Immer gut belüften

CT-Produktfokus Druckluftversorgung

03.12.2018 Druckluft ist nach wie vor ein wichtiges Prozessmedium, das jedoch besonders im Zuge von Energiesparmaßnahmen die Aufmerksamkeit auf sich zieht. Viele Betreiber haben die Drucklufterzeugung als bedeutenden Kostenfaktor ausgemacht.

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Mit dem Verdichten und somit Erzeugen von Druckluft sind die meisten Prozesse jedoch noch nicht am Ziel, auch Parameter wie Feuchtigkeit und Temperatur müssen stimmen. Wir stellen Ihnen einige exemplarische Lösungen für den energieeffizienten Druckluftbetrieb vor.

1: Zweistufige Schraubenkompressoren

Die trocken verdichtenden Schraubenkompressoren CSG-2 von Kaeser sind mit Antriebsleistungen von 37 bis 90 kW erhältlich. Die zweistufigen Schraubenkompressoren erreichen Förderströme von 5,4 bis 13,1 m³/min und einen Druck von 4 bis 10 bar. Zusammen mit den bisherigen Baureihen „DSG-2“ und „FSG-2“ decken die Kaeser-Trockenläufer jetzt Liefermengen von 5,4 bis 50,0 m³/min bzw. von 3,2 bis 50,8 m³/min bei drehzahlgeregelten Maschinen ab. Die Schraubenrotoren der Maschinen sind mit einer abrieb- und bis 300 °C temperaturbeständigen „Ultra Coat“-Beschichtung versehen, die für eine hohe Dicht- und Schutzwirkung sorgt. Eine gleichbleibend hohe Liefermenge trägt so zu günstigen Gesamtkosten bei.

Außerdem können die Anlagen bis Umgebungstemperaturen von 45 °C kostengünstig mit Luft gekühlt werden. Für zuverlässigen und energieeffizienten Betrieb sorgt bei der Baureihe „CSG-2“ die neue interne Steuerung „Sigma Control 2“ auf Industrie-PC-Basis: Zu weiterer Energieersparnis tragen mehrere wählbare Regelungsarten, Schaltuhr und Grundlastwechselfunktion bei. Ein präzise arbeitender elektronischer Druckaufnehmer erlaubt es außerdem, die Schaltdifferenz enger zu wählen und so nochmals Energie einzusparen. Angetrieben werden die Kompressoren von IE3-„Premium Efficiency“-Motoren.

2: Kompaktes Turbogebläse

Die Aggregate der Baureihe Aerzen Turbo G5plus verfügen über ein extrem kompaktes Design und kommen mit geringem Platzbedarf aus. Weitere Features sind die Luftlagerung mit Doppelbeschichtung und die Multilevel-Frequenz-Umrichtertechnologie (> 55 kW), die die Wärmeverluste im Motor auf ein Minimum reduziert und damit den Gesamtwirkungsgrad verbessert. Eine zusätzliche Motordrossel oder ein Sinusfilter, die bei herkömmlichen Frequenzumrichtern eingesetzt werden müssen, sind hierbei nicht nötig.

Ebenfalls weiterentwickelt ist die Luftspaltlagerung mit Doppelbeschichtung, bestehend aus Teflon und Grafit. Sie ermöglicht eine erhöhte Temperaturbeständigkeit und eine erhöhte Lebensdauer von > 80.000 Betriebsstunden unabhängig von Start- und Stoppzyklen. Die Geräte der Baureihe sind für Volumenströme von 300 m3/h bis 8.400 m3/h und für maximal 1.000 bar Druck erhältlich. Sie arbeiten ölfrei, der Wartungsaufwand ist gering und beschränkt sich auf regelmäßigen Filterwechsel.

3: Hermetischer Hochdruckverdichter

Der Haug Sirius HP 450 von Sauer Compressors ist ein ölfrei arbeitender Hochdruckverdichter. Sein hermetisch gasdichter Aufbau erlaubt besonders niedrige Leckraten bei der vierstufigen Verdichtung nahezu jeden Gases. Der Verdichter arbeitet mit einem Ansaugdruck von 5 bar und erzeugt einen Volumenstrom von 60 m³/h bei einem Enddruck von 450 bar. Neben dem Sirius bietet der Hersteller auch das Modell Haug Pluto an, einen Kompressor, der sich für die Rückgewinnung und Nachverdichtung von Gasen wie Helium, SF6, Sauerstoff und Stickstoff eignet.

4: Turbokompressor-Reihe mit hohem Wirkungsgrad

Continental Industrie hat eine Turbokompressor-Serie mit den drei Modellen TCH-15, TCH-25 und TCH-35 auf den Markt gebracht. Die drei einstufigen Turbokompressoren mit integriertem Getriebe liefern ab 10.000 m3/h einen Wirkungsgrad oberhalb von 80 %. Während sie hierfür im Durchschnitt etwa 200 bis 1.100 kW an Leistung beanspruchen, benötigen Zentrifugalgebläse in der Regel mindestens 10 % mehr. Das ist speziell dann relevant, wenn mehrere solcher Einheiten im Parallelbetrieb arbeiten.

Generell beansprucht die Zufuhr großer Luftmengen bei niedrigem Druck mehr als 60 % der in einer Kläranlage verbrauchten Energie. Dieser Punkt sollte für Anlagenbetreiber von großem Interesse sein. Die Energieeffizienz bei Turbogebläsen ist für die Abwasserbelüftung von Vorteil: Am Betriebspunkt liegt sie bei >82 % Effizienz, bei 50 % abnehmender Menge immerhin noch bei 79 %. Im Vergleich dazu liegt die Effizienz mehrstufiger Gebläse dagegen nur noch bei 65 %. Insgesamt nimmt die Effizienzkurve der Zentrifugalgebläse beim Turndown schneller ab als bei Turboverdichtern.

5: Messgas-Kompressorkühler für Ex-Zone 1

Die Messgas-Kompressorkühler der Serie BCR02 Ex und BCR 03 Ex von AGT-PSG sind speziell für den Betrieb in Ex-Zone 2 entwickelt, die Kühler der Serie BCR05 Ex sind für den Betrieb in Ex-Zone 1 zugelassen. Alle Kühler sind entsprechend der Atex-Richtlinie EN2014/34/EU entworfen und gefertigt. Die wartungsarmen Hochleistungskühler werden speziell für die kontinuierliche extraktive Gasanalyse verwendet. Sie dienen zur exakten konstanten Absenkung des Messgastaupunktes und damit zum Trocknen des feuchten Messgasstromes. Dies minimiert Wasserdampf-Querempfindlichkeiten und volumetrische Fehler und vermeidet Beschädigungen des empfindlichen Analysators.

Die präzise Proportional-Temperaturregelung in Kombination mit dem langlebigen Heißgas-Bypasssystem und dem leistungsstarken Wärmeübertrager erreicht niedrige und konstante Ausgangstaupunkte von 3 °C. Auch Lastschwankungen und hohe thermische Belastungen werden zuverlässig ausgeglichen. Die Mono- oder Dual-Wärmeübertrager mit ein oder zwei Gaswegen sind in einem stabilen Aluminiumzylinder eingebaut, welcher einen optimalen Energieaustausch zwischen Messgas und Kühlmedium ermöglicht. Zusätzlich stellt der Aluminiumzylinder einen Kältespeicher dar, welcher die Kompensation von ungünstigen Betriebsbedingungen unterstützt. Die Kühler sind mit Wechsel-Wärmeübertragern ausgerüstet, die im Bedarfsfall ohne Demontage des Gerätes leicht auszutauschen sind. Zum Trocknen von explosivem Messgas bietet der Hersteller Edelstahl-Wärmeübertrager für die Integration in verrohrten Systemen an. Alternativ sind auch Wärmeübertrager aus PVDF oder Glas erhältlich.

6: Rotationstrockner mit Wärmerückgewinnung

Mit dem i.HOC hat Kaeser einen neuen integrierten Rotationstrockner für seine trockenverdichtende Schraubenkompressoren im Programm. Selbst unter ungünstigen Umgebungsbedingungen liefert dieser Druckluft mit Drucktaupunkten bis -30 °C. i.HOC steht für „integrated heat of compression dryer“. Das bedeutet, dass die Wärme, die bei der Druckluftverdichtung ohnehin entsteht, für die Regeneration des Trockenmittels genutzt wird. Im Gegensatz zu anderen Systemen nutzt der Trockner die gesamte Wärmemenge. Dadurch können auch bei ungünstigen Bedingungen wie niedrigem Druck, hohen Temperaturen oder geringer Auslastung niedrige Drucktaupunkte sicher erzeugt werden.

Möglich ist dies durch ein hocheffizientes und regelbares Radialgebläse, das einerseits den Druckverlust im Trocknungsprozess kompensiert, andererseits die Trocknung immer an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen automatisch anpasst. Die kompakte Bauweise erlaubt eine einfache und kostensparende Installation. Bei wassergekühlten trockenverdichtenden Schraubenkompressoren können hohe Wärmerückgewinnungsraten erzielt werden, weil der Kompressorkühler zu diesem Zweck genutzt werden kann.

7: Sicherheitswärmeübertrager zur Vorwärmung und Kühlung

Kelvion hat den Einsatzbereich seiner Doppelrohr-Sicherheitswärmeübertrager Shell & Tube erheblich erweitert: Die flexible Technik kommt in der Gasvorwärmung/-kühlung von Turbinen, in Druckgasregulierstationen und im LNG-Bereich zum Einsatz. Hinzu kommen sichere Gasvorwärmung, Hochdruckanwendungen und die Kühlung von Kompressoren. Im Gegensatz zu einwandigen Rohrbündel-Wärmeübertragern ist das Rohrbündel in doppelwandiger Ausführung an jedem Ende mit jeweils zwei Rohrböden ausgestattet.

Bei einer Leckage in einer Rohrwand tritt das Produkt über feine Kanäle, die zwischen den Doppelrohren eingearbeitet sind, in den Leckagesammelraum ein und löst eine Kontrollmeldung aus. Das Produkt bleibt jedoch durch das zweite intakte Rohr vom zweiten Fluid getrennt. Der Anlagenbetreiber kann den Wärmeübertrager ohne kostenintensive Stillstandszeiten bis zur nächsten turnusmäßigen Wartung weiter betreiben.

8: Öl-Wasser-Trenner für einfache Entsorgung

Der kompakte Öl-Wasser-Trenner OSS von Atlas Copco ähnelt seinem großen Bruder, dem OSC, ist aber für kleinere Druckluftmengen bis 25 l/s ausgelegt. Das Gerät arbeitet mit zwei Filterstufen. Heraus kommt ein sauberes Kondensat, das fast kein Restöl mehr aufweist: Nach der Abscheidung beträgt die Restölkonzentration im Wasser unter 15 ppm, sodass es ins Abwasser gegeben werden darf. Diese Aufbereitung des Kondensats ist nachhaltiger und spart Entsorgungskosten. Der Abscheider ist sehr kompakt und für kleine Kompressoren optimiert. Eine Halterung zur Wand- oder Plattenmontage liefert der Hersteller mit. Alle Materialien des Abscheiders können zu 100 % recycelt werden.

CT-Artikel: Betriebskosten für Druckluft reduzieren

Heftausgabe: Dezember/2018
Ansgar Kretschmer, Redaktion

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