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Heiße Einsparpotenziale in der Kühlwasserversorgung eines Chemiekonzerns
Viele chemische Prozesse benötigen eine konstante Betriebstemperatur. Dafür kommen mitunter komplex aufgebaute Kühlwasser-Systeme mit Wärmetauschern zum Einsatz – so auch bei einem großen internationalen Chemiekonzern. Die Experten des SES System Effizienz Service® erhielten den Auftrag, sich eine dieser energieintensiven Anlagen genauer anzusehen, auf Optimierungspotenziale hin zu untersuchen und Optionen für passende Maßnahmen zu erarbeiten.
Viele chemische Prozesse benötigen eine konstante Betriebstemperatur. Dafür kommen mitunter komplex aufgebaute Kühlwasser-Systeme mit Wärmetauschern zum Einsatz – so auch bei einem großen internationalen Chemiekonzern. Die Experten des SES System Effizienz Service® erhielten den Auftrag, sich eine dieser energieintensiven Anlagen genauer anzusehen, auf Optimierungspotenziale hin zu untersuchen und Optionen für passende Maßnahmen zu erarbeiten.
Die Optimierung
Eine über Jahre gewachsene Anlage, verteilt auf mehrere Gebäude und Stockwerke.
Die zu untersuchende Anlage zur Kühlwasserversorgung war historisch gewachsen und entsprechend komplex aufgebaut: Im Vorlauf fördern fünf ungeregelte Pumpen das Kühlwasser über drei Steigleitungen in mehrere Wärmetauscher – alles auf mehrere Gebäude und Stockwerke verteilt. Im Sommer laufen drei von den fünf Pumpen, im Winter zwei. Vor den letzten Verbrauchern in 15 m Höhe befinden sich zudem zwei permanent laufende Druckerhöhungspumpen. Die Verbraucher selbst sind teils mit Regelventil ausgestattet, teils nicht.
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:
- Ermittlung der Betriebsdaten der sieben verbauten Pumpen
- Darstellung der Pumpenkennlinie inkl. aktuellem Betriebspunkt/ -bereich
- Überprüfung der Leistungsaufnahme inkl. Wirkungsgrad
- Analyse des Gesamtsystems und Identifizierung der Gesamteffizienz
- Ausarbeitung von Handlungsempfehlungen, um einen zukünftig effizienten und sicheren Betrieb sicherzustellen
Die Energieeffizienz-Experten von KSB führten über einen Zeitraum von sechs Tagen verschiedene Messungen durch. Hier wurden Zulauf- und Enddruck der Pumpen, die Fördermengen, Leistungsaufnahmen sowie Druck- und Temperaturdifferenzen untersucht. Zudem wurden Sommer- und Winterbetrieb simuliert. Die Ergebnisse brachte Folgendes zutage:
über den Zustand der fünf Kühlwasserpumpen vom Typ Halberg WTS A 250 36 (feste Drehzahl, Drosselregelung)
- Die Pumpen laufen im Normalbetrieb (Sommer) in Überlast.
- Der Pumpenwirkungsgrad ist aufgrund von Überlastbetrieb und Verschleiß bereits auf ca. 55% reduziert.
- Die Pumpen laufen im Winterbetrieb außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs
über den Zustand der zwei Druckerhöhungspumpen vom Typ KSB Etanorm 125-250 (feste Drehzahl, Drosselregelung)
- Die Pumpen laufen im Normalbetrieb (Sommer) außerhalb ihres zulässigen Betriebsbereichs.
- Die Druckerhöhungspumpen erhöhen den Druck im Normalbetrieb nicht.
- Der Pumpenwirkungsgrad beträgt aufgrund von Überlastbetrieb und Verschleiß maximal nur noch 25 %.
Auf Basis eines internen Stromverrechnungspreises von 5ct/kWh und den bisherigen Betriebsparametern errechnen sich daraus Energiekosten von 198.500 € pro Jahr!
Die Datenanalyse ergab, dass die zu untersuchenden Kühlwasserpumpen mit deutlich reduziertem Wirkungsgrad arbeiten.
Die Lösung
Ein Austausch der Pumpen gegen neue, effizientere Modelle
Die KSB-Experten erarbeiteten folgendes Optimierungskonzept für den Kunden:
- Austausch aller fünf Pumpen zu Pumpen des Typs Etanorm E 350-300-375 mit 160 kW druckgekapseltem Motor für drehzahlgeregelten Betrieb
- Installation von fünf Frequenzumformern sowie einer übergeordneten, lastabhängigen Regelung
- Installation eines Bypasses um die Druckerhöhungspumpen, da diese im aktuellen Normalbetrieb nicht benötigt werden.
Auch die Druckerhöhungspumpe vom Typ KSB Etanorm 125-250 ohne Frequenzumwandler läuft mit reduziertem Wirkungsgrad
Das Ergebnis
Ein energieeffizientes und betriebssicheres System mit verringertem CO₂-Ausstoß
Der Kunde entschied sich für die Umsetzung mit folgenden Vorteilen:
- Erhöhte Betriebssicherheit dank optimierter Werkstoffe
- Betrieb der Pumpen im zulässigen Betriebsbereich bei bestmöglichem Wirkungsgrad
- Die aktuellen Fördermengen werden auch zukünftig erreicht
- Flexible Anpassung dank drehzahlgeregelten Pumpen
- Aufgrund ähnlicher Pumpencharakteristik war ein schrittweiser Umbau möglich
Einsparung zum aktuellen Betrieb: ca. 66,2%. Heißt rechnerisch: 133.300 € pro Jahr.
Die Betrachtung der Lebenszykluskosten im Vergleich zeigt: Trotz des eher geringeren Energiepreises von 5ct/kWh amortisieren sich die Investitionskosten bereits nach knapp 3 Jahren.
Zahlen | Daten | Fakten
Anwendungsbereich: Chemische Industrie
Projektjahr: 2021
Umfang: Untersuchung des Pumpsystems zur Kühlwasserversorgung. Installation von 5 drehzahlgeregelten Prozesspumpen inkl. regeltechnischer Optimierung. Außerbetriebnahme zweier Druckerhöhungspumpen.
Bestand | Optimiert | |
Antriebsleistung [kW] | 5 x 190, feste Drehzahl | 5 x 160, Drehzahlregelung |
Antriebsleistung [kW] | 2 x 22, feste Drehzahl | |
Energieeinsparung [%] | - | 66,2 |
Energieverbrauch [kWh/a] | 3.970.000 | 1.343.000 |
Emissionen [t Co₂ / a]1 | 1.453 | 492 |
| Strompreis [€ / MWh] | 50 | 50 |
Amortisationszeit [Jahre] | - | 2,8 |
1) Zugrundeliegender CO₂-Emissionsfaktor für den deutschen Strominlandsverbrauch: 366 g/kWh
