Die Problemstellung
Die Sanierung der Zulaufschnecken musste im laufenden Betrieb erfolgen. Im Normalbetrieb heben die Zulaufschnecken das Abwasser an und leiten es anschließend in die Kläranlage weiter.
Die anfallenden Wassermengen, sowohl Schmutz- als auch Regenwasser müssen somit für die Dauer der Sanierungsmaßnahme mittels einer Pumpanlage an den Zulaufschnecken vorbei zur Kläranlage gepumpt werden. Der QMax wurde durch die zuständige Aufsichtsbehörde auf 200 l/s festgelegt.
Das Anforderungsprofil
Technische Anforderung
Das einzusetzende Pumpwerk sollte nachfolgende Anforderungen erfüllen:
- QMax: 200l/s
- Einsatz 24/7 (24 Stunden, sieben Tage die Woche).
- Trockenlauf der Pumpanlage 24/7 (24 Stunden, sieben Tage die Woche).
- Niveauabhängige Ein-/Aus Schaltung der Pumpanlage mittels Meldesystem mit Hilfe einer ultraschallbasierten Wasserstandsmessung.
- Einsatz eines Rechens im Vorlauf baulicherseits nicht möglich.
- Tauchpumpen für Feststoffe geeignet.
- Tauchpumpen für Feuchttücher geeignet.
- Aufrechterhaltung des Pumpstromes auch bei Ausfall der Pumpe.
- Analysemöglichkeiten über Pumpleistung um zusätzliche Maßnahmen zu ergreifen.
- Backup-System bei Ausfall.
- Räumliche Begrenzung in Bezug auf die Abmessungen des Pumpenwerks entsprechend den Abmaßen des Zulaufs.
- Anpassung der Pumpleistung an anfallende Wassermengen
- Minimale Anlaufströme zur Vermeidung von Überlastungen des Stromnetzes
Betriebswirtschaftliche Anforderungen
Neben der rein technischen Lösung wurde auch nach einer möglichst kosteneffizienten Lösung gesucht.
- Anschlussverwendung. Einsatz des Pumpwerks auch für anderweitige Maßnahmen. (Hochwasserschutz, Kanalsanierung usw.)
- Möglichst hohe Mobilität des Pumpwerks.
- Minimaler Aufwand an Schulung und Unterweisung in das Pumpensystem.
- Einfache Handhabung und betriebssicherer Einsatz durch das Bedienpersonal.
- Minimaler Aufwand für Ein-und Ausbau bzw. Wartung des Pumpwerks im Idealfall mittels der kommunal vorhandenen Gerätschaften (Ladekran, Schaltkästen usw.)
Die Lösung
Hochleistungstauchpumpen von Hepp2
Zum Einsatz kam ein Pumpwerk mit insgesamt sieben Tauchpumpen. Vier davon waren hydraulisch betriebene Hochleistungstauchpumpen von Hepp2 mit einer Förderleistung von bis zu 63 l/s je Tauchpumpe. Diese erfüllten nicht nur die technischen, sondern auch alle betriebswirtschaftlichen Anforderungen.
Die vier Tauchpumpen wurden abhängig vom Wasserstand sukzessive zugeschaltet.
Der Aufbau
Grundlastpumpe mit 38 l/s
Als Grundlastpumpe kam eine bereits vorhandene Sulzer Tauchmotorpumpe mit 38 l/s im Dauerbetrieb zum Einsatz.
Absicherungspumpen
Als Absicherungspumpen wurden zwei vorhandene Tauchmotorpumpen mit jeweils 50 l/s eingebaut, die bei Bedarf zugeschaltet werden (Höhenstand Ein: 125 cm, Höhenstand Aus: 70cm). Die Maßnahme läuft aktuell noch. Bisher mussten die Absicherungspumpen nicht zugeschaltet werden.
Schaltzeitpunkte
Nachfolgende Grafik zeigt den Aufbau und die Schaltzeitpunkte für die jeweiligen Tauchpumpen
Aktuell ist nur der Einsatz der Tauchpumpen 0 bis 4 notwendig. Die Zuschaltung der Absicherungspumpen 5 und 6 war bisher nicht notwendig.
Nachfolgende Grafik zeigt die Entwicklung des Wasserstandes vom 29.03.2022 (11 Uhr) bis 30.03.2022 (11 Uhr). Am Wasserpegel sind die jeweiligen Ein- und Ausschaltpunkte der Tauchpumpen gut erkennbar.
Wie aus Graphik 1 ersichtlich, lief die Grundlastpumpe (0) durchgehend. Bei Bedarf wurde ab 40 cm die Pumpe (1), ab 45 cm die Pumpen (2) & (3) und ab 70 cm die Pumpe (4) zugeschaltet.
Aus Graphik 2 können die jeweiligen Ein-/Ausschaltpunkte in Abhängigkeit zum Wasserstand entnommen werden.
Sobald die jeweiligen Pumpen ihren Ausschaltzeitpunkt erreicht haben (siehe Graphik 1 bzw. 2), wurden sie entsprechend abgeschaltet.
Die Reservetauchpumpen (5) und (6) mussten bisher nicht zugeschaltet werden, da der Wasserstand maximal bei 70 cm lag und die Reservepumpen sich erst ab einem Wasserstand von 125 cm zuschalten.
6-fache Sicherheit
Das Pumpwerk hatte eine Pumpleistung von insgesamt 274 l/s.
(Grundlastpumpe (0) mit 1 x 38 l/s, die Hepp2 Tauchpumpen (1), (2), (3) und (4) von 4 x 34 l/s = 136 l und die zwei Absicherungspumpen (4) und (6) mit 2 x 50 l/s = 100 l/s und somit insgesamt 274 l/s.)
Der QMax von 200 l/s wird somit mehr als erfüllt.
Der vier zoll Hepp2 Tauchpumpenkopf (21kW)
Der vier zoll Tauchpumpenkopf besteht aus einem leichten, handlichen Aluminiumgehäuse und einem hydraulischen Hochleistungsmotor für eine rechnerische Antriebsleistung von bis zu 21kW (Ölvolumen/Druck: 40 l.p.m. bei bis zu 250 bar Druck).
Der Einsatz eines „Boosters“ für plus 40% Pumpleistung
Der Pumpstrom wurde direkt nach dem Pumpenabgang mittels eines sogenannten „Boosters“ auf zwei vier zoll formstabile Leitungen aufgeteilt. Hierdurch konnte das Pumpvolumen um rund 40% gesteigert werden.
Die geringen Abmaße (max. Durchmesser 50 cm) des Pumpenkopfes ermöglichten es, den zur Verfügung stehenden Raum mit insgesamt vier Pumpenköpfen parallel zu nutzen. Das geringe Gewicht (knapp 28 kg) ermöglichte den Einbau mittels eines betriebseigenen Ladekrans.
Elektrisch betriebene Hydraulikaggregate
Betrieben wurden die Hepp2 Tauchpumpen mittels vier elektrisch betriebenen Hochleistungsaggregaten von Hepp2 mit jeweils 11 kW Motorleistung. Die Aggregate verfügen über eine eigenständige schwimmerbasierte Ein-/Aus Steuerung. Die Motordrehzahl erfolgt mittels Frequenzsteuerung in vier Leistungsstufen.
Die Schwimmersteuerung der Aggregate war kompatibel zur schon vorhandenen Ultraschallmeldeanlage.
Der Anschluss erfolgte in Eigenregie durch die hauseigenen Elektriker. Die Aggregate verfügen alle über ein Fahrgestell und teleskopierbare Handgriffe für den Transport mittels Hand. Der ebenfalls vorhandene Kranhaken ermöglichte auch den Transport mittels Ladekrans.
Das geringe Gewicht von rund 125 kg in Verbindung mit den geringen Abmaßen von Länge x Breite x Höhe: 81x63x70 cm ermöglichte somit eine einfache Platzierung der Aggregate vor Ort, per Hand und ohne speziellen Lade- bzw. Autokran.
Die Verrohrung
Nachfolgende Bilder zeigen die Verrohrung des Pumpwerks mittels handelsüblichen 4 zoll Rohren bzw. formstabilen Schläuchen.
Erfahrungsbericht
Aufbau, Installation, Betrieb
Das Pumpwerk erfüllt alle Erwartungen. Sowohl der Betrieb im 24/7 Modus ( 24 Stunden 7 Tage die Woche). Der Wasserpegel wurde kontinuierlich mittels eines ultraschallbasierten Meldesystems überwacht. In Abhängigkeit des Wasserstandes und der Anzahl der betriebenen Pumpenköpfe konnte somit sofort festgestellt werden, ob und welche Maßnahmen erforderlich sind.
Die Ursache für einen steigenden Wasserpegel, trotz Betrieb der Tauchpumpen unter Volllast, war in der Regel eine Blockade des Pumpenkopfes durch Feuchttücher.
Die betreffenden Pumpen wurden in diesem Fall entnommen, vor Ort gereinigt und wieder eingebaut. Die Reservepumpen fünf und sechs mussten bisher nicht zugeschaltet werden.
Feuchttücher, ein bekanntes Problem
Die Problematik
Mit steigendem Anteil von Feuchttüchern wurden die Ausfallintervalle der Pumpenköpfe extrem verkürzt. Nachfolgende Bilder zeigen den Tauchpumpenkopf nach nur 10 Minuten Laufzeit.
Die Lösung
Die Verzopfungen zeigen deutlich, dass sich diese, offensichtlich ausgehend vom Korb der Pumpe, anschließend bis ins innere der Tauchpumpe fortsetzten. Der Kläranlagenverantwortliche entschied sich zu testen, inwieweit die Demontage des Siebes eine Verbesserung bei den Verzopfungen bringen könnte.
Kleine Maßnahme große Wirkung
Hierzu wurde der Sieb demontiert und stattdessen vier ca. 10 bis 15 cm lange Schrauben montiert. Die Schrauben stellen sicher, dass die Tauchpumpenöffnungen immer ausreichend Abstand zum Beckenboden haben.
Nachfolgendes Bild zeigt die Tauchpumpe ohne Korb nach dem Betrieb im 24/7 Einsatz am Wochenende. Die Inbetriebnahme erfolgte an einem Freitag um 19.00 Uhr. Die Entnahme zur Kontrolle erfolgte am folgenden Montag um 7 Uhr (knapp 3 Tage ununterbrochener Laufzeit)
Diese einfache und kostengünstige Maßnahme hat das Wartungsintervall von knapp 10 Minuten auf theoretisch „unendlich“ erhöht. Durch diese Maßnahme konnte die Problematik der Bildung sogenannter „Zöpfen“, bestehend aus Feuchttüchern, gelöst werden. Die Hochleistungstauchpumpen von Hepp2 können erhebliche Anteile von Feuchttüchern verarbeiten, ohne Einsatz eines aufwendigen Schneidwerks. Das in der Tauchpumpe „integrierte Mahlwerk“ stellt sicher, dass Feuchttücher den Pumpstrom nicht unterbrechen können.
Chronologische Bewertung
Vorbemerkung
Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Artikels war die Sanierungsmaßname nicht beendet. Somit werden nachfolgend die wichtigsten Erkenntnisse des Betreibers chronologisch dargestellt.
Die Aufbau und Installationsphase
Sowohl die Aufbau, als auch die Installationsphase des Pumpenwerks war unproblematisch.
Anlaufphase des Pumpwerks
In der Anlaufphase des Pumpwerks zeigte sich, dass die im Abwasser befindlichen Feuchttücher innerhalb kürzester Zeit (10 Minuten) die Pumpleistung der Tauchpumpen bis auf Null reduzierten.
Die Entfernung der Feuchttücher war verhältnismäßig einfach. Durch das geringe Gewicht konnten die betroffenen Tauchpumpe(n) mit geringem Aufwand entnommen werden.
Nach Entfernung der Feuchttücher konnte die jeweilige Tauchpumpe wieder eingebaut werden und sofort wieder in Betrieb genommen werden.
Nach Entfernung der Körbe an den Hepp2 Tauchpumpen wurde dieses Problem weitgehend auf Null reduziert.
Ein rund um die Uhr Betrieb übers Wochenende war ohne Ausfall möglich.
Erfahrung in den ersten zwei Wochen Laufzeit
Nach rund zwei Wochen Laufzeit zeigte sich, dass die Grundlastpumpe (0) im Dauerbetrieb durchgehend läuft.
Die auftretenden Wasserstandsschwankungen wurden bisher ausschließlich durch die vier Hepp2 Tauchpumpen bewältigt. Wobei hier durch die vier frequenzgesteuerten Elektromotoren der Hepp2 Hydraulikaggregate sogar die Pumpeleistung zweier Tauchpumpen anstatt mit 34 l/s auf auf 24 l/s reduziert wurde.
Die Tauchpumpen (1) und (2) wurden mit 24 l/s und die Pumpen (3) und (4) mit einer Förderleistung von 34 l/s betrieben. Lediglich bei erwarteten Starkregenereignissen wurde die Leistung für alle Tauchpumpen auf 34 l/s erhöht. Die Grundlast- und die Reservepumpen ((0),(5) und (6)) waren bezüglich ihrer Förderleistung nicht regulierbar.
Durch die Reduzierung der Pumpleistungen der Pumpen (1) und (2) wurden die Pumpintervalle verlängert und somit die Ein-/Ausschaltzeitpunkte erheblich reduziert, mit dem Ziel, das sogenannte Takten zu minimieren.
Die sechsfache Redundanz hat sich bewährt. Selbst wenn bis zu sechs der sieben Tauchpumpen ausfallen würden, könnte der Wasserpegel von der letzten verbleibenden Tauchpumpe gehalten werden.
Personal-, Wartungs und Reparaturkosten entscheidend reduziert
Es bleibt festzuhalten, dass die Wahl auf ein Pumpwerk mit sechsfacher Redundanz die richtige Entscheidung war. Insbesondere stellte sich heraus, dass die Personalkosten insbesondere Nachts und/oder am Wochenende entscheidend reduziert werden.
Die Grundlastpumpe (0) war so platziert, dass bisher kein Ausfall durch Feuchttücher zu beklagen war.
Im Falle einer Störung bei den Hepp2 Tauchpumpen, bis hin zum Totalausfall der Tauchpumpen durch zum Beispiel Feststoffe, war es bisher so, dass in keinem Fall alle Hepp2 Tauchpumpen ausfielen bzw. dass der Wasserstand auf über 125 cm anstieg. Die Reservepumpen (5) und (6) mussten bisher nicht aktiviert werden.
Alle Hepp2 Tauchpumpen konnten auch bei vollständigem Zusetzen durch Feuchttücher weiterlaufen. Weder die Tauchpumpe noch der Elektromotor nahmen Schaden.
Selbst dann nicht, wenn die Hepp2 Tauchpumpen bis zu 72 Stunden durch Feuchttücher blockiert waren (Wochenendbetrieb)
Es reichte somit vollkommen aus, dass die Mitarbeiter der Tagesschicht unter der Woche, zu vorher festgelegten Kontrollterminen, die Funktion der Tauchpumpen überprüften und gegebenenfalls Blockaden durch Feuchttücher entfernten.
Eine personal- und kostenintensive Überwachung und Wartung der Tauchpumpen insbesondere am Wochenende und Nachts entfällt vollkommen.
Die dafür eingeplanten nicht unerheblichen Mittel für Personal-, Wartungs- und Reparaturkosten fielen somit bisher nicht an. Die dadurch generierten Ersparnisse erhöhen die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Pumpwerks zusätzlich. Gleichzeitig werden sowohl Leistung und Betriebssicherheit maximiert.
Anhang
Überblick eingesetzter Gerätschaften
Hepp2
- Hydraulikaggregat:
- Elektromotor, 3 x 400 V / 35 A/ 50 Hz, 11 kW, 32 Ampere-Stecker, Standardeinstellung ist 20-30-34 l.p.m. bei 170 bar, Einstellbar auf 20, 30 od. 34 l.p.m.
- Kühlung Hydrauliköl: wartungsfreier Ringkühler, Gewicht ca.: 125 kg, Maße ca.: 690 x 580 x 800 mm, inklusive ON/OF Ventil Hydraulikkreislauf
- Folgende Einstellungen sind möglich:
- EU:
- 32 Ampere / 20, 30 oder 34 l.p.m. bei 170 bar.
- 16 Ampere / 20, 30 oder 34 l.p.m. bei 170 bar (Peitsche 16 auf 32 Ampere)
- Schweiz:
- 24 Ampere /20, 30 oder 34 l.p.m. bei 170 bar.
- 16 Ampere / 20, 30 oder 34 l.p.m. bei 170 bar (Peitsche 16 auf 32 Ampere)
- EU:
- Die Litermenge lässt sich auf 20, 30 oder 34 l.p.m. einstellen.
- Die Anlage wird ausschließlich mit 32 Ampere Stecker geliefert. Der Betrieb mit 16/24 Ampere muss über spezielle Peitschen erfolgen. Softstartelektronik ermöglicht den Betrieb auch bei 16 (20-30-34 l.p.m.)/24(20-30-34 l.p.m.) Ampere.
- Es können sowohl synthetische als auch Bioölsorten verwendet werden.
- Ein-Ausschaltung durch Meldesystem Wasserstand
- Tauchpumpe:
- 4″ Schmutzwasserpumpe
- Fördert Feststoffe bis zu 74 mm Durchmesser
- Ölbedarf: 20-40 l.p.m. bei bis zu 250bar
- Gewicht ca. 27,7 kg, (schmutzwassergeeignet)
- Fördert bis zu 215 m(3)/h – 63 l.p.s
- Maximale Förderhöhe: 26 m
- Länge x Breite x Höhe: ca: 500 x 380 x 400 mm
- Korbhöhe: 100mm
- Wasserabgang: 4″ Gewinde, innen NPT
- Leerlauffähig: (Ja)
- Erhöhung der Abförderleistung und Verringerung des Staudruckes mittels „Booster 4 zoll“
Kommune
- Ladekran
- Abrollcontainer
- Festverrohrung 4 zoll
- Perrot-Kupplungen
- Meldesystem Wasserstand mittels Ultraschall
Links
- https://www.hepp2.de/de/hwp/index.html (Übersicht Tauchpumpen)
Kontaktdaten Hepp2
Hysypro AG
Herr Karl-Heinz Kastenmüller
Hauptstrasse 8
6386 Wolfenschiessen
Deutschland
Telefon: +49 8431 6788-45
Schweiz
Telefon: +41 917-868-040
Telefax: +41 917-868-049
E-Mail: khk@hysypro.com
Internet: http://www.hepp2.com