Ihre Bedeutung wird meist erst dann deutlich, wenn sie einmal nicht in gewohnter Form zur Verfügung steht. Damit Unternehmen im Chemiepark Knapsack jederzeit und in der benötigten Menge und Qualität auf diese Energie zugreifen können, arbeitet der Industriedienstleister und Chemieparkbetreiber InfraServ Knapsack kontinuierlich an der Optimierung seiner Drucklufterzeugung. Sie gehört heute zu den fortschrittlichsten Systemen ihrer Art.

Wenn im Chemiepark Stoffe von einem Silo in ein anderes umgepumpt werden, wird dafür Druckluft gebraucht. Wenige Handgriffe genügen, um den Transport in Gang zu setzen – und innerhalb weniger Sekunden die Belastung im Netz von 24.000 Normkubikmetern pro Stunde (Nm³/h) auf 38.000 Nm³/h zu steigern. Von dieser Belastung bemerken andere Unternehmen auf dem Gelände jedoch nichts. Und das ist auch gut so. Denn gleichzeitig steuern viele Betreiber im Chemiepark ihre Anlagen über mehrere tausend Armaturen und Ventile mit Druckluft. Gerade in explosionsgeschützten Bereichen gehören solche pneumatischen Antriebe zum Standard. Die Anforderungen an die Verfügbarkeit dieser „Mess- und Steuerluft“ sind hoch, auch wenn die vielen Verbraucher jeweils nur vergleichsweise geringe Mengen Druckluft aus dem Netz benötigen. Denn ein Ausfall oder massiver Druckabfall kann in den betroffenen Betrieben zum Stillstand der Produktion führen. Damit Belastungsspitzen, wie beim pneumatischen Fördern von Stoffen, nicht zu Beeinträchtigungen der anderen Nutzer führen, muss das Druckluftnetz diese Spitzen jederzeit auffangen und ausgleichen.

Zukunftssicher durch flexible Maschinensteuerung

Der Hürther Standortbetreiber erzeugt Druckluft – ebenso wie Kühlwasser – im Chemiepark selbst. Dabei wird die Druckluft in den eigenen Anlagen komprimiert, parallel dazu gekühlt und anschließend getrocknet. Im Laufe der Jahre haben sich die Anforderungen an das Druckluftversorgungsnetz vor Ort geändert. So verringerte sich bspw. die Abnahmemenge pro Jahr, die Schwankungen nahmen dabei im gleichen Zeitraum allerdings deutlich zu. Gleichzeitig verlagerten sich die Abnahmemengen zwischen den beiden Chemieparkteilen Hürth und Knapsack. Stark gestiegene Stromkosten verlangen zudem eine höhere Effizienz bei der Drucklufterzeugung. „Um unsere Anlagen und deren Steuerung bestmöglich auf zukünftige Anforderungen hin auszurichten, haben wir daher in den letzten Jahren intensiv investiert und eine Vielzahl von Maßnahmen umgesetzt, um die Versorgung mit Druckluft zukunftssicher zu machen“, erklärt Volkhard Pieper, als Betriebsleiter verantwortlich für die Druckluft. So nahm die Betreibergesellschaft bereits 2014 und 2015 zwei neue Verdichter mit einer Leistung von 10.000 und 8.000 Nm³/h in Betrieb. Pieper: „Wir verfügen damit nun über 6 Turboverdichter mit unterschiedlichen Leistungen und einer Gesamtkapazität von rund 90.000 Nm³/h, verteilt auf die beiden Werksteile. Dadurch können wir effizient, bedarfsgerecht und hochflexibel Druckluft erzeugen.“ Insbesondere die beiden neuen Verdichter lassen sich ressourcenschonend in einem großen Regelbereich betreiben.

Im Sinne der Versorgungssicherheit sind im Chemiepark immer mindestens zwei Verdichter in Betrieb. „In Phasen mit geringem Druckluftbedarf würde allerdings bereits ein Verdichter ausreichen, um unsere Kunden zu beliefern“, so Pieper weiter. „Wir haben deshalb eine neue Betriebsweise eingeführt, bei der der zweite Verdichter in Betrieb bleibt, ohne selbst Druckluft zu produzieren. Im Bedarfsfall kann dieser Turboverdichter innerhalb von Sekunden Druckluft ins Netz einspeisen.“ Dies ist bei vielen bestehenden Anlagen in Deutschland nicht möglich. Andere Betreiber müssen dann mehr Druckluft produzieren, als eigentlich benötigt würde und den Überschuss „über Dach fahren“, um kurzfristig auf Belastungsspitzen reagieren zu können.

Moderne Anlagensteuerung

Im vergangenen Jahr hat der Standortmanager außerdem die übergeordnete Maschinensteuerung auf die neueste Generation speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) umgestellt. Das bedeutete neben neuer Hard- auch andere Software. Das neue System steuert die Lastverteilung zwischen den 6 Verdichtern vollautomatisch und sorgt für sehr konstanten Netzdruck. Es unterstützt den Chemieparkbetreiber darüber hinaus mit einer Vielzahl von Informationen. So wählt es aus rund 70 möglichen Alternativen die effizienteste Kombination der verschiedenen Turboverdichter aus. Während des laufenden Betriebs unterbreitet es den Mitarbeitern in der Messwarte darüber hinaus Vorschläge zu einer energetisch optimierten Fahrweise für die jeweilige Netzbelastung, wobei die Maschinen nicht beliebig häufig an- und abgefahren werden können. Sollte tatsächlich eines der Aggregate unerwartet ausfallen oder ein Kunde spontan deutlich mehr abnehmen, schaltet das System in wenigen Sekunden einen passenden Verdichter zu, der in der Regel bereits innerhalb von rund drei Minuten seine volle Leistung erreicht. Schnelle Reaktionszeiten der neuen übergeordneten Maschinensteuerung waren ein wichtiger Aspekt in der Projektierungsphase. „Wir können so auch bei unerwarteten Vorkommnissen sicherstellen, dass sowohl die Arbeitsluft als auch die Mess- und Steuerluft mit ausreichendem Druck zur Verfügung steht“, sagt Pieper. Die Daten aus der neuen Anlagensteuerung analysiert und bewertet das Unternehmen betriebsbegleitend auch im Rahmen des Energiemanagementsystems nach DIN EN 50001. Die Drucklufterzeugung am Standort gehört damit zu den fortschrittlichsten Systemen ihrer Art.

Umstellung unbemerkt im laufenden Betrieb

Bei der Umstellung der übergeordneten Maschinensteuerung war eine besondere Herausforderung zu meistern. Denn die verschiedenen Maßnahmen mussten im laufenden Betrieb umgesetzt werden. Eine Abschaltung der Druckluftversorgung war zu keiner Zeit möglich, da der 24/7 Produktionsbetrieb der Chemieparkkunden keinen standortweiten Stillstand zuließ. Die Betreiber bauten deshalb das neue System parallel zu ihrer bestehenden Lösung auf und testeten so die Funktionen der neuen Steuerung. Pieper: „Dazu haben wir über mehrere Wochen das neue System mit allen relevanten Anlagen- und Verbrauchssignalen gespeist und konnten an einem zweiten Bildschirm im Anschluss prüfen, ob sich das neue und das bestehende System identisch verhalten.“ Ergaben sich Abweichungen, wurden sie genau untersucht. „Es ist durchaus vorgekommen, dass die vom neuen System vorgeschlagenen Lösung die bessere Alternative war“, so Pieper weiter. Über dieses Vorgehen ließ sich außerdem sicherstellen, dass alle Daten zuverlässig übertragen wurden.

Das Projekt war darüber hinaus auch im Hinblick auf Anlagenplanung und Betriebsführung anspruchsvoll. Schließlich durften neue Maschinen und Geräte nicht den Zugriff auf die bestehenden Anlagen beeinträchtigen. Denn eine wichtige Rolle für den zuverlässigen Betrieb der Turboverdichter spielt die kontinuierliche Wartung der Maschinen, die im Sinne einer vorbeugenden Instandhaltung regelmäßig inspiziert werden. Die Erweiterung der gemeinsam genutzten Systeme, wie Luftansaugung oder Kühlwasserversorgung, erforderte daher eine sorgfältige Planung, um die Anlagenverfügbarkeit der bestehenden Verdichter während der Montage und Erst-Inbetriebnahme  sicherzustellen und zudem zukünftig die effiziente Wartung einzelner Aggregate zu gewährleisten. Hier profitierte der Chemieparkbetreiber von der hauseigenen Engineering-Kompetenz. Der gesamte Aufwand hat sich gelohnt. Die Umstellung verlief reibungslos und unbemerkt von den Abnehmern im Chemiepark. Für sie bleibt die Druckluftversorgung, was sie immer war: eine Selbstverständlichkeit. (op)