Silofilter richtig auslegen. Von Jens Kampmeyer
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Transcript of Silofilter richtig auslegen. Von Jens Kampmeyer
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Safety first:
Silofilter als wichtige Komponente für den reibungslosen und
sicheren Silobetrieb
2
Sicher ist sicher …
3
Pneumatische Befüllung im Überdruck mit freiem Ausblas
- Silofahrzeug mit Bordkompressor(Endschwall)
- Stationäre Kompressoranlage (z.B. Bahnwaggonentladung)
Pneumatische Befüllung im Überdruck mit Weiterleitung des Reingases - Sammelleitung z.B. zur Reststaub-messung oder Zuführung zu Sicherheitsfilter
- Befüllung im Unterdruck (Saugförderung)
Einsatzmöglichkeiten von Silofiltern - Teil 1/3
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Pneumatische Befüllung im Überdruck mit Ausblasklappe und Saugventilator
Bypassklappe zur Abführung des Endschwalls bei Silofahrzeugbefüllung
Ventilator zur Verhinderung des Falschluftzutritts in das Silo über den Filter (z.B. hygroskopische Produkte)
Mechanische Befüllung mit angebautem Ventilator zur Zwangsabsaugung
Einsatzmöglichkeiten von Silofiltern - Teil 2/3
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Pneumatische Befüllung im Überdruck:
Filter mit angebautem Ventilator nur zur Überwindung des Leitungswiderstandes
Mechanische Befüllung:
Filter mit angebautem Ventilator zur Zwangsabsaugung
Silo mit separat gestelltem Filter (z.B. Höhenbegrenzung oder Sammelfilter)
Einsatzmöglichkeiten von Silofiltern - Teil 3/3
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Eine wahre Geschichte:
Ein Silo für PP-Pulver wurde pneumatisch befüllt und gleichzeitig mit N2 im geschlossenen Kreislauf inertisiert.
Da die Filterfläche im Verhältnis zur Förderleistung zu klein dimensioniert war, verstopften die Filtermedien, wodurch der Gegendruck im Silo während der Förderung anstieg.
Man erhöhte also den Förderdruck bis unbeabsichtigt das Sicherheitsventil am Silo öffnete. Das Bedienpersonal registrierte dies durch einen Stickstoffverlust im System und behob die Leckage durch zusätzliche Gewichte auf der Klappe des Sicherheitsventils.
Weil sich dadurch der Filterwiderstand erneut erhöhte, steigerte man wiederum den Förderdruck. Dieser Automatismus wurde erst unterbrochen, als der Überdruck im Silo mit 150 mbar dreimal höher war als zulässig.
Pneumatisch befüllte Silos: Was kann passieren ?
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Schlussfolgerung:
Ein reibungsloser und sicherer Betrieb von Silos ist nur möglich, wenn
Wie vermeidet man Fehlfunktionen des Filters ?
- in der Planungsphase der richtige Filtertyp ausgewählt wird
- durch Inspektion und Wartung die Funktionsfähigkeit des Filtersdauerhaft erhalten wird.
- während des Betriebes das Bedienpersonal die nötige Kenntnis übereventuelle Fehlfunktionen der Gesamtanlage (auch der Filter !), derenUrsache, mögliche Folgeschäden und deren Beseitigung besitzt.
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I. Sicherstellung der reibungslosen Funktion:1. Planung
2. Betrieb
3. Inspektion / Wartung
Was ist zu tun ?
- Auswahl des richtigen Abreinigungssystems und Filtermediums (Schlauch – Patrone – Tasche – Lamelle)
- Filterfläche in Abhängigkeit von Volumenstrom, Filtermedium, Produkt, Betriebsweise etc. (spezifische Filterflächenbelastung)
- Richtig dimensioniertes Filtergehäuse (Auftriebsgeschwindigkeit < Sinkgeschwindigkeit)
- Inbetriebnahme / Sicherstellung der Funktionsfähigkeit- Einbindung in das „Komplettsystem Silo“
- Inspektionsplan- Wartungsfreundlichkeit
9Planung: Auswahl des Silofilters nach Abreinigungssystem
1. Planung: a) Motorisch abgereinigter Filter (Rüttelfilter)
b) Pneumatisch abgereinigter Filter (Jet-Filter)
- Abreinigung nur nach Ende des Befüllvorgangs(statische Luftverhältnisse)
- Kontinuierlich steigender Filterwiderstand führt zu erhöhtem Siloinnendruck und kann zum Ende des Befüllvorgangs (Endschwall) evtl. zur Abschaltung der Förderung oder sogar zum Staubaustritt durch Entlastungsöffnungen führen.
- Abreinigung während des Befüllvorgangs (Gegenstrom)- Filterwiderstand bleibt während der Befülldauer konstant niedrig. Siloinnendruck steigt auch während des Endschwalls nicht über die Alarm-, bzw. Auslöseschwelle für Sicherheitseinrichtungen.
10Silobefüllung: Prinzipieller Druckverlauf bei Rüttelfilter und Jet-Filter
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Druck (daPa)
Zeit (Minuten)
Druckverlauf Rüttelfilter Druckverlauf Jet-Filter
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Fazit: Je kürzer die Befüllleitung und je größer ihr Durchmesser, destohöher der Endschwall und desto größer die erforderliche Filterfläche !
Auswahl der Filterfläche nach Größe der Befüllleitung
Endschwall bei Silobefüllung in Abhängigkeit von Leitungsdurchmesser und Leitungslänge
0
20
40
60
80
100
120
140
10 20 30 40 50Leitungslänge (m)
Ends
chwa
ll (m
3/m
in.)
DN 125
DN 80
DN 100
AJB 800-980-22P
AJV 1100-1000-40P
AJB 800-1400-31P
AJV 1100-1400-56PFilter für Zement:
12Filterdifferenzdruck während Silobefüllung und Endschwall
0
50
100
150
200
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300
350
400
450
500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Anzahl Befüllungen
Druck (daPa)
DruckwährendEndschwall
DruckwährendBefüllung
Überhöhter Bereich
Kritischer Bereich
Normaler Bereich
Gemessen wurde an einem pneumatisch abgereinigten Patronenfilter (22 m2 Filterfläche)
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Auftriebsgeschwindigkeiten in Aufsatzfiltern bei typischen FilterflächenbelastungenGehäuse: Ø 800 mm - Anströmquerschnitt Abrutto 0,5 m2 - Anströmquerschnitt Anetto 0,32 m2
Filtertyp
Schlauchfilter Länge Filtermedium:1100 mmFilterfläche: 5 m2
Schlauchfilter Länge Filtermedium:1600 mmFilterfläche: 7 m2
Patronenfilter Länge Filtermedium:1000 mmFilterfläche: 22 m2
Patronenfilter Länge Filtermedium:1400 mmFilterfläche: 31 m2
Volumenstrom V (m3/min.) 9 13 22 31
Filterflächenbelastungf (m3/m2 x min.) 1,8 1,85 1,0 1,0
Höhe Ummantelung(mm) 1000 1500 1000 1500
Auftriebsgeschwindig-keit vbrutto (m/s) 0,3 0,43 0,73 1,03
Auftriebsgeschwindig-keit vnetto (m/s) 0,47 0,67 1,15 1,61
Produkte höherer Schüttdichte (ρSch >1.000 kg/m3): vnetto max. 1 m/sProdukte mittlerer Schüttdichte (500< ρSch <1.000 kg/m3):0,5 m/s < vnetto < 1 m/sProdukte geringer Schüttdichte (ρSch < 500 kg/m3): vnetto < 0,5 m/s
Bei zu hoher Auftriebsgeschwindigkeit: Filtermedien ins Silo hineinhängen lassen
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2. Betrieb:a) Inbetriebnahme / Sicherstellung der Funktionsfähigkeit
Fehlerquellen während der Inbetriebnahme
- Ausreichender Druck für die Abreinigung im Druckluftspeicher. (5 – 6 bar)- Druckluft trocken, öl- und partikelfrei (DIN ISO 8573-1, Klasse 2). - Zuführleitungen entsprechend dem Druckluftverbrauch dimensionieren.
(min. R ½“) Schnelles Nachfüllen des DLS sicherstellen. - Verbinden aller Kontakte mit der Schaltwarte:
Spannungsversorgung für Filtersteuerung, Fernstart, (Differenz-)Druckschalter- Kontrolle aller Parameter der elektrischen Betriebsmittel (Impuls- und
Pausenzeiten sowie Ventilanzahl an Steuerung, Niveau der Druckschalter)- Bei Ventilatoreinsatz: Funktionskontrolle – Unwucht – Drehrichtung –
Eindrosselung- Winterbetrieb berücksichtigen (Einfrieren / Verspröden):
Geeignete Druckluftspeicher, Membran- und Magnetventile, Steuerung mit Winterschutz
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1000 mm freier Expansionsraum bei Produkthöchststand
Position Max.-Melder (Überfüllung verhindern)
Position Min.-Melder
Unter- / Überdruckventil (-10/+40 mbar)
Druckschalter +5 mbar (Start Abreinigung)Druckschalter +25 mbar (Voralarm an Schaltwarte)
Absperrventil
(Quetschventil)
b) Einbindung des Filters in das „Komplettsystem Silo“
Druckschalter +35 mbar (Schliessen Quetschventil)
16Maximalen Füllstand im Silo beachten !
Filterpatrone nach Silo-überfüllung
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3. Inspektion / Wartung:a) Inspektionsplan (herstellerspezifisch)
Ziel: Fehlfunktionen erkennen, Störfällen und Stillstand vorbeugen !
Inspektionen nicht vergessen !
- Optische Kontrolle 1x pro Woche
- Wechsel der Filtermedien (Standzeit ca. 1-2 Jahre) - Kontrolle der Reingasseite auf Staubdurchschlag
- Kontrolle der Rohgasseite durch Wartungsdeckel (falls vorhanden)- Messung Filterwiderstand (max. 120 daPa während Silobefüllung)- Kontrolle aller mechanischen und elektrischen Betriebsmittel
und deren Parametereinstellungen (Filtersteuerung,Magnetventile, Ventilator-Unwucht-Drosselung,Motoren-Stromaufnahme, evtl. vorhandene Klappen)
- Funktion des Abreinigungssystems und ausreichendeDruckluftnachführung (Membranventile, Druckluft-Wartungseinheit)
- Dokumentieren der Ergebnisse
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b) WartungsfreundlichkeitVermeidung des rohgasseitigen Wechsels von Filterelementen, weil: - Erreichbarkeit aller Filterelemente erschwert- Arbeiten an großen Öffnungen im Rohgasraum gefährlich- Filtermedien und Werkzeug können ins Silo fallen
Einfache Wartungsarbeiten schaffen Sicherheit !
Deshalb: Wechsel der Filtermedien nur zur Reingasseite !
Für die Wartung sind bei der Filterkonstruktionzu berücksichtigen: - Keine / wenige lose Teile („Schwenken statt Abbauen“)- Öffnen / Lösen von Verbindungen durch einfacheHandgriffe
- Kein (Spezial-) Werkzeug Verwendung von Sterngriffen, Flügelmuttern usw.
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II. Sicherheit für Filter und Personal beim Handling von explosiblen Schüttgütern:
1. Gefahrenquellen beim Silobetrieb2. Explosionsvermeidung – ATEX3. Konstruktiver Explosionsschutz
Vorsicht bei explosiblen Stoffen !
Dixie Crystals Refinery, Port Wentworth, Georgia (07.02.2008)Quelle: Savannah Morning News
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Für Silo-/Filteranlagen sind als Zündquelle allgemein zu berücksichtigen:- Heiße Oberflächen- Flammen und heiße Gase- Mechanisch erzeugte Funken- Elektrische Anlagen- Blitzschlag- Exotherme Reaktionen, einschließlich Selbstentzündung
- Statische Elektrizität(Funkenentladung, z.B. Schüttkegelentladung)
1. Gefahrenquellen beim Silobetrieb:
21Ladungstrennung durch Transportvorgänge
Statische Elektrizität
Funkenentladung
- Aufladung eines leitenden ungeerdeten Bauteils
- Annäherung einer geerdeten leitfähigen Elektrode
- Gesamte gespeicherte Energie wird in Funken umgesetzt
- Schutzmaßnahme zur Explosions-vermeidung:
Durchgängige ERDUNG
22Explosionsvermeidung geht vor
Schutzkonzept „Erdung“ am Filter:Bei explosiblen, statisch aufladbaren Stoffen - Filtermedien „antistatisch“ (= ableitfähig, spezifischer Widerstand 105 - 109 Ωm. ) - Durchgängige Erdung vom Ende des Filtermediums bis zum ÜbergangFiltergehäuse SiloVom Filter selbst geht keine Gefahr aus(Elektrische Verbraucher befinden sich außen)
2. Explosionsvermeidung - ATEX
Jedoch Achtung bei Eintrag von anderen Zündquellen oder Selbstentzündung !- Explosionsvermeidung durch Herabsetzen der Sauerstoffgrenzkonzentration (Inertisierung, z.B. N2)
Schutzkonzept immer mit dem Silohersteller, bzw. mit dem Betreiber der Anlage abstimmen!
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Auch für Silofilter gilt:
Die Zoneneinteilung erfolgt immer durch den Betreiber, nie durch den Hersteller !
ATEX: Aufteilung der Aufgaben beim Explosionsschutz
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Filternde Abscheider
Absaugleitung 20 21 21 22 oder zonenfrei
22 oder zonenfrei 21 22 oder
zonenfrei Rohgasbereich des Abscheiders (1) 20 20 21 20 21 Rohgasbereich ohne betriebliche Abreinigung 21 22 Reingasbereich (2)
-unbekannte Staubkonzentration 20 oder 21 (6) 21 21 21 21 21 22
-Überwachungssystem (3) / Stillsetzung (4) 22 22 22 22 22 22 22 -Sicherheitsfilter (5) / Stillsetzung (4) zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei -rechnerische Staubkonzentration > 1% UEG 21 21 21 21 21 21 22 -rechnerische Staubkonzentration < 1% UEG ohne Kontroll-/Reinigungsmaßnahmen 22 22 22 22 22 22 zonenfrei
-rechnerische Staubkonzentration < 1% UEG mit Kontroll-/Reinigungsmaßnahmen zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei zonenfrei
(1) unter Berücksichtigung der Abreinigung außer Massenkraftabscheider und Nassabscheider (2) unter Berücksichtigung eines Filterbruchs (3) Überwachungssystem: bei Massenkraftabscheidern z.B. Füllstandüberwachung, ansonsten Stauberkennungssystem auf der Reingasseite (4) Stillsetzung des nachgeschalteten Ventilators (5) Bereich hinter Sicherheitsfilter (6) Zone 20 z.B. bei Abscheider mit einer einzelnen Filterpatrone, ansonsten Zone 21
Beispiele für Zoneneinteilung bei filternden Abscheidern nach VDI 2263, Blatt 6
- Untere Explosionsgrenze (UEG) von Stäuben gemäß VDI 2263: 20 g/m3
- Reststaubgehalt für Silofilter gemäß TA-Luft: 20 mg/m3 = 0,1% der UEG
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Können explosionsfähige Atmosphäre und das Vorhandensein einer wirksamen Zündquelle nicht ausgeschlossen werden, muss mit dem Auftreten einer Explosion gerechnet werden. Konstruktive Explosionsschutzmaßnahmen ergreifen !
Explosionsfeste Bauweise
(EN 14460, VDI 2263-3)
Explosionsdruckfest für den maximalen Explosionsdruck pmax
Explosionsdruckstoßfest für den reduzierten Explosionsdruck pred
Explosionsdruck-entlastung
Explosions-unterdrückung
Explosionsdruckstoßfest für den maximalen Explosionsdruck pmax
3. Konstruktiver Explosionsschutz
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Zusammenfassung explosible Schüttgüter:
Prioritäten:
Rangfolge der Explosionsschutzmaßnahmen
- Ersatz von brennbaren durch unbrennbare Stoffe ( nicht möglich, da vom Prozess vorgegeben)
- Begrenzen der Staubkonzentration ( nicht möglich, da vom Prozess vorgegeben)
- Vermeidung von Zündquellen
- Vermeiden des Wirksamwerdens von Zündquellen- Verhindern, dass eine explosionsfähige Atmosphäre die Zündquelle erreicht
- Konstruktive Maßnahmen zur Vermeidung gefährlicher Auswirkung von Staubexplosionen
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Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit !