Immer gut bei Puste

Ganzheitliche Konzepte für Druckluft höchster Qualität

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14.02.2008 In der Pharma- und Lebensmittelindustrie wächst der Bedarf an qualitativ hochwertiger Steuer- und Prozessluft. Zugleich steigen die Energiekosten in immer größere Höhen. Mit ganzheitlichen Druckluft-Versorgungskonzepten lässt sich hier wirksam gegensteuern: Sie können einerseits die geforderte Druckluftqualität verlässlich sichern und andererseits Kosten sowie Energieverbrauch nachhaltig senken.

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Entscheider-Facts


  • Mit optimierten Druckluftanlagen lassen sich erhebliche Energiemengen einsparen, in Europa im Schnitt 33%.
  • Vor einer Optimierung müssen Druckluftsysteme analysiert werden. Mit Hilfe der gesammelten Daten kann dann der Energiebedarf der untersuchten Druckluftstation mit einer optimierten verglichen werden. Daraus lassen sich entsprechende Maßnahmen ableiten.
  • Ein Managementsystem hilft die Drucklufteffizienz dauerhaft sicherzustellen. Es stimmt den Kompressorenbetrieb auf den jeweiligen Druckluftbedarf ab.
  • Da die Ansaugluft oft erhebliche Schadstoffmengen enthält, kann eine gleichbleibende hohe Qualität der Druckluft nur mit einer entsprechenden Aufbereitung sichergestellt werden.

Druckluftanlagen könnten in Europa durchschnittlich fast 33% weniger Kosten verursachen, manche sogar bis zu 70%, wenn sie nach dem heutigen Stand der Technik optimiert würden. Im Klartext heißt das, ihr Energieverbrauch und die damit verbundenen Treibhausgas-Emissionen ließen sich drastisch senken. Denn auch in optimierten Druckluftsystemen machen die Energiekosten für Drucklufterzeugung und -aufbereitung knapp 70% der Gesamtkosten aus.

Grundvoraussetzung jeder wirksamen Optimierung ist eine genaue Analyse des Druckluftsystems. Nur so lässt sich die dafür unentbehrliche Energie- und Kostentransparenz herstellen. Computergestützte Verfahren wie die „Analyse der Druckluft-Auslastung“ (ADA) ermöglichen das mit verhältnismäßig geringem Aufwand. Der Betrieb der Druckluftstation wird dabei mit Hilfe von Datenloggern analysiert, ohne dass ins Leitungsnetz eingegriffen wird. Auch der Luftverbrauch verschiedener Betriebsbereiche lässt sich per Durchflussmessung ermitteln. Damit kann die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Kompressoren festgestellt wie auch das Gesamtsystem auf Schwachstellen hin untersucht werden.
Folgende Vorgehensweise hat sich bewährt:

  • Erfassen aller Druckluftverbraucher nach Druckluftbedarf, Druckluftqualität und Betriebszeiten,
  • Untersuchen der Hauptversorgungsstränge nach Lage, Material und Abmessungen,
  • Erstellen eines Schemas zur Drucklufterzeugung und -aufbereitung,
  • Druckluft-Verbrauchsanalyse mit Datenlogger über mindestens zehn Tage.

Der Datenlogger überträgt alle relevanten Daten an einen PC, der daraus ein Druckluftverbrauchsdiagramm erstellt. Aus dieser Datensammlung errechnet eine spezielle Software, das „Kaeser-Energie-Spar-System“ (KESS), den Energiebedarf der analysierten Station und stellt ihn dem einer optimierten Station gegenüber. Aus dem Vergleich alternativer Systemvarianten und einer Amortisationsrechnung ergibt sich dann für den Fachmann der Umfang der erforderlichen Modernisierung: Neukonfiguration des Anlagenbestands, teilweiser oder kompletter Ersatz sowie Nutzung von Wärmerückgewinnung. Letztere ermöglicht es, bis zu 94% der zur Drucklufterzeugung eingesetzten Energie wärmetechnisch zu nutzen.

Um eine dauerhafte Drucklufteffizienz sicherzustellen, ist es empfehlenswert, ein Managementsystem wie Sigma Air Manager einzusetzen. Es stimmt nicht nur den Kompressorenbetrieb genau auf den jeweiligen Druckluftbedarf ab, sondern kann auch das Last-/Leerlaufverhalten, die Auslastung und den Energiebedarf jedes einzelnen Kompressors permanent aufzeichnen und visualisieren. Darüber hinaus werden Netzdruck und Luftverbrauch ermittelt, dargestellt und dokumentiert. Alle Daten verbleiben für etwa ein Jahr im Langzeitspeicher des Systems, lassen sich auf jedem PC mit Internet-Browser darstellen und stehen für das betriebliche Druckluft-Controlling zur Verfügung. Der Anwender kann auf diese Weise seine Analysen je nach Bedarf selbst vornehmen und behält die Energieflüsse des Druckluftsystems und die daraus resultierenden Kosten stets im Blick.

Druckluftqualitätmit Aufbereitung sichern

Neben hoher Verfügbarkeit und Energieeffizienz der Drucklufterzeugung und -verteilung muss im Pharma- und Lebensmittelbetrieb unbedingt auch für die zuverlässige Sicherung der erforderlichen Druckluftqualität(en) gesorgt werden. Die Norm ISO 8573-1 aus dem Jahr 1991 bietet dafür mit ihren klar definierten Qualitätsklassen eine gute Grundlage. Demnach erfüllt beispielsweise Druckluft die Qualitätsklasse 1 dann, wenn der Gesamtölgehalt m0,01mg/m³ ist und sie höchstens Feststoffpartikel mit einem Durchmesser m0,1µm und einer Teilchendichte von 0,1mg/m³ enthält. Die Restfeuchte muss einem Drucktaupunkt von m s70°C entsprechen. Im Jahr 2001 wurde eine noch „höhere“ Qualitätsklasse 0 eingeführt, die jedoch als Rückschritt zu werten ist. Sie sollte ermöglichen, dass zwischen dem Lieferanten und dem Betreiber einer Druckluftanlage ein definierter Wert spezifiziert bzw. eine Spezifikation besser als Klasse 1 eingeführt werden kann. Doch deckt bereits Klasse 1 alle Werte m0,01mg/m³ Restölgehalt ab – also auch den Wert 0. Ähnlich trifft das auf Restfeuchte und Restfeststoffpartikelgehalt der Luft zu. Insofern ist die Qualitätsklasse 0 eher irreführend als hilfreich für die Praxis.

Trotz aller Fortschritte in der Luftreinhaltung, ist die Schadstoffbelastung noch immer hoch. Mineralölaerosole und weitere, gasförmige Kohlenwasserstoffe haben großen Anteil daran. Selbst beim Herstellen hygienisch anspruchsvoller Produkte wie Medikamente oder Lebensmittel ist oft ein erhöhter Kohlenwasserstoffgehalt der Umgebungsluft festzustellen, verursacht von Fertigungs-, Verpackungs- und sonstigen Anlagen.
Kompressorstationen saugen aus daher mit der atmosphärischen Luft oft erhebliche Schadstoffmengen an. Aus diesem Grund ist es unmöglich, exakt definierte Druckluftqualitäten ohne angemessene Aufbereitung zu gewährleisten, wenn nicht bekannt ist, welche Verunreinigungen die Ansaugluft enthält. Das gilt unabhängig von der Art der Luftverdichtung. Daran ändert sich auch nichts, wenn einzelne Druckluft-Systemkomponenten, beispielsweise der Kompressor, unter speziellen Ansaugbedingungen mit Qualitätsklasse 0 zertifiziert werden. In jedem Fall ist es ein zweifelhaftes Unterfangen, einen Kohlenwasserstoff- und Restölgehalt von 0,0000mg/m³ zu zertifizieren. Unter Fachleuten gilt es fast schon als Binsenweisheit, dass Kohlenwasserstoff- und Restölgehalt-Messwerte <0,003mg/m³ in der Praxis äußerst schwierig zu erfassen und deshalb in einem Druckluftnetz nur schwer nachweisbar sind.

Aufbereitungssysteme als Ganzeszertifizieren

Wenn sich Anwender unter allen Betriebsbedingungen voll auf die erforderliche Qualität der Druckluft verlassen können müssen, gibt es nur eine Möglichkeit: das Aufbereitungssystem als Ganzes nach ISO-Vorgaben auszulegen und zertifizieren zu lassen. In der Praxis führt dies je nach Anwenderbedarf zu zertifizierten Systemen mit verschiedenen Aufbereitungsstufen. Denn: Nicht immer und überall wird die höchste Druckluftqualitätsklasse benötigt. So ist selbstverständlich auch für Systeme mit ölfrei verdichtendem Schraubenkompressor ein entsprechendes Aufbereitungssystem erforderlich, wenn die gleichen hohen Qualitätsanforderungen erfüllt werden sollen.

Bereits vor zehn Jahren erzielten die Kompressoren von Kaeser Messwerte, welche die Anforderungen der höchsten Qualitätsklasse 1 bezüglich Restölgehalt übertrafen, was der TÜV per Qualitätszertifikat bescheinigte. Nach Einführung der Klasse 0 stellte man sich dann die Frage: Was soll ins Messprotokoll geschrieben werden? Um möglichst genaue Werte zu dokumentieren, entschied sich der Hersteller für die exakte Angabe 0,00233 bzw. 0,00238mg/m³, statt für eine werblich motivierte Variante, die unter Vernachlässigung aller Toleranzen das Messergebnis auf 0 abrundet.

Ohne Aufbereitung keine Sicherheit für die Produktqualität

Auf diese unter üblichen Industriebedingungen erzielten Messergebnisse können die Anwender vertrauen. Denn der Hersteller verlässt sich nicht auf die (schwankende) Qualität der Ansaugluft, sondern baut einzig auf seine zuverlässigen und steuerungstechnisch überwachten Aufbereitungssysteme. Übliche Betriebsbedingungen heißt, dass der Kompressor Luft einer Qualität ansaugt, wie sieder Umgebung von Industrieanlagen entspricht.

Auf Aussagen, Druckluft lasse sich ohne Aufbereitung direkt mit empfindlichen Produkten wie pharmazeutischen Erzeugnissen, Lebensmitteln oder Getränken in Kontakt bringen, sollten sich die Anwender nicht verlassen. Ansonsten sind Probleme bei der Produktion und/oder bei der Produktqualität geradezu programmiert. Das liegt zum einen an der ungewissen Qualität der Ansaugluft und zum anderen daran, dass ölfrei verdichtende Kompressoren lediglich mit ölfreiem Verdichtungsraum arbeiten. Auch bei ihnen müssen bewegliche Teile wie Lager und Wellen geschmiert werden, die nur durch Abdichtungen vom Verdichtungsraum getrennt sind.

Fazit: Die Praxis zeigt, dass sich nur durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Anwender und Druckluft-Systemanbieter die Druckluftversorgung wirklich optimieren lässt. Der Anwender muss detailliert darüber informieren, was genau er mit der Druckluft vorhat. Nur dann kann der Anbieter in ständiger Abstimmung mit dem künftigen Betreiber ein auf dessen Anforderungen zugeschnittenes System planen und installieren. IT-basierte Druckluft-Managementsysteme wie „Sigma Air Manager“ helfen dabei, die Drucklufteffizienz nachhaltig zu sichern; sie verfügen über weitreichende Audit-Funktionen. Anhand derer lässt sich die Arbeitsweise und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems Druckluft lückenlos überwachen und dokumentieren. Da im Pharma- und Lebensmittelbereich Druckluftaufbereitung zur Erzeugung hoher und höchster Luftqualität (ISO-Klasse 1) ohnehin unverzichtbar ist, ist es empfehlenswert, auf die kosten- und energieeffizientesten Systeme zurückzugreifen. Diese bestehen aus Kompressor, Aufbereitung sowie übergeordnetem Steuerungs- und Überwachungssystem.

Heftausgabe: Sonderband Hygieneprozesstechnik 2008

Über den Autor

Erwin Ruppelt, leitender Projektingenieur,Kaeser Kompressoren
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