Tipps für Kosteneinsparungen bei mobilen Pumpen


Bei stationären Pumpenanlagen wird viel Zeit und Geld in die Planung investiert. Ziel ist es, das System so kosteneffizient wie möglich zu gestalten. Bei mobilen Pumpsystemen ist dies in der Regel nicht der Fall. Die Einstellung zu mobilen Pumpen in Bezug auf Kosteneinsparungen ist aufgrund ihrer Unbeständigkeit generell anders: „Einfach eine Dieselpumpe auf der Baustelle abladen, ein paar Rohre verlegen und alles wird gut...“. Aber dann kommt es doch anders, was wertvolle Zeit und Ressourcen kostet.

Lebenszykluskosten dieselbetriebener mobiler Pumpen

Mit der Lebenszykluskostenmethode (LCC) lassen sich die während der Lebensdauer eines Produkts anfallenden Kosten leicht darstellen. Auffallend ist, dass die Kosten für den Kraftstoff zum Antrieb von dieselbetriebenen Pumpen den weitaus größten Teil (%) der LCC ausmachen. Sie können bis zu fünfmal höher sein als die Anschaffungskosten der Pumpe (Bhamare & Chao, 2019). 

Abb. 1: Lebenszykluskosten eines Pumpensystems über einen Zeitraum von 20 Betriebsjahren (Sullivan, 2016).

Figure 1: Life Cycle Cost of a pumping system over 20 years of operation (Sullivan, 2016)Bei mobilen Pumpen wird viel Geld für Kraftstoff und Ölservice verschwendet. Angesichts der steigenden Ölpreise auf dem Weltmarkt kann eine kleine Kraftstoffeinsparung pro Stunde das Betriebskostenmodell einer Pumpenflotte erheblich verbessern. Wir geben Ihnen fünf Tipps, wie Sie beim Einsatz mobiler Pumpen erhebliche Kosteneinsparungen erzielen können.


Tipp1. Die Auswahl der Pumpe sollte so erfolgen, dass diese so nah wie möglich am Wirkungsgradbestpunkt läuft.


Wie schon erwähnt, werden mobile Pumpensysteme in Bezug auf die Kosteneffizienz oft übersehen. Es ist jedoch möglich, erhebliche Einsparungen zu erzielen, indem man bei der Auswahl einer Pumpe den Wirkungsgradbestpunkt (Best Efficiency Point, BEP) zugrunde legt (Helmreich,2019)..

Beispiel: Eine temporäre Pumpanlage benötigt einen Betriebspunkt von 350 m³/h bei 28 mWc. Es gibt zwei verschiedene dieselgetriebene Pumpen, die für diese Aufgabe eingesetzt werden können. Eine BA150E D285 muss mit 1900 U/min laufen und eine BA180E D328 schafft es mit 1600 U/min. Vergleicht man die Leistungskurven beider Pumpen, wird deutlich, dass die BA150E die beste Wahl für diesen Betriebspunkt ist.

Die BA150E liegt mit einem Pumpenwirkungsgrad von 80 Prozent genau im Bestpunkt (Punkt besten Wirkungsgrades); der Kraftstoffverbrauch liegt bei einer- erforderlichen Leistung von 33 kW bei 9 Litern pro Stunde. Bei gleichem Betriebspunkt arbeitet die BA180E links vom Bestpunkt mit einem Pumpenwirkungsgrad von 68 Prozent. Infolgedessen beträgt die erforderliche Leistung 39 kW und der Kraftstoffverbrauch ist um mehr als 1,5 Liter pro Stunde höher.

“Die Auswahl einer Kreiselpumpe nach dem Wirkungsgradbestpunkt wird sich auch positiv auf die Lebensdauer der Pumpe auswirken und die Wartungskosten senken.”

Abb. 2: Leistungskurve BA150E D285


Tipp 2. Sorgen Sie für die richtige Motorlast


Das mag ein wenig technisch klingen, aber die richtige Beladung des Dieselmotors kann den Kraftstoffverbrauch um 10-15 % reduzieren. Die Motorenhersteller geben einen durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch in g/kWh pro Modell an. In Wirklichkeit hängt der spezifische Kraftstoffverbrauch jedoch von der Drehzahl und dem Drehmoment ab. Dies wird im folgenden Beispiel anhand eines Diagramms zum bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch erläutert (Helmreich, 2019).

Abb. 3: Beispiel für ein Diagramm des bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs (Brake Specific Fuel Consumption, BSFC).

Example of a Brake Specific Fuel Consumption (BSFC) diagram
Beispiel: Geht man vom Betriebspunkt 350 m³/h bei 28 mWc aus dem vorherigen Tipp aus, läuft eine BA150E D285 - Pumpe mit einem Hatz 4H50TICD-Motor bei 1900 U/min und einem Motordrehmoment von 170 Nm. Im BSFC-Diagramm ist ein spezifischer Kraftstoffverbrauch von 216 g/kWh angegeben.

Nehmen wir an, dass dasselbe Pumpenaggregat bei einem Betriebspunkt von 200 m³/h bei 20 MWc eingesetzt wird. Die Motordrehzahl muss auf 1500 U/min reduziert werden, wobei das Motordrehmoment auf 108 Nm sinkt. Das BSFC- Diagramm zeigt, dass der Kraftstoffverbrauch in einen ungünstigen Bereich, nämlich 240 g/kWh, übergeht, wodurch der Kraftstoffverbrauch um mehr als 10 % steigt. Mit abnehmendem Motordrehmoment wird der Kraftstoffverbrauch pro Kilowatt weiter ansteigen.

Anstelle eines großen Pumpenaggregats, das mit einer niedrigeren Drehzahl läuft, wäre es also effizienter, ein kleineres Pumpenaggregat zu wählen, das mit voller Drehzahl läuft. Außerdem ist die richtige Motorlast sehr wichtig für die Regeneration des Partikelfilters. Lassen Sie also den Motor die Arbeit machen.

Motordrehmoment

Bei elektronisch geregelten Motoren kann das reduzierte Drehmoment auf dem Armaturenbrett als Prozentsatz des verfügbaren Gesamtdrehmoments abgelesen werden. Das Drehmoment kann auch nach folgender Formel berechnet werden: Motordrehmoment M = 9550 * kW: U/min = in Nm.


Tipp 3. Wählen Sie den richtigen Leitungsdurchmesser


Mit dem optimalen Leitungsdurchmesser lassen sich bei jedem Pumpensystem beträchtliche Einsparungen erzielen. Dieser kann mit den Tools des Pumpenherstellers ermittelt werden.

Auf der Ansaugseite

Es ist wichtig, die Flussgeschwindigkeit unter 4 m/sec zu halten, um durch Pumpenkavitation verursachte Schäden zu vermeiden. Verwenden Sie die Tabelle Empfohlener Ansaugleitungsdurchmesser, um die geeignete Größe zu ermitteln.

Auf der Druckseite

Es ist wichtig, den Reibungsverlust so gering wie möglich zu halten. Ein hoher Reibungsverlust in der Leitung bedeutet, dass die Pumpe einen hohen Druck (TDH) liefern muss, was unnötig hohe Energiekosten zur Folge hat. Eine Möglichkeit, diese Kosten zu senken, besteht darin, das Leitungssystem zu optimieren. Verwenden Sie ein Tool zur Berechnung der Förderhöhe, das Sie bei diesem Entscheidungsprozess unterstützt (Ruuskanen, 2007).

Beispiel: Bei einem Projekt müssen 350 m³/h über eine horizontale Distanz von 150 Metern mit einem Höhenunterschied von 7 Metern gepumpt werden. Für diesen Anwendungsfall wird eine dieselbetriebene Abwasserpumpe BA150E D285 ausgewählt. Nun müssen Sie sich zwischen 6-Zoll- und 8-Zoll-Rohrleitungen entscheiden.

Bei einer 6-Zoll-HDPE-Leitung beträgt der erforderliche Pumpendruck 27 mWS. Bei einer 8- Zoll-HPDE-Leitung beträgt der erforderliche Pumpendruck nur 12 mWS. Bei 6-Zoll-Rohrleitungen muss das Pumpenaggregat mit maximaler Drehzahl laufen, wobei ein Kraftstoffverbrauch von etwa 9 Litern pro Stunde anfällt.
 
Bei Verwendung von 8-Zoll-Rohrleitungen mit einem kleineren Pumpenaggregat, das auf den Betriebspunkt abgestimmt ist, kann der Kraftstoffverbrauch jedoch gesenkt und bis zu 3 Liter pro Stunde eingespart werden.


Tipp 4. Nutzen Sie die automatische Start-/Stoppfunktion


Die mobilen Kreiselpumpen der BA-Serie sind serienmäßig mit einer automatischen Pegelregelung ausgestattet. Bei Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitspegels wird die Pumpe automatisch gestartet oder gestoppt. Dadurch lassen sich während der Lebensdauer der Pumpe enorme Kosten einsparen.

Beispiel: Eine dieselbetriebene Pumpe des Typs BA180KS D315 wird zur Aufrechterhaltung des Abwasserpegels bei Sanierungsarbeiten eingesetzt. Typische mobile Pumpen dieser Art verbrauchen bis zu 250 Liter Kraftstoff pro Tag (- bei 24 Stunden Betrieb). Oft ist dieser hohe Verbrauch nicht nötig. In Abwasserleitungen gibt es Spitzen und Täler im 24- Stunden-Zyklus. Nachts muss die Pumpe vielleicht nur eine Stunde lang laufen, und tagsüber gilt dasselbe, wenn nur wenige Menschen zu Hause sind.

Ein Pumpenaggregat mit automatischer Start-
/Stoppfunktion läuft nur einige Stunden, da die Pumpe erst dann zu pumpen beginnt, wenn der Schwimmerschalter einen vorgegebenen Wert erreicht.
 
Auf diese Weise werden nur 40 bis 50 Liter Kraftstoff pro Tag verbraucht. Neben der Kraftstoffeinsparung führt dies auch zu enormen Einsparungen bei der regelmäßigen Wartung des Pumpenaggregats.

Dazu müssen lediglich die mitgelieferten Schwimmerschalter am oberen bzw. unteren Flüssigkeitsstand installiert und der AUTO-Modus aktiviert werden. Dadurch läuft die Pumpe vollautomatisch und pumpt nur bei Bedarf.

Als Option ist ein automatischer Start/Stopp über einen Geber erhältlich.


Tipp 5. Verlängerte Wartungsintervalle


Verlängerte Wartungsintervalle sparen auf lange Sicht bares Geld. Für dieselbetriebene Standardpumpen empfehlen die Motorenhersteller Wartungsintervalle nach jeweils 500 Betriebsstunden. Bei Pumpenaggregaten mit DriveOn®-Technologie sind die Wartungsintervalle dagegen auf satte 1500 Stunden verlängert.

Beispiel: Die unten aufgeführten Zahlen und Vorteile basieren auf 30.000 Betriebsstunden (durchschnittliche Lebensdauer eines Dieselmotors) für eine Abwasserkreiselpumpe BA100K D193 mit DriveOn®-Technologie, bei der die Wartungsintervalle wie folgt verlängert werden:
  • 66 % seltenere Ölwechsel (20 Mal gegenüber 60 Mal) 
  • 25 % weniger Ölverbrauch (200 Liter gegenüber 270 Liter)
  • Der Ölfilter wird 40-mal seltener gewechselt (20-mal statt 60-mal) 
Verlängerte Wartungsintervalle sparen nicht nur Geld für Ölwechsel und Ersatzteile, sondern reduzieren auch die Arbeitskosten und die mit der Ölentsorgung verbundenen Umweltbelastungen. Auch indirekte Kosten (z.B. Stillstandskosten, entgangene Mieteinnahmen und Transportkosten) werden erheblich reduziert.

500-Dollar-Ölwechsel

Einige Pumpenanwender nennen es „500-Dollar-Ölwechsel“ statt „Ölwechsel nach 500 Betriebsstunden“. Bei 40 weniger Wartungsintervallen lässt sich der Gesamtnutzen sehr leicht berechnen...

Mit DriveOn® wurden nicht nur Einsparungen erzielt, sondern auch die Arbeitsbedingungen für die Mechaniker verbessert.

The DriveOn technology has improved the working conditions for mechanics.

Fazit

Je nach Kraftstoffpreis bringt eine Einsparung von 10 % der Kraftstoffkosten einen finanziellen Vorteil, der dem Anschaffungspreis eines neuen Pumpenaggregats entsprechen kann.

Die hier gegebenen Tipps helfen nicht nur, die Kosten zu senken, sondern leisten auch einen wichtigen Beitrag zum Umweltschutz. Je weniger Kraftstoff wir verbrauchen, desto weniger belasten wir die Umwelt mit Schadstoffemissionen.

Bäume entziehen der Luft CO₂ und wandeln es in Sauerstoff um. Ein einziger Baum kann in einemJahr etwa 25 kg CO₂-Emissionen aufnehmen (kompensieren). Das entspricht dem durchschnittlichen Ausstoß eines 4-Zylinder-Dieselmotors pro Stunde.

Derselbe 4-Zylinder-Dieselmotor kann während seiner Lebensdauer von etwa 30.000 Betriebsstunden mehr als 200.000 Liter Kraftstoff verbrauchen. Dies zeigt, welche Auswirkungen ein einziges Pumpenaggregat auf die Umwelt hat. Durch die Umsetzung der in diesem Whitepaper genannten Tipps können jedoch über die Lebensdauer eines Aggregats mindestens 10-15 % Kraftstoff eingespart werden. Dies bedeutet eine erhebliche Reduzierung der CO₂-Emissionen!

Literaturhinweise

Bhamare, Y.V. & Chao, C. (2019) Life Cycle Cost Analysis and Optimization of Wastewater Pumping System [Masterarbeit, KTH Institute of Technology]. Digitala Vetenskapliga Arkivet. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1342624/FULLTEXT01.pdf

Hemlreich, T. (2019, August 22) 7 Steps for High-Pressure Centrifugal Pump Efficiency. Pumps & Systems. pumpsandsystems.com/7- steps-high-pressure-centrifugal-pump-efficiency

Ruuskanen, A. (2007, Februar 14) Optimization of energy consumption in wastewater pumping [Materarbeit, Lappeenranta University of Technology]. LUTPub. https://lutpub.lut.fi/bitstream/handle/10024/30387/TMP.objres.519.pdf?sequence=1

Sullivan,  M. (2016, August 8). 5 Steps to Successful Pump Systems Optimization. Pumps & Systems. https://www.pumpsandsystems.com/5-steps-successful-pump-systems-optimization


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