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Luftfilter unterstützen eine lange Kompressorlebensdauer und einen effizienten Betrieb

So konnte ein Textilbetrieb von der Aufrüstung seiner Filter profitieren

Luftkompressoren spielen in Produktionsbetrieben eine wichtige Rolle, da sie verschiedene Maschinen antreiben und unzählige andere Funktionen erfüllen. Je staubiger die Anlagenumgebung ist, desto stärker werden die Luftfilter belastet, die die Ansaugluft für den Kompressor reinigen. Herkömmliche Zellulosefilter können schnell verstopfen, während neuere Filtertechnologien von Donaldson für eine schnelle Investitionsrendite sorgen können.

Ein Beispiel dafür ist eine staubige Textilfabrik in China. Die Ausfallzeiten der Luftkompressoren in der Anlage wurden erheblich reduziert, als herkömmliche Luftfilter durch hocheffiziente Filter mit der von Donaldson entwickelten Feinfasertechnologie ersetzt wurden. Die Donaldson-Filter konnten die Wartungsintervalle für die Luftfilter in dieser Anlage um das Fünffache verlängern, wodurch die Wartungskosten erheblich gesenkt und die Zuverlässigkeit des Systems für den Anlagenbetreiber erhöht wurden. 

Eine anspruchsvolle Umgebung

Der Textilbetrieb in der Provinz Shandong, China, benötigt etwa 600 Kompressoren für den Betrieb verschiedener Maschinen und Betriebsabläufe. Eine Vielzahl von Fasern und anderen Partikeln führte zu Verstopfungen der Luftfilter der Kompressoren, wodurch nach weniger als 200 Betriebsstunden, in einigen Fällen sogar nach nur 50 Stunden, Alarme wegen eingeschränkter Luftströmung ausgelöst wurden. Die Arbeiter versuchten, die Filter durch Umkehr des Luftstroms zu reinigen, hatten damit aber nur begrenzten Erfolg und konnten die Lebensdauer des Filters manchmal nur um weitere 100 Stunden verlängern. Darüber hinaus war die Reinigung der Filter mit Hochdruckluft keine praktische Lösung. Die Verwendung von Hochdruckluft zur Entfernung von Schmutz aus einem Luftfilter beschädigt unweigerlich die empfindlichen Filtermedien, was zu kleinen Rissen führt, durch die mehr und größere Partikel eindringen können.

Um die Situation zu verbessern, erörterte der Luftkompressorenhersteller mit Donaldson die Möglichkeit, die Zellulose-Luftfilter durch Feinfaserfilter mit Oberflächenfiltration zu ersetzen, die mit der Ultra-Web®-Technologie von Donaldson ausgestattet sind. Während herkömmliche Zellulosefilter einen Wirkungsgrad von etwa 99 Prozent aufweisen, kann die Feinfasertechnologie einen Wirkungsgrad von 99,99 Prozent erreichen.

Funktionsweise der Technologie

Einlassluftfiltermedien werden traditionell aus Zellulosefasern oder einer Zellulose-Synthetik-Mischung hergestellt. Die Ultra-Web-Technologie von Donaldson setzen auf ein Feinfasermedium, das in einem Elektrospinnverfahren hergestellt wird, bei dem feine, durchgehende, robuste Synthetikfasern mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,3 Mikron erzeugt werden. Die Ultra-Web-Technologie sorgt für hohe Effizienz, indem sie feine Räume zwischen den Fasern bildet, die den Staub an der Oberfläche des Mediums einschließen, wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Der an der Oberfläche des Mediums gebundene Staub bildet einen „Staubkuchen“, der weiterhin luftdurchlässig bleibt, was bedeutet, dass die Zunahme des Widerstands bei den Filtern langsamer verläuft als bei Tiefenfiltermedien aus Zellulose, bei denen der Staub tief im Medium eingeschlossen wird und so die Luftdurchgänge blockieren kann.

Abbildung 1: Die Ultra-Web-Technologie bildet ein feines Faservlies, das den Staub an der Oberfläche des Mediums einschließt.
Abbildung 2: Staub auf der Oberfläche eines Feinfaserfilters.
 
Testen der Alternative

Um die Wirkung der hocheffizienten Filter zu ermitteln, installierten die Mitarbeiter die Feinfaserfilter in fünf Kompressoren, die zuvor ein herkömmliches Zellulosemedium verwendet hatten. Die ursprünglichen, vertikal montierten Filterbaugruppen wurden gegen neue Donaldson-Baugruppen ausgetauscht, in denen die Ultra-Web-Filter in einer horizontalen Konfiguration untergebracht waren. Die Arbeiter überwachten den Betrieb und verglichen die Zeiten, nach denen bei beiden Filtertypen Alarme wegen eines Strömungswiderstands ausgelöst wurden. Die Ergebnisse waren bemerkenswert. 

Vergleich der Stunden bis zum Alarm wegen hohen Widerstands
Abbildung 3: Durch die Ultra-Web-Technologie wurde die Zeit, nach der Widerstandsalarme ausgelöst wurden, erheblich verlängert.

Wie in Abbildung 3 dargestellt, erhöhte sich mit den Ultra-Web-Filtern die durchschnittliche Zeit, nach der Alarme ausgelöst wurden, von ca. 300 Stunden auf über 1.500 Stunden – das entspricht einer Verfünffachung. Abbildung 3 zeigt die Anzahl der Betriebsstunden, nach denen ein bestimmter Druckabfall erreicht wird. Die Oberflächenfiltration trägt zu einem langsameren Anstieg des Widerstands und damit zu einer langen Lebensdauer der Filter bei.

Die hohe Effizienz der Filter wurde auch bei Sichtprüfungen deutlich. Wie in Abbildung 4 zu sehen ist, war am Ende des Testzeitraums eine erhebliche Menge an Staub und anderen Partikeln an der Außenseite des Filters vorhanden. Die Innenseite der Filter hingegen wies deutlich weniger Staub auf, sie wirkte fast so sauber wie die eines neuen Filters.

Abbildung 4: Die Außenansicht der Filter (links) zeigte erhebliche Partikel, während in der Innenansicht (rechts) nur sehr wenig zu sehen waren.
Maßnahmen nach dem Test in diesem Werk

Im Anschluss an den Test ersetzte der Betreiber der Textilfabrik die Luftreiniger an allen 600 Maschinen durch Ultra-Web-Filter von Donaldson, was zu einer Ersparnis an Betriebskosten von mehr als 1 Million USD pro Jahr führte. Der Austausch der Filter führte zusätzlich zu einer jährlichen Arbeitsersparnis von über 7.000 Personenstunden. Das entspricht etwa 3,5 Vollzeitbeschäftigten.

Weitere Betrachtungen

Die chinesische Textilfabrik ist ein hervorragendes Beispiel für den erheblichen Einfluss, den eine verbesserte Luftfiltration auf die Effizienz des gesamten Systems haben kann. Luftfilter müssen als wichtiger Teil eines Filtrations-„Ökosystems“ betrachtet werden. Dazu gehören auch Ölfilter und Luft-/Ölabscheider, wie in Abbildung 5 dargestellt. Eine verbesserte Leistung einer Filtrationskomponente hat direkte Auswirkungen auf die Leistung anderer Filtrationskomponenten.

Abbildung 5: Schema eines ölgefluteten Schraubenkompressors.

1. Die Luft wird durch den Einlassfilter in den Kompressor gesaugt
2. Das Abscheideelement entfernt den restlichen Ölnebel fast vollständig
3. Saubere, trockene Druckluft verlässt das Gerät mit minimalem Ölübertritt
4.–5. Das vorabgeschiedene Öl wird gekühlt und gefiltert, bevor es in den Kreislauf zurückgeführt wird
6. Das Luft-Öl-Gemisch strömt in den Abscheidebehälter, wo durch Vorabscheidung der größte Teil des Öls entfernt wird
7. Das koaleszierte Öl wird über eine Spülleitung zur Verdichterstufe zurückgeführt
8. Das Öl wird in den Luftstrom eingespritzt, um Wärme zu absorbieren, zu schmieren und den Durchlass zu versiegeln
9. Die Komprimierung erfolgt in der Verdichterstufe.

Die Auswirkungen der einzelnen Filtrationskomponenten aufeinander lassen sich anhand der Wirkung von Luftfiltern auf die Lebensdauer von Luft-/Ölabscheidern beurteilen. Qualitativ hochwertige Luftfilter bewirken einen langsameren Anstieg des Widerstands im Luft-/Ölabscheider, was zu einer langen Lebensdauer des Luft-/Ölabscheiders und einem geringeren Druckabfall im Bauteil führt. Druckabfall beeinträchtigt den Wirkungsgrad von Kompressoren. Anders gesagt, bei Druckabfall wird mit derselben Menge Strom weniger Druckluftenergie erzeugt. Ein zusätzlicher Druckabfall von nur 1 psi reduziert die Kompressorleistung um etwa 0,5 Prozent.

Auch wenn die Ergebnisse an verschiedenen Standorten je nach vorhandener Verunreinigung, den derzeit verwendeten Filtern und anderen Variablen variieren können, können die meisten Anlagen, die derzeit Luftfilter mit niedrigem Wirkungsgrad wie z. B. herkömmliche Zellulosefilter verwenden, mit leistungsstarken, hocheffizienten Filtern Vorteile realisieren. Neben Textilbetrieben können auch Betonwerke, holzverarbeitende Betriebe und praktisch jede andere Einrichtung, in der Staub und Partikel vorkommen, von einer hochwertigen Filtration profitieren. Ein wichtiger Punkt ist, dass Systeme nur so gut ist wie ihr schwächstes Glied und dass deshalb bei der Auswahl von Filteranlagen das gesamte Ökosystem berücksichtigt werden sollte. Das Donaldson-Team kann Ihnen helfen, ökosystembasierte Lösungen für Ihre individuellen Systemanforderungen zu finden.

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