Stellschraube beim Energiesparen

Station für bedarfsgerecht erzeugte trockene Druckluft

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03.04.2018 Für Chemieunternehmen, die sich klare Ziele zur kontinuierlichen Energieeinsparung setzen, ist die Drucklufterzeugung eine wichtige „Stellschraube“: Der Energieaufwand für die Druckluftversorgung ist ein oft unterschätzter Faktor, mit dessen Optimierung sich Kosten beachtlich senken lassen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Ein Erdölchemie-Unternehmen benötigte eine Lösung zur bedarfsgerechten Erzeugung von getrockneter Druckluft.
  • Die installierte Druckluftstation verfügt über drei drehzahlgeregelte Schraubenverdichter und eine besonders energiesparende Trocknerkombination.
  • Die Hybridtrockner mit einer Kälte- und einer Adsorptionsstufe ermöglichen niedrige Taupunkte bei deutlich gesenkten Energiekosten.

CompAir Unimatic B27

Die elektronische Steuerung erlaubt eine effiziente Überwachung der Betriebsparameter an der Druckluftstation. Bilder: Compair

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Die drei drehzahlgeregelten Schraubenverdichter in der Container-Druckluftstation erzeugen die Arbeitsluft wirtschaftlich und mit geringem Serviceaufwand.

Unter diesem Gesichtspunkt projektierte der Drucklufttechnik-Spezialist Unimatic für ein norddeutsches Unternehmen aus dem Bereich der Erdölchemie eine neue Druckluftstation. Das Unternehmen beschäftigt rund 400 Mitarbeiter und verarbeitet diverse Raffinerieprodukte zu hochwertigen Grundstoffen und Additive, die unter anderem in der Chemieindustrie sowie in der Pharmaproduktion und bei der Herstellung von Konsumgütern zum Einsatz kommen. Das weitläufige Areal verfügt über zwei Druckluftnetze: Eins versorgt die pneumatischen Armaturen und Stellglieder mit Instrumentenluft (I-Luft). Das andere stellt Arbeitsluft (A-Luft) für unterschiedliche Anwendungsfälle bereit.

Als die Kompressorenhalle, in der die Arbeitsluft erzeugt wurde, für andere Zwecke genutzt werden sollte, entschieden sich die Verantwortlichen für die Investition in eine neue, energiesparende Druckluftstation. Unimatic betreut bereits an einem anderen Standort des Anwenders die Drucklufterzeugung und -aufbereitung und erhielt daher auch den Auftrag für dieses Projekt. Die Aufgabenstellung beinhaltete auch die Planung von Anlagen der pneumatischen und elektrischen Automatisierungstechnik.

Hoher Wirkungsgrad über großen Regelbereich

Die Ingenieure entschieden sich für den Einsatz von drei drehzahlgeregelten, öleingespritzten Compair-Schraubenkompressoren vom Typ L 75 RS mit einem erzeugbaren Volumenstrom von 2,4 – 13,5 m³/min. „Diese Verdichter arbeiten über einen breiten Drehzahlbereich mit hohem Wirkungsgrad“, erklärt Thorsten Bockelmann, Technischer Direktor von Unimatic. „Deshalb können gut jeweils zwei Verdichter mit Halblast laufen und bedarfsgerecht Druckluft erzeugen. Eine sonst übliche Kaskadierung ist nicht notwendig.“ Zudem zeichnen sich die Maschinen durch geringen Serviceaufwand aus.

Ein Grund für den energiesparenden Betrieb der L-Serie ist der hoch effiziente Elektromotor der Verdichterstufe. Die elektronische Steuerung Delcos XL erlaubt eine effiziente Überwachung der Betriebsparameter und einen kontinuierlichen Abgleich von Bedarf und Liefermenge.

Die drei Kompressoren sind wassergekühlt, weil im Unternehmen ein eigener Brunnen zur Verfügung steht, dessen Wasser für unterschiedliche Kühlzwecke genutzt wird. Auch dieser Einsatzfall zeigt, dass eine genaue Analyse des individuellen Druckluftbedarfs notwendig ist, um zu entscheiden welche Kompressortechnologie die günstigsten Lebensdauerkosten aufweist.

Hybrid-Trocknertechnik

Der Arbeitsluftbedarf des Chemieunternehmens ist diskontinuierlich. Umso wichtiger ist es, jede Bedarfsmenge wirtschaftlich zu erzeugen. Diese Anforderung erfüllen die drei Verdichter mit zwei Hybridtrocknern. Der Chemiebetrieb gehört zu den ersten Anwendern der CDT-Drucklufttrockner. Bei ihnen sind ein Kälte- und ein Adsorptionstrockner in einem kompakten Gehäuse kombiniert und regelungstechnisch so verbunden, dass immer die benötigte Druckluftqualität bereitsteht.

Die unbehandelte, feuchte Druckluft wird zunächst über einen Vorfilter in den Kälte-trockner geführt. Dieser entfernt einen hohen Anteil des Wasserdampfes aus der zugeführten Luft. Anschließend strömt die Luft durch eine sehr kompakte Adsorptionstrocknerstufe mit vor- und nachgeschalteten Hochleistungsfiltern zur Abscheidung von Öl, Wasseraerosolen und Partikeln. In dieser Phase wird der Feuchtegehalt der Luft auf einen Drucktaupunkt von mindestens -40 °C reduziert.

50 % Energie gespart

Die hier eingesetzten Trockner sind mit einer Bypass-Leitung ausgestattet, um bei Bedarf im Sommer Taupunkte über null und im Winter Taupunkte unter null zu ermöglichen. In diesem Fall können die Trockner wahlweise als reine Kältetrockner oder in Kombination mit ihrer Adsorptionsstufe betrieben werden. Durch diese Wechselfunktion und die optimale regelungstechnische Abstimmung von Kälte- und Adsorptions­trocknung über die Regelgrößen Temperatur und Feuchtegehalt spart der Anwender so viel Energie, dass sich die Anschaffungskosten schnell amortisieren.

„In einer Modellrechnung zum Energieverbrauch haben wir die Kombination von Compair-Kompressor und Hybridtrockner mit einem Wettbewerbs-Schraubenkompressor verglichen, der über einen integrierten Kältetrockner verfügt und dem ein Adsorptionstrockner nachgeschaltet ist“, verdeutlicht Bockelmann. „Die Qualität der Druckluft ist bei beiden identisch, die Liefermenge ebenfalls. Bei 8.000 Betriebsstunden und Stromkosten von zwölf Cent pro Kilowattstunde ergeben sich für den Hybridtrockner aufbereitungsspezifische Energiekosten von rund 6.100 Euro. Bei der Anlage mit separatem Kälte- und Adsorptionstrockner sind es 12.200 Euro. Der Anwender spart also 50 Prozent Energie. Hinzu kommen die Energiekosten, die sich aus dem erhöhten Differenzdruck ergeben. Dieser ist mit 0,6 bar ebenfalls doppelt so hoch wie beim Hybridtrockner. Das bedeutet eine weitere Energiekosteneinsparung von rund 2.500 Euro – und der finanzielle Mehraufwand bei der Anschaffung amortisiert sich innerhalb kurzer Zeit.“

Die gesamte Station ist platzsparend über einem einstöckigen Gebäude in einem Container aufgebaut. Die Kompressoren und Trockner wurden von einem Mobilkran eingehoben, anschließend erfolgten die Montage und Verrohrung. Seit ihrer Installation läuft die Station problemlos und mit deutlich verringerten Energiekosten. Grundlage für den Effizienzgewinn ist die sichere Erzeugung der Druckluft durch die bewährte Schraubenkompressor-Technologie, die mit niedrigen Drehzahlen bei vergleichsweise geringer Erwärmung mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.

Achema 2018 Halle 4.2 J80

Heftausgabe: April/2018

Über den Autor

Gerald Scheffels, Fachjournalist
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