Sicher pneumatisch fördern

Ex-Schutz und Zuverlässigkeit von Förderaggregaten

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15.05.2019 Ohne Förderluft keine Produktion – auf diesen einfachen Nenner lässt sich die Bedeutung von Kompressoranlagen in der Chemie bringen. Doch nicht nur auf die Zuverlässigkeit kommt es an, sondern in erster Linie auf die Sicherheit. Und hier spielt der Explosionsschutz eine entscheidende Rolle.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Bei der Erzeugung pneumatischer Förderluft wird das Zubehör rund um einen Kompressor immer wichtiger.
  • Spezielle Filter helfen den Eintrag von Fremdkörpern zu vermeiden. Druckseitige Schalldämpfer als Funken-sperre löschen entstehende Funken.
  • Weiteres Zubehör dient zur Luftkonditionierung und zum Monitoring der Gesamtanlage.
  • Neben dem richtigen Zubehör kommt es allerdings auch auf die korrekte Auslegung der Maschine sowie deren Steuerung an.

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Verdichterstationen für die pneumatische Förderung von Feststoffen in der Chemie müssen heute für die Anforderungen maßgeschneidert werden. Bilder: Aerzen

Explosionsschutz haben die meisten Anlagenbetreiber zwar auf dem Schirm, doch gerade im Zusammenhang mit der Prozesslufterzeugung für die pneumatische Förderung liegt die Tücke häufig im Detail: „Meistens stehen Kompressoren und Gebläse nicht in Ex-Zonen. Doch was viele Betreiber vergessen, ist die Tatsache, dass die Maschinen in Ex-Zonen hinein fördern oder aus Ex-Zonen ansaugen“, berichtet Stephan Brand, Vice President Marketing & Product Management und Director Turbo Business bei der Aerzener Maschinenfabrik. Denn in Rohrleitungen, in denen brennbare Pulver und Stäube gefördert werden, liegen meist zündfähige Gas- oder Staub-/Luftgemische vor.

Ausgedrückt wird dieser Umstand durch die Einordnung der Anlagenbereiche in Ex-Zonen: Für brennbare Gase sind dies die Zonen 0 bis 2, für brennbare Stäube die Zonen 20 bis 22. Während in Zone 2 oder 22 lediglich selten und auch nur kurzzeitig eine explosionsfähige Atmosphäre herrscht, liegt diese in den Zonen 0 und 20 ständig oder über längere Zeit vor. Behälter und Rohrleitungen bei der pneumatischen Förderung sind praktisch immer den Zonen 20 oder 21 zuzuordnen.

Zündquellen zeigen sich in vielfältigen Formen

Aggregat

Zonentrennfilter und Funkensperre verhindern, dass Zündquellen in das pneumatische Fördersystem eingetragen werden.

Bei der pneumatischen Förderung werden brennbare Pulver und Stäube in der Regel fein in der Förderluft verteilt – dadurch steht der Staub in intensivem Kontakt mit dem in der Förderluft enthaltenen Sauerstoff: perfekte Bedingungen für eine Explosion. Um diese zu vermeiden, muss die dritte Komponente des klassischen Zünddreiecks vermieden werden: die Zündquelle. Doch gerade bei der pneumatischen Förderung zeigen sich diese in vielfältigen Formen: Mechanische Reibung nichtleitender Stoffe kann zu elektrostatischen Aufladungen führen, die sich mit Funkenbildung entladen. Zudem können heiße Funken entstehen, wenn mechanisch bewegte Bauteile aufeinandertreffen oder aneinanderreiben.

Die Ursache dafür kann wiederum der Verdichter sein: So ist beispielsweise der Luftspalt zwischen den in der Verdichterkammer rotierenden Drehkolben so eng, dass ein defektes Lager aufgrund von Verschleiß und mangelnder Wartung ausreichen kann, damit diese zusammenschlagen. Dabei können Funken entstehen, die in die Druckleitung gelangen – wenn dagegen keine Vorkehrungen getroffen werden. „Häufig gehen Anlagenbauer und Betreiber davon aus, dass solche Funken auf der Strecke hin zu einer Zellenradschleuse verlöschen. Doch sicher ist das nicht“, erläutert Stephan Brand das Problem. Der Hersteller integriert deshalb in seine Aggregate auf der Druckseite einen Schalldämpfer, der gleichzeitig als Funkensperre dient.

Die sogenannten Reflexionsschalldämpfer arbeiten mit einem geschlitzten Rohrsystem, bei dem der entstehende Rohrschall durch das zeitversetzte Überlagern von Schallkurven gedämpft wird. Entstehende Funken bleiben an definierten Umlenkungen innerhalb des Schalldämpfers hängen. Gegenüber herkömmlichen Schalldämpfern mit Dämmmaterial arbeiten diese Reflexionsschalldämpfer verschleiß- und wartungsfrei und sind vom TÜV auf Basis von praktischen Versuchen als Funkensperre zertifiziert.

3 Saugförderung mit Zonentrennfilter

Bei der Saugförderung verhindert ein auf der Saugseite des Aggregats installierter Zonentrennfilter, dass brennbare Staub-Luft-Gemische in das Gebläse gelangen.

2 Funkensperre bei der Druckförderung

Die Verdichter- oder Gebläseaggregate sind mit einem Reaktivschalldämpfer ausgestattet, der gleichzeitig als Funkensperre dient. Dadurch wird verhindert, dass Zündfunken in die Ex-Zone eingetragen werden.

Um sicherheitsrelevante Schäden wie das Anlaufen von Rotoren von vornherein zu verhindern, setzt der Verdichterhersteller zudem Frühwarnsysteme ein: Dazu gehören die reaktiv durchgeführte, manuelle Schwingungsüberwachung in der Nähe der Lagerstellen oder die kontinuierlich durchgeführte Überwachung der Verdichterstufe über Sensoren, die via 4…20-mA-Signal den Status an ein übergeordnetes System melden. Dieses „Condition Monitoring“ kann dahingehend ausgebaut werden, dass neben den Lagern auch Innenringe, das Anschlagen des Rotors gegen die innere Gehäusewand oder lokale Materialschäden permanent überwacht werden.

Doch nicht nur auf der Druckseite droht bei der pneumatischen Förderung Gefahr – auch bei der Saugförderung darf das Kompressoraggregat im Hinblick auf den Explosionsschutz nicht übersehen werden. Die Aufgabe besteht hier darin, zu vermeiden, dass brennbares Staub-Luft-Gemisch in das Sauggebläse eindringt und dort gezündet wird. Dazu werden dem Verdichter sogenannte Zonentrenn- oder Polizeifilter vorgeschaltet. Der Hersteller hat dazu ein Filterelement entwickelt, das in den Saugschalldämpfer integriert und per Differenzdruckmessung überwacht wird. So lässt sich verhindern, dass ein Filterbruch zu einer gefährlichen Situation führt, indem das Aggregat rechtzeitig heruntergefahren wird.

Schallschutz schützt auch die Anlage

Auf der Druckseite bringt der Explosionsschutz per Reflexionsschalldämpfer noch einen weiteren Vorteil mit sich: Die Vorrichtung schont nicht nur das Gehör des Anlagenpersonals, sondern auch die Anlage selbst: Hohe Pulsationen können nämlich Kräfte erzeugen, die das Dämmmaterial herkömmlicher Schalldämpfer mit der Zeit zersetzen und dieses in das Druckluftsystem eintragen und damit verunreinigen. „Und in Zeiten, in denen die Zuverlässigkeit der eingesetzten Technik ein Schlüssel zur Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens ist, müssen solche ungeplanten Ausfälle und Verunreinigungen mit allen Mitteln verhindert werden“, erklärt Stephan Brand im CT-Interview.

Interview mit Stephan Brand, Aerzener Maschinenfabrik

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Stephan Brand ist Vice President Marketing & Product Management und Director Turbo Business bei der Aerzener Maschinenfabrik: „Die Anforderungen steigen kontinuierlich – nicht nur in Bezug auf die Zuverlässigkeit einer Förderlösung und die Verfügbarkeit der Anlagen, sondern auch hinsichtlich der individuellen Problemstellungen.“

„Zu große Sicherheitszuschläge gehen ins Geld“

CT: Welches sind in den Gesprächen mit Ihren Kunden in der Prozessindustrie derzeit die wichtigsten Trends?
Brand: Das Thema Zuverlässigkeit steht bei den Betreibern an erster Stelle. Denn ohne Luft keine Produktion. Um die Produktivität hoch zu halten, muss die Prozessluftversorgung deshalb absolut zuverlässig sein. Und das erfordert in verfahrenstechnischen Prozessen meist maßgeschneiderte Lösungen. Deshalb spielt das Zubehör um ein Verdichteraggregat herum eine immer wichtigere Rolle – und wir stellen fest, dass unsere Kunden immer umfassendere und auf den Anwendungsfall zugeschnittene Lösungen verlangen.

CT: Warum ist das heute anders als früher?
Brand: Die Anforderungen steigen kontinuierlich – nicht nur in Bezug auf die Zuverlässigkeit einer Förderlösung und die Verfügbarkeit der Anlagen, sondern auch hinsichtlich der individuellen Problemstellung. Wir werden als Hersteller stärker in die Pflicht genommen, weil die Betreiber Schnittstellen vermeiden wollen, indem sie von uns Komplettlösungen fordern.

CT: Wie sehen Sie das für die Chemie?
Brand: In der Chemie beobachten wir, dass die Spezifikationen für die Maschinen immer detaillierter werden. So werden Antriebe und Motoren bis hin zu den Herstellern vorgeschrieben, weil die Betreiber dadurch ihre Ersatzteillogistik vereinfachen wollen. Oder ein Betreiber möchte beispielsweise keinen Elektromotor, sondern vorhandenen Dampf als Antrieb nutzen. Das erfordert dann maßgeschneiderte Lösungen.

CT: Sind die Kunden bereit, für diese Sonderlösungen auch mehr zu bezahlen?
Brand: Teilweise schon. Für uns besteht die Herausforderung darin, die Balance zwischen unserer Flexibilität im Angebot und der preislichen Wettbewerbsfähigkeit zu finden. Doch die Investition alleine spielt bei einer Förderlösung auf lange Sicht nur eine untergeordnete Rolle, denn neben dem Thema der Zuverlässigkeit stehen im Hinblick auf die Lebenszykluskosten die Energiekosten bei Kompressoren im Vordergrund.

CT: Das müssen Sie erklären.
Brand: Zunächst geht es darum, dass die Maschine richtig für den tatsächlichen Bedarf ausgelegt ist. Oft werden in der Praxis zu viele Sicherheitszuschläge kalkuliert. Ein höherer Druck und ein zu hoher Volumenstrom führen dann zu einer zu großen Maschine, die dann auch noch ineffizient arbeitet. Dadurch steigen die Betriebs- und Energiekosten, und auch die Anschaffung ist zu teuer.
Ein weiterer Aspekt sind die Wartungskosten. Diese lassen sich durch eine zustandsbezogene und lastabhängige Instandhaltungsstrategie senken. Außerdem steigt dadurch die Produktivität, weil die Stillstandszeiten sinken. Möglich wird das durch den Einsatz von Condition-Management-Systemen.

CT: Wo sehen Sie beim Betrieb bestehender Anlagen den größten Nachholbedarf?
Brand: Das Thema Reinheit der Förderluft gewinnt immer mehr an Bedeutung. Fremdkörper oder Öl im Produkt führen zum Teil zu spektakulären Rückrufaktionen – und diese wollen die Betreiber unbedingt vermeiden. Unsere Antwort darauf ist der Einsatz von Schalldämpfern ohne Absorptionsmaterial und die absolut ölfreie Verdichtung – letztere haben wir uns vom TÜV zertifizieren lassen.

Zur Homepage des Anbieters.

Heftausgabe: Mai/2019
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

Über den Autor

Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK
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