bei ALMA bedeutet der Herstellerservice in diesem entlegenen Winkel der Welt jedoch eine erhebliche Arbeitserleichterung, weil sie problemlos Ersatzteile beschaffen können und die notwendigen Informationen über die Pumpen aus erster Hand bekommen. Die beiden Besuche waren deshalb auch mit speziellen Schulungen zu Betrieb und Wartung der Anlage verbunden. Insbesondere bei auftretenden Unregelmäßigkeiten ist durch den Support vor Ort die Möglichkeit gegeben, die Anlage von den Lewa-Fachleuten testen zu lassen, technische Fragen persönlich zu erörtern und gemeinsam nach Lösungen zur Wiederaufnahme eines reibungslosen Betriebs zu suchen.

Foto: Um eine stabile und zuverlässige Stromversorgung sicherzustellen, wird die Energie direkt vor Ort über drei große Diesel- beziehungsweise LPG-Turbinen erzeugt. Diese sind jeweils mit zwei Multi-Fuel-Pumpen der Firma Lewa verbunden, die sowohl schmierende als auch nicht-schmierende Kraftstoffe fördern können. Dank der robusten Bauart waren nur normale Wartungsarbeiten wie der Ersatz von Verschleißteilen notwendig. (Foto: Lewa GmbH)

Quelle: Lewa

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