SES in der chemischen Produktion: volle Leistung, halbe Energiekosten
Ein global agierender Hersteller von verschiedenen chemischen Produkten betreibt in Zwickau eine Produktionsanlage für Kunstharze und Kunstharzdispersionen. Die Experten vom SES System Effizienz Service® wurden 2022 beauftragt, die Kühlwasseranlagen in zwei Produktionsgebäuden auf Optimierungspotenziale hin zu untersuchen und Optionen für passende Maßnahmen zu erarbeiten.
Ein global agierender Hersteller von verschiedenen chemischen Produkten betreibt in Zwickau eine Produktionsanlage für Kunstharze und Kunstharzdispersionen. Die Experten vom SES System Effizienz Service® wurden 2022 beauftragt, die Kühlwasseranlagen in zwei Produktionsgebäuden auf Optimierungspotenziale hin zu untersuchen und Optionen für passende Maßnahmen zu erarbeiten.
Die Optimierung
Die Herausforderung:
Ein System aus geregelten und ungeregelten Pumpen in zwei Gruppen
Das zu untersuchende Pumpensystem für die Kühlwasseranlage teilt sich in zwei Pumpengruppen auf, die im System miteinander verbunden sind. In Pumpengruppe 1 arbeiten drei Pumpen vom Typ Etanorm – zwei davon starr, eine geregelt. In Pumpengruppe 2 arbeiten zwei Etanorm-Pumpen, eine starr und eine geregelt. Die Pumpen verfügen über unterschiedlich große Antriebe zwischen 30 und 45 kW.
Die Experten des SES System Effizienz Service® wurden damit beauftragt, das System tiefgehend zu untersuchen und Möglichkeiten zu Optimierung aufzuzeigen.
Zunächst wurden die Ziele der Analyse definiert:
- Analyse des Gesamtsystems und Identifizierung der Gesamteffizienz
- Darstellung der Pumpenkennlinien inkl. aktuellem Betriebspunkt/ -bereich
- Überprüfung der Leistungsaufnahme inkl. Wirkungsgrad
- Ausarbeitung von Handlungsempfehlungen, um einen zukünftig effizienten und sicheren Betrieb sicherzustellen
Daraufhin wurden durch die KSB-Experten verschiedene Messungen an unterschiedlichen Punkten durchgeführt, darunter Zulauf- und Enddruck, Drehzahl, Fördermengen und weitere Größen. Die Ergebnisse zeigten:
für den Normalbetrieb Pumpengruppe 1:
- Fördermenge der Pumpen betrug zwischen 0 und 465 m³/h
- Regeldruck der Sammelleitung: 5 bar
- Druck im Schlechtpunkt schwankt zwischen 0,5 und 3,2 bar
und für den Normalbetrieb in Pumpengruppe 2:
- Fördermenge zwischen 80 und 200 m³/h
- Regeldruck Sammelleitung: 6 bar
- Druck im Schlechtpunkt schwankt zwischen 1 und 4,6 bar
Zudem zeigten sich in der Anlage einige Probleme: Es entstanden Druckverluste durch die verbauten Rückschlagventile – diese waren zu klein dimensioniert. Zudem liefen einige Motoren an ihrer Leistungsgrenze.
Und: Es waren immer wieder Druckabfälle zu beobachten, die auf verschiedene Ursachen schließen ließen, darunter der Betrieb aus einer Mischung von starren und geregelten Maschinen.
Auf Basis eines Stromverrechnungspreises von 0,15 €/kWh und den bisherigen Betriebsparametern errechneten sich daraus Energiekosten von mehr als 125.000 € pro Jahr!
Hier gut zu erkennen: links Pumpengruppe 1 mit 2 Etanorm-Pumpen, rechts Pumpengruppe 2 mit 3 Etanorm-Pumpen.
Die Lösung
Umbau des Systems und neue, drehzahlgeregelte Motoren
Die KSB-Experten erarbeiteten folgendes Optimierungskonzept für den Kunden:
- Erweiterung der Rohrleitung zwischen Pumpe und Sammelleitung auf DN150
- Austausch der vorhandenen Rückschlagklappen inkl. neuer Einbauposition
- Abgleich Pumpen auf Laufräder mit maximalem Laufraddurchmesser (219 mm)
- Neue Motoren mit Frequenzumrichter mit min. 45 kW für drei der fünf Pumpen
- KSB Engineered Pumpenregelsystem inkl. Frequenzumformer, SPS mit KSB Software Baustein für den optimalen Pumpen-Betrieb
Leistungsmessungen im Schaltschrank
Das Ergebnis
Ein effizientes und sicheres System mit weniger CO₂-Ausstoß
Der Kunde entschied sich für eine Umsetzung der vorgeschlagenen Maßnahmen und profitiert jetzt von folgenden Vorteilen:
- Im Einzel- bzw. Zweipumpenbetrieb werden alle Betriebspunkte der PG 1 in energieeffizienter Fahrweise abgedeckt.
- höhere Druckverfügbarkeit im Netz und immer eine Pumpe in Reserve
- Alle Betriebspunkte von PG2 können nun von einer Pumpe abgedeckt werden
- Drehzahlregelung ermöglicht das Abfahren der Anlagenkennlinie
- höhere Druckverfügbarkeit im Netz und immer eine Pumpe in Reserve
- Insgesamt: höhere Anlagenverfügbarkeit bei konstantem Druck für alle Abnehmer
- Deutliche Reduzierung der Lebenszykluskosten
- Massive Energieeinsparung von knapp 50 %
- Signifikante Reduzierung des CO₂-Ausstoßes (knapp 150 Tonnen pro Jahr)
- Und deutlich mehr Betriebssicherheit
Energieeinsparung zum aktuellen Betrieb: knapp 50 %. Heißt rechnerisch: 59.100 € pro Jahr!
Zahlen | Daten | Fakten
Anwendungsbereich: Chemische Industrie
Projektjahr: 2021
Umfang: Untersuchung des Pumpsystems zur Kühlwasserversorgung
| vor Optimierung | nach Optimierung | |
| Energiebedarf [kWh/a]1,2 | 835.500 | 441.500 |
| Energiekosten [€/a]1,2 | 125.300 | 66.200 |
| Kosteneinsparung [€/a]2 | 59.100 | |
| Einsparpotenzial [%]2 | 47,2 | |
| CO₂-Emissionen [t/a]1,2 | 306 | 162 |
| Verringerung der CO2-Eimissionen [t/a]2 | 144 | |
Kapitalrückflusszeit [a] | 1,7 Jahre (PG 1) | |
Kapitalrückflusszeit [a] | 0,8 Jahre (PG 2) |
1 Zugrundeliegender Energiebezugspreis: 0,15 €/kWh
2 Produktionsgebäude 1 und 2 zusammengefasst
