Source: Deutsche Nachrichten
Ölnebelabscheidung: Warum die richtige Auslegung des Unterdrucksystems entscheidend ist
Bei zahlreichen industriellen Fertigungsprozessen entstehen ölhaltige Aerosole, die aus dem unmittelbaren Arbeitsbereich entfernt werden müssen. Besonders bei der spanenden Bearbeitung von Metallen können Kühlschmierstoffe durch die Bewegung von Werkzeugen, Werkstücken und Maschinenkomponenten in feinste Flüssigkeitströpfchen zerlegt werden.
Diese Tröpfchen gelangen in die umgebende Luft und bilden Ölnebel.
Für die Erfassung und Abscheidung solcher Aerosole werden geeignete Absaug- und Filtersysteme eingesetzt. Sie sollen die belastete Luft möglichst nah an ihrer Entstehungsstelle erfassen und die enthaltenen Flüssigkeitströpfchen abscheiden.
Damit eine solche Anlage ihre Aufgabe erfüllt, müssen die einzelnen Komponenten aufeinander abgestimmt sein.
Neben dem eigentlichen Ölnebelabscheider betrifft dies insbesondere die Leitungsführung, die erforderliche Luftmenge und die zur Verfügung stehende Druckdifferenz.
SKVTechnik weist darauf hin, dass die Auswahl eines geeigneten Seitenkanalverdichters nicht allein anhand des maximalen Volumenstroms erfolgen darf.
Entscheidend ist vielmehr der tatsächliche Betriebspunkt des gesamten Systems.
Dabei muss berücksichtigt werden, dass Filterelemente, Rohrleitungen, Anschlussstücke und weitere Komponenten Strömungswiderstände verursachen.
Diese Widerstände beeinflussen, welcher Volumenstrom im Betrieb tatsächlich erreicht wird.
1. Wie Ölnebel in industriellen Prozessen entsteht
Ölnebel entsteht, wenn ölhaltige Flüssigkeiten in kleine Tröpfchen zerlegt und mit der Umgebungsluft vermischt werden.
Dies kann beispielsweise bei der Verwendung von Kühlschmierstoffen in Werkzeugmaschinen geschehen.
Rotierende Werkzeuge und Werkstücke können Flüssigkeit mechanisch zerstäuben.
Auch Sprühvorgänge und turbulente Strömungen können zur Bildung ölhaltiger Aerosole beitragen.
Die entstehenden Tröpfchen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Größe und ihres Verhaltens.
Größere Tropfen können sich vergleichsweise schnell auf Oberflächen niederschlagen.
Sehr kleine Tröpfchen können dagegen länger in der Luft verbleiben und mit der Luftströmung transportiert werden.
Die Zusammensetzung des Aerosols hängt unter anderem vom verwendeten Kühlschmierstoff, der Bearbeitungstechnologie und den Betriebsbedingungen ab.
Deshalb lassen sich die Anforderungen an ein Ölnebelabscheidesystem nicht für sämtliche Fertigungsprozesse vereinheitlichen.
2. Warum Ölnebel möglichst nahe an der Entstehungsstelle erfasst werden sollte
Ein wesentliches Ziel der Absaugtechnik besteht darin, belastete Luft möglichst unmittelbar dort zu erfassen, wo die Emissionen entstehen.
Bei geschlossenen Werkzeugmaschinen kann dies über geeignete Absauganschlüsse an der Maschinenumhausung erfolgen.
Die erforderliche Luftmenge hängt unter anderem von der Konstruktion der Maschine, vorhandenen Öffnungen und dem jeweiligen Bearbeitungsprozess ab.
Eine zu geringe Absaugleistung kann dazu führen, dass ölhaltige Luft aus der Maschine austritt.
Eine unnötig hohe Absaugleistung kann dagegen den Energiebedarf erhöhen und unerwünschte Luftströmungen verursachen.
Deshalb sollte der erforderliche Volumenstrom aus den tatsächlichen Erfassungsbedingungen abgeleitet werden.
Die Auslegung der Erfassungseinrichtung und des Abscheiders bildet die Grundlage für die anschließende Auswahl des geeigneten Luftförderaggregats.
3. Welche Aufgabe ein Ölnebelabscheider übernimmt
Ein Ölnebelabscheider soll die in der abgesaugten Luft enthaltenen Flüssigkeitströpfchen entfernen.
Dafür stehen unterschiedliche technische Abscheideverfahren zur Verfügung.
Je nach Anwendung können beispielsweise mechanische Vorabscheider, Koaleszenzfilter oder andere geeignete Abscheidesysteme eingesetzt werden.
Bei einem Koaleszenzverfahren werden kleine Flüssigkeitströpfchen an geeigneten Oberflächen zusammengeführt.
Die entstehenden größeren Tropfen können anschließend gesammelt und abgeführt werden.
Die Wirksamkeit eines Abscheiders hängt unter anderem von der Tröpfchengrößenverteilung, dem verwendeten Filtermedium und den Betriebsbedingungen ab.
Nicht jeder Abscheider ist für jede Aerosolzusammensetzung geeignet.
Bei der Auswahl müssen deshalb die Angaben des jeweiligen Abscheiderherstellers berücksichtigt werden.
4. Die Bedeutung des Volumenstroms
Der Volumenstrom beschreibt die Luftmenge, die innerhalb einer bestimmten Zeit durch das System gefördert wird.
Bei industriellen Absauganlagen wird er häufig in Kubikmetern pro Stunde angegeben.
Für die Auslegung ist entscheidend, welcher Volumenstrom an der Erfassungsstelle erforderlich ist.
Dieser Wert muss unter Berücksichtigung der gesamten Anlage erreicht werden.
Ein Seitenkanalverdichter besitzt eine charakteristische Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Druckdifferenz beschreibt.
Mit zunehmender Druckdifferenz verändert sich der erreichbare Volumenstrom.
Der maximale Volumenstrom eines Verdichters wird deshalb nicht gleichzeitig mit seiner maximalen Druckdifferenz erreicht.
Für die Dimensionierung muss immer der erforderliche Volumenstrom beim tatsächlichen Anlagenwiderstand betrachtet werden.
5. Unterdruck und Druckdifferenz richtig verstehen
In einer Absauganlage wird eine Druckdifferenz benötigt, um die Luft durch die Erfassungseinrichtung, die Rohrleitungen und den Abscheider zu bewegen.
Der erforderliche Unterdruck hängt von den Strömungswiderständen des gesamten Systems ab.
Dabei ist zwischen dem Unterdruck an einem bestimmten Messpunkt und der vom Verdichter zu überwindenden gesamten Druckdifferenz zu unterscheiden.
Die Druckverhältnisse werden durch die konkrete Anordnung der Komponenten beeinflusst.
Bei der Auslegung müssen daher sämtliche relevanten Druckverluste berücksichtigt werden.
Ein hoher maximaler Unterdruckwert eines Verdichters bedeutet nicht automatisch, dass dieser für eine bestimmte Ölnebelabsaugung geeignet ist.
Entscheidend ist, ob der gewünschte Volumenstrom bei der benötigten Druckdifferenz erreicht werden kann.
6. Druckverluste in Rohrleitungen
Jede Rohrleitung verursacht einen Strömungswiderstand.
Dieser hängt unter anderem vom Rohrdurchmesser, der Leitungslänge und der Strömungsgeschwindigkeit ab.
Auch Bögen, Übergänge und weitere Einbauten beeinflussen den Druckverlust.
Bei einer ungünstigen Leitungsführung kann ein erheblicher Teil der verfügbaren Druckdifferenz bereits in den Rohrleitungen verbraucht werden.
Deshalb sollte die Leitungsführung möglichst frühzeitig in die Anlagenplanung einbezogen werden.
Ausreichend dimensionierte Leitungsquerschnitte und eine geeignete Anordnung der Komponenten können helfen, unnötige Strömungswiderstände zu vermeiden.
Die konkrete Dimensionierung muss allerdings auch die Anforderungen an den sicheren Transport des belasteten Luftstroms berücksichtigen.
7. Filterwiderstände beeinflussen den Betriebspunkt
Ein wichtiger Bestandteil der Systemauslegung ist der Druckverlust des Ölnebelabscheiders.
Dieser wird durch das eingesetzte Abscheideverfahren und die jeweilige Konstruktion bestimmt.
Bei Filterelementen kann sich der Druckverlust während des Betriebs verändern.
Beispielsweise können Ablagerungen und Verunreinigungen den Strömungswiderstand erhöhen.
Dadurch verschiebt sich der Betriebspunkt des gesamten Systems.
Bei einem Verdichter mit fester Drehzahl kann dies dazu führen, dass der tatsächlich geförderte Volumenstrom abnimmt.
Deshalb sollte nicht ausschließlich der Druckverlust eines neuen, sauberen Filters betrachtet werden.
Auch der vom Abscheiderhersteller vorgesehene zulässige Betriebsbereich ist relevant.
8. Verschmutzungszustand des Abscheiders berücksichtigen
Im laufenden Betrieb können sich Filterelemente verändern.
Welche Auswirkungen dies hat, hängt von der Abscheidetechnik und den Eigenschaften des erfassten Aerosols ab.
Bei manchen Systemen werden abgeschiedene Flüssigkeiten kontinuierlich abgeführt.
Andere Filterelemente müssen in festgelegten Intervallen kontrolliert, gereinigt oder ausgetauscht werden.
Für die Auslegung ist entscheidend, dass die erforderliche Erfassungsleistung innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs erhalten bleibt.
Ein steigender Filterwiderstand kann eine regelmäßige Überwachung erforderlich machen.
Hierfür können geeignete Differenzdruckmessungen eingesetzt werden, sofern dies für das jeweilige System vorgesehen ist.
Die Wartungsgrenzen und erforderlichen Maßnahmen müssen aus den Angaben des Abscheiderherstellers abgeleitet werden.
9. Seitenkanalverdichter als mögliche Luftförderaggregate
Seitenkanalverdichter werden in zahlreichen industriellen Druck- und Vakuumanwendungen eingesetzt.
Sie können je nach Ausführung und Betriebspunkt kontinuierlich Luft fördern und eine entsprechende Druckdifferenz erzeugen.
Für bestimmte Absaugaufgaben kann ein Seitenkanalverdichter deshalb als Luftförderaggregat infrage kommen.
Allerdings ist nicht jede Ölnebelabsaugung automatisch eine geeignete Anwendung.
Insbesondere bei großen erforderlichen Luftmengen und vergleichsweise geringen Druckverlusten können andere Ventilator- oder Gebläsebauarten technisch zweckmäßiger sein.
Die Auswahl sollte deshalb aus den Anforderungen des Gesamtsystems erfolgen.
SKVTechnik unterstützt Kunden bei der Prüfung, ob ein Seitenkanalverdichter für den vorgesehenen Betriebspunkt geeignet ist.
10. Den tatsächlichen Betriebspunkt bestimmen
Der Betriebspunkt ergibt sich aus dem Zusammenwirken der Verdichterkennlinie und der Anlagenkennlinie.
Die Verdichterkennlinie beschreibt, welchen Volumenstrom das Aggregat bei unterschiedlichen Druckdifferenzen bereitstellen kann.
Die Anlagenkennlinie beschreibt dagegen, welche Druckdifferenz für einen bestimmten Volumenstrom erforderlich ist.
Der Schnittpunkt beider Kennlinien bestimmt den tatsächlichen Betriebszustand.
Bei der Planung muss geprüft werden, ob dieser Betriebspunkt innerhalb des zulässigen Betriebsbereichs liegt.
Darüber hinaus müssen die elektrischen und thermischen Betriebsgrenzen des Verdichters berücksichtigt werden.
Eine geeignete Auslegung darf sich deshalb nicht auf die Nennleistung des Motors beschränken.
11. Warum eine Überdimensionierung problematisch sein kann
Bei der Auswahl eines Luftförderaggregats wird gelegentlich versucht, möglichst große Leistungsreserven vorzusehen.
Eine übermäßige Dimensionierung ist jedoch nicht automatisch vorteilhaft.
Ein unnötig großer Verdichter kann höhere Anschaffungskosten verursachen.
Auch der Energiebedarf und die Geräuschentwicklung können ungünstig ausfallen.
Darüber hinaus kann ein zu hoher Volumenstrom die vorgesehenen Betriebsbedingungen des Abscheiders verändern.
Deshalb sollte die Auslegung auf den tatsächlich benötigten Volumenstrom und den zu erwartenden Anlagenwiderstand abgestimmt werden.
Sinnvolle Reserven müssen technisch begründet sein.
12. Auch eine Unterdimensionierung vermeiden
Ein zu kleiner Verdichter kann dazu führen, dass die notwendige Luftmenge an der Erfassungsstelle nicht erreicht wird.
Dadurch kann die Wirksamkeit der Absaugung beeinträchtigt werden.
Besonders kritisch kann dies werden, wenn der Druckverlust des Abscheiders im Betrieb zunimmt.
Deshalb sollte die Auswahl nicht ausschließlich auf den Zustand einer neu installierten Anlage ausgerichtet werden.
Die zu erwartenden Veränderungen während des vorgesehenen Wartungsintervalls müssen berücksichtigt werden.
Dafür sind belastbare Angaben zum Abscheider und zu den erforderlichen Betriebsbedingungen notwendig.
13. Die richtige Anordnung der Komponenten
Die Anordnung von Erfassungseinrichtung, Abscheider und Luftförderaggregat beeinflusst den Betrieb des Systems.
Bei einer möglichen Anordnung wird die belastete Luft zunächst durch einen geeigneten Abscheider geführt.
Anschließend gelangt die gereinigte Luft zum Luftförderaggregat.
Ob diese Anordnung für eine konkrete Anwendung geeignet ist, muss anhand der Anforderungen des Abscheiders und des Verdichters geprüft werden.
Insbesondere muss verhindert werden, dass unzulässige Flüssigkeitsmengen oder schädliche Verunreinigungen in den Seitenkanalverdichter gelangen.
Ein Seitenkanalverdichter ist kein Ölnebelabscheider.
Die Abscheidung muss durch dafür geeignete Komponenten erfolgen.
14. Flüssigkeitseintrag in den Verdichter vermeiden
Seitenkanalverdichter sind für bestimmte Fördermedien und Betriebsbedingungen ausgelegt.
Bei Standardausführungen darf nicht davon ausgegangen werden, dass sie für die Förderung ölhaltiger Flüssigkeiten geeignet sind.
Ein Flüssigkeitseintrag kann den bestimmungsgemäßen Betrieb beeinträchtigen.
Deshalb müssen die Anforderungen des jeweiligen Verdichterherstellers eingehalten werden.
Bei Anwendungen mit Ölnebel ist besonders zu prüfen, ob die Abscheidung vor dem Verdichter ausreichend ist.
Auch mögliche Betriebszustände außerhalb des Normalbetriebs müssen betrachtet werden.
Dazu können beispielsweise Störungen der Flüssigkeitsabführung oder eine Überlastung des Abscheiders gehören.
15. Temperatur und Betriebsbedingungen
Die Temperatur der abgesaugten Luft kann die Eignung einzelner Komponenten beeinflussen.
Bei industriellen Bearbeitungsprozessen können sich die Temperaturen der Maschinenumgebung und der abgesaugten Luft verändern.
Auch der Seitenkanalverdichter selbst erwärmt sich während des Betriebs.
Deshalb müssen die zulässigen Temperaturen des Fördermediums und die Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.
Besonders bei kontinuierlichem Betrieb ist eine ausreichende Wärmeabfuhr erforderlich.
Die technischen Grenzwerte ergeben sich aus den jeweiligen Herstellerunterlagen.
16. Energiebedarf der Absauganlage
Der Energiebedarf einer Absauganlage hängt unter anderem vom erforderlichen Volumenstrom und der zu überwindenden Druckdifferenz ab.
Unnötig hohe Strömungswiderstände können den Leistungsbedarf beeinflussen.
Eine sorgfältige Planung sollte deshalb vermeidbare Druckverluste reduzieren.
Gleichzeitig muss die notwendige Abscheideleistung erhalten bleiben.
Ein Filter mit geringem Druckverlust ist nicht automatisch die technisch beste Lösung, wenn die erforderliche Abscheidewirkung nicht erreicht wird.
Entscheidend ist die Abstimmung zwischen Erfassung, Abscheidung und Luftförderung.
17. Geräuschentwicklung berücksichtigen
Neben der eigentlichen Absaugleistung kann die Geräuschentwicklung eine wichtige Rolle spielen.
Das betrifft insbesondere Anlagen, die in der Nähe von Arbeitsplätzen installiert werden.
Seitenkanalverdichter erzeugen während des Betriebs Geräusche.
Die tatsächliche Schallbelastung hängt vom Modell, dem Betriebspunkt und der Einbausituation ab.
Bei erhöhten Anforderungen können geeignete Schallschutzmaßnahmen erforderlich sein.
Dazu gehören beispielsweise herstellerseitig vorgesehene Schalldämpfer oder Schallschutzkabinen.
Die technische Eignung solcher Komponenten muss für die jeweilige Verdichterausführung geprüft werden.
18. Wartung und Betriebssicherheit
Ein Ölnebelabscheidesystem muss während seiner Nutzungsdauer regelmäßig entsprechend den Herstellerangaben kontrolliert werden.
Dabei stehen insbesondere die Filterelemente, die Flüssigkeitsabführung und die relevanten Druckverhältnisse im Mittelpunkt.
Auch die Rohrleitungen und Anschlüsse sollten auf ihren ordnungsgemäßen Zustand geprüft werden.
Ein steigender Druckverlust kann auf veränderte Betriebsbedingungen hinweisen.
Welche Wartungsmaßnahmen erforderlich sind, hängt von der jeweiligen Anlage ab.
Die Betriebs- und Wartungsanleitungen der einzelnen Komponenten bilden die Grundlage für entsprechende Maßnahmen.
19. Ölnebelabscheidung und Arbeitsschutz
Ölnebel kann die Luftqualität in industriellen Arbeitsbereichen beeinträchtigen.
Deshalb müssen bei der Planung geeigneter Absaugsysteme auch die einschlägigen Anforderungen des Arbeits- und Gesundheitsschutzes berücksichtigt werden.
Die erforderliche Erfassungs- und Abscheideleistung hängt von den konkreten Stoffen und Arbeitsverfahren ab.
Die Auswahl eines geeigneten Luftförderaggregats allein stellt noch keinen Nachweis über die Einhaltung entsprechender Anforderungen dar.
Hierfür ist die gesamte Anlage einschließlich Erfassung, Abscheidung und gegebenenfalls erforderlicher Messungen zu betrachten.
Auch die Frage, ob gereinigte Luft zurückgeführt werden darf, muss anwendungsspezifisch geprüft werden.
20. Besondere Anforderungen bei brennbaren Stoffen
Bei ölhaltigen Aerosolen können abhängig von den verwendeten Stoffen und Betriebsbedingungen zusätzliche Sicherheitsanforderungen entstehen.
Deshalb muss der Anlagenbetreiber beziehungsweise Anlagenplaner die entsprechenden Gefährdungen beurteilen.
Falls explosionsschutztechnische Anforderungen bestehen, sind diese gesondert zu berücksichtigen.
Ein Standard-Seitenkanalverdichter ist nicht automatisch für explosionsgefährdete Bereiche geeignet.
Auch eine ATEX-Ausführung darf nur innerhalb ihrer vorgesehenen und dokumentierten Einsatzbedingungen verwendet werden.
Die erforderliche Eignung sämtlicher Anlagenkomponenten muss geprüft werden.
21. Welche Daten für die Auslegung benötigt werden
Für die Auswahl eines geeigneten Seitenkanalverdichters benötigt SKVTechnik möglichst vollständige Angaben zur vorgesehenen Anwendung.
Besonders wichtig sind der erforderliche Volumenstrom und die zu erwartende Druckdifferenz.
Darüber hinaus sollten die Druckverluste des Abscheiders bekannt sein.
Hilfreich sind Angaben für unterschiedliche Betriebszustände, beispielsweise bei sauberem Filter und bei dem vom Hersteller vorgesehenen maximalen Filterwiderstand.
Auch die Rohrleitungsführung und die Länge der Leitungen sind relevant.
Weitere Angaben betreffen die Temperatur, die Betriebsdauer und mögliche besondere Eigenschaften der geförderten Luft.
Je genauer diese Informationen vorliegen, desto besser kann die technische Eignung eines Verdichters beurteilt werden.
22. Zusammenarbeit zwischen Anlagenbauer und Komponentenlieferant
Eine funktionierende Ölnebelabsaugung entsteht durch das abgestimmte Zusammenwirken verschiedener Komponenten.
Der Anlagenbauer ist für die Planung des Gesamtsystems verantwortlich.
Der Hersteller des Ölnebelabscheiders stellt die technischen Angaben zu seinem Produkt bereit.
SKVTechnik kann auf dieser Grundlage die Eignung eines Seitenkanalverdichters für den erforderlichen Betriebspunkt prüfen.
Dazu gehören insbesondere die Kennlinie, die zulässigen Betriebsbedingungen und die gegebenenfalls erforderlichen Zubehörkomponenten.
Fehlende technische Angaben müssen vor einer verbindlichen Auswahl geklärt werden.
23. Warum die Auswahl nicht allein anhand der Motorleistung erfolgen darf
Die elektrische Motorleistung ist ein wichtiges Merkmal eines Seitenkanalverdichters.
Sie beschreibt jedoch nicht unmittelbar, welche Luftmenge bei einer bestimmten Druckdifferenz gefördert wird.
Zwei Verdichter mit gleicher Motorleistung können unterschiedliche Kennlinien besitzen.
Deshalb ist eine Auswahl ausschließlich anhand der Kilowattangabe nicht ausreichend.
Für die Auslegung muss die Kennlinie des konkreten Verdichtermodells betrachtet werden.
Auch die vorgesehene Netzfrequenz ist relevant, da sich die Leistungsdaten zwischen 50-Hz- und 60-Hz-Betrieb unterscheiden können.
24. Betriebspunkt und Filterzustand gemeinsam betrachten
Eine besondere Herausforderung bei der Ölnebelabscheidung besteht darin, dass sich der Anlagenwiderstand während des Betriebs verändern kann.
Der Druckverlust eines Filterelements kann beispielsweise mit zunehmender Belastung steigen.
Dadurch verändert sich der Betriebspunkt.
Für die Auswahl eines geeigneten Verdichters sollte deshalb nicht nur ein einzelner Betriebszustand betrachtet werden.
Vielmehr ist zu prüfen, ob die erforderliche Absaugleistung innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs gewährleistet werden kann.
Dabei sind die zulässigen Grenzen des Verdichters ebenso einzuhalten wie die Betriebsanforderungen des Abscheiders.
25. Fazit: Das Gesamtsystem entscheidet
Die Ölnebelabscheidung stellt hohe Anforderungen an das Zusammenwirken von Erfassung, Abscheidung und Luftförderung.
Eine geeignete Absauganlage muss den erforderlichen Volumenstrom bereitstellen und gleichzeitig die Druckverluste des gesamten Systems überwinden.
Bei der Auswahl eines Seitenkanalverdichters sind deshalb die tatsächlichen Betriebsbedingungen entscheidend.
Die maximale Luftmenge und die maximale Druckdifferenz dürfen nicht als gleichzeitig verfügbare Leistungswerte interpretiert werden.
Auch der Verschmutzungszustand des Abscheiders, die Rohrleitungsführung und die thermischen Betriebsbedingungen müssen berücksichtigt werden.
SKVTechnik unterstützt Anlagenbauer und Betreiber bei der Auswahl geeigneter FPZ-Seitenkanalverdichter für technisch passende Druck- und Vakuumanwendungen.
Weitere Informationen und technische Beratung: www.skvtechnik.de