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5 Min. Lesezeit

Gasverteilungssystemen nachhaltig optimieren

In zahlreichen Unternehmen der herstellenden Industrie ist für die Produktionsprozesse die Anwendung bzw. Verarbeitung von Gasen unverzichtbar. Beispielsweise in der Lebensmittelindustrie weisen Hersteller mit dem Hinweis „Unter Schutzatmosphäre verpackt“ auf die Verwendung von zumeist Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid während des Verpackungsprozesses von Frischprodukten hin. Auch zum Beispiel in der chemischen, pharmazeutischen und der Stahlindustrie sowie in Laboren oder zu Testzwecken werden Gase eingesetzt – von einfacher Druckluft über Stickstoff oder Wasserstoff bis hin zu Edelgasen wie Helium, Argon oder Xenon.

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Eine entscheidende Forderung: die Gleichstellung des Gasverteilungssystem mit den übrigen Produktionseinrichtungen

Gasverteilungssysteme leiten Gase von der meist unter hohem Druck stehenden Quelle (Gastanks, Gasflaschen) zum Einsatzort. Auf diesem Weg gibt es vielfältige Faktoren, die die Sicherheit und die Effizienz der Anlage beeinträchtigen können. Um beides sicherzustellen, geht es darum, einerseits den technischen Zustand der Anlage instand zu halten, andererseits mit geschulten Fachkräften für diese Instandhaltung zu sorgen.

In manchen Unternehmen mag die Auffassung vorhanden sein, dass ein Gasverteilungssystem von sekundärer Wichtigkeit ist und gemessen an den primären Produktionseinheiten bedeutend weniger Maintenance-Aufwand erfordert. Die Folge ist oft, dass

  • der Maintenance-Aufwand zunehmend vernachlässigt wird
  • erforderliche Instandsetzungsmaßnahmen nicht oder nicht frühzeitig erkannt werden
  • die nachlassende Systemleistung nicht systematisch analysiert wird
  • auf Fachpersonal mit Expertise für das betreffende System verzichtet wird

Diese Defizite führen dann zu einer meist schleichenden, jedoch kontinuierlichen Abnahme der Effizienz des Gasverteilungssystems bei gleichzeitig steigenden Kosten. Warum?

Eine trügerische Sicherheit: der schleichende Leistungsverlust

Anders als zum Beispiel bei Maschinen verweigert ein Gasverteilungssystem nur äußerst selten plötzlich den Dienst. Denn die häufigste Ursache von Leistungsverlust beim Transport von Gasen sind Leckagen, die ohne gezielte Maßnahmen oft nicht feststellbar sind.
Auch die fehlerhafte Druckanzeige eines Manometers oder die unzureichende Funktion eines Druckventils bleibt bei mangelhafter System-Überwachung oft lange Zeit unbemerkt.
Bei einem Druckluftsystem mögen solche Mängel als unerheblich gelten. Wenn jedoch die Kompressoren an ihre Leistungsgrenzen stoßen, weil sie wegen der Leitungsleckagen und der damit verbundenen Minderdrücke immer weiter „hochgedreht“ wurden, stellt sich die Frage: Einen weiteren Kompressor kaufen oder das Gasverteilungssystem sanieren und anschließend die Maintenance-Maßnahmen anpassen? Betriebswirtschaftlich gesehen ist die zweite Option die eindeutig bessere.

Im Fall der Verteilung und Verwendung von toxischen und/oder entflammbaren Gasen wie z.B. Stickstoff, Wasserstoff oder Methan kommt den Faktoren Sicherheit und Kosten eine weitaus höhere Bedeutung zu als bei Druckluftsystemen. Denn es müssen Mitarbeiter vor gesundheitlichen Risiken und Unternehmenseinrichtungen vor materiellen Schäden geschützt werden. Des weiteren steigen die Kosten für den Kauf des Mehrverbrauchs an Gasmengen aufgrund der Leckageverluste.

Die beste Investition in die dauerhafte Effizienz und Sicherheit Ihres Gasverteilungssystems: Fachleute mit Fachwissen

Es ist daher aus betriebswirtschaftlicher Sicht sinnvoller, das Gasverteilungssystem hinsichtlich Wartung, Instandsetzung und Reinvestition in Modernisierungsmaßnahmen mit jedem anderen Produktionssystem gleichzusetzen als es langfristig „kaputt zu sparen“.
Eine auf Effizienz und Sicherheit ausgerichtete Instandhaltungsstrategie schließt auch Überlegungen zum Personaleinsatz mit ein. Weil die Analyse von suboptimal arbeitenden Gasverteilungssystemen oder deren Fehlfunktionen recht schwierig sein kann, ist viel Fachkenntnis und Erfahrung gefragt. Je nach Unternehmensstrategie und Personalpolitik kommen zwei Entscheidungen in Betracht:

  • die gezielte Fortbildung von vorhandenem Personal auf die Thematik Gasverteilungssysteme
  • die Auslagerung von Maintenance-Dienstleistungen an qualifizierte Spezialfirmen

Deshalb bietet Swagelok ein umfangreiches Schulungsprogramm an, das alle Gebiete von Fluidsystemen abdeckt und das erforderliche Fachwissen für die Betreuung von Gasverteilungssystemen in Seminaren vermittelt.

Der beste Anfang, den Sie machen können: die System-Evaluierung

Im Vorfeld einer beabsichtigten Sanierung, Ertüchtigung oder grundlegenden Modernisierung eines Gasverteilungssystems sollte immer eine eingehende Analyse eines erfahrenen, externen Fachmanns stehen. Dieser ist aufgrund seiner Unabhängigkeit von vorhandenen, eingefahrenen Sichtweisen und seinem aktuellen Fachwissen in der Lage, neue, bisher unbeachtete Verbesserungspotenziale zu erkennen. Eine Benchmark-Analyse kann Hinweise auf die Performance des Systems geben mit dem Effekt einer gezielten Suche nach Schwachstellen.

Unterstützung in der Bewertung der Effizienz und Sicherheit Ihres Gasverteilungssystems bietet Swagelok mit seinem Evaluierungs-Service. Hierbei wird das gesamte System einer detaillierten Analyse unterzogen. Besonders die in der Regel vier Subsysteme werden unter die Lupe genommen:

  • Eingangsanschluss der Bezugsquelle. Schon bei der Schnittstelle zwischen der Gasquelle – Gasflasche oder Gasdruckbehälter – und dem Verteilersystem ist auf die Art des Anschlusses zu den jeweiligen Komponenten zu achten. Das können Schläuche, Leitungsrohre, Filter, Entlüftungs- oder Spüleinrichtungen sein. In der Regel sind Gasverteiler mit Standardanschlüssen ausgestattet, welche die Kompatibilität zwischen Gasquelle und angeschlossenen Komponenten sicherstellen. Ist dies nicht der Fall, sind die Verbindungen mit besonderer Sorgfalt auf Dichtheit zu prüfen. Es ist auch sicherzustellen, dass die Komponenten den gegebenen technischen Anforderungen und Vorschriften entsprechen. Dies betrifft beispielsweise die zulässige Druckbeaufschlagung von angeschlossenen Schläuche bzw. die Zulassung für die Durchleitung der infrage kommenden Gase. Toxische Gase sowie Sauerstoff und Wasserstoff benötigen Spezialschläuche.
  • Primäre Gasdruckregelung. Die erste, entscheidende Instanz für den Transport des Gases ist der Druckminderungsregler. In besonderen Einzelfällen kann auch die Anordnung von zwei Druckreglern infrage kommen. Welchen Leistungsbereich diese Regler abdecken müssen, ist u.a. vom durchzuleitenden Gas abhängig. So wird z.B. wasserfreies Ammoniak bei ca. 8 bar in Druckflaschen geliefert, während Stickstoff unter einem Druck von 300 bar steht, Wasserstoff bis zu 700 bar. Zudem kommt es auch auf die Endanwendung an, welche Drücke für Zulauf und Förderung erforderlich sind. Die Prüfung, ob die geeigneten Druckminderungsregler geeignet sind, ordnungsgemäß den Druck auf das geforderte Maß reduzieren und auch richtig anzeigen, ist nicht immer einfach, wird aber von Experten ohne weiteres beherrscht. Mitunter sind an Gasflaschen zweistufige Druckminderer angeschlossen, die aber im gegebenen Anwendungsfall nicht erforderlich sind – ein Ansatz zur Kostenreduzierung.
  • Automatische Umschaltung. Gasflaschen und Gasdruckbehälter haben eine begrenzte Kapazität. Deshalb ist ein Subsystem notwendig, das den unterbrechungsfreien Gasstrom im Verteilungssystem beim Wechsel der Flaschen und Behälter die kontinuierliche Versorgung der Einsatzorte sicherstellt. Hierbei sorgen zwei Druckregler mit mehreren gestaffelten Druck-Sollwerten dafür, dass die Gasversorgung aufrecht erhalten wird. Auf eine weitere Funktion der automatischen Umschaltung sollte ebenfalls geachtet werden: die Möglichkeit, mit variablen Umschaltdrücken das Maximum der Gaskapazität in den Gasquellen nutzen zu können. Denn vielfach nutzen die Systeme nicht die vollständige Inhaltsmenge der Behälter aus.
  • Einsatzort. Das im Verteilungssystem durchgeleitete Gas kann auf unterschiedlichste Art zum Einsatz kommen: als Einleitung in einen Hauptprozessstrom, zum Betrieb von Druckluftwerkzeugen, zum Erzeugen von Schutzatmosphäre, bei der Herstellung von elektronischen High-Tech-Bauteilen. Je nach Verwendung muss es hier möglich sein, variabel einen Austrittsdruck zu kontrollieren, präzise zu regeln sowie den Gasaustritt zu blockieren. Sofern es wichtig ist, dass im gesamten Verteilsystem der Gasdruck konstant bleibt, ist eine zweistufige Druckregelung erforderlich. Sind hingegen Druckschwankungen zulässig, reicht ein einstufiger, kostengünstigerer Druckregler

Der Evaluierungsreport - belastbare Grundlage für Investitionsentscheidungen

Bei der Evaluierung Ihres Gasverteilungssystems wird der Prüfer dessen Auslegung begutachten, um die Frage beantworten zu können: Inwieweit entspricht das System hinsichtlich Kapazität, Struktur, Design und vorschriftsmäßig verwendeter Materialien den bestehenden und beabsichtigten Anforderungen? Besonderes Augenmerk wird er auf die Qualität, das Alter und die Funktionsfähigkeit alle Komponenten und Bauteile richten – auch im Hinblick auf Betriebssicherheit. Dazu gehört auch der Zustand der Rohr- und Schlauchleitungen. Er wird diese vor allem auf mögliche Leckagen untersuchen.

Er wird auch darauf achten, ob Druckregler unter einer weit verbreiteten „Krankheit“, dem so genannten „Creeping", leiden. Dabei geht es um eine schleichende Dysfunktion. Sie besteht darin, dass bei blockiertem Durchfluss dennoch ein steigender Ausgangsdruck festzustellen ist.

Kurzum: In einer Evaluierung wird das gesamte System auf Herz und Nieren überprüft. Alle Erkenntnisse werden in einem ausführlichen Report festgehalten. Dieser enthält außerdem Berechnungen über eventuelle Einsparpotenziale und Vorschläge für Systemoptimierungen. Somit ist dieser Report eine zuverlässige Grundlage für mögliche Investitionsentscheidungen.

Die vier potenziell neuralgischen Punkte zuverlässig besetzt - mit Swagelok® Gasverteilungspanels

Besteht die Absicht, die Anlage zur Gasverteilung grundlegend zu erneuern, sollte ein Systemdesign angestrebt werden, das möglichst wenige Rohrverbindungen und damit potenzielle Leckagepunkte aufweist. Dies kann in vielen Fällen durch Biegungen von Präzisionsrohren anstatt von Flanschen und Rohrverschraubungen erreicht werden. Sind Rohrverschraubungen unerlässlich, empfiehlt sich der Einsatz von neuartigen Klemmringverschraubungen anstatt der herkömmlichen Cone/Thread-Verbindungen. Damit werden Installations- und Reparaturarbeiten bedeutend einfacher und zeitsparender, das heißt: effizienter.

Einen wesentlichen Beitrag zur Effizienz und Betriebssicherheit Ihres Gasverteilungssystems liefern die Swagelok Gasversorgungspanels, die als Untersysteme die vier wichtigsten Funktionen optimal erfüllen, sei es als Standard-Lösung oder in individueller auf Ihre Anforderungen angefertigter Anordnung. Die Swagelok Gasversorgungspanels basieren auf bewährten und allgemein anerkannten Verfahren zur Gasverteilung. Zu den besonderen Vorteilen zählen neben der hohen Swagelok Qualität aller verbauten Komponenten die reduzierte Anzahl an Gewindeverbindungen, so dass das Leckagerisiko minimiert und die Wartung erleichtert werden. Außerdem sind die Bedienkomponenten intuitiv, d.h. selbsterklärend gekennzeichnet.

Swagelok® Source Inlet (SSI)
Der Eingangsanschluss der Bezugsquelle gewährleistet die sichere Einspeisung des Gases in die primäre Gasdruckregelung oder die automatische Umschaltung.

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Swagelok® Gas Panel (SGP)
Die primäre Gasdruckregelung schließt die erste Druckreduzierung des Quellgases ab und stellt sicher, dass es mit der richtigen Durchflussrate an die nächste Stufe des Systems abgegeben wird.

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Swagelok® Changeover (SCO)
Copy: Das automatische Umschaltsystem wechselt nahtlos von einer Gasquelle zur anderen, um eine unterbrechungsfreie Versorgung zu gewährleisten.

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Swagelok® Point-of-Use (SPU)
Dieses Panel bildet die letzte Stufe der Druckregelung vor der Verwendung des Gases.

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