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Verfahrenstechnik 5/2018

Verfahrenstechnik 5/2018

Startklar für Wasser

Startklar für Wasser 4.0 Zuverlässige Abwasseraufbereitung mit Schraubengebläsen Sauberes Wasser, möglichst geringe Kosten und das mit einer Maschinentechnik, die gleichzeitig leichter zu handhaben, zuverlässig und zukunftsfähig ist – das waren die Anforderungen für die industrielle Abwasseraufbereitung in einem Milchwerk. Eine moderne Station mit Schraubengebläsen macht es möglich. Autoren: Dipl.-Ing. Marcus Jungkunst, Produktsupport, Dipl.-Betriebsw. Daniela Koehler, Pressesprecherin, beide Kaeser Kompressoren SE, Coburg gebläse nun Schraubengebläse eingesetzt werden. Schraubengebläse sind im Grunde für den Niederdruck optimierte, trocken bzw. ölfrei verdichtende Schraubenkompressoren, die bereits ab 400 mbar Druckdifferenz effizienter arbeiten. Aufgrund ihrer schraubenförmigen Rotoren, wie z. B. dem Sigma-Profil, erzielen diese Maschinen einen höheren Wirkungsgrad. Wenn – wie im Fall bei BMI – Differenzdrücke zwischen 600 und 800 mbar benötigt werden (bei obendrein vielen Betriebsstunden der Gebläse, was in der Wassertechnik der Fall ist), dann ergibt sich eine deutliche Energie- und somit Kosteneinsparung. Komplettpaket als Lösung Da damals bereits Schraubengebläse der nächsten Generation – also einschaltbereite, vollständige Maschinen mit elektrischem Steuer- und Leistungsteil – begannen, den Stand der Technik im Markt neu zu definieren, richtete sich das Augenmerk schnell auf diese. Eben jene „Komplettheit“ dieser neuen Schraubengebläse war am Ende auch der Entscheidungsgrund. Im Fall von BMI-Zapfendorf handelt es sich um Typ FBS-M-SFC Schraubengebläse mit in- Die Bayerische Milchindustrie eG (BMI) ist eine Molkereigenossenschaft mit langer Tradition und internationaler Erfahrung. In Zapfendorf im Norden Bayerns liegt aktuell das größte Werk der BMI. Neben den Standardprodukten Magermilchund Süßmolkenpulver werden zunehmend Spezialerzeugnisse produziert. Aufgrund der steigenden Nachfrage begann im Jahre 2014 die Planung einer neuen, größeren Reinigungsanlage für das bei der Herstellung von Milchprodukten anfallende Wasser. In vier Sequential-Batch-Reaktoren sollte künftig chargenweise die Nährstofffracht der unterschiedlich anfallenden Wassermengen biologisch abgebaut werden. Vier Gebläse würden die Luftversorgung der an diesem Prozess beteiligten Mikroorganismen sicherstellen. Um die Betriebskosten der Wasseraufbereitungsanlage geringstmöglich zu halten, sollten bei der energieintensiven Erzeugung der Belebungsluft anstelle der Drehkolbentegriertem Frequenzumrichter, die zusätzlich noch eine smarte Maschinensteuerung (Sigma-Control 2) beinhalten. Über diese Steuerung sind die Gebläse per Profibus an die Leitwarte direkt angebunden, deren Betriebs- und Zustandsdaten werden dort visualisiert. Die Leitwarte gibt die Drehzahlen und damit den zu generierenden Volumenstrom an die Gebläse weiter. Die Gebläse werden über das Bussystem somit auch ferngesteuert. Durch die Steuerungen und die Komplettbauweise sind diese Maschinen auch einsetzbar für Anwendungen, die sich hinter dem Begriff Industrie 4.0 verbergen. Das erfordert als Grundlage die Möglichkeit einer umfassenden Kommunikation von Maschine zu Maschine bzw. mit einem übergeordneten Prozessleitsystem im Rahmen der fortschreitenden Vernetzung und Digitalisierung. Ziel ist eine flexiblere Ansteuerung der Maschine sowie die Diagnostik der Betriebs-und Zustandsdaten in Echtzeit (Condition Monitoring), um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten und vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) zu betreiben. Das heißt, dass eine Vielzahl von Informationen über den Betriebs- und Wartungszustand des Gebläses in eine Richtung ausgelesen werden kann und umgekehrt das Gebläse in die andere Richtung ferngesteuert wird – idealerweise mit nur einem Daten-Buskabel. Echtzeitüberwachung Als Analogwerte können bspw. in Echtzeit ausgelesen werden: Der Ansaug-, Endund Differenzdruck, die Ansaug-, End-, Öl- 16 VERFAHRENSTECHNIK 5/2018

IFAT I TOP-THEMA und Schallhauben-Innentemperatur, der Druckabfall am Ansaugfilter, im Falle Frequenzumrichter Gebläsedrehzahl, Stromaufnahme Umrichter und Zwischenkreisspannung. Überwacht werden Temperatur und Stromaufnahme der Motoren, Ölniveau, Temperaturen auf Platinen der Leistungselektrik und vieles mehr. Jedem dieser Werte sind Schwellwerte für die Meldung einer Warnung und Störung hinterlegt, die auch in das Prozessleitsystem mittels Busprotokoll implementiert werden können und so die Möglichkeit für eine bequeme und einfache Überwachung bieten. Hinzu kommen noch Zähler für die Betriebsstunden der Maschine und deren Einzelkomponenten wie z. B. Verdichterblock, Motor, Steuerung, Leistungsteil, Wartungsteile usw. Den Wartungsteilen wie z. B. Ansaugfilter, Öl, Keilriemen etc. sind auch Zeitintervalle hinterlegt, die nach Ablauf eine Wartungsmeldung generieren. Zustandsgrößen wie z. B. Maschine aus, startbereit, Betrieb, Warnung und Störung liegen ebenfalls auf dem Prozessabbild. Aus Sicht des Betreibers war die Entscheidung für die vielseitigen Plug-&-Play-Maschinen eindeutig, nach vorherigem detailliertem Vergleich des Aufwands für eine vergleichbare Funktionalität der Automatisierung mit Einzelkomponenten. Klar war, dass es nicht nur bei der Beschaffung von Komponenten wie zum Beispiel der Gebläse, den Frequenzumrichtern und Blechschaltschränken bleiben würde. Durch einen detaillierten Vergleich der Maschinen- und Steuerungsfunktionalitäten im Vorfeld wurden auch Kosten für Schaltrelais und Überstromauslöser zum Anschluss von elektrischen Hilfsantrieben wie z. B. Ventilatoren, Öl- und Vakuumpumpen sowie Trafos und Auswertegeräte für Sensoren die Temperaturen, Drücke, Ölniveau oder sogar Öldruck berücksichtigt. Erfasste Sensorsignale müssen ausgewertet, mit Schwellwerten hinterlegt und daraus logische elektrisch geschaltete Aktionen implementiert werden. Unklarheiten bei andernfalls mehrfach entstehenden 01 Bei BMI sorgen hocheffektive Schraubengebläse für eine energiekostensparende Druckluftversorgung Schnittstellen kamen erst gar nicht auf, und die Inbetriebnahme konnte schnell und reibungslos erfolgen. Obendrein ist alles eindeutig dokumentiert, CE und EMV-zertifiziert, was auch der Betriebssicherheitsverordnung zuträglich ist. Planungs- und Prozesssicherheit Diese Komplettheit des Lieferumfangs erleichterte nicht nur die Planung der Investitionskosten, sondern auch die Vergleichsrechnung der Energiekosten, da die Leistungsdaten für die vollständig betriebsbereite Maschine im Vorfeld transparent vorlagen. Neben der Planungs- und Rechtssicherheit ist auch die Prozesssicherheit gegeben. Falls die Fernsteuerung einmal ausfallen sollte, können die Gebläse unabhängig vom Prozessleitsystem jederzeit einfach via Menüauswahl in der Sigma-Control 2 ohne Umverdrahtung oder Umparametrierung (wie früher bei Anbindung an externe Frequenzumrichter) in den Handbetrieb versetzt werden. Somit können diese Maschinen notfalls als letzte verbleibende funktionsfähige Insel die Mikroorganismen in der Belebung mit Luft versorgen und so am Leben halten. Rückblickend auf die bisherige zweijährige Betriebsdauer der vier modernen Schraubengebläse berichtet der Projektleiter davon, dass die sehr gute Energieeffi- 02 Das durch den Produktionsprozess anfallende Abwasser wird hinterher effektiv geklärt zienz auch real erbracht wird und dass die „Komplettheit“ dieser vollständigen Maschinen bei der Investitionssumme deutliche Kosten einspart. Fotos: Fotolia (Victoria, #34393459), Kaeser Halle A1, Stand 143/242 www.kaeser.com SICHER DICHT! Mit KLINGER ® top-chem – für alle Anforderungen die passende PTFE-Dichtung BESUCHEN SIE UNS: IFAT 14.–18.5. IN MÜNCHEN STAND: C2.126 KLINGER GmbH Rich.-Klinger-Straße 37 D-65510 Idstein T +49 6126 4016 -0 F +49 6126 4016 -11 mail@klinger.de www.klinger.de

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