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Staubabsaug- und Entstaubungssysteme (Staubkontrolle): Ein Überblick

Technischer Leitfaden für die Auslegung und den Betrieb von Entstaubungsanlagen für eine effiziente Staubabsaugung

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Seitenzusammenfassung
1. Definition einer Staubabsauganlage
2. Einpunkt-Staubabsaugung
3. Zentralisierte Staubabsauganlage
4. Häufige Probleme bei Entstaubungssystemen
5. Überwachung einer Entstaubungsanlage

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Industrielle Entstaubungsanlagen sind Systeme, die es ermöglichen, Staub an einer oder mehreren Stellen abzusaugen, ihn mit dem Luftstrom zu transportieren und in einem Auffangbehälter zu sammeln, der oft mit einem Filtersystem ausgestattet ist, bevor die gereinigte Luft abgegeben wird. Diese Systeme sind entscheidend, um sowohl einen sicheren Arbeitsbereich zu gewährleisten als auch sicherzustellen, dass die in die Umgebung abgegebene Luft sauber ist. Der in dieser Seite vorgestellte technische Leitfaden gibt detaillierte Informationen zur Auslegung von Entstaubungsanlagen, deren Leistung und zur Lösung von Problemen, die in Fabriken häufig mit solchen Systemen auftreten.

1. Definition einer Entstaubungsanlage

Arten von Entstaubungsanlagen / Was ist eine Staubabsauganlage?

Alle Industrien, die mit Feststoffen arbeiten, müssen sich auch mit Staub auseinandersetzen: natürlich pulververarbeitende Industrien, aber auch Kunststoff-, Holz- und Metallverarbeitungsbetriebe oder sogar neue Technologien wie die additive Fertigung, die mit Polymer- oder Metallpulvern arbeitet. Beim Umgang mit Stäuben ist es entscheidend, diese aus Gründen der Sauberkeit, Hygiene oder Sicherheit (Vermeidung, dass der Bediener den Staub einatmet und/oder dass Staubexplosionsrisiken (ATEX) entstehen)zu kontrollieren. Systeme zur Staubabsaugung müssen daher ordnungsgemäß ausgelegt, installiert und betrieben werden. Solche Systeme werden typischerweise als Staubabsauganlagen, Entstaubungsanlagen oder Entstauber bezeichnet.

Staubabsauganlagen können unterschiedliche Konstruktionen und Größen aufweisen. Typischerweise unterscheidet powderprocess.net zwei Kategorien:

• Lokale Staubabsauganlage: kleines, direkt an der Ausrüstung montiertes System, an der Staubemissionen auftreten können
• Zentralisierte Entstaubungsanlage: größeres System, das die Absaugung von Pulver an verschiedenen Stellen ermöglicht

Beide Systeme haben gemeinsam, dass sie einen Ventilator besitzen, um Luft anzusaugen und Staub vom Arbeitsbereich wegzutransportieren, sowie einen Filter zum Sammeln des Staubs.

Zentralisierte Entstaubungsanlagen verfügen zusätzlich über Rohrleitungen, um Luft und Staub zu einem Sammeltrichter zu transportieren. Der Sammeltrichter verwendet typischerweise einen Filter (Schlauchfilter oder Patronenfilter), um den Staub aufzufangen und sicherzustellen, dass gereinigte Luft abgegeben wird. Zu beachten ist, dass auch andere Verfahren als Entstauber eingesetzt werden können: Zyklone, Nasswäscher, Elektrofilter.Diese sind jedoch größere Systeme, die über den Rahmen dieser Seite hinausgehen und sich stärker auf die Erfassung kleiner bis mittlerer lokaler Emissionen konzentrieren, wie sie z. B. an einer Sackentleerstation oder beim Ausleeren von Pulver aus einem Behälter beobachtet werden.

Sie suchen andere Staubabsaugsysteme oder spezifische Komponenten? Sehen Sie sich diese Seiten an: FILTER, GAS-/FESTSTOFF-TRENNUNG. Von PowderProcess.net

2. Einpunkt-Staubabsaugung

2.1 Wie funktioniert es?

Eine besonders gut für Staubemissionen durch die Handhabung geöffneter Säcke geeignete Lösung, typischerweise an Sackentleerstationen, besteht darin, eine Staubabsauganlage direkt an der Ausrüstung zu montieren, von der die Staubemission ausgeht.

Ein solches System besteht aus:

• Einem Filter, der den Staub sammelt
• Einem Ventilator, der die Antriebskraft liefert, um Luft an der Staubemissionsstelle anzusaugen und den Staub mitzuführen

Abbildung 1: Beispiele für Sackentleerstationen mit oben montierter Staubabsaugung

Falls es möglich ist, die Ausrüstung nach Abschluss des staubgenerierenden Vorgangs zu schließen, ist die Verwendung eines Druckluftimpulsfilters eine gute Wahl, da dieser das Ablösen des Staubs vom Filter ermöglicht und den Staub nach Abschluss des Entleervorgangs durch den Bediener zurück in den Prozess fallen lässt,wodurch Materialverluste vermieden werden.

Wie bei allen Staubabsauganlagen sind die Dimensionierung des Ventilators und des Filters von großer Bedeutung für die Leistungsfähigkeit des Systems, d. h., um sicherzustellen, dass der Staub ordnungsgemäß erfasst wird.

Im Fall einer Sackentleerstation muss der Ventilator stark genug sein, um sicherzustellen, dass die Luftgeschwindigkeit durch die Öffnung mindestens ~0,5 m/s beträgt, wobei der Filter so dimensioniert sein sollte, dass der Druckverlust minimal ist (wenige mbar).

2.2 Vor- und Nachteile einer lokalen Staubabsauganlage?

Tabelle 1: Vor- und Nachteile einer lokalen Staubabsauganlage

Vorteile	Nachteile
Kompaktes System Keine Rohrleitungen erforderlich Gut für Sackentleerstationen geeignet Direkte Rückführung des erfassten Staubs möglich	Nur 1 System pro Ausrüstung, daher kostspielig bei vielen Emissionsquellen

3. Zentralisierte Entstaubungsanlage

3.1 Was ist eine zentrale Staubabsauganlage?

Eine zentrale Staubabsauganlage ist entfernt von der Staubemissionsquelle positioniert und über Rohrleitungen mit dieser verbunden, die Luft und Staub zum zentralen Entstauber transportieren. Es ist möglich, mehrere Geräte an ein einziges zentrales Absaugsystem anzuschließen. Dies ist besonders attraktiv, z. B. in mechanischen Werkstätten mit mehreren staubgenerierenden Maschinen oder wenn ein Hersteller eine große Anzahl von Sackentleerstationen in unmittelbarer Nähe zueinander installiert hat. Typische Anwendungen solcher Systeme sind:

• Holzbearbeitung
• Metallschneiden, -schleifen
• Materialhandhabung (Sackentleerstationen)

Das System besteht aus einem Staubabscheider, der ein Trichter mit einem Filter ist und mit einem Gebläse verbunden ist, das die Luft von den verschiedenen Sammelpunkten zum Empfangstrichter ansaugt. Wie beim oben beschriebenen lokalen System ist es eine gute Praxis, den Filter mit einem automatischen Reinigungssystem, typischerweise einem Pulsstrahl, auszustatten, um die Lebensdauer des Filters zu verlängern.

Wenn das zentrale Staubabsaugsystem mit mehreren Geräten verbunden ist, was normalerweise der Fall ist, da es Investitionsersparnisse gegenüber einem System pro Staubquelle ermöglicht, ist die Gestaltung des Leitungssystems von größter Bedeutung. Tatsächlich ist es umso schwieriger, einen guten Saugdruck gleichmäßig für alle Geräte sicherzustellen, je mehr Leitungen vorhanden sind.

Abbildung 2: Beispiel für ein zentrales Staubabscheidesystem

3.2 Wie gestaltet man ein effizientes Staubabscheidesystem?

Typische Entwurfsvorgaben sind:

• Die Luftgeschwindigkeit am Absaugpunkt (Aufnahme-Geschwindigkeit) muss hoch genug sein, um den Staub zu erfassen.
• Die Luftgeschwindigkeit in den Leitungen muss hoch genug sein, um den Staub zum Empfangstrichter zu transportieren.
• Folglich muss das Gebläse so ausgelegt sein, dass diese Geschwindigkeiten gewährleistet sind, und der Filter muss entsprechend der maximalen Kapazität des Gebläses dimensioniert sein.
• Das gesamte Leitungssystem muss gut ausbalanciert sein, um zu vermeiden, dass an einigen Entnahmepunkten nicht genug Luft für eine ordnungsgemäße Absaugung vorhanden ist. Drosselklappen oder andere Ausgleichssysteme werden dann verwendet.

Zusätzlich können folgende Entwurfsempfehlungen berücksichtigt werden:

• Die Leitungen müssen so kurz und gerade wie möglich sein, um den Druckabfall (und damit die Größe des Gebläses und den Energieverbrauch) zu reduzieren.
• Die Geschwindigkeit darf weder zu hoch (Energieverschwendung, Risiko von Abrieb) noch zu niedrig (Staubablagerungen, die zu Verstopfungen der Leitungen führen) sein.
• Das System kann automatisiert werden, mit einem Gebläse mit Frequenzumrichter, so dass die Saugleistung an den Bedarf angepasst wird (Energieeinsparungen), wenn nur wenige Entnahmepunkte tatsächlich zu einem bestimmten Zeitpunkt in Betrieb sind.
• Es muss im Voraus bedacht werden, wie der Staub gehandhabt wird: Ist es möglich, ihn in Säcke zu sammeln, oder, noch besser, kann er direkt in den Prozess zurückgeführt werden?

3.3 Vor- und Nachteile eines zentralen Staubabscheiders?

Tabelle 2: Vor- und Nachteile eines zentralen Staubabsaugsystems

Vorteile	Nachteile
Gut geeignet für mehrere Staubemissionen	Staub muss gewartet werden Die Ausbalancierung der Leitungen ist manchmal nicht einfach oder wird von den Bedienern nicht gut gemanagt ATEX-Risiko, das bei der Installation und im Empfänger berücksichtigt werden muss Es kann nicht einfach sein, den gesammelten Staub zu recyceln, wenn verschiedene Materialien gesammelt und dann im Abscheider gemischt werden

3.4 Absaughaube und Aufnahme-Geschwindigkeit

Dies ist ein Grundprinzip der Staubabsaugung, das jedoch in der Praxis oft nicht ordnungsgemäß umgesetzt wird.

Das Wichtigste ist, eine geeignete Haubenkonstruktion zu haben, um eine effiziente Absaugung zu gewährleisten:

• Es ist erst einmal besser, eine profilierte Haube zu haben, die an die Anwendung angepasst ist, als einfach nur einen Schlauch. Es kann erforderlich sein, eine Umhausung zu haben, um eine effiziente Erfassung zu gewährleisten [SHAPA].
• Die Haube muss in der Nähe der Staubemission positioniert werden: Die höchste Geschwindigkeit liegt natürlich am Eintritt in den Schlauch, wenn der Durchmesser am engsten ist, aber es muss berücksichtigt werden, dass die Geschwindigkeit bei etwa der Hälfte des Durchmesserabstands zum Absaugpunkt um 70 % und bei einem Durchmesser um 90 % abnimmt [Maynard].
• Die Haube muss so positioniert werden, dass sie den Staub nicht in das Gesicht des Bedieners zieht [Constance].

Die Aufnahme-Geschwindigkeit muss dann an die Anwendung angepasst werden, da die Anforderungen je nach Art des zu erfassenden Staubs sowie den dynamischen Bedingungen der Erfassung variieren, d. h. ob der Staub fast statisch ist oder ob es Zugluft gibt, die den Staub vom Entnahmepunkt wegzieht. In der Literatur [SHAPA] finden sich folgende Erfassungsgeschwindigkeiten:

Tabelle 3: empfohlene Staub-Erfassungsgeschwindigkeiten

Emissionsart	Aufnahme-Geschwindigkeit	Beispiele
Keine Geschwindigkeit	0,3-0,5 m/s	Dämpfe, Schweißrauch
Niedrige Geschwindigkeit	0,5-1 m/s	Pulverwiegen, Verpacken, Laserschneiden
Hohe Geschwindigkeit	1-2,5 m/s	Plasma-Schneiden, Hochgeschwindigkeits-Förderband
Hohe Kraft	2,5-10 m/s	Schleifen

Die erforderliche Luftmenge kann mit der empfohlenen Aufnahme-Geschwindigkeit und dem Abstand der Haubenöffnung zur Staubemission mit folgender Formel [SHAPA] geschätzt werden:

Q = V.(10X² + A)

mit

Q = erforderliche Luftmenge (m³/min)
V = erforderliche Erfassungsgeschwindigkeit (m/min)
X = Abstand zur Staubemission (m)
A = offene Haubenfläche (m²)

3.5 Luftgeschwindigkeit in Leitungen

Die Luftgeschwindigkeit in Leitungen sollte weder zu hoch (Energieverschwendung, Abriebsrisiko) noch zu niedrig (Staubablagerungen in den Rohren) sein. Je nach Staubart werden Luftgeschwindigkeiten von etwa 10 m/s für Dämpfe und zwischen 15 (leichte Stäube) und 23 m/s (grobkörnige Partikel) für Feststoffe ([SHAPA], [Maynard]) empfohlen.

3.6 Leitungssystem

Die Leitungen, die Luft und Pulver transportieren, müssen während der Konzeption des Staubabscheidesystems detailliert untersucht werden. Es ist sehr wichtig, sicherzustellen, dass einige Entwurfsaspekte korrekt berücksichtigt wurden:

• Der Durchmesser der Rohrleitung muss so gewählt werden, dass die erforderliche Luftgeschwindigkeit erreicht wird.
• Der Druckabfall muss minimiert werden (was es ermöglicht, die Größe des Gebläses zu reduzieren und sowohl bei der Investition als auch beim Stromverbrauch für den Betrieb des Systems Einsparungen zu erzielen).
• Die Konstruktion der Leitung muss das Risiko von Lecks reduzieren.
• Das System muss gut ausbalanciert sein, was bedeutet, dass an allen Entnahmepunkten ein optimaler Luftstrom vorhanden sein sollte. [Maynard] schlägt vor, das System durch die Gestaltung auszubalancieren, was bedeutet, dass der Durchmesser der verschiedenen Zweige so angepasst wird, dass der Bedarf an jedem Entnahmepunkt erfüllt wird, ohne dass ein manuelles Einstellen durch einen Bediener erforderlich ist. Es ist zwar möglich, aber möglicherweise nicht sehr flexibel über die gesamte Lebensdauer der Anlage hinweg, dass viele Systeme immer noch auf die Verwendung von Drosselklappen/Blasventilen an jedem Entnahmepunkt zurückgreifen, um den Luftzug einzustellen. Es ist zwar flexibler, aber es sollte sorgfältig gemanagt werden, um sicherzustellen, dass keine unkontrollierte Systemänderung vorgenommen wird, die das System aus dem Gleichgewicht bringen könnte. Die Blasventile müssen auch regelmäßig gereinigt werden.
• Die Zweige sollten über geneigte Einlässe mit dem Hauptrohr verbunden werden, nicht über 90-Grad-Einlässe [Maynard].

3.7 Gebläse und Filter

Um die Entwurfs-Luftaufnahme-Geschwindigkeiten und die Transportgeschwindigkeiten in den Leitungen zu erreichen, müssen das Gebläse und der Filter entsprechend dem Luftstrombedarf und dem Druckabfall, der durch das System erzeugt wird, dimensioniert werden.

• Ein Gebläse ist ein zentrifugaler Luftförderer. Daher muss darauf geachtet werden, dass der Luftstrom nicht konstant mit dem Druck ist, was normalerweise der Fall ist, wenn ein positives Verdrängungsgebläse wie ein Loben-Gebläseverwendet wird. Dies bedeutet, dass, wenn der Druckabfall in den Leitungen nicht ordnungsgemäß bewertet wird oder wenn die Bediener die Drosselklappen zu weit schließen, die Gesamtluftmenge durch das Gebläse abnimmt und damit eine gute Erfassung und den Transport des Staubs verhindert wird.
• Um Energieeinsparungenzu erzielen, kann das Gebläse mit einem Frequenzumrichter ausgestattet werden, der die Geschwindigkeit entsprechend dem tatsächlichen Bedarf variiert. Es erfordert jedoch ein gewisses Maß an Automatisierung, aber die Amortisation lohnt sich in der Regel.
• Ein Abschnitt gerader Rohre wird am Gebläseeinlass empfohlen [Constance], wenn der Gebläseeinlass aus einem Ellbogen besteht, kann der Luftstrom möglicherweise nicht konstant sein und das Gebläse kann unter Pulsation leiden und einen geringeren Luftstrom als erwartet aufweisen.

3.8 Staubexplosionsschutz

Staub kann zu einer Explosion führen, wenn eine Staubwolke einer Zündquelle ausgesetzt wird. Stäube haben je nach ihrer Natur unterschiedliche MIE was sie mehr oder weniger explosionsempfindlich macht. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass Stäube in der Regel fein sind, was die Mindestzündenergie (MIE) verringert, und die Staubabsaugung zu einer klaren potenziellen Gefahrenquelle für die Anlage macht.

Daraus folgt:

• Eine Staubgefahrenanalyse (DHA, DSEAR, ATEX-Risikoanalyse) ist zwingend erforderlich.
• Alle bewährten Praktiken wie elektrische Erdung jedes einzelnen Teils des Staubabsaugsystems sind obligatorisch. Bedienpersonal muss besonders auf die Rohrleitungen, Flexschläuche und Halterungen der Filter achten.
• Abhängig von den gehandhabten Stäuben, der Größe und der im Abscheider gespeicherten Menge kann es notwendig sein, den Staubabscheider mit einer Explosionsklappe oder einer Löschanlage auszustatten,, und sicherzustellen, dass sich die Explosion nicht in die Rohrleitungen zurück ausbreitet.

Es gibt zahlreiche Beispiele für Explosionen in Staubabscheidern; dieses Thema muss von Herstellern und Betreibern der Anlagen mit größter Ernsthaftigkeit behandelt werden.

4. Häufige Probleme mit Staubabsauganlagen

Tabelle 4: Häufige Probleme bei zentralen Staubabsauganlagen

Problem	Ursache und Maßnahmen
Staub wird nicht ausreichend abgesaugt	Die Ansauggeschwindigkeit ist zu niedrig: Luftstrom prüfen, sicherstellen, dass der Ansaugstutzen eine Haube/Umhausung besitzt und nah genug an der Staubquelle liegt; prüfen, ob eine Drosselklappe verändert wurde
Ablagerungen in den Rohrleitungen	Die Luftgeschwindigkeit in den Rohrleitungen ist zu niedrig: Lüftervolumenstrom prüfen, Filter kontrollieren, Angemessenheit von Rohrdurchmesser und Lüfterluftstrom überprüfen
Hoher Energieverbrauch	Lüfter läuft ständig mit hoher Drehzahl, selbst wenn kein Bedarf besteht: System mit Lüfter auf Frequenzumrichter (VFD) automatisieren
Zu hoher Druckverlust über dem Filter	Filter ist verstopft: Filter prüfen, Reinigungssystem (Druck und Häufigkeit) kontrollieren

5. Überwachung einer Staubabsauganlage

Probleme können antizipiert und vermieden oder die Fehlersuche erleichtert werden, wenn das Staubfilter- und Absaugsystem ordnungsgemäß instrumentiert und überwacht wird. Beim Kauf oder der Modernisierung einer Staubabsauganlage sollten folgende Instrumente berücksichtigt werden:

• Messung des Filterdruckverlusts: dies ist der entscheidende Parameter zur Überwachung der Leistung eines Staubfilters. Steigt der Druckverlust über einen bestimmten Schwellenwert, deutet dies auf verstopfte Filter hin. Die Trendanalyse des Druckverlusts hilft auch, spezifische Vorfälle zu erkennen. Steigt der Druckverlust z. B. linear an und springt plötzlich, könnte dies darauf hindeuten, dass das automatische Reinigungssystem nicht wie erwartet funktioniert. Fällt der Druck dagegen plötzlich ab, könnte dies bedeuten, dass ein Filterschlauch gerissen ist, wodurch Luft und Staub ungehindert durchströmen.
• Luftstrommessung: die Fähigkeit, Luft an den verschiedenen Absaugstellen anzusaugen und zum Zentralfilter zu transportieren, basiert auf der Luftgeschwindigkeit. Ist der Luftstrom (und damit die Geschwindigkeit) zu niedrig, ist die Staubabsaugung ineffizient, und der dennoch angesaugte Staub wird nicht ordnungsgemäß gefördert, was zu Ablagerungen in den Rohrleitungen führt (potenzielle Staubexplosionsgefahr). Die Sicherstellung eines optimalen Luftstroms ist daher ein zentraler Leistungsindikator des Systems.
• Messung des Druckluftdrucks: bei Filtern, die ein Druckluft-Impulsstrahlsystem zur Reinigung nutzen, ist es wichtig, sicherzustellen, dass der Druck der Reinigungsluft korrekt eingestellt ist. Bei zu niedrigem Druck reicht der Luftstrom nicht aus, um den am Filter abgelagerten Staub zu lösen. Bei zu hohem Druck können wiederholte Impulse den Filter beschädigen und zu Staubaustritt führen.
• Füllstandssensor im Sammeltrichter: der auf den Filtern abgeschiedene Staub fällt während des Reinigungszyklus in den Trichter zurück. Da der Staub sehr fein ist, hat er wahrscheinlich eine schlechte Fließeigenschaft, was zu Brückenbildung oder Rattenlöchern in den Trichternführen kann, wodurch der Füllstand ansteigt, bis er schließlich den Filter erreicht und einen Stillstand erzwingt. Ein oder zwei Füllstandssensoren ermöglichen es, frühzeitig zu erkennen, dass sich Staub ansammelt, und Wartungsarbeiten rechtzeitig einzuleiten.

6. Kauf eines Staubabscheiders – worauf achten?

Wer sind die Anbieter von Staubabscheidern? Was muss man vor dem Kauf eines Staubabscheiders wissen?

Die Auslegung eines leistungsfähigen Staubabscheiders ist nicht trivial; sie erfordert eine sorgfältige Konstruktion, die vom Hersteller des Staubabscheiders durchgeführt werden muss. Daher ist es entscheidend, einen (oder besser mehrere, um Angebote vergleichen zu können) Staubabscheider-Hersteller zu kontaktieren und diesem Unternehmen so viele Informationen wie möglich über die Anwendung zur Verfügung zu stellen: Staubart, Partikelgrößenverteilung (PSD), eine oder mehrere Emissionsquellen, Art der Staubemission, Staubexplosionseigenschaften / Toxizität des Staubs usw. Der Hersteller kann dann ein fundiertes Angebot für ein System erstellen, das den Anforderungen des Nutzers entspricht.

Hier einige Beispiele für Hersteller von Staubabscheidern:

• Aspi Ouest
• Nederman
• Donaldson
• ACT Staubabscheider
• Camfil
• Delfin (Kleinanlagen, saugerbasiert)

(Hinweis: PowderProcess.net steht in keiner Beziehung zu diesen Unternehmen)

Quelle

[Maynard] Sechs zentrale Überlegungen für die korrekte Auslegung von Staubabsauganlagen, Maynard, PBE, 2018

[Constance] Beim nächsten Mal richtig machen, Constance, PBE, 2019

[SHAPA] 10 wichtige Schritte zum Vergleich von Angeboten für Staubabsauganlagen, Whitehead, SHAPA, 2002