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Fachbeitrag von Josip Coric

Mit Inkrafttreten der neuen Regularien für den Schwefelgehalt von Schiffskraftstoffen der International Maritime Organization (IMO) am 1. Januar 2020 (auch IMO 2020 genannt), sehen Branchenexperten eine einschneidende Situation für die Schifffahrtsindustrie. Die gesamte Versorgungskette für Schiffskraftstoffe von der Raffinerie über die Verteilung, die Bunkerung, den Umschlag und die Lagerung an Bord bis zum Einsatz in Kesseln und Schiffsmotoren wird von den Auswirkungen betroffen sein.

Ab Januar 2020 sollen solche Bilder der Vergangenheit angehören

Die neuen Regelungen limitieren den Schwefelgehalt von Schiffskraftstoffen auf 0,5 %. Das gilt für Schiffe weltweit, also auch auf hoher See außerhalb von küstennahen Umweltschutzzonen.

Eine Ausnahme wird nur für Schiffe gemacht, die mit einem Abgasreinigungssystem (EGCS Exhaust Gas Cleaning System) ausgestattet sind. Es ist jedoch davon auszugehen, dass in vielen Häfen der Welt in Zukunft gar keine Kraftstoffe mit höherem Schwefelgehalt mehr erhältlich sein werden.

Wichtige Investitionsentscheidungen

Dadurch stehen Schiffseigner und Schiffsbetreiber vor wichtigen Investitionsentscheidungen für ihre bereits im Betrieb befindlichen Schiffe. Während bei Neubauten der Betrieb mit schwefelarmen Kraftstoffen bereits bei der Auswahl der Komponenten wie Kraftstoffpumpen berücksichtigt wird, halten sich viele Entscheider noch bedeckt, wenn es darum geht, Bestandsschiffe umzurüsten. Welche Risiken bestehen hier und welche Lösungen gibt es zur Risikominimierung beim Einsatz von bestehenden Kraftstoffpumpen.

Die größte technische Herausforderung besteht in der Tatsache, dass schwefelarme Kraftstoffe eine niedrige Viskosität haben, also weniger zähflüssig sind und durch die Entschwefelung reduzierte Schmiereigenschaften aufweisen. Die für die Förderung des Kraftstoffs im Schiff wichtigen Schraubenspindelpumpen benötigen jedoch eine gewisse Schmierfähigkeit des geförderten Mediums zur Reduzierung von Reibung, besonders bei hohen Drücken. Bei zu geringer Schmierung droht ein Ausfall der Kraftstoffpumpen und es kommt zu Reparaturkosten und Ausfallzeiten.

Die wichtigste und kritischste Anwendung stellen die Pumpen im Boostermodul dar, also die Feederpumpen und Zirkulationspumpen. Gerade Feederpumpen müssen besonders hohe Drücke erzeugen. Ab etwa 8 bar wird es für herkömmliche Schraubenspindelpumpen kritisch, wenn sie schwefelarme Kraftstoffe fördern müssen. Besondere Belastungen treten beim Hochfahren der Pumpe oder bei hohen Temperaturen auf.

Technisch gesehen können Situationen auftreten, in denen es statt Flüssigkeitsreibung (Metall reibt gegen Flüssigkeit) zur Festkörperreibung kommt (Metall reibt an Metall). Üblicherweise verläuft dieser Übergang sanft und es stellt sich ein Zwischenzustand ein. Der Techniker spricht dann von Mischreibung.

Die Mischreibungszustände innerhalb des Systems zwischen Spindel und Fördermedium sowie umschließendem Pumpengehäuse führen nach kurzer Zeit zu vorwiegend abrasivem und im schlechtesten Fall zu adhäsivem Verschleiß. Dies äußert sich vorwiegend in den Verschleißformen Kratzer, Riefen und Fressen sowie in der Ausbildung von Kuppen bis hin zum Materialübertrag.

Wenn der adhäsive Verschleiß ein gewisses Ausmaß erreicht hat, kann der Pumpenantrieb die Spindel nicht mehr gegen die Laufflächen des Pumpengehäuses bewegen. Die Pumpe blockiert.

Abrasiver Verschleiß hingegen führt zu Materialabtrag vorwiegend in den Spindelbohrungen. Dadurch erhöht sich die innere Rückströmung und die Pumpe kann den geforderten Systemdruck nicht mehr halten. Die Pumpe läuft, aber die Fördermenge bricht ein.

Ausreichend Erfahrung

Die Kral GmbH, Lustenau (Österreich), ist ein weltweit bedeutender Hersteller von Schraubenspindelpumpen und Durchflussmessgeräten für viele Anwendungen, auch in den Branchen Schifffahrtstechnik sowie Öl & Gas. Das Unternehmen hat jahrelange Erfahrung im Fördern von niederviskosen Brennstoffen, zum Beispiel in der Kraftwerkstechnik.

Schraubenspindelpumpen von Kral in vielfältigen Einätzen in der Marine.

Diese Erfahrungen basieren auf erfolgreich eingesetzten Produkten zur Förderung von entschwefelten Kraftstoffen und Heizölen wie beispielsweise Heizöl extraleicht (HEL), Dieselkraftstoffen (EN 590) und Marinekraftstoffen nach ISO 8217, auch bei Temperaturen von über 40 °C. Aufgrund der Erfahrung aus diesen internationalen Projekten sichert das Unternehmen auch den Anwendern in der Schifffahrt einen zuverlässigen Betrieb beim Pumpen von schwefelarmen Kraftstoffen zu.

Basis dieses Innovationsvorsprungs sind umfassende technische Versuche, die von Kral durchgeführt wurden. Ziel war es, die Oberflächenhärte der Pumpenkomponenten zu erhöhen.

Bei den Versuchen musste auch sichergestellt werden, dass das ausgewählte Verfahren in der Serienfertigung der Pumpenbauteile eingesetzt werden kann. Bestimmte Härteverfahren können aufgrund der hohen Prozesstemperaturen zu Verzug an den Bauteilen führen, was nicht mehr zu korrigieren ist und die Bauteile unbrauchbar macht.

Das ausgewählte Verfahren musste die präzise Fertigung bei Kral mit sehr engen Fertigungstoleranzen bei Schraubenspindelpumpenkomponenten unterstützen, damit die Kral-Pumpen auch die üblichen optimalen Wirkungsgrade erzielen.

Vorsprung durch Beschichtung

Leistungsstarke und effiziente Schraubenspindelpumpen

Auf die metallischen Spindeln, die in den Pumpen von KRAL zum Einsatz kommen, wird eine bindende Schicht aufgetragen. Durch diesen Überzug erhalten die Spindeln eine stark gehärtete Oberfläche mit wesentlich geringerer Reibung. Der Reibkoeffizient der so beschichteten Spindeln wird um den Faktor 10 reduziert. Gleichzeitig erreicht die Spindeloberfläche einen sehr hohen Härtegrad.

Mit diesen Werten fördern Kral Schraubenspindelpumpen schwefelarme Kraftstoffe mühelos und sind für die neue Herausforderung in der internationalen Schifffahrt gerüstet. Schiffseigner und Schiffsbetreiber können beruhigt die notwendigen Zukunftsinvestitionen in ihre Bestandsschiffe tätigen.

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