Die richtige Feuchte in der Druckluft ist relativ

 

Das Unternehmen

Die Firma Karl Röttgers GmbH in Papenburg ist in den Bereichen des Oberflächenschutzes wie Strahlen, Phosphatierung, Metallspritzen und Lackierung tätig. Druckluft in einer korrekten Qualität ist bei diesen Arbeiten unerläßlich. Doch die falsche Feuchte führt zu Qualitätseinbußen, Korrosion, Verschleiß an Werkzeugen und auch zu Verklumpungen des Strahlgutes und kürzere Filterstandzeiten in der Entstaubungsanlage.

Doch was ist die richtige Feuchte in der Druckluft? Der alte Kältetrockner brachte über Jahre immer einen konstanten Drucktaupunkt von 3°C und somit der Klasse 4 der DIN ISO 8573. Dennoch gab es immer wieder Schwierigkeiten insbesondere in den Wintermonaten.

Auch ein Drucktaupunkt von 3°C ist relativ

Für viele Prozesse ist die relative Feuchte in der Druckluft der entscheidende Faktor. So nimmt z.B. die Korrosion an Metallen bei einem Wert von über 40% relative Feuchte deutlich zu und dies unabhängig vom Drucktaupunkt. Die relative Feuchte ist das Verhältnis der tatsächlichen Feuchte zur absoluten Feuchte bei der entsprechenden Temperatur.            

Ein Kubikmeter Druckluft mit einem Drucktaupunkt von 2°C enthält also 5,57g Wasser. Bei einer Temperatur der Druckluft von 30°C ist das Verhältnis der tatsächlichen Feuchte zur absoluten Feuchte also 5,57g: 30,08 g. Die relative Feuchte beträgt nun 18%.

Kühlt man die Druckluft nun auf 8°C ab, so verändert sich das Verhältnis der tatsächlichen Feuchte zur absoluten Feuchte auf 5,57g : 8,342g. Die relative Feuchte beträgt nun 67%.

Genau dieser Effekt trat bei Karl Röttgers in Papenburg auf. In den großen Produktionshallen liegt die Temperatur in den Wintermonaten deutlich unter den Temperaturen in den Sommermonaten. Demzufolge kühlt auch die Druckluft im Netz entsprechend ab und die relative Feuchte nimmt zu, obwohl immer ein Drucktaupunkt von 3°C vorliegt. Deutlich wird nun, dass der Drucktaupunkt allein nicht immer aussagekräftig ist. Aber was ist die Alternative?

Kältetrocknung oder Adsorptionstrocknung

Wenn ein Kältetrockner der Druckluft nicht genügend Feuchtigkeit entziehen kann, kommen Membran- oder Adsorptionstrockner zum Einsatz. Aufgrund des großen Druckluftbedarfes kommt ein Membrantrockner mit seinen hohen Spülluftverlusten nicht in Frage. Selbst ein kaltregenerierender Adsorptionstrockner hat immer noch Spülluftverluste von 15% bis 20% (abhängig vom Betriebsdruck und den Einstellungen). Gute, warmgenerierende Adsorptionstrockner ohne Spülluftverlust und mit Taupunktsteuerung sind dann die richtige Wahl.

Doch vergleicht man den Energieverbrauch eines Kältetrockners mit einem warmregenerierenden Adsorptionstrockner, ist der Energieverbrauch eines Kältetrockners deutlich geringer. Somit stellte sich die Frage, ob es denn das ganze Jahr über eine so gute Druckluftqualität sein muss oder ob man nicht die niedrigen Energiekosten des Kältetrockners mit der guten Qualität der Adsorptionstrocknung verbinden kann.

Bei der Karl Röttgers GmbH kam man dank der fachkundigen Beratung der Lutena GmbH zu dem Entschluss, dass ein Kombitrockner die richtige Lösung ist.

Ein Kombitrockner liefert immer die richtige Druckluftqualität

In den Sommermonaten hat sich an der Aufbereitung gegenüber früher qualitativ nichts getan. Die Kompressoren führen die Druckluft über eine Sammelleitung auf den Kältetrockner. Im Nachgang wird die Druckluft noch über einen Mikrofilter zur Parikel- und Ölaerosolabtrennung geführt. In den Sommermonaten ist der Adsorptionstrockner im Standby-Modus.

 

Der neue Kältetrockner

 

In den Wintermonaten ist für den Betrieb die Adsorptionstrocknung erforderlich, um die beschriebene Produktqualität zu erreichen. Der warmregenerierende Adsorptionstrockner ohne Spülluftverluste ist so ausgelegt, dass er direkt beschickt werden kann. Um die Regenerationszyklen jedoch weitestgehend zu minimieren, wird auch in den Wintermonaten der Kältetrockner nicht abgeschaltet. Somit wird ein Großteil der Feuchte schon im Kältetrockner abgeschieden, bevor die Druckluft über den Mikrofilter auf den warmregenerierenden Adsorptionstrockner geführt wird. Im Nachgang ist dann noch ein Staubfilter mit Klappboden installiert. Der Klappboden erleichtert den Filterelementewechsel au Grund der hohen Montagehöhe.

 

Warmregenerierender Adsorptionstrockner und Staubfilter mit Klappboden

 

Sicherheit wird bei Karl Röttgers groß geschrieben. Somit war es wichtig, den Adsorptionstrockner auch alleine betreiben zu können, wenn der Kältetrockner einmal abgeschaltet werden muss, z.B. zu Wartungszwecken. Der Adsorptionstrockner ist so ausgelegt, dass er auch ohne vorgeschalteten Kältetrockner und bei voller Kompressorenleistung den Drucktaupunkt von -40°C hält.

Doch was ist dann mit dem Mikrofilter? Wird dieser nicht sehr stark belastet? Und wenn dann einmal der Mikrofilter einen zu hohen Differenzdruck aufbaut, was ist dann? Einen warmregenerierenden Adsoptionstrockner ohne Mikrofiltration zu betreiben, birgt die Gefahr, dass sich Restöl aus dem Trockenmittel niederschlägt und damit das Trockenmittel schädigt. Somit wurde noch ein Bypass-Filter installiert. Dieser kann ohne Kältetrockner betrieben werden und schützt das Trockenmittel.

Mikrofilter, Bypass-Filter und pneumatische Klappen für Sommer- und Winterbetrieb

 

Wann und wer schaltet von Sommer- auf Winterbetrieb um?

Jeder Betreiber von Anlagen kennt das Problem, dass der Winter nicht immer dann kommt, wenn man ihn erwartet, und plötzlich ist der erste Frost da. Was nützt der beste Adsorptionstrockner, wenn er nicht rechtzeitig eingeschaltet wird. Die Lösung bei Karl Röttgers war eine Automatisierung in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Ein Außentemperaturfühler misst permanent die Temperatur und gibt diese an die SPS-Steuerung weiter. Fällt nach dem Sommer die Temperatur unter 6°C wird der warmregenerierende Adsorptionstrockner über pneumatische Klappen zugeschaltet. Steigt die Temperatur wieder auf über 10°C wird wieder nur der Kältetrockner betrieben. Die Umschaltwerte sind über das Display frei einstellbar und haben natürlich eine Zeitverzögerung, um nicht bei jeder Temperaturschwankung sofort zu einer Umschaltung zu führen.

Fazit

Die relative Feuchte in der Druckluft ist wichtig und wird durch den Drucktaupunkt allein nicht immer ausreichend bewertet. Wichtig sind immer der Anwendungsbereich und die Umgebungsbedingungen. Um das energetische Optimum zu erzielen, kann eine Kombination aus Kältetrockner und Adsorptionstrockner die richtige Lösung sein, doch muss dies in jedem Einzelfall separat betrachtet werden.