Druckluft für den pneumatischen Transport von Granulaten und staubförmigen Gütern kann nur dann mit hoher Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit produziert werden, wenn ihre Erzeugung maßgeschneidert auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt wird. Das beweisen auch die zwei unterschiedlichen Versorgungskonzepte bei einem Hersteller von technischen Kunststoffen.
Der Autor: Norbert Barlmeyer Freier Journalist
Im Industriepark Rudolstadt, etwa 35 km südlich von Weimar, produziert die BASF Performance Polymers GmbH seit 2003 Polyamidgranulat als Basismaterial für die Produktion von Compounds und für die Herstellung von Verbundfolien für Lebensmittelverpackungen. Anschließend werden die Granulate in der Weiterveredelung aufgeschmolzen, eingefärbt, mit Zuschlagstoffen versehen, verfestigt und erneut granuliert. Die Produkte werden u. a. in der Spritzgussverarbeitung, im Automobilbau, in der Elektro- und Elektronikindustrie, in Sport- und Freizeitartikeln eingesetzt.
Bei der BASF in Rudolstadt erfüllt Druckluft als Transportmedium für den gesamten Fertigungsablauf sehr zentrale Aufgaben:
- Zunächst werden die Granulate pneumatisch in einem 450 m langen Rohrleitungssystem von Produktionsbereich 1 zu Produktionsbereich 2 transportiert.
- Im Produktionsbereich 2 werden die Granulate dann pneumatisch aus Silos zu Verpackungsanlagen transportiert.
„Für diese Transportaufgaben benötigen wir unterschiedliche Drücke. Deshalb arbeiten wir in beiden Bereichen mit maßgeschneiderten Erzeugungskonzepten“, betont Anlagenmeister Stefan Ortschig.
Im Produktionsbereich 1 werden Granulate in einem geschlossenen System zunächst aus Silos über Zellenradschleusen in eine Rohrleitung eingetragen und dann pneumatisch über eine Strecke von 450 m zum Produktionsbereich 2 transportiert. Dort wird das Granulat in Zyklonabscheidern von der Förderluft getrennt und vor der anschließenden Weiterverarbeitung erneut in Silos zwischengelagert. Die in den Zyklonabscheidern gereinigte Förderluft ist aber nicht verloren. Sie wird anschließend über eine zweite Rohrleitung zum Produktionsbereich 1 zurückgeführt, wo sie erneut als Förderluft in den Kreislauf eingeleitet wird.
Für diese Transportaufgabe erzeugen zwei ölfrei verdichtende Schraubenverdichter von Aerzener (Typ VM 10, Förderleistung 9,2 m³/min) die benötigte Förderluft mit Höchstdruck 3,3 bar und ergänzen kontinuierlich die im System auftretenden Verlustmengen. Ein dritter baugleicher Schraubenverdichter wird als Redundanzanlage vorgehalten. Zwischen allen drei Verdichtern erfolgt ein regelmäßiger Wechsel.
Offenes Fördersystem
Ein weiteres – in diesem Fall jedoch offenes – pneumatisches Fördersystem arbeitet im Produktionsbereich 2. Hier transportiert die Förderluft Granulate aus Silos über Zellenradschleusen und Wiegeeinrichtungen zu Verpackungsanlagen. Allerdings wird für diesen pneumatischen Transport lediglich ein Druck von 0,95 bar (Mindestdruck 0,5 bar) benötigt. Er wird deshalb nicht von Schraubenverdichtern, sondern von Drehkolbengebläsen erzeugt. Dafür standen bis 2007 drei Aggregate mit folgenden Leistungen zur Verfügung, die seit ihrer Inbetriebnahme 1992 im Verbund gefahren wurden:
- ein größeres Aggregat des Typs GM 35 S mit einer konstanten Liefermenge von 30 m³/min und
- zwei kleinere Aggregate des Typs CMa11.2 mit einer konstanten Liefermenge von jeweils 6,2 m³/min
Mit der Anforderung von Förderluft startete zunächst das große Aggregat. Bei nicht ausreichender Leistung wurde über Druckschalter mit versetzten Schaltgrenzen zusätzlich ein kleines Aggregat und bei weiter steigendem Bedarf auch noch das zweite kleine Aggregat zugeschaltet. Mit diesem Konzept konnten bis 2007 jeweils zwei der drei vorhandenen Förderstrecken versorgt werden.
Vorteile zweier Systeme vereinigt
Dieses Erzeugungskonzept besteht zwar im Prinzip noch heute – allerdings mit einem gravierenden Unterschied: 2007 wurde ein zusätzliches Aerzener Aggregat aus der Baureihe Delta Hybrid (Typ G 13 S) installiert und auch sofort als überwiegend alleiniger Förderluft-Lieferant in Betrieb genommen. „Durch die deutlich größere Leistung dieses Drehkolbenverdichters von 36 m³/min konnten wir seit der Inbetriebnahme dieses Aggregats jetzt erstmalig alle drei Förderstrecken gleichzeitig mit Druckluft versorgen“, bestätigt Betriebsingenieur Jörgfried Heise. Seit der Inbetriebnahme 2007 deckt dieses Aggregat den Bedarf im Betriebsbereich 2 nahezu ausschließlich alleine ab. Nur in Ausnahmefällen wird es von einem kleinen Aggregat aus dem alten Konzept unterstützt. Das alte große Gebläse wird seit der Installation des neuen Drehkolbenverdichters nur noch als Redundanzanlage und während dessen Wartungsarbeiten eingesetzt, damit für den Rund-um-die-Uhr-Betrieb immer eine ausreichende Förderluft-Versorgung sichergestellt ist.
Bei der Delta-Hybrid-Baureihe handelt es sich um eine interessante Neukonzeption. Mit herkömmlichen Drehkolbengebläsen ließen sich bisher nur Drücke bis 1 bar erzielen. Darüber mussten Schraubenkompressoren eingesetzt werden, die einstufig aber für deutlich höhere Drücke von 2 bzw. 3,5 bar ausgelegt sind. Sie sind damit für sehr niedrige Drücke bauartbedingt „viel zu schade“ und deshalb in der Investition zu teuer. Mit den neuen ölfrei verdichtenden Aggregaten wurde eine Symbiose geschaffen, die die Vorteile beider Systeme in idealer Weise vereinigt. Dabei tendieren die Anlagen für niedrigere Drücke eher zu einem Gebläse, für höhere Drücke eher zu einem Schraubenverdichter.
Die Drehkolbenverdichter wurden für alle Einsatzfälle geschaffen, bei denen Luft und neutrale Gase im Druckbereich bis 1,5 bar gefördert werden müssen, wie z. B. in Kläranlagen, in der chemischen Industrie oder zum Transport und zum Entladen staubförmiger Güter. Die Drehkolbenverdichter-Anlagen stehen in folgenden Leistungsbereichen zur Verfügung:
- Volumenströme: 10 bis 70 m³/min
- Einsatzbereiche: für Luftüber- und -unterdruck
- Druckbereich: 0 bis 1,5 bar
- Saugbereich: bis -0,7 bar
Die Aggregate dieser Baureihe brauchen nicht nur bis zu 15 % weniger elektrische Energie als die Anlagen der Vorgänger-Baureihe. Sie überzeugen u. a. auch durch ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis – deutlich unter den Investitions-, Energie- und Wartungskosten für einen vergleichbaren Turbo- oder Schraubenkompressor – und einen hohen Regelbereich von 25 bis 100 %.
Bedarfsabhängige Betriebsweise
Das Aggregat bei BASF in Rudolstadt wurde zwar – genau wie das alte Gebläse – mit einem Frequenzumrichter für bedarfsabhängig drehzahlgeregelten Betrieb ausgerüstet. Es wird aber ebenfalls im Dauerbetrieb gefahren. Der Grund liegt in der Kombination aus einem kontinuierlichen Transportzyklus und einem sehr kurz getakteten Verwiegezyklus, der wie folgt arbeitet: Die Förderluft transportiert mit kurzer Taktung das Granulat aus einem Silo über eine Zellenradschleuse in eine Rohrleitung zu einer Waage. Nach deren Befüllung wird dieser Fördervorgang kurzzeitig gestoppt, der Inhalt der Waage wird über eine Zellenradschleuse und ein Rohrleitungssystem zur Abfüllstation transportiert. Gleichzeitig beginnt wieder der Befüllungsprozesss der Waage. Daraus folgt:
- Der Förderluftbedarf für den Transport des Granulats von der Waage zur Abfüllstation steht kontinuierlich als Grundlastbedarf an.
- Der Förderluftbedarf für den Befüllungsprozess der Waage entsteht jedoch intermittierend als kurzfristiger Spitzenlastbedarf mit einer Taktung von nur etwa 20 s.
Die Erfahrung in Rudolstadt hat gezeigt, dass diese zwischen dauerndem Grundlast- und sehr kurzfristigem Spitzenlastbedarf kontinuierlich schwankende Bedarfsmenge optimal nur mit einem Gebläse abgedeckt werden kann, das konstant durchläuft und auf den Maximalbedarf ausgerichtet ist.
Online-Info www.cav.de/0111401
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