Hochdruckschleuse für Kondenswasser

Rikke Skovbakke

Die Bauer Kompressoren GmbH in München stellt seit mehr als 50 Jahren Hochdruckkompressoren und Verdichtersysteme für Luft, Stickstoff und Edelgase her. Die Hochdrucktechnologie wird in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, eine typische Anwendung für Stickstoff-Anlagen ist beispielsweise die Produktion von PET-Flaschen. Das Produktprogramm erstreckt sich von einzelnen Verdichteranlagen bis hin zu kompletten Systemen, von der Verdichtung über Luft- und Gasaufbereitung, Speichersysteme bis hin zur Verteilung und Dosierung. Die Druckbereiche der Bauer-Kompressoren reichen, abhängig vom Anwendungsbereich, von etwa 25 bis 500 bar.

Hohe Drücke über 200 bzw. 300 bar können mit mehrstufigen Hubkolbenverdichtern erreicht werden. In einem Kurbelgehäuse läuft eine Kurbelwelle, die über Pleuel – je nach Stufenzahl – drei bzw. vier Kolben ansteuert. Durch die Kolbenbewegung wird in den Zylindern der jeweiligen Stufe die eingeleitete Luft verdichtet und dann in die nächste Stufe weitergeleitet, bis der Enddruck erreicht ist. Beim Verdichtungsvorgang fällt unvermeidlich Kondensat an. Dieses enthält neben Wasser auch Öl und alle durch den Kompressor angesaugten Inhaltsstoffe der Umgebungsluft. Leitet man das Kondensat nicht ab, wird die Feuchtigkeit von Stufe zu Stufe mittransportiert. Bei steigender Kondensatmenge und kleiner werdendem Verdichtungsraum besteht die Gefahr, dass der Kolben beim Verdichten in der Endstufe auf unkomprimierbare Flüssigkeit trifft statt auf Luft.

In den mehrstufigen Anlagen von Bauer Kompressoren wird die durch den Verdichtungsvorgang erwärmte Luft zwischen den einzelnen Kompressionsvorgängen abgekühlt. Nach Passieren des Kühlers fällt die Feuchtigkeit als Kondensat aus, wird in einem Zwischenabscheider gesammelt und später zu einem Kondensatsammelbehälter geleitet.

Bei Bauer Kompressoren haben die Ingenieure lange nach einem Hochdruckventil für die Kondensatableitung aus dem Zwischenabscheider gesucht. Da bei vielen dreistufigen Anlagen der Zwischendruck in der zweiten Verdichtungsstufe auf 55 bis 60 bar steigt und die Obergrenze des Betriebsdruckes für stromlos offene Magnetventile zumeist bei 40 bar liegt, hatte Bauer das Problem, dass das Ventil eventuell nicht schaltet, mit allen daraus resultierenden Folgeschäden.

Nach mehreren Tests mit Magnetventilen verschiedener Fabrikate entschied sich Bauer Kompressoren für das Magnetventil EV224B von Danfoss Industrieautomatik. Die Ventilbaureihe besitzt einen Membranaktuator anstelle eines Kolbensystems, und stellt eine Erweiterung der servogesteuerten Ventilbaureihe EV220B für höhere Drücke dar. Um bei diesen hohen Drücken die einwandfreie Funktion und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, wurde die Membran umkonstruiert, und der Membranwerkstoff verstärkt. Als Werkstoff für die Membran wurde NBR gewählt. Dieses Material weist bei Medien wie Wasser und Luft exzellente Eigenschaften aus und ist außerdem widerstandsfähig gegen Kontamination mit Öl.

Für diese spezifische Applikation wurde auch der Durchmesser der Edelstahl-Pilotdüse auf 1,5 mm verringert, wodurch der Öffnungsdruck fast verdoppelt wird. Die servogesteuerten Ventile arbeiten bis zu einem Betriebsdruck von 60 bar, besitzen einen Öffnungsdruck bis 70 bar und eine interne Rückführung der Steuerluft. Das 2/2-Wege-Ventil ist in DN 15 bis DN 20 verfügbar, der Ventilkörper ist aus Messing.

Techniker von Bauer Kompressoren testeten zwei Baumuster des von Danfoss empfohlenen Ventils unter sehr realitätsnahen und schwierigen Bedingungen. Zwei dreistufige Kompressoranlagen mit nachgerüsteten Kondensatableitungssystemen wurden rund 1000 Stunden betrieben, was etwa 4000 Schaltungen des Magnetventils entspricht. Zur Steuerung der Kondensatableitung wurde ein Timerstecker eingesetzt. Der Zwischendruck der zweiten Stufe betrug bei 300 bar Enddruck etwa 53 bar. Die Ventile wurden regelmäßig während des Tests auf Dichtigkeit und Funktionsfähigkeit geprüft und nach dem Test auseinandergebaut und sorgfältig untersucht. Die Ergebnisse waren eindeutig. Trotz Betriebs von 1000 Stunden bei einem hohen Druck von 300 bar waren die Ventile einwandfrei dicht und funktionsfähig. Ölschlammablagerungen waren auf der Membran deutlich zu erkennen, hatten aber die Funktion noch nicht beeinträchtigt.

Ein weiterer Vorteil des Ventils ist die interne Rückführung der Steuerluft. Es muss also keine Entlüftungsleitung auf das Ventil montiert werden. Dies spart Zeit und Aufwand bei der Montage.

cav 455