Condition Monitoring for predictive maintenance adapted to geothermal electric submersible pumps

Projektkurztitel: COMPRESS

Projektbeschreibung:

Eine zuverlässige Förderpumpentechnik ist eine wesentliche Voraussetzung für den Ausbau der Tiefengeothermie, insbesondere auch vor dem Hintergrund der geplanten Geothermie und Grubenwärmespeicherprojekte zur Konversion der bestehenden Fernwärmesysteme in der Metropole Ruhr. Neue technische Ansätze zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Lebensdauer dieser Pumpen sowie Vorhersagesysteme für im laufenden Betrieb bevorstehende Pumpenausfälle sind von sehr großem Interesse. Die harten Umweltbedingungen im Bohrloch haben einen hohen Verschleiß und Ablagerungen zur Folge, die der Pumpe, die ursprünglich für den Einsatz in der Erdöl-Industrie entwickelt worden ist, schwer zusetzt. So fällt die Sensorik oftmals nach wenigen Monaten aus und die Pumpe kann nur noch mit stark reduzierter Leistung gefahren werden. Meistens folgt darauf ein Pumpenausfall.

Ziel des Projektes COMPRESS ist es, die hohen Kosten durch Anlagenstillstände und Pumpenwechsel zu minimieren, um die Tiefengeothermie wettbewerbsfähiger zu machen. Die Überwachung des laufenden Pumpenbetriebes, dem sogenannten Monitoring, soll mit einem Vorhersagemodell zur besseren Planung der Wartungsarbeiten, die Basis des Condition Monitoring sein. Dazu werden Simulationsmodelle der Betriebszustände der Pumpe modelliert und dann in der eigens entwickelten COMPRESS-Plattform eingebettet, um künftige Ausfälle vorherzusagen. Voraussetzung für ein optimales Condition-Monitoring-Systems ist die Verknüpfung von zuverlässiger Sensorik, effizienter Datenübertragung und -speicherung, sowie die an das spezifische Pumpensystem anpassbarer Auswertungsalgorithmus.

Die Thermalwassertemperaturen von 130 °C und Volumenströmen von etwa 135 l/s bedeuten höchste Anforderungen an die Sensorik, die bei derzeitigen Sensorsystemen eine langfristige Überwachung nicht möglich macht. Die Sensorik soll vom Motorkabel entkoppelt werden und es werden passive faseroptische Sensoren (Lichtwellenleiter) verwendet, da diese keine eigene Energieversorgung benötigen und lange Übertragunswege kein Problem darstellen. Die Sensoren sollen Drücke bis 70 bar, Temperaturen bis 150 °C und Vibrationen in 3 Richtungen (x,y,z) bis 1000 Hz aufnehmen können. Die Sensorik wird unter betriebsähnlichen Bedingungen in Technikumsversuchen erprobt und final in bestehenden Bohrlöchern im Feldtest eingesetzt.