Steuerung setzt Sparkurs

Modernes Druckluftkonzept mit neuen und älteren Maschinen

„Für unsere Drucklufterzeugung benötigen wir jetzt etwa 15 Prozent weniger elektrische Energie als vorher. Außerdem bringt uns das neue Druckluftkonzept eine Reihe zusätzlicher Vorteile“, resümiert Bernhard Zier, Leiter Energietechnik bei der K+S Kali GmbH. In dem Bergbaubetrieb in Neuhof werden täglich 12.500 t Rohsalz gefördert und über ein elektrostatisches Trennverfahren und durch Flotation zu landwirtschaftlichen Düngemitteln veredelt.

04. Februar 2003

Nach Wiederaufnahme der Produktion 1954 wurde der kontinuierlich steigende Druckluftbedarf bei der K+S Kali GmbH (früher Kali und Salz GmbH) in Neuhof zunächst dezentral mit Rotationsverdichtern gedeckt. Allerdings führte der hohe Restölgehalt in der Druckluft mit der Zeit zu immer größeren Störungen bei der Weiterverarbeitung der Produkte. Bernhard Zier, Leiter Energietechnik: „Deshalb haben wir uns 1981 entschlossen, für die Drucklufterzeugung künftig nur Schraubenkompressoren einzusetzen. Die erste Anlage von 1981 arbeitet übrigens heute noch. Unseren jüngsten Verdichter, einen drehzahlgeregelten CompAir-Schraubenkompressor, haben wir im Frühjahr 2001 in Betrieb genommen.“

Zunächst hatte sich die Zahl der Schraubenverdichter bei K+S in Neuhof durch Zukäufe in den Jahren 1985, 1990 und 1991 auf vier Anlagen mit fester Drehzahl erhöht. Sie wurden dezentral auf dem Werksgelände installiert. Jeder Verdichter arbeitete autark mit einem eigenen Druckschalter ohne übergeordnete Verbundlösung und mit hohen Leerlaufzeiten. Außerdem war die dezentrale Aufstellung nachteilig für Überwachung, Wartung und Instandhaltung. Deshalb wurde 1999 die entscheidende Idee geboren: weg von der dezentralen Drucklufterzeugung, hin zur zentralen Druckluftstation.

Das Konzept wurde nach umfangreichen Vorplanungen im Frühjahr 2001 realisiert. Dann machte man aber auch gleich Nägel mit Köpfen und entschloss sich zusätzlich zur Anschaffung einer drehzahlgeregelten Spitzenlastanlage. Damit verfügt K+S in Neuhof aktuell über fünf CompAir-Verdichter. Die Gesamtkapazität der Station beträgt jetzt 163,4 Nm³/min bei 6 barü. Sämtliche Verdichter wurden wegen des hohen Staubanteils in der Luft in wassergekühlter Ausführung gewählt.

Eine große Anlage wird als Reserve für Inspektions- und Instandhaltungsarbeiten vorgehalten. Routinewartungen werden durch das eigene Personal vorsorgend erledigt. „Obgleich die Anlagen teilweise mehr als 20 Betriebsjahre alt sind und inzwischen über 100.000 Betriebsstunden auf dem Buckel haben, konnten wir sie immer sehr wirtschaftlich nutzen. Ein Zwang zur Stillsetzung der älteren Anlagen hat sich noch nicht ergeben. Diese Tatsache führen wir ganz wesentlich auf unsere vorausschauende Instandhaltung zurück. Bereits vor einem Totalausfall lagern wir die Rotoren neu oder wechseln die Verdichterstufen. Dieses Konzept hat uns bisher vor unliebsamen Überraschungen bewahrt und einen wesentlichen Beitrag zur hohen Verfügbarkeit der CompAir-Anlagen geleistet“, kommentiert Zier.

Eine an jedem Verdichter als Dauereinrichtung nachgerüstete Schwingungsüberwachung liefert alle Daten just in time an einen PC. Mit diesem System können sogar Schmierprobleme von einem beginnenden Lagerschaden unterschieden werden. Obwohl man bei K+S 1981 mit der ersten Anlage gute Erfahrungen gemacht hatte, wurde der Markt bei jedem neuen Beschaffungsfall auf günstigere Alternativlösungen abgeklopft. Bei K+S weiß man aus langjähriger Erfahrung, dass man bei der Auftragsvergabe für Kompressoren nie die Investitionskosten zum alleinigen Kriterium machen darf. Viel wichtiger sind die Folgekosten für Energie, Wartung und Instandhaltung eines Verdichters. Kompressoren können durchaus 15 Jahre, bei guter Pflege wie bei K+S in Neuhof sogar über 20 Jahre alt werden. Über derartig lange Zeiträume summieren sich Energiekosten zu beträchtlichen Beträgen, die 90 % und mehr der Gesamtkosten ausmachen können.

Vor der Entscheidung für das neue Druckluftkonzept hat die CompAir Drucklufttechnik GmbH, Simmern, eine umfangreiche CAS-Verbrauchsmessung (CAS = Computer-Analyse-System) durchgeführt, bei der ein verhältnismäßig konstanter Bedarf mit einem Spitzenwert von etwa 90 Nm³/min ermittelt wurde. Dieser Spitzenbedarf wird von zwei Grundlastanlagen mit fester Drehzahl und der neuen drehzahlgeregelten Spitzenlastanlage (Typ CompAir L 132) abgedeckt. Sie wird über einen Frequenzumrichter mit einer Leistungsbandbreite von 5,8 bis 21,4 Nm³/min gefahren. Bei einem Bedarf unter 5,8 Nm³/min wechselt der Verdichter automatisch in den Leerlaufbetrieb. Diese Leistungsbandbreite mit einem Maximalwert von 21,4 Nm³/min wurde bewusst gewählt, denn er deckt etwa 50 % der Liefermenge einer großen Anlage mit fester Drehzahl ab und entspricht nahezu 100 % der Liefermenge der bereits vorher vorhandenen kleinen Anlage.

Betriebsingenieur Günther Svoboda: „Mit der Steuerung Delcos 3000 betreiben wir die drehzahlgeregelte Spitzenlastanlage als Master-Maschine. Zusätzlich können wir mit dieser Steuerung die vorhandenen vier CompAir-Verdichter bedarfsabhängig zu- und abschalten. Durch die Leistungsabstufungen unserer Grundlastverdichter verfügen wir in Verbindung mit der drehzahlgeregelten Spitzenlastanlage über optimale Voraussetzungen für eine wirtschaftliche und zuverlässige Drucklufterzeugung.“ Mit dem Steuerungskonzept lässt sich die Leistungsbandbreite der Station zwischen 5,8 und 163,4 Nm³/min nahezu stufenlos ohne kostenintensive Leerlaufstunden an den Druckluftbedarf anpassen.

Durch das neue Gesamtkonzept und die damit verbundenen minimierten Leerlaufzeiten erreicht K+S jetzt eine Energieeinsparung von etwa 15 %. Aktuell liegen die Energiekosten bei 0,101 kW/m³ Druckluft. Die neue Spitzenlastanlage hat seit ihrer Inbetriebnahme 6.300 Betriebsstunden fast ohne energievernichtende Leerlaufstunden absolviert - Beweis für die Tatsache, dass sie mit ihrer Leistung gut ausgewählt wurde.

Für eine wirtschaftliche Drucklufterzeugung durch Kompressor-Mehrfachanlagen genügt es nicht, lediglich Kompressoren mit einem möglichst niedrigen spezifischen elektrischen Leistungsbedarf auszuwählen. Die Verdichter müssen auch in optimal abgestuften Leistungen verfügbar sein und durch eine übergeordnete Steuerung und eine drehzahlgeregelte Spitzenlastanlage am Bedarf gefahren werden können. Nur dann besteht die Chance, die Station auch mit höchstmöglicher Effizienz zu betreiben. Energietechnik-Leiter Bernhard Zier: „Mit der neuen Station in Neuhof beweisen wir, dass man eine moderne und vor allem auch sehr wirtschaftlich und zuverlässig arbeitende Station auch mit älteren Verdichtern erreichen kann. Sie müssen allerdings dem aktuellen Stand der Technik entsprechen.“

Erschienen in Ausgabe: 08/2002