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Bei fast jedem industriellen Prozess mit Flüssigkeiten kommt irgendwann eine Pumpe zum Einsatz. Von der Öl- und Gasförderung in der Tiefsee bis hin zur DNA-Sequenzierung werden Pumpen für eine Vielzahl von Produktionsaufgaben eingesetzt. Unabhängig vom Pumpendesign oder der Pumpengröße sind jedoch Zuverlässigkeit und Effizienz der Schlüssel zu jeder Anwendung. Die Minimierung von Ausfallzeiten und Betriebskosten ist für die moderne Industrie von entscheidender Bedeutung. Wer große Industriepumpen einsetzt, steht vor besonderen Herausforderungen. Erstens arbeiten sie oft unter rauen Umgebungsbedingungen. Zweitens müssen sie eine hervorragende Pumpenleistung aufrechterhalten und gleichzeitig ständig der Gefahr von Korrosion und Abrieb ausgesetzt sein. Mit einem besseren Verständnis dieser Produktionsprozesse und der Techniken zur Lösung von Herausforderungen im Produktionsprozess können Benutzer ein kostengünstigeres Pumpensanierungsprogramm umsetzen. Korrosion Im Allgemeinen wird die chemische Reaktion zwischen der Oberfläche eines Teils und der durch die Pumpe fließenden reaktiven Flüssigkeit als Korrosion definiert. Korrosion lässt sich in zwei Kategorien einteilen: Allgemeine oder gleichmäßige Korrosion und örtliche Korrosion, letztere wie Lochfraß und Spaltkorrosion. Nicht rostfreie Stahlmaterialien sind hauptsächlich von gleichmäßiger Korrosion betroffen, während Metalle, die eine Oxidschicht bilden, die an der Oberfläche haftet und die Oberfläche passiviert, anfällig für lokale Korrosion sind. Strömungsbeschleunigte Korrosion Unter strömungsbeschleunigter Korrosion (FAC) versteht man die Entfernung schützender Oxidschichten von Metalloberflächen. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses wird vom Sauerstoffgehalt, der Durchflussrate und in gewissem Maße vom Chlorgehalt beeinflusst. Die durch die hohe Karbonathärte des Wassers entstehende Kalkschicht kann die FAC schwächen oder sogar verhindern. Beschichtungstechnologie verbessert Pumpenleistung und Haltbarkeit. Der Einfluss von Sauerstoff ist in den folgenden Beispielen zu sehen: In Wasser mit einem Sauerstoffgehalt unter 20 ppb (parts per billion) und einer Fließgeschwindigkeit von etwa 15 m/s beträgt die Korrosionsrate typischerweise etwa 0,01 mm/Jahr. Steigt jedoch der Sauerstoffgehalt, erhöht sich die Korrosionsrate auf mehrere mm/Jahr, was erhebliche Herausforderungen für den industriellen Produktionsprozess mit sich bringt. Glücklicherweise verursacht FAC nur bei Weichstahl und Gusseisen echte Probleme. Durch eine Erhöhung des Chromgehalts oder die Verwendung von Edelstahl wird die Anfälligkeit für strömungsbeschleunigte Korrosion weitgehend beseitigt. Abrieb Beim Fördern von Flüssigkeiten, die abrasive Materialien wie Sand enthalten, unterliegen Pumpen starkem Abrieb, insbesondere in Bereichen mit hohen Durchflussraten. Dieses Phänomen ist in der Öl- und Gasindustrie weit verbreitet. Bei solchen Anwendungen wird häufig eine Spritzenpumpe verwendet, um Wasser zurück in das Ölfeld zu drücken und so den Druck aufrechtzuerhalten, der zum Heben des Öls an die Oberfläche erforderlich ist. Im Wasserstrom mitgerissener Sand verursacht Verschleiß an der Pumpe, und hohe Betriebsdrücke verschärfen das Verschleißproblem. Aus rein konstruktiver Sicht haben Pumpenhersteller in diesem Bereich zur Minimierung des Abriebs zwei Möglichkeiten zur Auswahl:: •Reduzieren Sie die Durchflussmenge überall in der Pumpe oder • Konstruieren Sie die Pumpe so, dass die Durchflussmenge der Flüssigkeit durch den engen Betriebsspalt geringer ist. In Fällen, in denen Abrieb-Korrosions-Phänomene erkennbar sind, ist die Anwendung spezieller Beschichtungen die beste Lösung. In den meisten Fällen schränken jedoch die von der Anwendung geforderten Spezifikationen die Implementierung einer der oben genannten Lösungen ein. Eine bewährte Lösung für diese Anwendungen ist das Aufbringen einer hochabriebfesten Beschichtung auf ausgewählte Bereiche der Pumpe. Abrieb-Korrosion Unter Bedingungen, bei denen sowohl Abrieb als auch Korrosion vorhanden sind, können die Schädigungsmechanismen sehr komplex werden und von der Art des Substrats und der Chemie der Flüssigkeit abhängen. Korrosion kann zur Bildung einer schwach haftenden Oxidschicht auf der Oberfläche des Substrats führen, wodurch das Substrat anfällig für Abrieb wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Korrosion die Passivierungsschicht zerstören kann, was zu einer Oberflächenaktivierung des Materials führt und dadurch die Korrosion beschleunigt. In solchen Fällen sind Oberflächenschutzmechanismen oft die beste und einzige Option. Kavitation Kavitation ist das häufigste Problem bei Pumpenlaufrädern. Sie wird durch Druckunterschiede verursacht und kann am Pumpenkörper oder Laufrad auftreten. Wenn der lokale Druck unter den Sättigungsdruck der gepumpten Flüssigkeit fällt, führt der plötzliche Druckabfall in der Flüssigkeit dazu, dass die Flüssigkeit verdampft und sich in Dampf verwandelt. Verhindern Sie Kavitationsschäden, indem Sie die Eigenschaften des Pumpensystems ändern. Durch den Druckabfall entstehende Blasen strömen beim Fließen der Flüssigkeit an den Laufradschaufeln vorbei. Wenn die Blase in einen Bereich gelangt, in dem der lokale Druck größer als der Sättigungsdruck ist, platzt die Blase plötzlich und erzeugt eine Stoßwelle. Dieses Phänomen kann im Laufe der Zeit zu erheblichen Schäden am Laufrad und/oder am Pumpengehäuse führen. In den meisten Fällen ist es besser, das Auftreten von Kavitation zu verhindern, als zu versuchen, die Auswirkungen der Kavitation auf die Pumpausrüstung zu verringern. Dies wird in der Regel durch eine der folgenden drei Maßnahmen erreicht:: •Saughöhe erhöhen • Flüssigkeitstemperatur senken • Erforderliche Dampferosionshöhe (NPSHR) reduzieren In Situationen, in denen Kavitation nicht vermieden werden kann oder in denen das Pumpsystem interner Zirkulation oder übermäßigen Turbulenzen ausgesetzt ist, kann es erforderlich sein, die Pumpenkonstruktion zu überprüfen oder mögliche Schäden an der Pumpe durch Verwendung eines maßgeschneiderten Beschichtungssystems zu minimieren. Richtige Materialauswahl Für Pumpenhersteller ist es von entscheidender Bedeutung, bei der Herstellung von Pumpen das am besten geeignete Grundmaterial zu verwenden, um Korrosionsprobleme zu mindern. Bei einigen Anwendungen, bei denen aus Kostengründen Kohlenstoffstahl oder Gusseisenwerkstoffe bevorzugt werden, können die Korrosionsraten für diese Anwendungen sehr genau abgeschätzt werden. Basierend auf der akzeptablen jährlichen Korrosionsrate kann die Lebensdauer der Pumpe vorhergesagt und in die Wartungskosten der Anwendung einbezogen werden (öffentliche Darstellung: Pump Steward). Wenn Kavitation unvermeidbar ist, sollte ein kundenspezifisches Beschichtungssystem verwendet werden. Wenn die erwarteten Korrosionsraten nicht akzeptabel sind, muss das Pumpenmaterial auf Edelstahl umgestellt werden, was zu höheren Kosten führt. Wenn diese erhöhten Kosten nicht akzeptabel sind, besteht die Alternative in der Verwendung fortschrittlicher Beschichtungen, die auf die Eigenschaften der jeweiligen Anwendung zugeschnitten sind. Wird für eine Anwendung Edelstahl als Grundmaterial gewählt, kann die Lebenserwartung der Pumpe deutlich, teilweise sogar unbegrenzt, verlängert werden. Eine ausreichend lange Lebensdauer kann jedoch nur gewährleistet werden, wenn die richtige Edelstahlsorte für die jeweilige Anwendung ausgewählt wird, die Pumpe sorgfältig konstruiert wird und die Pumpe gemäß den erforderlichen Flüssigkeitsspezifikationen verwendet wird. Sobald Partikel in die Flüssigkeit gelangen, ist besondere Vorsicht geboten. In diesem Fall ist sogar Edelstahl anfällig für Korrosion, da durch die Zerstörung der Passivierungsschicht das Grundmaterial aktiviert wird und anfängt zu korrodieren. Die Passivierungsschicht kann in der Regel wiederhergestellt werden, doch wenn der Chloridgehalt zu hoch oder der pH-Wert zu niedrig ist, bleibt das Material möglicherweise aktiv und die Korrosion setzt sich fort. Eine weitere häufige Ursache für Korrosion bei Edelstahlpumpen ist Stagnation aufgrund von Prozessunterbrechungen oder intermittierendem Betrieb. Eine weitere Gefahr für Edelstahl ist Chlor, das hauptsächlich zur Hemmung des biologischen Wachstums in Pumpen oder Verbindungsleitungen eingesetzt wird. Niedrige Chlorkonzentrationen von etwa 2 ppm haben kaum Auswirkungen auf Edelstahl. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, wie und wo das Chlor in den Wasserfluss eingebracht wird, um eine Beschädigung der Schutzschicht aufgrund einer zu hohen Konzentration an einer Stelle zu vermeiden. Durch unbeabsichtigte Korrosion können die guten Erwartungen an die längere Haltbarkeit von Edelstahl im Vergleich zu billigeren Kohlenstoffstahlmaterialien leicht zunichte gemacht werden. Es ist sehr wichtig, die folgenden zwei Aspekte bei Schutzbeschichtungen zu verstehen: Erstens, ob das Auftragen einer Schutzbeschichtung tatsächlich die Leistung und Lebensdauer der Pumpe verbessert, und zweitens, ob die Kosten der Beschichtung tatsächlich geringer sind als die Kosten für Materialaufrüstungen. In den meisten Fällen versuchen Pumpenhersteller, die Anforderungen des Produktionsprozesses zu erfüllen, indem sie die für die Anwendung am besten geeigneten Materialien verwenden und Beschichtungen nur als Ersatzlösung verwenden. Polymerbeschichtungen wie geschmolzenes Epoxidharz können mittels Wirbelschicht- oder elektrostatischer Beschichtung auf Pumpenkomponenten aufgetragen werden. Solange die Beschichtung nicht beschädigt ist, bieten sie einen guten Korrosionsschutz. Als Polymerbeschichtung ist sie auf Bedingungen mit geringem Durchfluss beschränkt und wird typischerweise in Reinwasseranwendungen eingesetzt, wo sie durch Glättung der Pumpenoberflächen auch die hydraulische Leistung verbessern kann. Die Zusammenarbeit mit erfahrenen Werkstoffingenieuren trägt dazu bei, dass der Endbenutzer die am besten geeignete Lösung erhält. Allerdings sind für Rohre geeignete Beschichtungen möglicherweise nicht für Pumpenanwendungen geeignet, bei denen die Durchflussraten viel höher sind, enge Kanäle den Durchfluss konzentrieren und bewegliche Teile schwer zu schützen sind. Daher sind viele der in Rohrleitungen üblichen Methoden (z. B. elektrischer Korrosionsschutz) für Pumpen nicht geeignet. In diesen Fällen wird die Beschichtung in bestimmten Bereichen aufgetragen, in denen mit erhöhtem Verkehr oder Stoßschäden zu rechnen ist (z. B. 90-Grad-Kurven). Robuste Beschichtungen werden typischerweise mit Sprühverfahren wie Luftplasmaspritzen (APS) oder Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoffspritzen (HVOF) aufgetragen. Welche Spritzmethode genau gewählt wird, hängt von der gewünschten Schichtdicke und Lackzusammensetzung ab. Karbidbeschichtungen, die mithilfe von Hochgeschwindigkeits-Sauerstoffflammenverfahren abgeschieden werden, sind sehr verschleißfest. Bevorzugt wird Wolframkarbid in Kombination mit einer Kobalt-, Nickel- oder Kobalt-Chrom-Matrix verwendet. Durch Verbesserungen bei Pulver- und thermischen Spritzverfahren verfügt das Material nicht nur über eine gute Verschleißfestigkeit und Zähigkeit, sondern auch über eine gute Korrosionsbeständigkeit. Das thermische Spritzverfahren kann auf die meisten Substrate angewendet werden, es handelt sich jedoch um ein „Sichtlinien“-Verfahren, das die Beschichtung komplex geformter Teile wie Laufräder schwierig macht. Für komplexe Teile, die mit thermischen Spritzverfahren schwer zu beschichten sind, kann das CVD-Verfahren eingesetzt werden, das sehr harte Schichten bilden kann, allerdings muss dieser Prozess bei Temperaturen über 850 °C durchgeführt werden. Solche hohen Temperaturen schränken die Auswahl an Substraten ein, da es während der Abkühlphase zu Strukturveränderungen und partiellen Verformungen kommen kann. Nicht alle Beschichtungen sind gleich Beschichtungssysteme wirken sich positiv auf die Verbesserung der Leistung und Haltbarkeit von Pumpen aus, weshalb es eine große Anzahl an Beschichtungsdienstleistungen gibt. Rohstoffe und Grundausrüstung können relativ einfach beschafft und zur Beschichtung verschiedener Arten von Ausrüstung verwendet werden. Am Beispiel der HVOF-Beschichtung hängt ihre Qualität jedoch hauptsächlich von Spritzparametern wie Materialtemperatur, Beschichtungsgeschwindigkeit, Beschichtungsrate und der Qualität der verwendeten Ausrüstung ab. Das korrekte Auftragen mancher Beschichtungen dieser Art dauert einige Zeit, was sich unweigerlich auf die Endkosten der Pumpenreparatur auswirkt. Eine Erhöhung der Abscheidungsrate erhöht jedoch die Spannung innerhalb der Beschichtung, was im Laufe der Zeit zu einer Verschlechterung der Beschichtungsleistung und einem vorzeitigen Ausfall führen kann. Pumpenhersteller wie Sulzer und ihre Beschichtungslieferanten haben Jahre damit verbracht, die von ihnen verwendeten Beschichtungsverfahren und -anlagen zu entwickeln ； Nur wenn Sie umfassende Kenntnisse und Erfahrungen mit dem Prozess haben, können Sie ihn verbessern. Der Endprozess jeder Beschichtung wird streng überwacht und geschützte Informationen stellen sicher, dass jeder Kunde weltweit die gleiche Beschichtungsqualität erhält. Um die Bedeutung dieser Verfahren, insbesondere bei Pumpenanwendungen, zu veranschaulichen, betrachten Sie den Prozess des Ein- und Ausbaus eines Laufrads. In vielen Fällen ist es notwendig, das Laufrad zu erwärmen, damit es auf die Antriebswelle montiert oder von dieser entfernt werden kann. Dieser Schrumpfvorgang kann dazu führen, dass die Beschichtung bei routinemäßigen Wartungsarbeiten beschädigt wird. Sulzer stellt sicher, dass seine Beschichtungstechnologie diesem Temperaturschock standhält und weiterhin einen dauerhaften Korrosionsschutz bietet. Wartung herkömmlicher Geräte Moderne Beschichtungstechniken können im Rahmen eines Sanierungsprogramms auf herkömmliche Geräte angewendet werden, um die Lebensdauer der Pumpe zu verlängern. Das Aufbringen einer neuen Beschichtung im Rahmen eines Sanierungsprojekts kann die Leistung und Zuverlässigkeit vorhandener Geräte erheblich verbessern. Letztendlich liegt der Schlüssel zu einem erfolgreichen Korrosionsschutzprogramm darin, die Anwendung vollständig zu verstehen und alle verfügbaren Informationen zu nutzen, um die am besten geeigneten Maßnahmen zu ermitteln. Für diejenigen, die ihre vorhandenen Anlagen sanieren möchten, gibt es eine Reihe von Verbesserungen, die sie vornehmen können, um die Lebensdauer zu verlängern und die Pumpenleistung zu verbessern. Wenn ein neues Pumpendesign erforderlich ist, besteht die Möglichkeit, das am besten geeignete Substrat und optimale Beschichtungssystem zu ermitteln, um die Haltbarkeit der Pumpe zu erhöhen. Da die Beschichtungstechnologie in Zukunft weiter voranschreitet, werden Endverbraucher in der Lage sein, maßgeschneiderte Beschichtungen auszuwählen, die während des Herstellungsprozesses aufgetragen werden können. Doch selbst mit den fortschrittlichsten Beschichtungen müssen Beschichtungsverfahren entwickelt werden, um Beschichtungen auf die komplexen Innenflächen von gegossenen Laufrädern und Spiralen aufzutragen. Daher bleibt dies der „Heilige Gral“ des Pumpendesigns, und sobald diese Herausforderung gemeistert ist, werden die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Industriepumpen weiter verbessert. Die Betriebskosten können durch die richtige Verwendung von Substraten und Schutzbeschichtungen sowie durch ein besseres Pumpendesign minimiert werden, um eine umfassende und kostengünstige Pumpenlösung bereitzustellen.