Ein Druckluftsystem besteht im engeren Sinne aus Drucklufterzeugungsanlagen, Druckluftaufbereitungsanlagen und den zugehörigen Rohrleitungen. Im weiteren Sinne zählen pneumatische Hilfskomponenten, pneumatische Aktuatoren, pneumatische Steuerungskomponenten, Vakuumkomponenten usw. zum Druckluftsystem. Üblicherweise stellt die Ausrüstung einer Druckluftstation ein Druckluftsystem im engeren Sinne dar. Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Fließdiagramm eines Druckluftsystems:
Das Drucklufterzeugungsgerät (Luftkompressor) saugt die Atmosphäre an, komprimiert die Luft im natürlichen Zustand zu Druckluft mit höherem Druck und entfernt Feuchtigkeit, Öl und andere Verunreinigungen aus der Druckluft durch Reinigungsanlagen.
Die Luft in der Natur besteht aus einem Gemisch verschiedener Gase (O₂, N₂, CO₂ usw.), darunter auch Wasserdampf. Luft mit einem bestimmten Wasserdampfgehalt wird als feuchte Luft bezeichnet, Luft ohne Wasserdampf als trockene Luft. Die Luft um uns herum ist feucht, daher nutzt der Luftkompressor naturgemäß feuchte Luft als Arbeitsmedium.
Obwohl der Wasserdampfgehalt feuchter Luft relativ gering ist, hat er einen großen Einfluss auf deren physikalische Eigenschaften. In Druckluftreinigungsanlagen ist die Trocknung der Druckluft ein Hauptbestandteil der Anlage.
Unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen ist der Wasserdampfgehalt feuchter Luft (d. h. die Wasserdampfdichte) begrenzt. Erreicht die enthaltene Wasserdampfmenge bei einer bestimmten Temperatur ihren maximal möglichen Gehalt, so spricht man von gesättigter Luft. Feuchte Luft, die nicht den maximal möglichen Wasserdampfgehalt erreicht hat, wird als ungesättigte Luft bezeichnet.
Wenn ungesättigte Luft gesättigt wird, kondensieren Wassertropfen in der feuchten Luft – ein Phänomen, das als Kondensation bezeichnet wird. Kondensation ist ein häufiges Phänomen. Beispielsweise ist die Luftfeuchtigkeit im Sommer hoch, wodurch sich leicht Wassertropfen an der Oberfläche von Wasserleitungen bilden. An Wintermorgen bilden sich Wassertropfen an den Fensterscheiben der Häuser. All dies entsteht durch die Abkühlung feuchter Luft unter konstantem Druck.
Wie bereits erwähnt, wird die Temperatur, bei der ungesättigte Luft Sättigung erreicht, als Taupunkt bezeichnet, wenn der Wasserdampfpartialdruck konstant gehalten wird (d. h. der absolute Wassergehalt konstant bleibt). Sinkt die Temperatur auf den Taupunkt, kondensiert das Wasser.
Der Taupunkt feuchter Luft hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Feuchtigkeitsgehalt der Luft ab. Bei hohem Wassergehalt ist der Taupunkt hoch, bei niedrigem Wassergehalt niedrig.
Die Taupunkttemperatur spielt eine wichtige Rolle in der Kompressortechnik. Ist beispielsweise die Austrittstemperatur des Luftkompressors zu niedrig, kondensiert das Öl-Gas-Gemisch aufgrund der niedrigen Temperatur im Öl-Gas-Zylinder. Dadurch enthält das Schmieröl Wasser, was die Schmierwirkung beeinträchtigt. Daher muss die Austrittstemperatur des Luftkompressors so ausgelegt sein, dass sie bei dem entsprechenden Partialdruck nicht unter der Taupunkttemperatur liegt.
Der atmosphärische Taupunkt ist die Taupunkttemperatur unter atmosphärischem Druck. Analog dazu bezeichnet der Drucktaupunkt die Taupunkttemperatur von Luft unter Druck.
Der Zusammenhang zwischen Drucktaupunkt und Normaldrucktaupunkt hängt vom Kompressionsverhältnis ab. Bei gleichem Drucktaupunkt gilt: Je größer das Kompressionsverhältnis, desto niedriger der zugehörige Normaldrucktaupunkt.
Die aus dem Kompressor austretende Druckluft ist verunreinigt. Die Hauptverunreinigungen sind: Wasser (flüssige Wassertropfen, Wassernebel und gasförmiger Wasserdampf), Restschmierölnebel (Ölnebeltröpfchen und Öldampf), feste Verunreinigungen (Rostschlamm, Metallpulver, Gummigranulat, Teerpartikel und Filtermaterialien, feines Dichtungsmaterialpulver usw.), schädliche chemische Verunreinigungen und weitere Verunreinigungen.
Veraltetes Schmieröl greift Gummi, Kunststoff und Dichtungsmaterialien an, was zu Fehlfunktionen von Ventilen und Umweltverschmutzung führt. Feuchtigkeit und Staub verursachen Rost und Korrosion an Metallteilen und Rohren, wodurch bewegliche Teile blockieren oder verschleißen und pneumatische Komponenten Fehlfunktionen aufweisen oder Luft verlieren können. Feuchtigkeit und Staub können außerdem Drosselöffnungen oder Filtersiebe verstopfen. Dies kann sich nach dem Einfrieren oder Brechen der Rohrleitung bemerkbar machen.
Aufgrund der schlechten Luftqualität werden die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des pneumatischen Systems stark reduziert, und die daraus resultierenden Verluste übersteigen oft die Kosten und Wartungskosten des Druckluftaufbereitungsgeräts bei Weitem. Daher ist es unbedingt erforderlich, das Druckluftaufbereitungssystem korrekt auszuwählen.
Was sind die Hauptquellen für Feuchtigkeit in Druckluft?
Die Hauptursache für Feuchtigkeit in Druckluft ist der Wasserdampf, der vom Kompressor zusammen mit der Luft angesaugt wird. Nachdem die feuchte Luft in den Kompressor gelangt ist, wird während des Kompressionsprozesses ein Großteil des Wasserdampfs zu flüssigem Wasser verdampft, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit am Kompressorausgang stark reduziert wird.
Beträgt der Systemdruck beispielsweise 0,7 MPa und die relative Luftfeuchtigkeit der angesaugten Luft 80 %, so ist die vom Kompressor abgegebene Druckluft zwar unter Druck gesättigt, ihre relative Luftfeuchtigkeit beträgt jedoch nach der Kompression und der Rückkehr zum atmosphärischen Druck nur noch 6–10 %. Das heißt, der Feuchtigkeitsgehalt der Druckluft ist stark reduziert. Sinkt die Temperatur in der Gasleitung und den Gasanlagen jedoch allmählich, kondensiert weiterhin eine große Menge Wasser aus der Druckluft.
Wie kommt es zur Ölverunreinigung in Druckluft?
Das Schmieröl des Luftkompressors, die Öldämpfe und suspendierten Öltröpfchen in der Umgebungsluft sowie das Schmieröl der pneumatischen Komponenten im System sind die Hauptquellen der Ölverschmutzung in der Druckluft.
Mit Ausnahme von Zentrifugal- und Membranluftkompressoren gelangen bei fast allen derzeit verwendeten Luftkompressoren (einschließlich verschiedener ölfrei geschmierter Luftkompressoren) mehr oder weniger verschmutztes Öl (Öltröpfchen, Ölnebel, Öldampf und Kohlenstoffspaltung) in die Gasleitung.
Die hohe Temperatur in der Kompressionskammer des Luftkompressors führt dazu, dass etwa 5 bis 6 % des Öls verdampfen, rissig werden und oxidieren und sich in Form von Kohlenstoff- und Lackfilmen an der Innenwand des Luftkompressorrohrs ablagern. Der leichtere Anteil wird in Form von Dampf und mikroskopisch kleinen Partikeln suspendiert und durch die Druckluft in das System eingebracht.
Kurz gesagt: Bei Systemen, die im Betrieb keine Schmierstoffe benötigen, gelten alle in der Druckluft enthaltenen Öle und Schmierstoffe als ölverunreinigte Stoffe. Bei Systemen, die im Betrieb Schmierstoffe zuführen müssen, gelten alle in der Druckluft enthaltenen Rostschutzmittel und Kompressorenöle als ölverunreinigte Stoffe.
Wie gelangen feste Verunreinigungen in die Druckluft?
Die Hauptquellen fester Verunreinigungen in Druckluft sind:
① Die umgebende Atmosphäre ist mit verschiedenen Verunreinigungen unterschiedlicher Partikelgröße vermischt. Selbst wenn der Ansaugstutzen des Luftkompressors mit einem Luftfilter ausgestattet ist, können üblicherweise Aerosolverunreinigungen unter 5 μm mit der eingeatmeten Luft in den Kompressor gelangen und sich während des Kompressionsprozesses mit Öl und Wasser im Abgasrohr vermischen.
②Wenn der Luftkompressor in Betrieb ist, führen die Reibung und Kollision zwischen den verschiedenen Teilen, die Alterung und das Ablösen der Dichtungen sowie die Verkohlung und Spaltung des Schmieröls bei hohen Temperaturen dazu, dass feste Partikel wie Metallpartikel, Gummistaub und kohlenstoffhaltige Spaltprodukte in die Gasleitung gelangen.
Veröffentlichungsdatum: 18. April 2023
