Schüttguttechnik Der Einsatz von Luftkanonen und Luftinjektoren in der Prozessindustrie

Autor / Redakteur: Wolfgang Zimmer / M.A. Manja Wühr

Führen Materialflussstörungen an Umschlagstationen und im Lagerbereich zu Produktionsbeeinträchtigungen, kommen seit Jahrzehnten Luftkanonen und Luftinjektoren zum Einsatz. Doch sie können weit mehr als nur Silos aktivieren.

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Im Hochtemperaturbereich beseitigen Blaster-Luftkanonen Ansätze an den Wänden eines Zementofens.
Im Hochtemperaturbereich beseitigen Blaster-Luftkanonen Ansätze an den Wänden eines Zementofens.
( Bild: VSR )

Was tun, wenn sich im Silo nichts mehr bewegt? Sobald ein Schüttgut durch Ablagerungen, Anhaftungen, Verbackungen oder Ähnliches Störungen im Prozess oder häufige Reinigungs- oder Wartungszyklen verursacht, muss der Einsatz von Austragshilfen erwogen werden. Eine Möglichkeit sind Luftkanonen. Sie leiten ihre gespeicherte Druckluftenergie explosionsartig in die kritischen Materialzonen, wobei die Luft nahezu Schallgeschwindigkeit erreichen kann. Im Umfeld der Austragsöffnung werden so Materialmoleküle zum Schwingen angeregt. Die nachströmende Druckluft wirkt im Wesentlichen fluidisierend auf das Material, kann aber auch Brücken zerstören und Anhaftungen abreinigen.

Für eine optimale Wirkung kommt es vor allem auf die strömungstechnische Gestaltung des Arbeitsventils an. Je nach Anwendung empfiehlt sich entweder eine Luftkanone mit Kolbenventil oder ein Luftinjektor mit Membranventil. VSR Industrietechnik bietet seine Blaster Luftkanonen und Luftinjektoren in vielfältig abgestuften Größen von 2 bis 500 Liter, mit einem Betriebsdruckbereich von etwa 4 bis 10 bar (in Sonderfällen bis 16 bar), mit unterschiedlichen Arbeitsmedien, wie Druckluft und Inertgas, sowie mit einer großen Auswahl an Düsen und Steuerungstechnik an.

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Luftkanonen in Aktion

Sowohl die Luftkanonen als auch die Luftinjektoren arbeiten im Normaltemperaturbereich bis 300 C. Ausgestattet mit einer Sonderausrüstung sind zudem Anwendungen im Hochtemperaturbereich bis 1200 C möglich. Klassisch ist der Einsatz von Luftkanonen im Normaltemperaturbereich zur Beseitigung von Austragsstörungen an Silos, Bunkern und Behältern unterschiedlicher Größe. Doch ihr Einsatz ist nicht nur auf die Aktivierung von Silos beschränkt. Sie leisten weit mehr:

Produktwechsel sind immer zeitaufwändige Vorgänge, vor allem die Reinigung kann hier problematisch sein. Mit entsprechender Düsentechnik sorgen Luftkanonen für eine sichere Entleerung.

Im Hochtemperaturbereich sind Abreinigungen von Kaminen, Notkaminen, Wärmetauschern und Kesselflächen übliche Praxis.

Zyklonabreinigung sowie die Abreinigung von Gaskanälen und Ähnlichem sind für beide Temperaturbereiche machbar.

Die Einsatzmöglichkeiten von Luftkanonen gehen also weit über den Normalfall hinaus. Mit entsprechenden Sonder- und Sicherheitsausrüstungen wurde beispielweise die Beseitigung von Anbackungen in Brechern unterschiedlicher Bauart, in Zellradschleusen oder in Gebläsen im laufenden Betrieb mit Erfolg realisiert. In der Zementindustrie sind Zyklonwärmetauscher im Zeitalter der Sekundärbrennstoffe ohne Luftkanonen eigentlich nicht mehr vorstellbar. Auch in Brennkammern für nachwachsende Rohstoffe werden Staubablagerungen mit ihrer Hilfe in den Gasstrom zurück gebracht. Des Weiteren können wachsende Anbackungen in Materialrutschen automatisch überwacht und mit Luftkanonen bedarfsorientiert abgereinigt werden.

Beim Betrieb der Geräte muss beachtet werden, dass Luftkanonen der EG-Verordnung 97/23 sowie der Betriebssicherheitsverordnung vom September 2002 unterliegen. Sie werden wegen ihrer dynamischen Belastung als besondere Druckbehälter eingestuft. Fertigung, Montage, Inbetriebsetzung und auch der laufende Betrieb unterliegen der Überwachungspflicht durch die benannten Stellen oder befähigte Personen.

Systemlösung

Eine Luftkanone allein macht aber noch kein Luftkanonensystem. Zu den wesentlichen Ausrüstungskomponenten zählen Magnetventilschränke, örtliche Steuerungen und Düsen. Elektrische Steuerungen mit individuellen, problemorientierten Programmabläufen werden ebenso wie die Magnetventile meist in schützende Schränke eingebaut. Auch die Einbindung in das jeweilige SPS-System des Anwenders ist möglich. Die erforderlichen elektrischen Steuerungen, Überwachungs- und Regelkomponenten können in allen gängigen Spannungen und Schutzarten, also auch Ex-geschützt, gefertigt und geliefert werden. Die Luftkanonen und Luftinjektoren selbst stellen kein Ex-Risiko dar; entsprechende Atex-Zertifikate sind lieferbar.

Die Schutzschränke können bis zu zehn Meter von der eigentlichen Luftkanone entfernt aufgestellt werden. Neben Standardschränken können Sonderschränke, etwa mit integrierter Drucküberwachung, nach Anwenderwunsch konfiguriert werden. Durch die Verwendung dieser Schutzschränke wird die Schnittstellenanzahl auf ein Minimum reduziert.

Leistungsträger einer gut funktionierenden Luftkanonenanlage sind die Düsen. Sowohl für den Normal- als auch den Hochtemperaturbereich steht ein breites Spektrum von Standarddüsen zur Verfügung und kann bei Bedarf um individuelle Sonderdüsen ergänzt werden.

Um den zahlreichen Anwendungen gerecht zu werden, können für die einzelnen Komponenten zudem verschiedene Materialien ausgewählt werden. Die Luftkanonen werden in der Regel in Normalstahl geliefert und im Signalfarbton RAL 2004 (Signalorange) beschichtet. Diese Farbe unterstützt die Sicherheitskonzepte der Anwender. Die Behälterinnenseite ist mit einer hochwertigen, weitestgehend chemikalienbeständigen Innenbeschichtung versehen. Bei Bedarf werden die Druckbehälter auch in Sonderstählen wie Edelstahl, oder anderen Materialien und Materialkombinationen gefertigt.

Schutzschränke für Ventile und Steuerungen sind ebenfalls in unterschiedlichen Materialien lieferbar. Düsen können aus Normalstahl, Edelstahl, Keramik, verschiedenen hitzebeständigen Gussmaterialien oder auch sonstigen Sondermaterialien gefertigt werden. Durch die entsprechende Materialauswahl wird auch den Prämissen von hochreinen oder besonders empfindlichen Gütern Rechnung getragen.

Erfolgsfaktor Planung

Festgeschriebene Anwendungskriterien für Luftkanonen gibt es nicht. Erfahrung ist hier der einzige Maßstab. Neben den klassischen Parametern wie Stör- oder Schadensbild, Silogeometrie, Materialeigenschaften können auch Umfeldbedingungen, Abzugsverhalten oder Ähnliches eine Rolle spielen. Eine umfassende, sachlich fundierte Beratung vor Ort ist daher in der Regel unverzichtbar.

Eine sorgfältig geplante Anlage mit hochwirksamen Geräten amortisiert eventuell anfallende Mehrkosten im Erwerb nach kurzer Zeit über den reduzierten Druckluftverbrauch und/oder den höheren Wirkungsgrad. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Lebensdauer solcher Anlagen. So sind Einsatzfälle bekannt, bei denen VSR-Luftkanonen im Dreischichtbetrieb und mit einem Taktzyklus von weniger als zehn Minuten seit etwa 25 Jahren im Einsatz sind – und nach wie vor den gesetzlichen Anforderungen (Wiederholungsprüfungen usw.) genügen.

Fazit: Luftkanonen und Luftinjektoren sind zuverlässige und langlebige Produktionshilfsmittel für die Schüttguttechnik. Sie können Unfallrisiken und Produktionshemmnisse in erheblichem Umfang minimieren. Die Grenzen der Einsatzmöglichkeiten werden mit zunehmender Erfahrung immer weiter gesteckt. Eine umfassende und sorgfältige Planung ist hierbei unverzichtbar. Bei der Umsetzung eines solchen Projektes darf eine umfassende Betrachtung von Investitions-, Betriebs- und sonstigen Folgekosten nicht fehlen.

Der Autor ist technischer Berater bei der VSR Industrietechnik GmbH, Duisburg.

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