Startseite » Chemie »

Sichere Druckluftversorgung

Energieoptimierte Turbo-Power
Sichere Druckluftversorgung

Die Druckluftversorgung in den chemischen Betrieben erfolgt durch ölfrei verdichtende Schrauben- oder Turbokompressoren. Entscheidend für die wirtschaftliche Betrachtung ist ein schlüssiges Regelkonzept für alle möglichen Druckluftbedarfsprofile und die Umsetzung des Konzeptes durch ein übergeordnetes Kompressorleitsystem. Energie, die für die Verdichtung der Luft benötigt wird, sollte darüber hinaus auch für die Drucklufttrocknung eingesetzt werden. In der Synergie aller Möglichkeiten liegt das größtmögliche Energie-Einsparpotenzial.

Reimund Scherff

Die Auslegungskriterien eines Kompressors basieren auf dem benötigten Volumenstrom und dem erforderlichen Betriebsdruck bei gegebenen Ansaugbedingungen. Liegen keine verlässlichen Angaben vor, ist es notwendig, durch ein spezielles AIR-Audit die erforderlichen Verbrauchsdaten zusammenzutragen. Atlas Copco bietet zu diesem Zweck ein AIRScan als Dienstleistung an, womit man das gesamte Druckluftversorgungssystem analysieren kann. Gefundene Schwachstellen lassen sich dann in den abzuarbeitenden Maßnahmenkatalog aufnehmen.
Auf der Basis eines AIRScan-Berichtes ist es u. a. möglich, die Größenbestimmung eines Kompressors festzulegen. Hierbei ist es besonders wichtig, den zeitlichen Verlauf des Druckluftbedarfs zu kennen. Anhand des Bedarfsprofils lässt sich dann entscheiden, ob es ratsam ist, einen großen Kompressor oder mehrere kleinere zu installieren. Auch kann die Festlegung über den Einsatz von regelbaren Kompressoren fundiert getroffen werden. Volllast/Leerlauf-Kompressoren haben in modernen Kompressorstationen heute meist keine Berechtigung als Regelkompressoren mehr. Entweder kommen drehzahlgeregelte VSD-Schraubenkompressoren (VSD steht für Variable Speed Drive) oder Turbokompressoren mit einer Eintrittsleitapparat-Regelung zum Einsatz. Turbokompressoren sind im Volumenstrombereich > 5000 m³/h sehr häufig in den Betrieben anzutreffen. Da es sich um einen dynamischen Verdichtungsprozess handelt, ist der Kompressor relativ leise und liefert pulsationsfreie Druckluft. Es ist empfehlenswert, einen Turbokompressor einzusetzen, der bereits alle zum Betrieb erforderlichen Teile montiert hat (Bild 1).
ZH-Turbokompressor als Kompaktanlage
Besonders wichtig bei einer Kompaktanlage ist, dass das benötigte Ansaugfilter mit dem Ansaugschalldämpfer auf dem Grundrahmen des Kompressors aufgebaut und in der Schallhaube integriert ist. Nur so bleibt der Lieferant für die Gesamtanlage verantwortlich und kann eventuelle Anlaufschwierigkeiten nicht auf unsaubere Montagearbeiten eines Unterlieferanten oder des Kunden abwälzen. Was für den Ansaugbereich gilt, gilt auch für den Abblasbereich. Turbokompressoren blasen im Leerlauf und beim Betrieb im unzulässigen Arbeitspunkt Druckluft ab. Hierzu gehören ein Abblasregelventil und ein Abblasschalldämpfer, die sinnvollerweise auch auf dem Grundrahmen unterhalb der Schallhaube installiert sind.
Bei einer mehrstufigen Kompressoranlage ist es wirtschaftlich, die Druckluft hinter den einzelnen Stufen so weit wie möglich abzukühlen. Intelligente Lösungen, wie rippenbesetzte Kühlrohre in den Kühlern, helfen dem Betreiber, Energie und somit Kosten zu sparen (Bild 2). Die Kühler sollen jedoch nicht im Wege stehen, wenn eine Nachsicht oder Revision der Läufer erforderlich wird. Schwingungstechnische Überlegungen lassen den unmittelbaren Aufbau der Kühler auf dem Grundrahmen als beste Lösung erscheinen. Ein Kaltabstand, das heißt die Temperaturdifferenz zwischen der austretenden Druckluft und dem eintretenden Kühlwasser, von 7 bis 9 K ist ein sehr guter Wert.
Das anfallende Kondensat muss sicher und druckluftverlustfrei abgeleitet werden. Hierzu sind elektronisch geregelte Ableiter unabdingbar. Bei einer möglichen Fehlfunktion wird eine Störung an der Steuerung angezeigt, und das Bedienpersonal kann diese schnell beseitigen. Die von Nassluft berührten Teile sollten aus nicht korrodierendem Material bestehen oder beschichtet sein, um die qualitativ hochwertige ölfreie Druckluft nicht mit Verunreinigungen zu kontaminieren.
Besonders wichtig ist die schnelle Einschaltbereitschaft einer gelieferten Kompaktanlage. Nach Anschluss der elektrischen Versorgungsleitung und der Rohrleitungen für Druckluft, Kondensat und Kühlwasser kann der Turbokompressor in wenigen Stunden in Betrieb gesetzt werden, denn jegliche interne Verrohrung und Verkabelung entfällt.
Kompressorleitsystem als Energiesparer
Gut ausgelegte Einzelanlagen innerhalb einer Kompressorstation mit mehreren Maschinen bedeuten nicht automatisch eine wirtschaftliche Erzeugung von Druckluft. Hier kommt es auf die übergeordnete Steuerung an, die die Einzelkomponenten so zu steuern hat, dass die benötigte Druckluftmenge mit der bestmöglichen Kompressorkonfiguration erzeugt wird. Bei Turbokompressoren kommt es immer wieder vor, dass der Druckluftbedarf unterhalb der minimal erzeugten Liefermenge des Turbos liegt. Der Turbokompressor bläst dann die überschüssige Menge einfach in die Atmosphäre ab. Um diese Energieverschwendung zu vermeiden, ist ein schlüssiges Regelkonzept zu erarbeiten. Hier ist eine Kombination von einem drehzahlgeregelten VSD-Schraubenkompressor mit einem oder mehreren Turbokompressoren eine sinnvolle Lösung. Die Größe der Einzelkompressoren muss so aufeinander abgestimmt sein, dass ein lückenloses, überlappendes Regelkonzept entsteht (Bild 3). Der Vorteil bei dieser Kombination liegt darin, dass der Regelbereich des VSD-Schraubenkompressors extrem hoch ist. Er liegt zwischen 30 und 100 % des Nennvolumenstromes. Mit dem mit einem Eintrittsleitapparat bestückten Turbokompressor ergibt sich ein Konzept, das ausreichend große Überlappungen im Umschaltpunkt realisiert. Diese Überlappungen sind wichtig, da der Bedarf an Druckluft nicht nur immer zunimmt oder nur immer abnimmt. Bei schwankendem Druckluftbedarf muss die neu gewählte Kompressorenkonfiguration nach einer Umschaltung in der Lage sein, dieser Schwankung auch zu folgen. Wenn dies nicht möglich ist, kommt es zu einer erneuten Umschaltung der Kompressoren, und aufgrund der Beschränkung der Motorstarts würde der Kompressor im Leerlauf laufen bzw. Druckluft abblasen. Dies gilt es zu verhindern.
Das Kompressorleitsystem ES 3000 XX von Atlas Copco besitzt auch eine internetbasierte Monitoringlösung, die eine Beobachtung der Kompressoren von jedem beliebigen Aufenthaltsort erlaubt (Bild 4). So können die Parameter der erzeugten Druckluft wie Volumenstrom, Betriebsdruck und Taupunkt abgefragt und grafisch als Trendkurve dargestellt werden. Auch die Betriebsdaten der Einzelmaschinen lassen sich aufrufen, so dass man erkennen kann, unter welchen Bedingungen diese Maschinen ihren Betrieb verrichten. Eine Datenspeicherung ermöglicht es zudem, sich die Zustände aufzurufen, die in der Vergangenheit vorlagen, um Abläufe und Zustände im Nachhinein zu rekonstruieren.
Energie sparende Adsorptionstrockner für Turbokompressoren
Der überwiegende Teil der erzeugten Druckluft wird in den Betrieben aufbereitet. Die Feuchtigkeit in der Druckluft führt zu Korrosion in den Rohrleitungen und in den durchströmten Bauteilen. Eine Instrumentenluftversorgung lässt sich nur mit aufbereiteter Druckluft sicherstellen. Der Drucktaupunkt der Druckluft muss bei -40 °C liegen, um die Messstellen im Freien einer Produktionsanlage auch im Winter mit ausreichend trockener Druckluft zu versorgen. Aber auch bei anderen Prozessen, wo Druckluft unmittelbar mit dem Produkt in Berührung kommt, wird eine hohe Druckluftqualität benötigt.
Eine Verdichtung der Umgebungsluft auf einen Betriebsüberdruck von 4 bar bedeutet, dass die erzeugte und auf Umgebungstemperatur abgekühlte Druckluft zu 100 % mit Wasserdampf gesättigt ist. Das in den Kühlern anfallende Kondensat wird innerhalb des Kompressors abgeschieden und abgeleitet. Ein Adsorptionstrockner bindet die Wasserdampfmoleküle an das Adsorptionsmittel. Dieser Aufnahmeprozess ist begrenzt durch den angestrebten Drucktaupunkt der Druckluft. Die in dem Adsorptionsmaterial eingelagerte Feuchtigkeit wird durch Luft mit geringerer Feuchte ausgetrieben.
Bei den warmregenerierenden und Verdichtungswärme ausnutzenden XD-Adsorptionstrocknern (Bild 5) erfolgt die Regeneration mit heißer Luft. Aufgrund der hohen Temperatur der Druckluft ist die Wasserdampfaufnahmekapazität sehr hoch. Beim Durchströmen des Adsorptionsbettes entweicht die Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel und wird in der Druckluft aufgenommen. Die aus dem Adsorptionstrockner austretende Regenerationsluft wird in einem Kühler gekühlt, und dabei wird die Feuchtigkeit ausgeschieden. Die nun kalte, aber zu 100 % gesättigte Druckluft wird jetzt in einem 2. Adsorptionstrockenbehälter getrocknet. Bei diesem Verfahren wird keine zusätzliche Energie für das Aufheizen der Regenerationsluft benötigt.
cav 418

ZH-Turbokompressor
Druckluftlexikon
Druckluft-Effizient
Unsere Webinar-Empfehlung
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport

Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

phpro-Expertenmeinung

Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de