Individuelle Komponenten, zentrale Steuerung

Wichtige Aspekte zur sicheren und effizienten Schüttgutlagerung in Silos

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06.12.2016 Beim Planen und Aufstellen eines Schüttgut-Silos gibt es viele Details, auf die zu achten ist, vom wirtschaftlichen Betrieb ohne ungeplante Unterbrechungen bis hin zu Staubentwicklung und Explosionsschutz.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Zur sicheren Lagerung von Schüttgut in Silos sind zuverlässige Silokomponenten notwendig, die auf die jeweiligen Schüttgut-Eigenschaften und Silobedingungen abgestimmt sind.
  • Wichtige Bestandteile sind Absperrorgane, Staubfilter, Füllstandsmesser sowie Systeme zur Drucküberwachung und Druckausgleichsventile.

Silos sind ein essenzieller Baustein für viele schüttgutverarbeitende Unternehmen beim Sicherstellen der innerbetrieblichen Materialversorgung und dem Vermeiden von Versorgungsengpässen. Neben Funktionen, die dem eigentlichen Produktionszweck dienen, müssen die Betreiber auch gewährleisten, dass die Silos den Regelungen hinsichtlich des Umweltschutzes und der Arbeitssicherheit entsprechen. Die Anforderungen an Silokomponenten bezüglich ihrer Funktionalität und Wirtschaftlichkeit sind deshalb entsprechend hoch.

Bei der Auswahl passender Silokomponenten ist vor allem das im Silo lagernde Produkt ausschlaggebend. Die Eigenschaften des Schüttguts wie die Fließfähigkeit, dessen Abrasivität oder Neigung zu Anbackungen und Kompaktierungen nehmen enormen Einfluss darauf, welche Komponenten für einen reibungslosen Silobetrieb geeignet sind.

Absperrorgane zum Steuern des Materialflusses

Der Massefluss von Schüttgut aus einem Silo wird in der Regel von Absperrkomponenten wie Klappen oder Schiebern kontrolliert. Durch sie lässt sich die Flussrate beim Austrag aus dem Silo einstellen sowie der Massefluss in Gang setzen oder unterbrechen. Dies kann auch „per Fernsteuerung“ pneumatisch oder elektrisch geschehen, falls händisches Bedienen nicht erwünscht ist.
Neben den Produktcharakteristika hängt die Auswahl des richtigen Absperrorgans von den vorherrschenden Druckverhältnissen im Silo und den Anforderungen an produktberührte Werkstoffe ab. Ebenfalls entscheidend sind die benötigte Durchflussmenge bei vollständig geöffnetem Absperrorgan und eventuelle Beschränkungen bezüglich der Gesamtabmessungen des Absperrorgans.
Während Absperrorgane wie Drehklappen, Kugelsegmentverschlüsse oder Flachschieber den Fluss des bereits im Silo lagernden Produkts steuern, kommen Quetschventile vor allem beim Befüllvorgang zum Einsatz. Dabei wird deren Durchflussöffnung durch die mit Druckluft beaufschlagte Manschette verschlossen. Der Bediener ist so in der Lage, beispielsweise von einer Steuerwarte aus Befüllleitungen erst dann freizugegeben, wenn sicher ist, dass das richtige Silo mit dem richtigen Produkt befüllt werden soll.

Staubfreier Silobetrieb zum Schutz der Umwelt

Siloentlüftungsfilter entstauben die Abluft der Silos und verhindern, dass Stäube aus dem Silo in die Atmosphäre entweichen. Entstaubungsfilter leisten somit einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Umwelt und sind deshalb beim Betrieb von Lagersilos obligatorisch.

Die für die Silobefüllung benötigte, staubhaltige Förderluft (Rohgas) strömt aufwärts in das unten geöffnete Filtergehäuse. Die Filterelemente scheiden die Staubpartikel bei der Passage ab, während die gereinigte Luft aus der Reingaskammer im oberen Bereich des Filtergehäuses entweicht. Die automatisierte zyklische Abreinigung der Filterelemente kann pneumatisch mit Druckluft oder mechanisch durch Vibrationen oder Rüttelbewegungen erfolgen.

Besonders bei der pneumatischen Silobefüllung kann gefährlicher Über- und Unterdruck im Silo entstehen, der die Silostruktur und somit auch das Bedienpersonal gefährdet. Mit Hilfe einer integrierten Druckdifferenzmessung sind solche Gefahrensituationen frühzeitig zu erkennen. Damit lassen sich Gegenmaßnahmen wie das rechtzeitige Abreinigen der Filterelemente oder das Unterbrechen des Befüllvorgangs automatisch einleiten.

Die Wahl des richtigen Entstaubungssystems ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Entscheidend sind natürlich die physikalischen und chemischen Charakteristika des Produktes, aber auch die Größe des Volumenstroms sowie Temperatur und Feuchtigkeit. Das Einsatzumfeld des Silos in Gebäuden oder im Freien sowie besondere Umweltbedingungen wie Säuren, Lösungsmittel, Salze oder extrem niedrige Betriebstemperaturen haben ebenfalls einen Einfluss. Die Art der Silobefüllung und des installierten Fördersystems oder Gefahrenbereiche wie explosionsgefährdete Zonen, die spezielle Sicherheitsmechanismen am Filtersystem erfordern, sind darüber hinaus zu berücksichtigen.

Sicherheitskomponenten: Nur nicht unter Druck geraten

Hauptursache für Unfälle oder Schäden an Silos sind Situationen, bei denen im Silo Über- oder Unterdruck entsteht, der die Belastungsgrenze der Silokonstruktion übersteigt. Abnorme Druckverhältnisse können vor allem beim Befüllen von Silos entstehen, wenn das Material pneumatisch in das Silo eingeblasen wird. Kann die überschüssige Luft nicht aus dem Silo entweichen bzw. kann bei Unterdruck keine Luft in den Silo nachströmen, ist es ohne Hilfsmittel nicht möglich, einen Druckausgleich im Silo herzustellen. Silosicherheitssysteme minimieren das Risiko einer Zerstörung des Silos und verhindern Personen- sowie Sach- und Umweltschäden.

So arbeiten WAM-Druckmesser vom Typ IPE elektronisch und überwachen mit Hilfe einer selbstreinigenden und temperaturbeständigen Membran kontinuierlich in Echtzeit den ansteigenden Druck bei der Silobefüllung einschließlich des Endschwalls. Druckwächter vom Typ IPM dagegen funktionieren elektromechanisch und zeigen an, ob das gegenwärtige Druckniveau im Silo höher oder niedriger ist als ein im Druckwächter vorprogrammierte Grenzwert. Die gegenwärtigen Druckverhältnisse im Silo lassen sich über eine entsprechende Kabelverbindung in einer Steuerzentrale anzeigen.

Füllstandsmelder: Voll heißt voll

Das Überwachen des Füllstandes von Produkten in Silos ist nicht nur wichtig, um ein Überfüllen zu vermeiden. Es vermeidet auch Materialversorgungsengpässe in der Produktion. Die Auswahl der passenden Komponente für die Füllstandsmessung hängt von den Schüttguteigenschaften wie dem spezifischen Gewicht ab.

Drehflügel-Füllstandsmelder werden entweder auf dem Silodach oder seitlich an der Silowand installiert. Der sich langsam drehende Drehflügel ragt in das Siloinnere und kommt immer dann zum Stillstand, wenn es von Material umgeben wird. Sinkt der Füllstand und wird das Paddel freigelegt, beginnt es durch den fehlenden Widerstand wieder zu rotieren und löst einen elektrischen Kontakt aus. Seil-Füllstandsmelder kommen ausschließlich auf dem Silodach zum Einsatz. Von einem Mikroprozessor gesteuert, sinkt in regelmäßigen Abständen ein an einem Seil oder Band hängendes „Fühlgewicht“ den Silo hinab. Beim Aufsetzen auf dem Schüttgut fährt das Gewicht wieder zurück in die Ausgangsposition. Der Füllstand wird hier anhand der Entfernung ermittelt, die das Fühlgewicht im Silo zurückgelegt hat.

Vibrations-Messsonden lösen mit Hilfe einer vibrierenden Gabel ein elektrisches Signal aus, sobald die Gabelarme bei steigendem Füllstand in das Produkt eintauchen und sich dadurch die Vibrationsamplitude verändert.

Am Silodach angebrachte Druckausgleichsventile sind der letzte Sicherheitsmechanismus, um den Silo und das Bedienpersonal bei abnormen Druckverhältnissen zu schützen, indem sie für einen Druckausgleich sorgen. Plötzlich auftretende Über- oder Unterdruckanomalien entstehen vor allem bei der pneumatischen Befüllung des Silos durch Silofahrzeuge. Wird das Produkt vom Fahrzeug in den Silo eingeblasen, und kann die überschüssige Luft aufgrund technischer Probleme wie verstopfte Filterelemente nicht ausströmen, entsteht sehr schnell Überdruck, der irreparable Schäden an der Silostruktur verursachen kann. Gängige technologische Lösungsansätze hierfür sind vor allem federbelastete und gewichtsbelastete bzw. Membran-Druckausgleichsventile.

Zentrale Silo-Steuerung: alles im Blick

Der sichere und effiziente Betrieb eines Silos ist erst dann gewährleistet, wenn alle kritischen Kernfunktionen wie die Befüllung, Entstaubung, Drucküberwachung oder der Materialaustrag für jedes Silo schnell und übersichtlich zu überwachen und steuern sind. Je mehr Silos im Einsatz sind, umso wichtiger ist eine zentralisierte Steuerung, und umso sicherer ist das Silomanagement.
Mit einer zentralen Steuereinheit lassen sich also die verschiedenen Silos ansteuern und die wichtigsten Informationen visualisieren. Das reicht vom Initiieren und Überwachen des Befüllvorgangs über die Steuerung der automatischen Filterabreinigung für jedes Silo und der elektronische Druckdifferenzmessung sowie Füllstands- und Drucküberwachung bis hin zur Steuerung des Materialflusses aus dem Silo durch das Öffnen und Schließen der jeweiligen Absperrorgane.

Trotz der zentralen Verfügbarkeit der wichtigsten Siloparameter und installierter Sicherheitskomponenten kann es zu Situationen kommen, in denen die Sicherheit von Menschen und die Funktion des Silos in Gefahr ist. Daher ist es ratsam, entsprechende Alarmmeldungen in das Silo-Sicherheitskonzept zu integrieren. So sollten insbesondere akustische Alarmmelder wie Hupen auf dem Silodach, oder visuelle Alarmsignale in den Steuerkonsolen der Steuerungszentrale obligatorisch sein.

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Heftausgabe: Dezember 2016

Über den Autor

Martin Rudolf, Marketing Manager bei WAM
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