Welche Pumpe revolutioniert den Flüssigkeitstransfer bei niedrigen Temperaturen? Vorstellung der kryogenen Kreiselpumpe

Wenn Sie in Branchen wie der LNG-Verarbeitung, der Halbleiterfertigung oder der medizinischen Forschung arbeiten, wissen Sie, wie schwierig es ist, Flüssigkeiten mit niedriger Temperatur zu transportieren – beispielsweise flüssigen Stickstoff, flüssigen Sauerstoff oder verflüssigtes Erdgas. Diese Flüssigkeiten müssen extrem kalt bleiben, und normale Pumpen können die extremen Temperaturen einfach nicht bewältigen, ohne auszufallen oder an Effizienz zu verlieren. Aber in letzter Zeit sorgt eine neue Pumpe in diesen Bereichen für Aufsehen: diekryogene Kreiselpumpe. Es soll die großen Probleme lösen, die den Flüssigkeitstransfer bei niedrigen Temperaturen seit Jahren plagen. Aber was unterscheidet diese Pumpe so sehr von den, die wir bisher verwendet haben? Schauen wir genauer hin.

Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, warum herkömmliche Pumpen bei kryogenen Flüssigkeiten versagen. Die meisten Pumpen bestehen aus Materialien, die spröde werden, wenn die Temperaturen unter -100 °C fallen, und ihre Dichtungen lecken oft, weil die Kälte dazu führt, dass Teile schrumpfen oder sich verziehen. Das bedeutet häufige Ausfälle, verschwendete Flüssigkeiten und sogar Sicherheitsrisiken, da einige Flüssigkeiten mit niedriger Temperatur gefährlich sein können, wenn sie austreten. Das Team hinter der kryogenen Kreiselpumpe hat diese Probleme drei Jahre lang untersucht und mit über 300 Ingenieuren und Anlagenmanagern aus der ganzen Welt gesprochen, um genau herauszufinden, was benötigt wird.

Das erste, was sie reparierten, waren die Materialien. Derkryogene Kreiselpumpeverwendet eine spezielle Legierungsmischung – Titanlegierung für das Laufrad und Edelstahl mit Nickelzusatz für das Pumpengehäuse. Selbst bei Temperaturen von bis zu -269 °C (nahe dem absoluten Nullpunkt!) werden diese Materialien nicht spröde. Ich habe mit einem Wartungstechniker in einer LNG-Anlage gesprochen, der die Pumpe seit sechs Monaten im Einsatz hat, und er sagte: „Früher haben wir alle zwei Monate Teile der Pumpe wegen Kälteschäden ausgetauscht. Bei dieser? Ist noch nichts kaputt. Es ist, als ob sie die Kälte nicht einmal bemerkt.“

Dann ist da noch das Dichtungssystem – wahrscheinlich das größte Problem bei herkömmlichen Kryopumpen. Die kryogene Kreiselpumpe verwendet eine doppelte Gleitringdichtung mit integriertem Kühlkreislauf. Anstatt dass die Dichtung austrocknet oder undicht wird, wenn es kalt wird, hält der Kühlkreislauf die Dichtung auf einer konstanten Temperatur und bleibt somit dicht. In einer Halbleiterfabrik, die ich besuchte, verloren sie jeden Monat etwa 5 % ihres flüssigen Stickstoffs durch Lecks. Seit der Umstellung auf diese Pumpe ist dieser Verlust auf weniger als 0,5 % gesunken. Das ist eine enorme Ersparnis – flüssiger Stickstoff ist nicht billig und die Verschwendung summiert sich schnell.

Effizienz ist ein weiterer großer Gewinn. Herkömmliche Kreiselpumpen verlieren beim Fördern kalter Flüssigkeiten viel Leistung – normalerweise haben sie nur einen Wirkungsgrad von etwa 60 %. Aber die kryogene Kreiselpumpe verfügt über ein neu gestaltetes Laufrad (den Teil, der sich dreht, um die Flüssigkeit zu bewegen), das so geformt ist, dass es mit den dicken, kalten Flüssigkeiten funktioniert. Tests haben gezeigt, dass die Effizienz bei 85 % liegt, was bedeutet, dass weniger Energie verbraucht wird, um die gleiche Flüssigkeitsmenge zu bewegen. Ein medizinisches Labor, das flüssigen Sauerstoff für Gefriergeräte verwendet, teilte mir mit, dass die Stromrechnung für die Pumpe seit der Umstellung um 30 % gesunken sei. „Wir sparen nicht nur Geld“, sagte der Laborleiter. „Außerdem verbrauchen wir weniger Strom, was besser für die Umwelt ist. Das ist eine Win-Win-Situation.“

Haltbarkeit ist etwas anderes, das herausragt. Das Team unterzog die kryogene Kreiselpumpe einigen harten Tests: 10.000 Stunden ununterbrochener Nutzung bei -196 °C (der Temperatur von flüssigem Stickstoff) sowie 500 Heiz- und Kühlzyklen (von kalt auf Raumtemperatur und zurück), um den realen Einsatz zu simulieren. Nach all dem funktionierte die Pumpe immer noch wie neu. Die meisten herkömmlichen Kryopumpen halten unter diesen Bedingungen nur etwa 2.000 Stunden. „Früher mussten wir die Anlage alle drei Monate für einen Tag abschalten, um Pumpen auszutauschen“, sagte ein Manager einer Chemiefabrik, die die Pumpe nutzt. "Jetzt? Wir haben seit einem Jahr nicht wegen Pumpenproblemen stillgelegt. Das bedeutet mehr Produktionszeit, was mehr Geld für uns bedeutet."

Derzeit wird die kryogene Kreiselpumpe in einigen namhaften Anlagen eingesetzt. Ein LNG-Terminal in Asien nutzt es, um Flüssigerdgas von Lagertanks zu Schiffen zu transportieren. Die Transferzeit wird dadurch um 20 % verkürzt, da mehr Flüssigkeit schneller transportiert werden kann. Ein Weltraumforschungszentrum nutzt es, um flüssigen Wasserstoff (der noch kälter als flüssiger Stickstoff ist) für Raketentreibstofftests zu bewegen, und die Präzision der Pumpe habe ihnen dabei geholfen, genauere Daten aus ihren Experimenten zu erhalten. „Wir können uns beim Raketentreibstoff keine Fehler leisten“, sagte ein dortiger Forscher. „Diese Pumpe ist zuverlässig – wir wissen, dass sie jederzeit genau das tut, was wir brauchen.“

Auch das Team hinter der kryogenen Kreiselpumpe ist noch nicht fertig. Sie erzählten mir, dass sie an einer kleineren Version für Labore arbeiten, die kleine Mengen kryogener Flüssigkeiten transportieren müssen – wie Biotech-Labore, die Proben in flüssigem Stickstoff lagern. Sie fügen außerdem einen intelligenten Monitor hinzu: einen Sensor, der die Temperatur, den Druck und die Geschwindigkeit der Pumpe überwacht und Warnungen an ein Telefon oder einen Computer sendet, wenn etwas nicht stimmt. „Wir wollen es den Menschen noch einfacher machen“, sagte der leitende Ingenieur. „Niemand möchte jede Stunde eine Pumpe überprüfen. Mit dem Monitor können sie von ihrem Schreibtisch aus sehen, wie sie läuft.“

Letztendlich verändert die kryogene Kreiselpumpe die Spielregeln, weil sie echte, alltägliche Probleme für Menschen löst, die mit Flüssigkeiten mit niedrigen Temperaturen arbeiten. Sie ist kältebeständig, läuft nicht aus, verbraucht weniger Energie und hält länger als jede andere Pumpe auf dem Markt. Da immer mehr Werke, Labore und Fabriken es ausprobieren, wird es meiner Meinung nach zum Standard für den kryogenen Flüssigkeitstransfer werden. Es ist nicht nur eine bessere Pumpe – es macht die Arbeit einfacher, sicherer und erschwinglicher. Und in Branchen, in denen jeder kleine Fehler Zeit und Geld kosten kann, ist das eine große Sache.