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Druckluft erklärt

Was ist Druckluft?

Druckluft ist verdichtete atmosphärische Luft. Luft im verdichteten Zustand ist ein Energieträger, der diese Energie über weite Distanzen transportieren und bei der Entspannung in Arbeit umsetzten kann. Im Gegensatz zu Dampf und elektrischer Energie ist sie für den Menschen ein wenig gefährliches Energiemedium. Druckluft wurde schon in der Frühzeit der Menschen zum Verrichten einer Arbeit eingesetzt. So diente das Blasrohr dem Jäger bei der Jagd, um das Wild mittels eines vergifteten Pfeils zu erlegen.

Auch der handbediente Blasebalg fand schon bei den alten Ägyptern Anwendung beim Schmelzen von Metallen wie Gold und Kupfer etc. Der Durchbruch für die Druckluft gelang endlich im späten 19. Jahrhundert, als die Franzosen in Paris ein Druckluftverteilungssystem installierten, mit dessen Hilfe weite Teile der Stadt mit dieser Energie versorgt wurden. Ein mit über 1000 kW installierter Kompressor förderte Luft in das bauseitig über mehrere km verlegte Hauptnetz.

Der Siegeszug der Druckluft war dann im Laufe des letzten Jahrhunderts bis heute nicht mehr zu bremsen. Unzählige Anwendungen mit Hilfe der immer weiter entwickelten Kompressoren und Aufbereitungssysteme konnten mit diesem Medium sowohl auf dem Niederdrucksektor als auch im Hochdruckbereich erschlossen werden.

Wo wird Druckluft eingesetzt?

Durch die relativ vereinfachte Handhabung der Druckluft findet diese auf dem Niederdrucksektor (8-15 bar) vielfältige Anwendung als Steuer- und Prozessluft und ist mittlerweile für zahlreiche Arbeits- und Produktionsabläufe unentbehrlich. Hierzu zählen Bereiche wie beispielsweise

 

  • Automobilindustrie
  • Kraftwerksbau
  • Schwerindustrie
  • Brauereiindustrie
  • Lackierereien
  • Sand- und Kugelstrahlen
  • Krankenhäuser, Pflegeheime und Unfallstationen.
  • Der Einsatz der Druckluft ist jedoch nicht auf dem Niederdruckgebiet stehen geblieben. Ganz im Gegenteil tat sich ein sehr großes Anwendungsspektrum im Hochdruckbereich auf, vor allem durch die Weiterentwicklung und den Bau von mehrstufigen Verdichtern bis max. 500 bar. So erreichen heute sogar Membrankompressoren Drücke bis max. 3000 bar.

    Die Anwendungsgebiete im Hochdrucksegment haben in der Zwischenzeit einen sehr hohen Stellenwert bei

    • Tauchsport
    • Gewerblichem Atemschutz
    • Kraftwerksbau
    • Schiffsbau
    • Militärischem Bereich einschließlich Nachtsichttechnik (Infrarottechnik)
    • Luftfahrt
    • Elektrotechnik
    • Seismik
    • Düngemittelherstellung
    • Automobilzulieferer etc.

    Alle diese Druckluftanwender sind nicht nur auf die reine Druckluft angewiesen, sondern auch darauf, dass diese dem Arbeitsprozess aufbereitet d.h. gefiltert und getrocknet zugeführt werden muss.

     

    Druckluftaufbereitung

    a) Entwässerung und Entölung

    Durch vermehrte und verstärkte Anwendungen der Druckluft sind die Anforderungen an die Druckluftqualität von Jahr zu Jahr gestiegen. Sie muss frei von Partikeln, Feuchtigkeit, Gasanteilen und Öl sein.

    Die Vorabscheidung von flüssigen Bestandteilen wie Wasser- und Ölanteilen erfolgt bereits im Kompressor nach jeder Stufe über mechanische Abscheider, wie zum Beispiel Drallabscheider oder Zyklonabscheider. Je höher die Stufenzahl der Kompressoren ist, desto effizienter ist bereits die Abscheidung der flüssigen Anteile aus der Druckluft.

    Oberflächen- oder Tiefenfilter (Koaleszensfilter) auf der Druckseite übernehmen die Ausfilterung von Staub, Schmutzpartikeln, Ablagerungen, Flüssigkeiten und Nebel.
    Öldämpfe in der Druckluft können von mechanischen Filtern nicht abgeschieden werden, da sich das Öl als Molekül in der Druckluft befindet. Die Menge des Öldampfes in der Druckluft ist abhängig von der Temperatur. Je höher die Temperatur, desto mehr Öldampf geht durch einen Filter. Durch ausreichende Rückkühlung der Druckluft kondensiert dampfförmiges Öl und lässt sich dann über Tiefenfilter problemlos aus der Druckluft ausfiltern.

    Die verbleibenden Öldämpfe können dann durch nachgeschaltete Aktivkohleadsorber oder Kohlefilter weiter reduziert werden. Mit diesen Adsorbern erreicht man Restölgehalte von < 0.1-0.2 mg/m3.

    Da der Wassergehalt einen Einfluss auf die Adsorptionsfähigkeit hat, ist eine Vortrocknung der Druckluft unbedingt erforderlich. Unter Einhaltung folgender Kriterien wird der angegebene Restölgehalt erreicht:

    • niedrige Eingangstemperatur der Druckluft im Bereich der Filtration
    • max. relative Feuchte von ca. 60 %
    • Vorfiltration mit Tiefenfilter

    Die Standzeit solcher Aktivkohleadsorber liegt dann bei ca. 8.000-10.000 Std., die Standzeit von kleineren Aktivkohlefiltern bei 300-400 Std.
    Die Überwachung der Aktivkohlefilter oder Aktivkohleadsorber in bezug auf ihre Standzeit gestaltet sich in der Praxis einfach. Bewährt haben sich hier Ölprüfindikatoren, die die Ölkonzentration durch Farbumschlag anzeigen.

    b) Trocknung

    Für die Trocknung der Druckluft bis zu einem Drucktaupunkt von -20°C und mehr wird als Adsorptionsmittel Molekularsieb verwendet. Bei Bauer Kompressoren wird im Hochdruckbereich unterschieden zwischen

    • Patronentrocknung (BAUER P-Systeme) und Trocknung durch
    • Adsorption-kaltregeneriert, (BAUER Seccant III und IV)

    Bei beiden Systemen wird ein Drucktaupunkt von ca. -20 °C, bezogen auf 200 bis max. 500 bar, erreicht. Im Druckbereich von 6 bis maximal 60 bar verwendet man zum Nachtrocknen der Luft Kältetrockner, die einen wesentlich niedrigeren Drucktaupunkt haben. Dieser liegt zwischen 2°C und 5°C. Kältetrockner werden meist zur Vortrocknung (reine Entfeuchtung) der Luft eingesetzt. Bei nachgeschalteten Filtersystemen kann dadurch der Reinheitsgrad erhöht oder die Lebensdauer des Filters verlängert werden.
    Ein Meldesystem überwacht die Patronensättigung durch Messung der Kapazität des Molekularsiebes. Die Sättigung der Patrone tritt durch Zunahme der Feuchte ein. Über das Control wird dann eine Vorwarnung herausgegeben und wenn kein Filterwechsel erfolgt, werden der Kompressor stillgesetzt und die Störung am Display optisch angezeigt.

    c) Überwachung des Ölgehaltes und der Trockenheit der Druckluft

    Die Messung des Restölgehaltes in der Hochdruckluft unter Betriebsbedingungen wird in der Praxis kaum angewandt, da die Messmethoden eine unzureichende Genauigkeit haben und keine reproduzierbaren Ergebnisse liefern. Der Restölgehalt der Luft kann durch eine Spektralanalyse im Labor mit Hilfe einer gezogenen Probe am Kompressor nachgewiesen werden.

    Die Trockenheit der Druckluft (in mg/m3 oder ppm) lässt sich durch Praxis erprobte Drucktaupunktmessgeräte kontinuierlich auf einer Skala anzeigen. Diese Geräte sind zwischen Trockner und Hochdruckspeicher in die Druckleitung einzubauen.

     

    Güteklassen der Druckluft

    Für den Betreiber einer Hochdruck-Kompressoranlage stellt sich die Frage, welchen Filter und Trockner er nehmen muss, um das Fertigungsprodukt optimal damit bearbeiten oder prüfen zu können. Die Antwort ist: „So viel wie nötig, so wenig wie möglich.“ Eine Hilfe zu diesem Komplex, ganz besonders für industriellen Einsatz (jede Anwendung kann unterschiedlich sein) geben einschlägige Vorschriften wie:

    • DIN EN 12021 für Atemluft (bisher DIN 8188)
    • ISO 8573-1 für industrielle Anwendungen
    • Hochdruckluft für medizinische Anwendung nach der Spezifikation "Europäisches Arzneimittelbuch"
    • Spezifikation "Defence Standard 58-96/1" oder "MIL-R-81202 D für militärische Anwendung in der Nachtsichttechnik (Infrarot Technik)"

     

    Druckluftspeicherung

    Die Speicherung der Hochdruckluft erfolgt in ortsfesten Druckbehältern aus hochfestem Stahl. Diese sind auf schwellende Belastung ausgelegt. Der Druck kann dabei zwischen dem atmosphärischen und dem max. zulässigen Betriebsdruck schwanken. Je größer die Spreizung (Druckschwankung ) des Betriebsdruckes ist, umso kürzer ist dabei die Lebensdauer des Behälters. Nach Erreichen der festgelegten Zyklenzahl (2 Lastwechsel, d.h.- Druckan- und Abfahrt, werden als Zyklus bezeichnet) muss der Behälter gegen einen neuen ausgetauscht werden. Die Herstellung erfolgt nach UV-Vorschriften, AD-Merkblättern und unterliegen der Abnahme durch den TÜV. Wiederkehrende Sichtprüfungen außen und innen sowie Wasserdruckproben nach einem zeitlich vorgegebenen Rahmen sind Vorschrift.

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