Wassergekühlte Systeme in industriellen Luftkompressoren

In industriellen Luftkompressoren werden etwa 90 % der mechanischen Arbeit, die während des Verdichtungsprozesses aufgewendet wird, in Wärmeenergie umgewandelt und erhöhen die Temperatur der unter Druck stehenden Luft. Während der Druckbeaufschlagung wird je nach Temperatur und Feuchtigkeit der in das System eintretenden Umgebungsluft eine bestimmte Menge an Wassermasse in das System eingebracht. Um zu verhindern, dass die im Kompressor komprimierte Druckluft während des Betriebs kondensiert und die Geräte des Kunden beschädigt, muss die Druckluft gekühlt und das entstehende Kondensat abgeleitet werden, bevor die Druckluft bedient wird. Bei industriellen Druckluftkompressoren weist der hohe Luftmassenstrom pro verbrauchter Energieeinheit auf eine hohe Energieeffizienz hin. Das Kühlsystem spielt eine direkte Rolle für die Energieeffizienz des Kompressors. Aus diesem Grund wurden Kühlsysteme in verschiedenen, auf die Betriebsbedingungen des Kompressors abgestimmten Methoden entwickelt. Wassergekühlte Systeme erfüllen nicht nur die für den Kompressor erforderliche Kühlfunktion, sondern gelten auch als geeignete Alternative, wenn es darum geht, die erzeugte Wärmeenergie zurückzugewinnen.

Wassergekühlte Kompressoren, die in industriellen Luftkompressoren eingesetzt werden, können in der Praxis unter 3 Gesichtspunkten untersucht werden;

• Offene Systeme ohne Wasserkreislauf

• Offene Systeme mit Wasserkreislauf

• Geschlossene Systeme mit Wasserkreislauf

Offene Systeme ohne Wasserkreislauf

Bei offenen Systemen, die keinen Wasserkreislauf benötigen, erfolgt die Kühlung über einen externen Wasseranschluss. Lokales Leitungswasser, ein See oder eine beliebige Süß- oder Salzwasserquelle kann als Kühlwasser für dieses System verwendet werden. Das während der Kühlung verwendete Kühlwasser verlässt das System als Abwasser am Kompressorausgang. Thermostate und ähnliche Geräte werden in diesen Systemen verwendet, um die Temperatur der zu versorgenden Luft zu steuern. Offene Systeme bieten Vorteile bei niedrigen Installationskosten. Die Reinheit des Quellwassers, das in offenen Systemen als Kühlwasser verwendet wird, ist einer der wichtigsten Punkte, die berücksichtigt werden müssen. Unter Berücksichtigung der Reinheit des Quellwassers werden durch die Auswahl von Filterelementen und -materialien, die für die Betriebsbedingungen geeignet sind, Verstopfungen vermieden, die die Kühlleistung beeinträchtigen, sowie der Durchtritt von Stoffen, die die Ausrüstung der Kühlleitung beschädigen können. Neben der Auswahl des Filters ist es wichtig, dass der Filter leicht zu warten ist und in bestimmten Zeiträumen ausgetauscht und gereinigt werden kann.

 Offene Systeme, die einen Wasserkreislauf erfordern

In offenen Systemen, die einen Wasserkreislauf in wassergekühlten Kompressoren erfordern, kühlt das Kühlwasser die im Kompressor verdichtete Luft, indem es im System zirkuliert. Das zur Kühlung verwendete Kühlwasser nimmt während des Prozesses Wärme auf und muss Wärme abgeben, um als Kühlwasser im System wiederverwendet zu werden. In diesem System wird das Kühlwasser, das während des Kühlvorgangs Wärme aufnimmt, mittels einer Pumpe in einen externen Wasserturmkreislauf geleitet und gibt im Wasserturm Wärme ab, die auf etwa 2 °C unter der Umgebungstemperatur reduziert und als Kühlwasser wieder in das System geleitet wird. Da die Wassermenge im Laufe der Zeit durch die Verdunstung von Wärme im Wasserturm abnimmt, wird das System von einer externen Wasserquelle gespeist. Einer der Nachteile dieses Systems ist die Verunreinigung des verwendeten Kühlwassers je nach der Qualität der Umgebungsluft im Laufe der Zeit. Das Ablassen des Wassers im Wasserturm ist einer der wichtigsten Punkte, die berücksichtigt werden müssen, um ein mögliches Einfrieren des Kühlwassers zu verhindern, wenn der Kompressor bei kalten Wetterbedingungen nicht in Betrieb ist.

Geschlossene Systeme, die einen Wasserkreislauf erfordern

Geschlossene Systeme, die einen Wasserkreislauf benötigen, umfassen eine externe Wärmetauscheranlage, um das während des Kühlprozesses erwärmte Kühlwasser zu kühlen, während es wieder in das System geleitet wird. Die verwendeten Wärmetauscher werden in der Praxis bevorzugt als luft- und wassergekühlt eingesetzt. Das Kühlwasser, das bei der Abkühlung der Druckluft, deren Temperatur nach der Druckbeaufschlagung ansteigt, Wärme aufnimmt, wird in einer externen Wärmetauschereinrichtung auf 5°C über der Kühlflüssigkeit abgekühlt, bevor es für den Kreislauf in das System zurückgeführt wird. Für die Kühlung des Kühlwassers in einem externen flüssigkeitsgekühlten Wärmetauscher werden üblicherweise Plattenwärmetauscher verwendet. In Anbetracht der Eigenschaften des in dieser Anwendung verwendeten Kühlmittels sollten Materialien mit hoher Korrosionsbeständigkeit gewählt werden. In Umgebungen, in denen externes Wasser nur in begrenztem Umfang zur Verfügung steht, wird die Kühlung durch erzwungene Wärmeübertragung mit Hilfe eines Lüfters sichergestellt. Bei Anwendungen, bei denen das Kühlwasser mit Umgebungsluft gekühlt wird, wird dem Kühlwasser Glykol zugesetzt, um ein mögliches Gefrieren des Wassers bei kalten Wetterbedingungen zu verhindern. Bei dieser Anwendung werden die thermophysikalischen Eigenschaften, die sich mit dem zugesetzten Glykol ändern, bei der Dimensionierung des Wärmetauschers berücksichtigt. Geschlossene Systeme, die einen Wasserkreislauf erfordern, haben den Vorteil einer langen Betriebsdauer und geringer Wartungskosten.

In der Produktpalette von Hertz Kompressoren gibt es Optionen für wassergekühlte Systemalternativen. Wenn die notwendige Ausrüstung für wassergekühlte Systeme vorhanden ist, bieten speziell für das Kompressormodell entwickelte Platten- und Rohrwärmetauscher Einsparungen bei den Betriebskosten durch hohe Energieeffizienz bei minimalem Druckverlust.