Leckagefreie Fluidsysteme helfen Kosten zu senken. Die Auswahl der richtigen Fittings und das Energiemanagement des Prozesssystems sind wichtige Faktoren für den effektiven Betrieb. Durch Fluidleckagen entstehen der Industrie jährlich Schäden in Millionenhöhe. Schon durch einige kleine Leckagen in einer Anlage, in der Druckluft von ca. 7 bar (100 psig) eingesetzt wird und für die der Preis der Kilowattstunde bei etwa 6 Cent liegt, können jährlich 22.000 € verloren gehen. Durch den hinausgeschobenen Austausch einer Kondensatfalle im Wert von 100,00 € entstehen leicht Kosten von 50,00 € pro Woche. Da es in einer durchschnittlichen Anlage üblicherweise Hunderte von Kondensatfallen gibt, können durch undichte Fallen jährlich Hunderttausende verloren gehen. Neben der Vergeudung barer Mittel spielen bei unbeachteten Leckagen aber auch Ausfallzeiten, Produktqualitätseinbußen, Umweltverschmutzung und die Gefahr, dass Personen verletzt werden, eine Rolle.

Die gängigsten Ursachen für Dampfaustritt in chemischen Prozessen sind Systemvibrationen, pulsierende Beanspruchungen und wechselnde thermische Gegebenheiten. Grundsätzlich sind bei jeder Art von Rohrverschraubung Leckagen möglich, unabhängig davon, ob ISO-Rohre bzw. Präzisionsrohre verwendet werden – und dies insbesondere, wenn mechanische Vibrationen auftreten. Bei diesen „Vibrationsermüdungserscheinungen” handelt es sich um einen unvermeidlichen Faktor, der durch schlechte metallurgische Konsistenz der Verschraubungen, durch übermäßige seitliche Beanspruchung der Verbindungen, inkorrekte Montage oder andere Merkmale der Systemauslegung noch verstärkt werden kann.

Über verstärkte Materialbeanspruchung und Ermüdungserscheinungen sind umfangreiche Untersuchungen durchgeführt worden. Bei einer Studie ergab sich die so genannte Markl-Ermüdungsbeziehung. Bei dieser Beziehung handelt es sich um eine „Beanspruchungskurve”, die die Anzahl der erzeugten Zyklen und den Zeitraum, in dem die Testprobe nach wiederholter Beanspruchung unbrauchbar wird, veranschaulicht. Aufgrund der Ergebnisse kann man davon ausgehen, dass die Probe umso eher ausfällt, je höher die Amplitude der Wechselbeanspruchung ist. Ein bei Fittings oft anzutreffender Beanspruchungs- Verstärkungsfaktor zeigt eine beträchtliche Zunahme von Ausfällen, die auf die Tiefe der Nut oder Kerbe in den Rohren bzw. Rohrleitungen zurückzuführen sein können, die beim Zusammenfügen entstehen.

Der Entstehung von Leckagen vorbeugen

Der richtigen Auswahl der Komponenten und Auslegung des Gesamtsystems sowie der Produkttechnologie wird bei der Entwicklung effizienter, leistungsfähiger Fluidsysteme oftmals nicht die erforderliche Bedeutung beigemessen. Zwei der kritischsten Bereiche, die zu Leckagen führen, sind:

• Die Art der Bauteile die zur Verbindung von Prozessrohren im gesamten System Anwendung findet.
• Die Kenntnisse und praktische Erfahrung derjenigen, die die Anwendung installieren und warten.

Realistisch gesehen, gibt es die ideale Verbindungsform – also eine, die in jedem System und bei allen möglichen Parameteranforderungen absolute Leckfreiheit bietet – nicht. Die gegen Vibrationen und Ermüdungserscheinungen widerstandsfähigste Fitting-Verbindung sind Rohrstumpfschweißfittinge. Ihre Vibrations- und Ermüdungsfestigkeit bestimmt sich aus der Höhe der Beanspruchung und der Qualität der hergestellten Verbindung. Die gebräuchlichste Art der Rohrverbindung bei Fluidsystemen sind Gewindefittings. Schraubverbindungen aller Art sind zwar in der Branche durchaus bekannt und üblich, allerdings haben auch diese sowohl bei Prozesslinien als auch bei Instrumentationslinien Nachteile. Es lohnt sich also, die verschiedenen derzeit erhältlichen Arten von Verschraubungen einer eingehenden Betrachtung zu unterziehen. Unabhängig vom gewählten Verbindungstyp muss dann darüber hinaus dem richtigen und effizienten Systemmanagement hohe Priorität eingeräumt werden. Beim Betreiben eines leistungsfähigen Fluidsystems ist die Einführung eines Energiemanagement- Programms ein wichtiger Faktor.

Energiemanagement-Programme

Neben der Auswahl der richtigen Fittings kann das Energiemanagement des Prozesssystems ein wichtiger Faktor für den Betrieb eines effektiven Fluidsystems sein. Zwar gibt es viele Arten von Energiemanagement-Programmen, die folgenden Erörterungen und Empfehlungen berücksichtigen vorrangig Folgendes:

• Prozess- und Instrumentationslinien
• Werkseinrichtungen (Druckluft, Heißwasser, Dampf und Kühlwasser)
• Hydrauliksysteme

In den Vereinigten Staaten ist die chemische Industrie unter den produzierenden Betrieben der zweitgrößte Energieverbraucher. Die Energiekosten stellen etwa 9 % des Wertes der Lieferungen dar. Um Möglichkeiten zum Energiesparen und für Kostensenkungen ausfindig zu machen, sollte in den Betrieben über ein Energie-Audit nachgedacht werden, das von einer erfahrenen Stelle durchgeführt werden könnte.

Regelmäßige Wartungen spielen eine wichtige Rolle bei der Energieeinsparung und der Kostensenkung. Druckluftlecks, verstopfte Filter und Warmluftlecks in Kompressoren sind durchweg Energieverschwender. Auditoren von Dampfsystemen haben dokumentiert, dass in einem typischen Betrieb ohne präventive, prädikative Wartungsprogramme 28 % der Kondensatfallen ständig unzureichend funktionieren. Um den Verbrauch von Dampf spürbar zu senken, müssen in dem Betrieb zur Identifizierung der Lecks wirksame Tests durchgeführt, die Lecks repariert und die nicht funktionierenden Kondensatfallen bei Bedarf ausgetauscht werden.

Ein weiteres wichtiges Beispiel für regelmäßig durchzuführende Wartungsarbeiten ist die Bewertung von Lecks in einer Druckluftanlage. Wenn man von 1000 Kontrollpunkten in einem typischen System ausgeht, so können in einem Betrieb etwa 24 bis 30 % der Lecks erkannt werden. Mit Hilfe dieser Statistik und dem Preis für die Kilowattstunde in dem Unternehmen können sodann die Verluste ermittelt werden. Um diese Probleme zu vermeiden, kann ein Leistungsvertrag abgeschlossen werden. Untersuchungen haben ergeben, dass die Leckrate durch ordnungsgemäß installierte Fittings auf weniger als 3 % sinkt.

Beim Energie-Audit sollten auch die Energieversorgung und der Energieverbrauch einschließlich einer detaillierten Analyse der Energierechnungen der vorangegangenen Jahre angesprochen werden. Betrachtungen der Energieversorgung sollten die aktuelle Energietarifierung sowie alternative Anbieter aufzeigen. Werden derartige Arbeiten durchgeführt, ergeben sich Möglichkeiten höherer Energieeffizienz. Bei den Berechnungen der Energieeinsparung und der Kostensenkung sollten auch geschätzte Implementierungskosten berücksichtigt werden.

Autor: John C. Cox, Swagelok (USA)

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