Energie-Effiziente Druckluftaufbereitung Druckluft neu denken: Dieses Potenzial steckt in Kompressor und Co.

Von Dominik Stephan

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Ein führender Hersteller von Mess- und Automatisierungslösungen macht die eigene Produktion zukunftsfit: Im französischen Werk Cernay kommt deshalb die Druckluft auf den Prüfstand. Eine ganzheitliche Neukonzeption spart nicht nur Energie und Kosten, sondern stellt durch clevere Abwärmenutzung sogar noch Nutzenergie bereit.

Zentrales Element der Druckluftaufbereitungsanlage sind die Adsorptionstrockner Everdry FRA-Vplus.
Zentrales Element der Druckluftaufbereitungsanlage sind die Adsorptionstrockner Everdry FRA-Vplus.
(Bild: © Beko Technologies)

Das Werk wächst, wachsen die Ausgaben mit? Eine Erweiterung des Standorts bedeutet häufig auch ein Mehr an der Energie- und Betriebskosten – Das war Endress+Hauser bei seinem Werk in Cernay (Frankreich) durchaus bewusst. Grund genug für den Messegeräte- und Automatisierungshersteller, sich einmal eingehend mit der Druckluftanlage zu beschäftigen. Denn diese verursachte zwar hohe Kosten, entsprach aber zunehmend nicht mehr den Anforderungen des Standorts.

Im elsässischen Cernay produzieren die "People for Process Automation" (so die E+H-Selbstbezeichnung) eigentlich induktive Durchflussmessgeräte, die etwa für das Erfassen und Überwachen kontinuierlicher Durchflüsse, das Abfüllen und Dosieren sowie in Anwendungen im Eichverkehr eingesetzt werden, ebenso Vortex-Durchflussmessgeräte zur Messung des Volumenstroms von Flüssigkeiten, Gasen und Dampf. Die Herstellung dieser Sensoren jedoch braucht - wie viele Produktionsanlagen - Druckluft, etwa als Antriebsmedium, in der Metallisierung, in Autoklaven oder an den Montagelinien. Und die hat es in sich, bzw. besser nicht: „Die Druckluft kommt direkt mit unseren Produkten in Berührung. Deshalb ist eine Druckluft-Klasse [1:3:2] gemäß ISO 8573-1 mit einem Mindestvolumenstrom und dem bestmöglichen Verhältnis Wh/m3 für die gesamte Anlage notwendig“, erläutert Erwin Lenhardt, Senior Expert Buildings bei Endress+Hauser.

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Ursprünglich war eine Druckluftanlage mit vier Kompressoren in drei verschiedenen Räumen installiert, was hohe Betriebskosten verursachte. Optimierungsbedarf bestand zudem bei den in die Jahre gekommenen Komponenten, die nicht mehr den Leistungsanforderungen entsprachen und sehr wartungsintensiv waren. Erwin Lenhardt: „Außerdem wünschten wir ein Tool zur Kontrolle und Leistungsüberwachung des Energieverbrauchs.“ Vor diesem Hintergrund bot ein Neubau im Zuge der Standorterweiterung den passenden Anlass, auch die Druckluftanlage zu erneuern.

Sicher, Sauber, Sparsam: Klar definierte Anforderungen

Mit diesen Anforderungen im Kopf gingen die Verantwortlichen bei Endress+Hauser daran, einen Anforderungskatalog für die modernisierte Druckluftanlage zu definieren: Dabei sollten sämtliche Apparate in einem zentralen Raum zusammengelegt werden und die Druckluftaufbereitung dauerhaft und zuverlässig eine Druckluftqualität der Klasse 1:3:2 gemäß ISO 8573-1 erreichen. Dazu kam - selbstverständlich - der Wunsch nach niedrigeren Betriebskosten.

Als wäre das nicht genug, erforderten die für den Produktionsstandort geltenden Umweltstandards eine langfristige Lösung für die Aufbereitung des Kondensats aus dem Druckluftnetz. Zudem war ein System gefragt, das eine Überwachungs-Schnittstelle vom Typ GTC (Gestion Technique Centralisée) ermöglicht, um die Druckluftqualität sowie Parameter wie beispielsweise Verbrauch, Durchfluss, Druck, Restölgehalt und Luftfeuchtigkeit in Echtzeit zu visualisieren.

Gut, dass Endress+Hauser mit Engie Solutions schon einen Energiedienstleistungs-Spezialisten mit der HLK-Planung (Heizung, Lüftung, Klimatisierung) des Neubaus beauftragt hatte - da lag es nahe, auch die Druckluftaufbereitung in die Hände der Prozesstechnik-Spezialisten zu legen. Als Partner holte Engie Solutions anschließend den Druckluft-Spezialisten Beko Technologies an Bord, mit dem eine gemeinsame Vor-Ort-Analyse der Durchfluss- und Druckmesser in den Bereichen der Lufterzeugung durchgeführt wurde.

Dabei wurden die Messinstrumente an die Kompressoren gekoppelt, um den genauen Energieverbrauch in Wh aufzunehmen. Ziel war es zudem, den tatsächlichen Volumenstrom des Standorts zu analysieren und nach Möglichkeiten zu suchen, die Anlage auch im Hinblick auf zukünftige Anforderungen zu optimieren.

Ganzheitliche Neukonzeption der Druckluftanlage

Mit den so gewonnenen Erkenntnissen ging es daran, eine Gesamtlösung für die Drucklufterzeugung in Form von drei Kompressoren mit 132 kW Leistung inklusive Wärmerückgewinnung für die Erwärmung des Trinkwassers und der Raumheizung zu entwerfen. Dazu gehört auch eine integrierte Vorkühlung, bestehend aus einem Luft-Wasser-Wärmetauscher kombiniert mit einem Zyklonabscheider und einem elektronisch niveaugeregelten Kondensatableiter Bekomat von Beko Technologies.

Letzterer leitet das anfallende Kondensat ohne Druckluftverlust ab – der integrierte kapazitive Sensor, die intelligente Elektronik für mengenangepasste Kondensatableitung und die Vorsteuerung des Magnetventils machen es möglich. Den Komponenten vor- und nachgeschaltet sind jeweils Clearpoint Filter mit einem Tropfenabscheider, einem Ölabscheider, zwei Aktivkohlefiltern und zwei Oil-Free-Staubfiltern. Die Trocknung der großen Volumenströme leisten anschließend zwei warmregenerierende Adsorptionstrockner Everdry FRA-Vplus. Bei diesem System erfolgt die Desorption im Druckbetrieb mit erhitzter Gebläseluft im Gegenstrom zur Adsorptionsrichtung und die Kühlung im Vakuumbetrieb mittels Gebläseluft im Gleichstrom. Dadurch wird Druckverlust für die Regeneration verhindert.

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Messtechnik für die Qualitätskontrolle: Druckluftqualität besser als erwartet

Beko-Systeme kommen auch zur Überwachung der Qualität der so aufbereiteten Druckluft zum Einsatz: So kontrolliert unter anderem das Monitoring-System Metpoint OCV compact die Druckluft permanent auf ihren Restöldampfgehalt. Zur Visualisierung überträgt ein Datenlogger Metpoint BDL die Prozessdaten in übersichtliche Statistiken und Grafiken.

Und nicht nur das: Auch die von Endress+Hauser gewünschte langfristige Lösung für die Kondensataufbereitung wurde gefunden. Die Emulsionsspaltanlage Bekosplit trennt selbst stabile Emulsionen und ermöglicht eine ökonomische Aufbereitung der Kondensate bei der wasserunlösliche organische Stoffe sowie eine Vielzahl von Feststoffverunreinigungen zuverlässig aus dem Wasser entfernt werden. Das abfließende Wasser kann belastungsfrei in die Kanalisation eingeleitet werden.

Ungenutzte Potenziale in der Druckluftaufbereitung heben

„Die von Engie Solutions und Beko Technologies entwickelte Anlagenkonzeption entsprach genau unserem Lastenheft und machte die Nutzung der aus den Kompressoren zurückgewonnenen Energie möglich“, sagt Erwin Lenhardt. „Auch die Umstellung von Kältetrocknern mit einem Drucktaupunkt von +4 ° C auf Adsorptionstrockner mit einem Drucktaupunkt von -40 ° C und mehr, ist für uns die ideale Lösung für die Druckluftaufbereitung, da sie eine noch bessere Druckluftqualität für den Prozess sowie eine Betriebskostenreduzierung garantiert."

Der Leistungsumfang von Beko Technologies umfasste neben der Vor-Ort-Analyse das Engineering der Druckluftaufbereitung nach Kundenspezifikationen, die technische Konzeption der Anlage sowie die Lieferung und Montage. Nach einer Corona-bedingten Verzögerung wurde die neue Druckluftanlage im Mai 2020 in Betrieb genommen und funktioniert seitdem einwandfrei. „Die erzeugte Druckluft entspricht jetzt der Klasse 1:2:1 gemäß ISO 8573-1 und übertrifft damit sogar die ursprünglich von uns geforderte Klasse 1:3:2“, berichtet Lenhardt.

Die beiden Adsorptionstrockner Everdry FRA-V Plus 1 400 arbeiten mit Halbzyklen zwischen 75 und 96 Stunden und einem Drucktaupunkt von etwa -61 ° C bei einem durchschnittlichen Verhältnis von 3,5 Wh/m3.

Zur Ergänzung der neuen Druckluftzentrale wurde darüber hinaus ein Monitoringsystem installiert und über eine ModBus-Schnittstelle angeschlossen, damit die Messwerte an die Gebäude-Leittechnik bzw. an das zentrale Gebäudemanagement-System übertragen werden können. So werden die vom Datenlogger Metpoint BDL gesammelten Messwerte über die ModBus-Schnittstelle übermittelt. Die Adsorptionstrockner sowie die Emulsionsspaltanlage Bekosplit sind direkt mit dem zentralen Gebäudemanagement-System von Endress+Hauser verbunden, so dass alle Parameter online kontrolliert werden können: der Eiswasserdurchfluss, die Lufteintrittstemperatur, die Wassertemperatur vor und nach dem Wärmetauscher, die Halbzykluszeiten und Drucktaupunkte der Adsorptionstrockner, der Restgehalt an Kohlenwasserstoffen, der Durchfluss und der Druck der Druckluft sowei der Delta P-Wert auf den Filtern.

Diese Optimierung mit dem systematischen Vorgehen ist ein erster Schritt, um die angestrebte Zertifizierung des Standortes nach ISO 50001 zu erhalten, erklären die Projektentwickler. Durch die Zentralisierung der Druckluftanlage in einem Raum konnten zudem die Betriebskosten deutlich gesenkt werden. (dst)

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