In den meisten Anlagen der Prozessindustrie sind sehr viele Ventile verbaut. Sowohl bei Neubau als auch beim Retrofit lässt sich hier durch kluge Planung jede Menge Energie einsparen. Das wohl größte Potenzial liegt dabei in der Ansteuerung der Ventile.
Bisherige Prozess- und Regelventile nachrüsten
Druckluft- und elektrisch geregelte Ventile lassen sich nicht einfach gegeneinander ausspielen. Je nach Anwendung und Umgebung hat die eine oder andere Technologie ihre Berechtigung. Allerdings sind die Wartungsaufwände bei Druckluft immens und auch Verluste machen die Technologie teuer und weniger nachhaltig. Daher geht beim Neubau von Anlagen, wo möglich, der Trend immer öfter zu elektrisch geregelten Ventilen. Aber auch bei Bestandsanlagen lassen sich elektropneumatische Lösungen verhältnismäßig einfach nachrüsten und Energie einsparen. Der Fluidikspezialist Bürkert Fluid Control Systems bietet für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle ein breitgefächertes Programm an Prozess- und Regelventilen. Ausgelegt als Sitz- oder Membranventile decken sie ein breites Anwendungsfeld ab.
Für die Nachrüstung einer elektrischen Steuerung in Bestandsanlagen beispielsweise eignet sich der digitale elektropneumatische Stellungs- und Prozessregler ‚SideCONTROL‘. Der Regler ist universell einsetzbar für Kugelhähne, Klappen, Schieberventile und vieles mehr ebenso wie Membranantriebe, Kolbenantriebe, Doppelkolbenantriebe und andere. Er lässt sich herstellerunabhängig an alle gängigen einfach- oder doppelwirkenden Antriebe anschließen und diese elektropneumatisch regeln. Für das Ausregeln eines Ventils baut er dazu den nötigen Druck pneumatisch auf und speichert diesen in seinem dichten Gehäuse zuverlässig. Damit hat das dynamische Stellsystem im ausgeregelten Zustand keinen Druckluftverbrauch. Je Ventil beträgt die Energieeinsparung pro Jahr dadurch knapp 90 Euro im Vergleich zum Einsatz von Stellungs- und Prozessreglern von Mitbewerbern. Das kann sich zu einem beträchtlichen Betrag summieren, da in großen Prozessanlagen oft mehrere hundert Ventile verbaut sind. Dank integrierter Diagnosefunktionen zur Ventilüberwachung lassen sich Verluste einfach aufspüren und Wartungsmaßnahmen punktgenau durchführen.
Digitalisierung hilft beim Energiesparen
Ein weiteres Standbein fürs Energiesparen ist die Digitalisierung von Anlagen. So lassen sich Prozessdaten an zentraler Stelle überwachen, mit Sollwerten vergleichen und automatisiert Alarme generieren, wenn Handlungsbedarf besteht, beispielsweise, weil es an einzelnen Stellen zu Druckluftverlusten kommt. Auch für Retrofits bzw. Modernisierung und die nachträgliche Digitalisierung von Anlagen ist ‚SideCONTROL‘ ein hilfreiches Tool. Ohne Eingriffe in die Applikation kann der Regler einfach nachgerüstet werden. Damit lassen sich moderne Schnittstellentechnologien wie IO-Link, ASi, Ethernet/IP, Profinet, Profibus und vieles mehr ins bestehende System integrieren.
Richtige Auslegung der Ventile
Auch das Design der Ventile selbst oder der zur Ansteuerung notwendigen Komponenten kann zum Einsparen von Energie führen (siehe Technikkasten „Energiesparen by Design“). Darüber hinaus ist die richtige Dimensionierung jedes eingesetzten Ventils für den Energieverbrauch relevant. Um einen Prozess richtig einzuregeln, könnte man den Ansatz „viel hilft viel“ wählen und Ventile überdimensionieren, um auf der sicheren Seite zu sein. Denn die optimale Auslegung eines Ventils ist von zahlreichen Parametern abhängig wie zum Beispiel dem Medium, Temperaturen, Druck, Durchfluss, Pumpenkennlinien, zu überbrückenden Strecken und vieles mehr. Da diese Parameter einander beeinflussen und auch das Zusammenspiel eingesetzter Komponenten beachtet werden muss, ist die perfekte Auslegung von Ventilen eine komplexe Angelegenheit. Aus energetischer Sicht ist die Überdimensionierung aber kein sinnvoller Ansatz. In diesem Fall braucht ein Ventil bei jedem Regel- oder Stellvorgang mehr Energie als notwendig. Bei Regelventilen kann die Überdimensionierung zudem zu Schwingungen, unangenehmen Geräuschen oder gar der Zerstörung von Ventilen führen.
Bei der richtigen Auslegung von Ventilen hilft der Konfigurator des Fluidikspezialisten. Zudem unterstützen die Experten mit ihrem Know-how und ihren entsprechenden E-Tools. Hier werden die relevanten Parameter zur Ventiloptimierung eingegeben. Der Konfigurator unterstützt dann dabei, die passenden Ventile für die jeweilige Anwendung zu finden. Je früher die Spezialisten bei der Anlagenplanung mit ins Boot genommen werden, desto besser können sie beraten, welche Ventile an welcher Stelle den energieeffizientesten Betrieb ermöglichen. Wenn man Ventile von Anfang an optimal für die Prozessanforderungen auslegt, sind die Energieeinsparungen über die gesamte Lebenszeit der Anlage immens.
Zentrale versus dezentrale Steuerung
Bei pneumatisch gesteuerten Ventilen macht es fürs Energiesparen zudem einen entscheidenden Unterschied, ob zentral oder dezentral gesteuert wird. Bei der zentralen Steuerung sind zwar alle elektrischen Komponenten an einem Ort im Schaltschrank verbaut und einfach zu warten, es werden jedoch lange Zuleitungen für die Druckluft benötigt. Auf den langen Strecken kann es somit zu Leckagen kommen, die dann oft schwer aufzufinden sind. Hier können dezentrale Automatisierungslösungen punkten. Sie spart nicht nur Schlauchleitungen ein, sondern auch Folgekosten bei der Betriebsenergie und Instandhaltung. Dazu hat Bürkert zum Beispiel intelligente Steuerköpfe für Prozessventile im Programm, die sich flexibel an die individuellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen lassen. Sie unterstützen die dezentrale Prozesssteuerung und helfen ebenfalls dabei, Energie zu sparen. So überwacht ein integriertes Druckmessmodul an den Ventilinseln den Versorgungsdruck und gibt bei Abweichungen von den festgelegten Werten Warn- sowie Fehlermeldungen an die Steuerungsebene weiter. Das erhöht nicht nur die Prozesssicherheit, sondern weist auch frühzeitig auf Probleme hin. Ventilinseln ebenso wie dezentrale Steuerköpfe auf oder an Einzelventilen bieten zudem weitere praxisgerechte Diagnosefunktionen und Möglichkeiten für vorbeugende Wartungsmaßnahmen, mit denen sich Druckluftverluste schnell aufdecken und deren Ursachen beheben lassen. Zudem benötigen die Steuerköpfe prinzipbedingt im ausgeregelten Zustand keine Druckluft.
Nachhaltigkeit als Service
Für den optimierten energetischen Retrofit pneumatischer Schnittstellen unterstützen die Fluidikspezialisten zudem mit einem Vier-Schritte-Programm. Zuerst wird dabei in einer Druckluftverbrauchsanalyse der Ist-Zustand einer bestehenden Anlage oder einzelner Anlagenteile erfasst und Leckagen geortet. In der Auswertung und Planung wird dann ein individueller Maßnahmenplan erstellt. Es folgt die Systemoptimierung durch Umsetzung des Maßnahmenpakets und Modernisierung der Anlage. Damit die Maßnahmen auch nachhaltig Bestand haben, werden entsprechende Wartungspläne erarbeitet und Mitarbeiter insbesondere auch auf das Bewusstsein für den Energieverbrauch der Anlage geschult.
Der Überblick macht deutlich, dass die Maßnahmen zum Energiesparen mit Prozess- und Regelventilen vielfältig sind. Da insgesamt die Wahl der passenden Energiesparansätze sehr von der individuellen Anwendung abhängig ist, bietet Bürkert neben vielfältigen Produkten auch beratende Unterstützung für energieoptimierte Maßnahmen rund um Prozess- und Regelventile.
