Wirbelsturm im Rohr

BASF implementiert innovatives Reinigungsverfahren für Rohrleitungen

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14.08.2018 Schnelle Produktwechsel werden in der chemischen Produktion immer wichtiger. Gleichzeitig muss die Reinigungsqualität gewährleistet sein und soll die Ausbeute maximiert werden. Am BASF-Standort Düsseldorf wurde deshalb ein Reinigungsverfahren installiert, bei dem Produktreste mit einem Hilfsmedium ausgeschoben werden.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Komplexe Rohrsysteme sind in der Regel nicht einfach zu reinigen – Molchsysteme scheitern an Verzweigungen, Koppelsystemen und Ventilknoten.
  • Eine effiziente und wirtschaftliche Alternative ist das Whirlwind-System, bei dem einem Luftwirbel Wasser oder Reinigungsmedien zugegeben werden.
  • Die BASF nutzt das System am Standort Düsseldorf und kann nun Produktwechsel deutlich einfacher und schneller durchführen.

1 Einbindung am Behälter

1: Das vierstufige Reinigungsverfahren ermöglicht es, Rohrleitungen vergleichsweise einfach und effizient zu reinigen. Im Bild: Einbindung des Whirlwind-Systems am Behälter. Bilder: Ruland Engineering & Consulting

BASF Personal Care & Nutrition entwickelt, produziert und vermarktet am Standort Düsseldorf ein breites Sortiment an Inhaltsstoffen für die Kosmetikindustrie sowie für Haushalts- und Industriereiniger auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen. Die Anlage ist über die Jahre gewachsen, und innerhalb des Werks verläuft der Füllbetrieb über ein weit verzweigtes Netz an Rohrleitungen. Von Tankzügen oder von Tanklagern läuft die Verrohrung zu mehreren Abfüllwaagen und einer Tankzugverladung. Die Beschaffenheit des Rohrleitungssystems schränkt die Möglichkeiten für eine Reinigung ein: Die Vielzahl von Verzweigungen, Schlauchkoppelstellen, Ventilknoten und die Instrumentierung machen den Einsatz der Molchtechnologie unrentabel. Für einen Luftwirbel sind derartige Rohrleitungselemente allerdings kein Hindernis. Durch ihre große Flexibilität bietet die Whirlwind-Technologie unter diesen Bedingungen eine ideale Chance, um Prozesse zu vereinfachen und den Ertrag zu optimieren.

Individuelles Konzept für „gewachsene“ Verrohrungen

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2: Fließschema des Reinigungssystems.

Um das Verbesserungspotenzial zu identifizieren und die Ausgangssituation zu bewerten, startete Ruland Engineering & Consulting zunächst mit Versuchsreihen mit den jeweiligen Produkten auf der eigenen Testanlage in Neustadt und einer detaillierten Analyse der Anlage in Düsseldorf. Wie häufig bei Chemieanlagen anzutreffen, war die Verrohrung ungeeignet, um mit den gängigen Verfahren einen ökonomischen Produktwechsel mit anschließender Reinigung befriedigend zu bewältigen. Einbauten wie T-Stücke mit toten Enden, große Nennweitensprünge, komplizierte Streckenführung und nicht auf Hygiene optimierte Instrumentierung sind generell wenig reinigungsfreundlich, die Reinigung dauert lange und ist nicht zuletzt wegen der hohen Ausschussmenge kostenintensiv. Der Einsatz von Molchtechnik wäre nur unter der Voraussetzung möglich gewesen, das komplette Rohrleitungssystem neu zu konzipieren und „molchfähig“ zu machen. Bei der Anlage der BASF in Düsseldorf war es den Planern von Ruland jedoch möglich, den Aufwand sehr gering zu halten: Die Whirlwind-Technologie ist so flexibel, dass es ausreichend war, das Rohrleitungsnetz nur punktuell zu optimieren.

Zuvor erfolgte die Reinigung der Anlage hauptsächlich mit Dampf und Wasser. So entstand ein hoher Anfall an produktbelastetem Spül- und Reinigungswasser, dessen Entsorgung mit hohen Kosten zu Buche schlug. Nicht nur aus ökonomischen Gründen, sondern auch im Sinne der konzerneigenen Nachhaltigkeitsstrategie wünschte die BASF für die Modernisierung eine Technologie, die Abwässer vermeidet oder zumindest verringert. Ebenfalls reduzierbar war die Zeit, die für die Reinigung benötigt wird – ein Faktor, der sich bei häufigen Produktwechseln multipliziert.

Nachhaltig und wirtschaftlich: die reinigende Kraft des Wirbels

4 Zyklon Tankzugabfüllung

3: Zyklon an der Tankzugabfüllung.

Nachdem das bestehende System genauestens analysiert und alle Schwachstellen identifiziert und dokumentiert waren, entwickelte das Planer-Team ein erstes Konzept für die Optimierung. Hier zeigte sich deutlich das große Potenzial der Whirlwind-Technologie, gerade unter schwierigen Bedingungen. Die Module lassen sich einfach in bestehende Rohrleitungsanlagen integrieren. Sie sind nicht aufwendig konstruiert und deshalb vergleichsweise wartungsarm.

Ruland setzt die Methode bereits seit mehreren Jahren ein und hat eine entsprechende Expertise aufgebaut. In der Testanlage in Neustadt können mit den Produkten der Kunden Reinigungsversuche durchgeführt werden. So lässt sich im Vorfeld prüfen, wie Erfolg versprechend das System arbeitet.

Vier Stufen für einen effizienten Prozess

IBC Fassabfüllng Reinigungsstellung

4: IBC- bzw. Fassabfüllung in Reinigungsstellung.

Das Verfahren selbst ist leicht erklärt: Das Produkt wird zuerst mit einem Luftstrom laminar durch Rohrleitungen, Ventile und Filter gedrückt. In einer weiteren Phase des Ausschiebens wird der Luftwirbel erzeugt, der das restliche Produkt bis auf kleinste Mengen beseitigt. In Abhängigkeit von der Produktbeschaffenheit und Dauer der Ausschubphase werden 95 bis 99 % des Leitungsinhalts entfernt. Eine kleine Menge Wasser oder Reinigungslösung, etwa 5 bis 10 l/min, werden nun in den Luftwirbel injiziert. Die reinigende Wirkung entsteht durch die Turbulenz der Flüssigkeit an den Rohrinnenflächen. In einer vierten und letzten Phase wird jegliches Wasser oder Reinigungsmittel beseitigt. Mit temperierter Luft kann, wenn nötig, die Leitung vollständig getrocknet werden. Dies ist enorm wichtig für alle Stoffe, die nicht mit Wasser in Kontakt kommen dürfen. Außerdem kann es bei einer leeren Leitung keine Anfahrverluste durch Mischphasen geben.

Für die Durchführung aller vier Phasen werden lediglich als Basiseinheit das Gebläse, ein Reinigungsmodul und an jedem angesteuerten Ziel ein Zyklon als Abscheider für die Trennung von Luft und Flüssigkeit benötigt. Bei räumlicher Trennung der unabhängigen Verbraucher oder Leitungen addieren sich Reinigungsmodule und Zyklone.

Im Falle des Düsseldorfer BASF-Werks entstanden vor der Modernisierung große Mengen an Abfallstoffen, für deren Entsorgung das Unternehmen hohe Aufwendungen hatte. Seit die neue Technologie im Einsatz ist, konnten diese Entsorgungskosten so stark reduziert werden, dass sich die Investition in kurzer Zeit amortisiert hat.

3 Reinigungsstation

5: Dem Luftwirbel kann an Dosierstationen Wasser oder Reinigungslösung zugesetzt werden.

Geforderter Grenzwert deutlich unterschritten

Auf Basis einer Situationsanalyse und von Vergleichswerten konnten die Reinigungsleistung und Wirtschaftlichkeit des Systems bereits im Vorfeld gut abgeschätzt werden. In Vorversuchen wurde nach einem kompletten Produktwechsel und Reinigungszyklus mit Referenzprodukten auf einer definierten Rohrstrecke von 25 m auch der TOC-Wert gemessen und als Grundlage für die Abnahme auf einer vergleichbaren Rohrstrecke vor Ort herangezogen. Der von der BASF geforderte Grenzwert wurde dabei auf einer wesentlich längeren Strecke von 75 m deutlich unterschritten.
Seit Sommer 2016 ist das Whirlwind-System in Düsseldorf erfolgreich im Einsatz. Der zuständige Produktionsleiter resümiert: „Wir haben mit der Wahl dieser Technologie den richtigen Weg eingeschlagen und sind mit dem Ergebnis sehr zufrieden. Seit unsere Anlage entsprechend optimiert wurde, läuft die Produktion unter verbesserten Bedingungen. Produktwechsel gehen einfacher und deutlich schneller vonstatten, wir haben viel weniger Produktabfall – und die Investition hat sich innerhalb von zwei bis drei Jahren bereits gerechnet.“

Heftausgabe: August/2018

Über den Autor

Bernhard Scheller ist Geschäftsführender Gesellschafter von Ruland Engineering & Consulting
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