Anwendungsverfahren im Bergbau


Fitnesskur für verockerte Pumpen im Bergbau

Stichwort: Braunkohle Mit einer Fördermenge von fast 182 Millionen Tonnen (2004) ist die Braunkohle zu über 40 Prozent an der Primärenergiegewinnung Deutschlands beteiligt und damit wichtigster heimischer Energieträger. Durch den Verbund von Tagebau und Kraftwerk bieten Anlagen auf Braunkohlenbasis ein Höchstmaß an Versorgungssicherheit - unter langfristigen politischen Gesichtspunkten ein wichtiger Aspekt. In Deutschland gibt es drei große Braunkohle-Reviere: Die Niederrheinische Bucht, das Mitteldeutsche und das Lausitzer Revier.

Die MIBRAG hat für die Entwässerung ihrer beiden Tagebaue Profen und Vereinigtes Schleenhain rund 500 U-Pumpen im Bestand.


Fitness-Kur für verockerte Pumpen im Bergbau
Reinigung mit Inox-Cleaner sichert hohe Abpumpleistungen im Tagebau

Braunkohle wird traditionell im mitteldeutschen Revier in offenen, über 100 m tiefen Tagebauen gewonnen. Pro Tonne Kohle müssen dabei mehrere Kubikmeter Wasser gehoben werden. Um die erforderliche Wasserhebung sicherzustellen, sollten die in Filterbrunnen installierten Unterwasserpumpen eine möglichst saubere Hydraulik aufweisen. Mit Hilfe des Spezialreinigers Inox-Cleaner sind die ursprünglichen Leistungsdaten auch bei stark verockerten Aggregaten ohne Demontage der Pumpe wieder zuverlässig realisierbar, so die Praxiserfahrungen bei der MIBRAG.

Bild 1-3: Der ‚Arbeitsplatz’ Tagebau ist für Unterwasserpumpen keine einfache Aufgabenstellung. Ocker, Kalk und andere Inhaltstoffe verschmutzen die Hydraulik.

„Wir haben uns nach den positiven Berichten anderer Pumpenbetreiber eine stationäre Reinigungsanlage mit einem Säulendrehkran, zwei Tauchrohren und Druck- bzw. Durchfluss-Messeinrichtungen installiert. Selbst bei stark verockerten und/oder verkalkten U-Pumpen messen wir bereits nach wenigen Minuten Einwirkzeit des Pumpenreinigers Inox-Cleaner eine signifikante Leistungsverbesserung. Und nach 30 Minuten erreichen wir im allgemein fast wieder das Ausgangsniveau einer Neu-Pumpe,“ berichtet Rüdiger Worms, Leiter des 125köpfigen Bereichs ‚Erkundung und Entwässerung’ bei der MIBRAG. Und Frithjof Kellner, Arbeitsgruppenleiter Pumpenleitstelle, ergänzt: „Früher haben wir die Pumpen zur Instandhaltung und Reinigung einem externen Dienstleister übergeben. Heute können wir Pumpen, die mechanisch und elektrisch in Ordnung sind, kostengünstig und sehr effizient selbst reinigen und erreichen in der Regel 90 bis 100 Prozent der Kennlinienwerte einer Neu-Pumpe.“

Bild 4-6: Links ein Blick auf die stationäre Reinigungsanlage; oben und rechts gereinigte Pumpen.

Die Mitteldeutsche Braunkohlengesellschaft mbH (MIBRAG) mit Sitz in Theißen betreibt mit ca. 2000 Mitarbeitern die Tagebaue Profen und Vereinigtes Schleenhain, die Kraftwerke Deuben, Mumsdorf und Wählitz sowie die Staubfabrik in Deuben(alle im Dreiländereck Sachsen,Sachsen-Anhalt,Thüringen).

Grundvoraussetzung für den Betrieb von Tagebauen sind standfeste Böschungen und tragfähige Arbeitsebenen für die Fördergeräte. Hierzu ist die Entwässerung von wasserführenden Schichten über der Kohle notwendig, einschließlich einer ausreichenden Druckspiegelreduzierung unter dem tiefsten Kohlenflöz, die sog. Sümpfung. Mit Hilfe einer ganzen Reihe von Brunnen wird das Grundwasser entsprechend der Tagebauentwicklung abgesenkt.

Und dabei geht es um große Volumina, müssen doch bei der MIBRAG durchschnittlich 4000 Liter Wasser gehoben werden, um eine Tonne Braunkohle zu fördern – pro Jahr sind das immerhin 75 Millionen m³ Wasser! In beiden Tagebauen sind über 200 Brunnen in Betrieb, rund 500 Pumpen stehen für die Wasserhaltung bereit. Da finden sich Aggregate von Odesse ebenso wie solche von KSB, Grundfos, Pleuger, Ritz und EMU.

Eisenschlamm: Feind jeder U-Pumpe

Der Arbeitsplatz ‘Tagebau’ ist für eine Unterwasserpumpe schon wegen der oft mitgeförderten Feinsandpartikel keine einfache Aufgabenstellung. Das gehobene Sümpfungswasser ist darüber hinaus durch unterschiedlich große natürliche Eisenfrachten (zweiwertiges Eisen) gekennzeichnet. In Verbindung mit Luftsauerstoff, mit dem es bereits im Brunnen in Kontakt kommt, werden Teile der Eisenfrachten zu dreiwertigem Eisen aufoxidiert. Eisenhydroxid-Verbindungen fallen aus und führen zur Verockerung der Pumpen. Überall in der Hydraulik einer Unterwasserpumpe, wo Strömungsturbulenzen auftreten - insbesondere also an Laufrädern und im Bereich der Zu- bzw. Abführungen - setzen sich die braun-klitschigen Eisenhydroxid-Verbindungen ab. In Folge dieser Verockerung nimmt die Leistung der Pumpe kontinuierlich ab, die zugeführte Energie wird immer schlechter genutzt. In der Endphase können nicht nur die Pumpenhydraulik , sondern auch die Steigleitungen vollkommen ‘dicht’ sein.

Der Bergbau bietet Unterwasserpumpen auch ansonsten rauhe Bedingungen. Anders als bei konventionellen Trinkwasser-Brunnen, wo relativ konstante Förderbedingungen zu finden sind, ist im Bergbau die Absenkung und die Niveauhaltung unter dem Kohleflöz das Ziel der Entwässerung. „Mit dem Absenken des Grundwasserspiegels ändern sich auch die Förderbedingungen für die Pumpe – größere Förderhöhen, kleinere Fördermengen,“ präzisiert Rüdiger Worms. „Wir müssen von der 4-Zoll- (5 m³/h) bis zur 8-Zoll-Pumpe (100 m³/h) viele Varianten vorhalten – deshalb die auf den ersten Blick überraschend große Zahl von 500 Pumpen für 200 Brunnen.“

Hinzu kommt, dass mehrere Pumpen in ein gemeinsames Rohrleitungssystem fördern. Die wechselnden Druckverhältnisse können auf die einzelnen Pumpen rückwirken und deren Förderleistung beeinflussen.

Konsequenz dieser Betriebsweise ist unter anderem, dass bei der hydrauli schen Auslegung der Pumpen auf eine gewisse Reserve zu achten ist (das stellt sicher, dass die Pumpen sich nicht wechselseitig ‘abdrücken’).

Pumpenwirkungsgrade (fast) wie im Neuzustand

Um so höherer Bedeutung kommt es zu, dass die Pumpen nicht durch das Verockern mit dem natürlichen Eisenschlamm des Sümpfwassers und/oder durch Verkalken zuviel an Wirkungsgrad und damit Leistung verlieren. Die Standzeit der Pumpen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig vom Chemismus des jeweils vorliegenden Wassers – eisenhaltig das eine, kalkhaltig das andere. „Wir beobachten jeden einzelnen Brunnen und die dort installierte Pumpe. Wenn das Fördervolumen unter einen kritischen Wert absinkt bzw. der Betriebswasserstand steigt, ziehen wir die Pumpe und tauschen sie gegen eine andere aus,“ erläutert Frithjof Kellner. „Wir müssen schließlich sicherstellen, dass der Tagebau trocken bleibt.“

Stellen die Pumpenspezialisten dann fest, dass die Pumpe mechanisch und elektrisch in Ordnung ist, aber wegen Kalk- und/oder Ockerablagerungen in ihrer Leistungsfähigkeit eingeschränkt sind (schlechter hydraulischer Wirkungsgrad), wird das Aggregat gereinigt. Seit einiger Zeit setzt die MIBRAG zum Säubern der Pumpenhydraulik ein neuartiges Verfahren ein: Ohne Demontage der Pumpe reinigt sich das Aggregat quasi selbst durch das Umpumpen des Spezialreinigers Inox-Cleaner im Kreislauf.

Während herkömmliche Reiniger bis zu 24 Stunden einwirken müssen, um Ocker, Kalk und Rost aus der Pumpenhydraulik zu entfernen, reichen beim Inox-Cleaner 30 Minuten Reinigungszeit aus (abhängig vom Grad der Verdünnung). Die einzuplanende Zeit für die Reinigung hängt natürlich von den vorliegenden Parametern ab – Bauart der Pumpe, Stufenzahl, Zusammensetzung der Ablagerungen. Der für die MIBRAG entscheidende Punkt: „Wir müssen eine Pumpe zum Reinigen nicht mehr auseinander bauen – und erhalten dennoch sehr gute Reinigungsergebnisse!“ Und sollte sich herausstellen, dass doch kleinere mechanische Schäden vorliegen, ist die Pumpe bereits gut gereinigt und so für den Teiletausch vorbereitet. Der Kostenvorteil für die MIBRAG: „Wir geben weniger Pumpen zum externen Dienstleister und schieben den Zeitpunkt für die mechanische Instandhaltung, die immerhin 50 bis 60 Prozent des Neuwerts kosten kann, nach hinten.“ Nach den guten Anfangserfahrungen will die MIBRAG nun alle Pumpen, die lediglich einer Reinigung bedürfen, in Eigenregie säubern. Das spart externe Kosten und sichert intern Arbeitsplätz

 
  „Selbst bei stark verockerten und/oder verkalkten U-Pumpen messen wir bereits nach wenigen Minuten Einwirkzeit des Pumpenreinigers Inox-Cleaner eine signifikante Leistungsverbesserung!“ (Rüdiger Worms, Leiter des Bereichs ‚Erkundung und Entwässerung’ bei der MIBRAG GmbH).
   „Um eine Pumpe wirklich gut reinigen zu können, musste bislang das Aggregat in seine Einzelteile zerlegt werden, um auch an die Hydraulik heranzukommen. Mit Inox-Cleaner geht das ohne Demontage der Pumpe im Bypass-Kreislauf deutlich schneller.

Das sind die wichtigsten Merkmale des Inox-Cleaners auf einen Blick:

  • löst selbstständig Ocker, Kalk, Mangan, Korrosionsrückstände, Zunder, Fette
  • für Edelstahl konzipiert (Verdünnungsfaktor je nach Verschmutzungsgrad 1:3 bis 1:50; in höherer Verdünnung auch für Guss geeignet)
  • enthält hochwertige Korrosions-Inhibitoren und schäumt nicht auf
  • der Reiniger ist biologisch abbaubar (gemäß OECD-Richtlinien 301-A)
  • keine Entsorgungskosten (nach dem Neutralisieren wird die Badflüssigkeit über die Kanalisation entsorgt)
  • Einstufung in die niedrige Wassergefährdungsklasse 1 (d.h. Handling auch in Wasserschutz-Zonen problemlos möglich)
  • auch für Wasseruhren und Rohrleitungen geeignet
  • Einsatz im Tauch-, Sprüh- oder im Umlaufsystem.

Das Materialprüfungsamt Nordrhein-Westfalen (MPA NRW) untersuchte in einem 48-stündigen Auslagerungsversuch in 1:3 verdünntem Inox-Cleaner, ob und inwieweit sich (a) ein Laufrad, (b) Gummiteile einer Unterwasserpumpe verändern. Ergebnis: Die Gummiteile verändern sich nicht, sie quellen auch nicht auf. Nach dem Zerteilen des Pumpenlaufrads und einer visuellen Inspektion der Schweißnähte konnte trotz nicht nachbehandelter Schweißnähte kein übermäßiger Korrosionsangriff festgestellt werden.

Das Institut Fresenius hat den Inox-Cleaner im Sinne des Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetzes (LMBG) untersucht. Ergebnis: Der Reiniger ist mit Wasser mischbar und kann rückstandsfrei abgespült werden.

Last, but not least: Zulassung für den Trinkwasserbereich in Anlehnung an das DVGW-Merkblatt W319.