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Faltenbalgpumpen als Basis für Prozess- und Emissionsanalytik

|   Analysentechnik

Für zuverlässige Gasanalytik mit kurzen Ansprechzeiten ist in vielen Fällen eine Messgaspumpe nötig. Unter den angebotenen Bauarten am Markt ist das Prinzip der Faltenbalgpumpen besonders langlebig und wartungsarm. Bei der Auswahl des Modells stehen der Anwendungsbereich Ex/Nicht-Ex sowie der gewünschte Durchfluss als Kriterien im Mittelpunkt. Spezielle Ausführungen mit integriertem Bypassventil aus Edelstahl ermöglichen auch eine einfachere Verrohrung.

Zwar gibt es auch Gasanalytik-Anwendungen, in denen eine Messgaspumpe nicht notwendig ist – nämlich, wenn im Prozess ein ausreichend großer Überdruck herrscht und sich der Analysator sehr prozessnah aufbauen lässt. In allen anderen Fällen ist eine Messgaspumpe als Teil des Analysensystems Bedingung für eine akkurate Messung, insbesondere wenn kurze Ansprechzeiten gefordert sind. Beim Thema Überdruck klingt das trivial: ohne Überdruck kein Gasfluss zum Analysator. Der kommt in der Regel schon mit einer Zuführung von rund 60 l/h Messgas aus. Bei vielen Überdruck-Anwendungen ist dennoch eine Pumpe nötig, die das Messgas in ausreichend kurzer Zeit vom Gasentnahmeort zum Analysenschrank fördert. Leitungslängen von über 50 m sind hier keine Seltenheit. Das zu analysierende Gas erreicht den Analysator also unter Um-ständen mit großer Verzögerung, wenn es nicht via Pumpe in ausreichendem Volumenstrom dorthin gefördert wird.

Minimale Ansprechzeiten
Messgaspumpen mit Durchflussmengen von 400 Nl/h sorgen in zahlreichen Anwendungen mit nicht ausreichendem Prozessdruck dafür, dass die Ansprechzeit gering und damit der Prozess gut zu regeln bleibt. Der Prozessgasanalysen-Spezialist Bühler Technologies bietet zudem auch eine Reihe kleinerer, besonders kosteneffizienter Pumpen – mit 280 Nl/h Durchfluss – sowie größere mit Förderleistungen von 700 und 800 Nl/h an. Ein Modell eignet sich sogar für die Förderung von zweimal 800 Nl/h für Applikationen mit zwei getrennten Gaswegen oder solchen mit Bedarf an besonders hohem Fördervolumen von etwa 1500 Nl/h. Durch die hohen Flussraten lassen sich auch bei großen Leitungslängen geringe Ansprechzeiten realisieren, wie sie etwa für sicherheitsrelevante Prozessmessungen oder auch für Emissionsmessungen erforderlich sind.
Zweites wichtiges Kriterium bei der Pumpenauswahl ist der Anwendungsbereich. Wird die Pumpe im sicheren Bereich installiert und pumpt sie zudem nicht explosionsfähiges Gas, ist die Auswahl verfügbarer Modelle sehr groß. Einschränkungen gibt es bei Anwendungen im explosionsgefährdeten Bereich. Auch hier gibt es eine Vielzahl geeigneter Pumpenmodelle, die mit entsprechender Zulassung erhältlich sind. Spezielle Varianten, die C-Versionen einiger Baureihen sind zudem für das Fördern brennbarer Gase geeignet, dürfen jedoch nicht im Ex-Bereich aufgestellt werden. Hier ergibt sich ein Einsparpotenzial für einige Anwender, die die Möglichkeit haben, die Pumpe im sicheren Bereich zu installieren.

Kondensat: Feind der Membran
Bei allen Modellen setzt der Anbieter auf ein und dieselbe Funktionsart: Pumpen, die nach dem Faltenbalgprinzip arbeiten, im Gegensatz zu anderen Herstellern, die vorwiegend Membranpumpen im Angebot haben. Produktmanager Julian Kleineberg erläutert den Grund: „Die Faltenbalgtechnik birgt den Vorteil, dass man auf Dichtmittel in Form von Kleber oder ähnlichem verzichten kann. Dies erhöht die chemische Beständigkeit der Pumpe enorm. Auch wenn geringe Mengen Kondensat in der Pumpe anfallen sollten, ist eine einwandfreie Funktion gegeben.“
Bei Membranpumpen besteht immer die Gefahr, dass Kondensat den dort verwendeten Kleber anlöst, sodass eine Wartung erforderlich wird. Der aus einem Stück gefertigte PTFE-Faltenbalg wird dagegen ohne zusätzliche Dichtung Fläche auf Fläche mit dem Pumpenkopf verbunden. Falls mit Kondensatbildung zu rechnen ist, kann die Pumpe werksseitig mit gedrehtem Kopf geliefert werden. Die langlebige Konstruktion ermöglicht es dem Kunden auch, den Pumpenkopf mit wenigen Handgriffen selbst zu drehen, falls es sich im Analysenbetrieb als erforderlich erweist. Die Gasanschlüsse zeigen dann nach unten; Kondensat kann problemlos abgefördert werden – die Schwerkraft hilft nach.

Bypass-Ventil aus PTFE oder Edelstahl
Viele der Pumpenmodelle lassen sich mit einem integrierten Bypassventil ausstatten. Bei der Auslegung der Analysenmessstelle kann dann auf einen externen Bypass verzichtet werden. Bislang waren diese Bypassventile aus PTFE erhältlich – eine Variante, die insbesondere bei aggressiven Gasen erste Wahl ist, um Korrosion vorzubeugen. Eine Neuerung bei den Pumpenmodellen mit 400 Nl/h und 800 Nl/h Förderleistung ist die Ausführung des Bypassventils aus Edelstahl, das nur bei wenig korrosiven Gasen in Frage kommt. „Damit hat der Kunde die Möglichkeit der Verrohrung, die wir bei einem PTFE-Bypass nicht empfehlen“, erläutert Kleineberg. Die Erfahrung zeigt, dass bei Verrohrung der PTFE-Variante nach einiger Zeit und mehrmaligem Festziehen der Edelstahlverschraubungen im weichen PTFE Undichtigkeiten entstehen. Dies lässt sich mit dem Pumpenkörper mit Edelstahl-Bypassventil vermeiden.
Die Bühler-Messgaspumpen sind äußerst langlebig und robust. Kleineberg sagt: „Unsere Pumpen sind oft zehn, manche sogar 15 und mehr Jahre in Betrieb.“ Dazu ist selbstverständlich die sachgemäße Wartung unabdingbar, die sich jedoch bei den Faltenbalgpumpen im Wesentlichen auf den Faltenbalg und die Pumpenventile reduziert. Sie müssen regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls ausgetauscht werden. Für die Atex-Pumpen ist der Wartungsplan mit den vorgegebenen Intervallen verbindlich. Für die sicheren Anwendungen hängen die Wartungsintervalle stark von den jeweiligen Prozess- und Umgebungsbedingungen sowie der Gaszusammensetzung ab. Typischerweise sollte etwa der Balg nach rund 4.000 Betriebsstunden bzw. alle sechs Monate überprüft werden. Bei allen Pumpen kann der Kunde sämtliche Verschleißteile mit wenigen Handgriffen selber austauschen. Der Wechsel von Faltenbalg, Ein- und Auslassventilen sowie des O-Rings eines gegebenenfalls vorhandenen Bypass-Ventils ist unproblematisch und schnell erledigt. Als komplette Baugruppe werden bei Bedarf Stößel und Exzenter mit Kugellager – der sogenannte Kurbeltrieb – komplett getauscht. So kann die Pumpe viele Jahre lang betrieben werden; lediglich die Ausführungen mit Ex-Zulassung müssen gemäß des Wartungsplans nach einigen Jahren vom Hersteller überprüft werden.

Online-Produktfinder
Einen Überblick über das verfügbare Angebot an Messgaspumpen mit ATEX-Zone-1 und Zone-2-Zertifikat sowie für den nordamerikani-schen Markt mit Class 1 Division-2-Zulassung verschafft der Produktfinder. Als letzter Neuzugang im Portfolio ist hier die Messgaspumpe P1.3 mit FM-, ATEX-, IECEX- und Cl.1, Div.2-Zulassung zu nennen, die sich für Fördervolumina von 280 Nl/h eignet. Damit lassen sich auch diese kleinen Ausführungen in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 2 verwenden.

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