Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter vs. Verdichter

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Stickstoffverdichter und Druckerhöhungsverdichter sind in Anlagen, die einen kontrollierten Druck und hohe Ausbeuten erfordern, von entscheidender Bedeutung. Obwohl beide Systeme darauf ausgelegt sind, den Stickstoffdruck zu regeln und zu erhöhen, unterscheiden sie sich deutlich in Ansatz, Betrieb und Einsatzbereich. Dieses Verständnis ist der erste Schritt, um den passenden Verdichter für die spezifischen industriellen Anforderungen auszuwählen, denn die Systeme lassen sich vielfältig konfigurieren. Dieser Artikel untersucht Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter und Stickstoffverdichter eingehend und bewertet ihre Eigenschaften, Vorteile und wichtigsten Anwendungsbereiche. Wenn Sie die Wirksamkeit Ihrer Anlage verbessern, die Betriebssicherheit erhöhen oder wirtschaftliche Aspekte berücksichtigen möchten, hilft Ihnen dieser Leitfaden bei einer Auswahl anhand wichtiger Kennwerte.

Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter oder Stickstoffverdichter: die Kurzantwort

Anlagentyp	Typische Entscheidungsfrage
Stickstoffverdichter	Wird Stickstoff von den Ausgangsbedingungen auf den erforderlichen Prozessdruck verdichtet?
Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter	Liegt der eintretende Stickstoff bereits unter Druck und muss der Druck weiter erhöht werden?

Prüfen Sie vor der Auswahl der Ausrüstung die tatsächlichen Eintrittsbedingungen, den angestrebten Austrittsdruck, den erforderlichen Volumenstrom, die Gasqualität und den Lastzyklus. Einen Überblick über bestehende Produkte finden Sie auf der Seite zu Stickstoffverdichtern und im Leitfaden zu Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern.

Einführung in Stickstoffanlagen

Stickstoffanlagen dienen dazu, Stickstoff für industrielle und gewerbliche Zwecke bereitzustellen. Die verschiedenen Stickstoffaggregate unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass es Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter und Stickstoffverdichter gibt. Ein Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter erhöht den Stickstoffdruck bei Bedarf, während ein Verdichter Stickstoff für die Speicherung oder den kontinuierlichen Einsatz verdichtet. Diese Aggregate kommen beispielsweise bei der Herstellung und Verarbeitung medizinischer Produkte sowie in der Luftfahrt zum Einsatz. In solchen Branchen sind der richtige Druck und eine ausreichende Speicherkapazität erforderlich, um Sicherheit und Leistung zu gewährleisten. Die Wahl der passenden Ausrüstung hängt von verschiedenen Faktoren ab, etwa vom Betriebsdruck, den spezifischen betrieblichen Anforderungen und dem allgemeinen Verwendungszweck.

Was ist ein Stickstoffverdichter?

Ein Stickstoffverdichter ist ein Spezialaggregat, das den Stickstoffdruck erhöht, damit das Gas gespeichert, transportiert oder in Prozesse mit bestimmten Druckanforderungen eingebunden werden kann. Stickstoffverdichter werden in Industrie und Gewerbe häufig eingesetzt, unter anderem beim Laserschneiden, bei der Lebensmittel- und Getränkeverpackung, in der Elektronikfertigung sowie in der Öl- und Gasindustrie. Heute sind Stickstoffverdichter sowohl mit ölfreier als auch mit ölgeschmierter Verdichtung erhältlich. Diese Technologien tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit der Verdichter auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Zu den Leistungskennwerten zählen der Volumenstrom des Gases, der erreichbare maximale Gasdruck und der Energieverbrauch. Anhand dieser Werte lässt sich die Liste der Betriebsparameter auf den vorgesehenen Einsatz abstimmen. Zudem wurde die Verdichtertechnik um Merkmale erweitert, die den Instandhaltungsaufwand und die Emissionen verringern. Das unterstreicht ihren Nutzen auch unter besonders anspruchsvollen Umgebungsbedingungen.

Der Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter

Wie der Name schon sagt, ist ein Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter ein komplexes Aggregat, dessen Aufgabe darin besteht, den Stickstoffdruck für industrielle Anwendungen anzuheben. Diese Aggregate verdichten Stickstoff auf den gewünschten höheren Druck, der häufig etwa beim Laserschneiden, bei Druckprüfungen oder beim Spülen mit Gas benötigt wird. Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter werden meist pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben. Jeder Antriebstyp bietet je nach Einsatzbedingungen bestimmte Vorteile. In komplexeren Anlagen werden Stickstoffpumpen oft durch Standardkomponenten ergänzt, um spezifische Anforderungen zu erfüllen, insbesondere bei sehr hohen Drücken von über 1000 psi.

Zu den grundlegenden Leistungsparametern zählen Verdichtungsleistung, Förderleistung am Austritt und zulässiger Betriebsdruck. Sie werden auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt, um die Verbrennungseffizienz zu maximieren. Zur Leistungssteigerung können Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter zusätzlich mit Drucküberwachung und Steuergeräten ausgestattet werden. Dies erhöht die Anlageneffizienz und Betriebssicherheit, verringert Stillstandszeiten und senkt die Instandhaltungskosten. Moderne Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter erfüllen Umwelt- und Sicherheitsanforderungen und tragen so zur Leistung und ökologischen Effizienz von Druckgassystemen in verschiedenen Industriezweigen bei.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Stickstoffverdichtern und Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern

Parameter	Stickstoffverdichter	Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter
Hauptfunktion	Verdichtung von Stickstoff auf den gewünschten Druck	Erhöhung des Drucks von vorverdichtetem Stickstoff
Druckbereich	Betrieb bei niedrigem bis mittlerem Druck	Betrieb bei hohen Drücken
Zustand des Eingangsgases	Geeignet für Stickstoff bei Atmosphärendruck oder niedrigem Druck	Benötigt vorverdichteten Stickstoff als Eingangsgas
Anwendungen	Allgemeine industrielle Stickstoffversorgung	Spezielle Hochdruckanwendungen
Energiebedarf	Mittlerer Energieverbrauch	Hoher Energieverbrauch
Anlagenauslegung	Größere, sperrigere Aggregate	Kompakte Hochdruckausführungen
Integrationsbedarf	Funktioniert eigenständig	Wird häufig in andere Systeme integriert
Instandhaltungsbedarf	Üblicher Instandhaltungsbedarf	Erfordert spezielle Instandhaltung
Kostenaspekt	Geringere Anfangsinvestition	Höhere Anfangsinvestition
Anwendungsbeispiel	Stickstoffversorgung beim Schweißen	Befüllen von Gasflaschen oder Betreiben von Hochdruckwerkzeugen

Funktionsprinzipien

Eine Veränderung des Atmosphärendrucks kann den Betrieb eines Stickstoffverdichters beeinflussen. Ein solches Aggregat ermöglicht es, den Hydraulikdruck des zugeführten Gases auf den erforderlichen Zwischendruck zu erhöhen. Die Druckänderung in den Gasversorgungszentralen beruht darauf, das Gasvolumen mithilfe äußerer, meist mechanischer Kräfte zu verändern, etwa durch Hubkolben-, Drehkolben- oder Kempelkolbenverdichter. Sie sind auf einen möglichst effizienten Betrieb bei niedrigem und mittlerem Druck ausgelegt und werden häufig eingesetzt, um einen stabilen, kontinuierlichen Druckgasstrom bereitzustellen.

Im Gegensatz dazu arbeiten Stickstoff- oder Druckluft-Druckerhöhungsverdichter mit Stickstoff aus der Anlage, der bereits unter Druck steht, und erhöhen diesen auf ein höheres Niveau. Sie gehören zu mehrstufigen Systemen, in denen meist Hubkolbenverdichter zum Einsatz kommen. Stickstoff- oder Druckluft-Druckerhöhungsverdichter werden vor allem benötigt, um gelegentliche Spitzen beim Volumenstrom unter hohem Druck abzudecken, beispielsweise bei schweren Plattenanlagen oder beim Befüllen von Flaschen, die unter Druck gesetzt und getrocknet werden müssen, oder wenn der zulässige Stickstoffdruck erhöht werden soll.

Funktionsweise von Stickstoffverdichtern

Stickstoffverdichter saugen Stickstoffgas an, erhöhen dessen Druck nach Bedarf und fördern es anschließend für verschiedene industrielle Anwendungen weiter. Der Verdichter legt maßgeblich die Förderleistung der Stickstofferzeugung fest und erzeugt schrittweise Stickstoffgas nach den geltenden Normen; dabei müssen zunächst die Leistung und die entzündlichen Stoffe berücksichtigt werden. Die eingesetzten Verdichter arbeiten in strahlungsbeständigen Betriebsarten. Während des Betriebs brummen die meisten ähnlich wie andere Motoren, häufig etwa bei einem Kolbenverdichter. Die mechanische Kraft verringert anschließend das Gasvolumen und erhöht so den Druck entsprechend den vorgegebenen Anforderungen.

Moderne, stickstoffgekühlte Verdichter helfen dabei, die während der Verdichtung entstehende Wärme zu kontrollieren. Dadurch steigen der Wirkungsgrad und der Schutz der inneren Bauteile des Aggregats. Integrierte Steuerungssysteme erfassen Druck, Temperatur und Volumenstrom und ermöglichen eine präzise Einstellung. Je nach Bedarf der Industrie können diese Verdichter ein breites Druckspektrum abdecken: von niedrigem Druck für allgemeine Anwendungen bis zu extrem hohen Drücken für kritische Aufgaben wie das Befüllen von Gasflaschen oder den Betrieb von Industriewerkzeugen. Fortschritte in der Verdichtertechnik tragen außerdem zur Energieeinsparung bei und senken damit die Betriebskosten und die Umweltbelastung.

Funktionsweise von Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern

Stickstoffverdichter sind darauf ausgelegt, den Stickstoffdruck beim Eintritt zu erhöhen. Möglich macht dies ein beweglicher Kolben, der pneumatisch hin- und herbewegt wird. Der Prozess beginnt üblicherweise damit, dass eine kleine Menge Stickstoff bei niedrigem Druck in den Druckerhöhungsverdichter gelangt und dort mehrere Verdichtungsstufen durchläuft, in denen der Gasdruck ansteigt. Die Aggregate sind für sehr hohe Druckerhöhungen ausgelegt, die häufig 10000 psi erreichen. Sie kommen unter anderem in der Raumfahrt, im Gesundheitswesen und in der Kernenergie zum Einsatz. Dazu gehören wichtige Komponenten, die nach besonders hohen Präzisionsstandards gefertigt werden, darunter Dichtungen, Ventile und integrierte Kühlsysteme, die für diesen Zweck ausgelegt sind und zusammenwirken.

In den vergangenen Jahren haben Hersteller von Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern zunehmend moderne Steuerungen eingeführt. Damit lassen sich Eintritts- und Austrittsdrücke nach den Vorgaben der Steuerungstechnik regeln und Überlastungen vermeiden, die zu einer Übererregung dieser Anlage führen könnten. Die Steuerung vieler Druckerhöhungsverdichter wurde weiter verbessert, sodass auch nicht kryogener Stickstoff in Instrumentenqualität und Druckluft aus einem Druckluftbehälter genutzt werden können. Das erhöht die Einsatzmöglichkeiten einiger Modelle und entspricht dem aktuellen Stand der Technik. Neuere Konzepte ermöglichen einen Betrieb mit geringerem Geräuschpegel. Verschleißfeste Werkstoffe verbessern die Zuverlässigkeit. Zudem wurden digitale Steuerungskonzepte mit Überwachungs- und Diagnosefunktionen entwickelt, einschließlich Schnittstellen zur Fabrikautomation für die Druckerhöhungsverdichter.

Druckerzeugung und -regelung

Moderne Verfahren zur Druckerzeugung verbinden fortschrittliche Technologie mit präziser Leistung und Regelung. Die Systeme decken Auslegungsdrücke vom niedrigen bis zum hohen Bereich ab, einschließlich Druckgrenzen von über 10000 psi, und sind dadurch vielseitig und flexibel einsetzbar. Ein weiterer wesentlicher Fortschritt ist die Verfügbarkeit einer proportionalen Druckregelung und von Entlastungsfunktionen. Sie erhöhen die Genauigkeit und Gesamtstabilität des Systems, insbesondere bei wechselnden Eintrittsbedingungen.

Die Instandhaltungsverfahren werden weiterentwickelt. Ziel ist es, reinigbare Komponenten und selbstdiagnostizierende Ventile zu entwickeln, die die Stillstandszeiten erfassen und dadurch die Betriebslebensdauer des Aggregats verlängern. Darüber hinaus haben Energierückgewinnungssysteme die Betriebskosten deutlich gesenkt und Energieeinsparungen ermöglicht, indem Restenergie in hydraulischen und pneumatischen Systemen genutzt und zurückgeführt wird.

Echtzeit-Datenanalysen prägen die Zukunft der Druckregelung. Mithilfe von Sensoren und dem Internet der Dinge lassen sich beispielsweise die Anlagenlast, der Salzgehalt und die Temperatur bis in hohe Bereiche überwachen. Solche Funktionen können anlagenbedingte Stillstandszeiten verringern, die Ressourcennutzung verbessern und einen zuverlässigen Betrieb bei hohem Durchsatz ermöglichen.

Anwendungen in der Industrie

Stickstoffverdichter und Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter kommen in vielen Branchen zum Einsatz, um die Anforderungen an eine hohe Reinheit bei der Stickstofferzeugung zu erfüllen und die Druckbedingungen im normalen Bereich zu halten. Häufige Einsatzbereiche sind:

Öl und Gas: In der Ölindustrie weit verbreitet: Sie helfen, die für die Förderung verfügbare Ölmenge, die Leistung der Bohrungen, also deren Produktivität, sowie den Öltransport zu verbessern und die Umwelt zu schützen.
Lebensmittel und Getränke: Bei der Verarbeitung, insbesondere in geschlossenen Verpackungen, kommt auch hoch verdichteter Stickstoff zum Einsatz. Er verlängert die Haltbarkeit der Produkte, indem er eine nicht oxidierende Umgebung schafft, die Verunreinigungen verhindert.
Pharmazeutika: Dies ist besonders wichtig im Gesundheitswesen, in sauberen Produktionsumgebungen und in der Verpackungsabteilung.
Elektronikfertigung: Die gasunterstützte Formgebung vereinfacht die Prozesse und trägt in hohem Maße zur eigentlichen Werkstoffverarbeitung und zu den Produkten selbst bei.
Luft- und Raumfahrt: Wie bei Landfahrzeugen und in der Öltechnik wird Stickstoff auch bei Bohrinseln benötigt, um diese zu demontieren und wieder aufzubauen. Zugleich dient er zum Befüllen der Reifen, damit die richtigen Betriebsdruckwerte erreicht werden.

Diese Anwendungen zeigen, dass Stickstoffverdichter und Druckerhöhungsverdichter fortschrittliche Aggregate sind, die Betriebsabläufe und Sicherheit in vielen Industriezweigen unterstützen.

Anwendungen von Stickstoffverdichtern

01
Pharmaindustrie
Stickstoffverdichter sind für die Schaffung geeigneter Bedingungen bei der Herstellung und Verpackung hochwertiger Arzneimittel von großer Bedeutung. Stickstoff mit einem Anteil von bis zu 99,99 % oder mehr stellt sicher, dass die Produkte vor Oxidation und Verunreinigungen geschützt werden, und verhindert so eine Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften.
02
Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Der Einsatz von Stickstoff anstelle von Druckluft bei Lebensmittelverpackungen kann Botulismus verhindern, die Haltbarkeit verlängern und die Lebensmittelqualität verbessern. Gasverdichter können Stickstoff außerdem mit dem erforderlichen Druck an Anlagen für Verpackungen unter Schutzatmosphäre (MAP) liefern. Studien legen nahe, dass die MAP-Technologie die Haltbarkeit bestimmter Lebensmittel um 50 % bis 300 % verlängern kann.
03
Öl- und Gassektor
Stickstoffverdichter spielen bei Gaslift, der Dichtheitsprüfung von Pipelines und der Stimulation von Bohrungen eine wichtige Rolle. Sie sind speziell für hohe Stickstoffvolumenströme bei Drücken über 5.000 psi ausgelegt. Die Stickstoffinjektion bei der Erdölförderung ist aus betrieblichen und wirtschaftlichen Gründen erforderlich.
04
Chemische Industrie
Stickstoffverdichter werden vor allem zum Entleeren von Tanks, zum Absperren von Reaktoren, in denen chemische Reaktionen stattfinden, und zur Unterstützung beim Pumpen von Flüssigkeiten eingesetzt. Solche Verfahren schützen die Produktionsanlage vor Verunreinigungen aus der Umgebungsluft, die häufig in der Atmosphäre vorkommen und die Arbeit in einer solchen Umgebung gefährlich machen können. In diesem Fall kann die erforderliche Stickstoffreinheit beispielsweise zwischen 95 % und 99,5 % liegen.
05
Elektronikfertigung
Stickstoff mit hoher Reinheit ist für die Fertigungsprozesse der Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie sowie für Härteprozesse von Lagern unverzichtbar. Mit Stickstoffverdichtern lässt sich der benötigte ultrahochreine Stickstoff (bis zu 99,999 %) in einem gleichmäßigen und konstanten, verunreinigungsfreien Volumenstrom bereitstellen. So wird eine Kontamination verhindert, die die Leistung beeinträchtigen könnte, und die Lebensdauer elektronischer Geräte wird erhöht.
06
Luft- und Raumfahrtindustrie
Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt umfassen das Befüllen von Flugzeugfahrwerksreifen, die Druckbeaufschlagung hydraulischer Systeme und die Prüfung wichtiger Bauteile auf Dichtheit. Für diese Aufgaben ist eine hochpräzise Druckregelung erforderlich. Häufig übernehmen dies Stickstoffverdichter, die Drücke von bis zu 10.000 psi erzeugen können, um die hohen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.

Anwendungsfälle für Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter

01
Gasunterstütztes Spritzgießen
Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter werden benötigt, um den für das gasunterstützte Spritzgießen erforderlichen Stickstoffdruck zu erzeugen. So lassen sich eine bessere Oberflächenqualität und eine höhere strukturelle Festigkeit der Produkte erreichen, ohne den Materialeinsatz zu erhöhen. Für solche Anwendungen werden Drücke zwischen 2.000 psi und 5.000 psi empfohlen.
02
Druckprüfung
Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter kommen häufig bei Pipeline- und Druckprüfungen zum Einsatz, um den Systemdruck für die Prüfung zu erhöhen. Sie erleichtern das Erreichen der gewünschten Bedingungen für die Lecksuche und Druckprüfung. Dabei sind Drücke von bis zu 15.000 psi möglich; der Luftdruck bildet extreme Bedingungen mit entsprechendem Explosionsrisiko nach und dient dazu, regulatorische Anforderungen zu erfüllen.
03
Hochdruckgasspeicherung
Wenn Stickstoff bei sehr hohen Drücken gespeichert werden muss, wie es in Industrie und Forschung häufig der Fall ist, kommen Druckerhöhungsverdichter zum Einsatz. Sie verdichten Stickstoff auf über 10.000 psi, bevor er in den Speicher gelangt. Das dient vor allem dazu, ausreichend Speicherplatz zu schaffen und eine bedarfsgerechte Entnahme des Stickstoffs zu ermöglichen.
04
Prüfung von Luft- und Raumfahrtkomponenten
Bei Hochdruckprüfungen in der Luft- und Raumfahrt werden gefertigte Produkte wie Aktuatoren, Flaperons und Düsen mithilfe eines Stickstoff-Druckerhöhungsverdichters geprüft. In vielen Fällen wurden die Prüfungen mit Wasser unter Druck bei bis zu 30.000 psi durchgeführt, entsprechend den einschlägigen Normen der Branche.
05
Hilfsgas für das Laserschneiden
Stickstoff wird auch für anspruchsvolle Anwendungen mit hohen Qualitätsanforderungen wie das Laserschneiden eingesetzt, um Rost zu vermeiden und Schnittkanten zu reinigen. Beim Schneiden von Werkstoffen, insbesondere Metallen, Kunststoffen und anderen Materialien, ist eine kontinuierliche Stickstoffzufuhr mit hohem Druck erforderlich. Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter ermöglichen dabei Drücke von 2500 psi bis 6000 psi.
06
Öl- und Gasförderung sowie Bohrarbeiten
Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter sind für Verfahren in der Öl- und Gasförderung unverzichtbar, darunter Überlaufschutz, hydraulisches Aufbrechen, Crutching, das Molchen von Pipelines und das Spülen mit Stickstoff. Zur Förderung des Stickstoffs können Drücke von etwa 20000 psi eingesetzt werden; bei Sicherheitsfragen werden die Rosetten-Zugeigenschaften der Auslegung gewährleistet.

Leistungskennwerte von Stickstoffanlagen

1. Maximaler Austrittsdruck

Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter und Stickstoffverdichter werden in den meisten Fällen anhand des maximal erreichbaren Drucks beurteilt, der bis zu 20000 psi betragen kann. Dieser Parameter muss geprüft werden, damit sichergestellt ist, dass das System für die jeweiligen spezifischen industriellen Bedingungen geeignet ist.

2. Volumenstrom

Der Gasvolumenstrom, also das Volumen des verdichteten Stickstoffs pro Zeiteinheit, wird üblicherweise in Standardkubikfuß pro Minute (SCFM) angegeben. Für jeden Prozess, insbesondere für umfangreiche Prozesse, muss die passende und effiziente Ausrüstung sorgfältig ausgelegt werden.

3. Energieeffizienz

Die Energieeffizienz der Anlage beschreibt, wie viel Energie im Verhältnis zur tatsächlich geförderten Stickstoffmenge verbraucht wird. Wer den Energieverbrauch oder die Betriebskosten senken möchte, sollte Anlagen mit hoher Energiedichte und guter Leistung einsetzen, damit die erforderliche Arbeitslast jederzeit bewältigt wird.

4. Zuverlässigkeit und Lebensdauer

Zur langfristigen Zuverlässigkeit zählen Faktoren wie die Anlagenverfügbarkeit und die Instandhaltungsintervalle. Dazu kommen außergewöhnliche Belastungen, denen das System möglicherweise standhalten muss, etwa hoher Druck oder große Temperaturschwankungen.

5. Temperaturregelung

Bei der Auslegung jedes Verdichtungssystems ist die Kühlung ein grundlegender Prozess. Sie soll das heiße verdichtete Gas kontrolliert abkühlen, damit das Aggregat nicht überhitzt und innerhalb seiner Betriebstemperaturen bleibt.

6. Einhaltung von Normen

Es ist wichtig zu betonen, dass bewährte Sicherheits- und Umweltpraktiken wie ISO und ASME nicht nur erwartet, sondern vorgeschrieben sind, da sie Leistungsnormen und gesetzliche Vorgaben festlegen.

Wirkungsgrad von Stickstoffverdichtern

Viele Faktoren beeinflussen den Betrieb von Verdichtern und die Verwendung von Stickstoff als homogenem Medium für einen Antrieb, etwa thermodynamische und andere physikalische Aspekte. Dazu zählen die Konstruktion der Verdichter, ihre Betriebsweise und der Entwicklungsstand der eingesetzten Verdichtertechnologie. Verdichter mit hoher Arbeitsleistung arbeiten idealerweise bei minimalem Energieverbrauch. Die tatsächliche Konstruktion ermöglicht es, die Leistung zu minimieren.

Zu diesen Komponenten zählen Frequenzumrichter (VFDs) und fortschrittliche Dichtungssysteme, die Energieverluste verringern und die Verdichtung präzise steuern. Neue Entwicklungen erschließen die Wärmerückgewinnung; in den meisten Verdichtern kommen bereits innovative Wärmerückgewinnungssysteme zum Einsatz, um Abwärme zu erfassen und wiederzuverwenden. Der Anteil des Nutzens, der sich durch die vollständige Ausschöpfung der Wärmerückgewinnung erzielen lässt, nähert sich bei herkömmlichen Verfahren einem Wert von über 90 % der dem Verdichter zugeführten Nutzenergie.

Auch mehrstufige Verdichtungssysteme können den Wirkungsgrad steigern. Sie verdichten das Gas in mehreren Stufen und verfügen zwischen den einzelnen Verdichtungszyklen über einen Zwischenkühler. Dadurch sinkt der Energieverbrauch und die mechanische Beanspruchung der Geräte nimmt ab. Auch der Austausch wird durch das Wartungssystem genehmigt; bei Instandhaltungsarbeiten muss gewährleistet sein, dass Filter, Ventile und Schmiersysteme nach den höchstmöglichen Standards funktionieren. Echtzeitüberwachung und vorausschauende Analysen steigern ebenfalls den Wirkungsgrad, indem sie Ineffizienzen und mögliche Ausfälle frühzeitig erkennen und so verhindern helfen. Dadurch verbessert sich der Förderstrom und ungeplante Produktionsausfälle werden verkürzt.

Leistungsfähigkeit von Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern

Die Leistungsfähigkeit von Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern ist für Hochdruckanwendungen wie die Stickstoffversorgung von Industrie- und Fertigungsanlagen von großer Bedeutung. Das Druckverhältnis, das moderne Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter erreichen können, ist beeindruckend. Möglich wird dies durch die Minimierung der Reibungskräfte innerhalb des Systems. Bei mehrstufigen Ausführungen senkt ein ein- oder zweistufiger Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter die Gastemperatur während der Verdichtung und reduziert die Beanspruchung. Diese Konstruktion schützt die Systeme sehr wirksam und verlängert insbesondere ihre Lebensdauer.

Zu den häufig verwendeten Leistungsparametern solcher Geräte zählen der maximal erreichbare Druck, der Volumenstrom und der Energieverbrauch je abgegebenem Gasvolumen beziehungsweise je erzeugtem Luftdruck. Modernere Maschinen verfügen über spezielle Verfahren und Ausrüstungen und können Gase bei einem bestimmten Volumenstrom auf über 6.000 psi verdichten. Dadurch eignen sie sich unter anderem für das Gasinjektionsformen, die Pipeline-Inspektion und die Druckbeaufschlagung von Aerosolbehältern. Die Verwendung verbesserter Legierungen und Werkstoffe aus den neuesten Werkstoffklassen für die strukturellen Bauteile erhöhte zudem die Ermüdungsfestigkeit dieses kritischen Systems, insbesondere bei hohen Lastwechselzahlen.

Die Einführung verschiedener Steuerungsmechanismen hat die Leistungsfähigkeit von Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtern deutlich verbessert. Moderne Geräte sind beispielsweise mit Drucksensoren ausgestattet, die eine automatische Druckregelung ermöglichen. Das sorgt für eine bessere Druckkontrolle, insbesondere wenn sich die Art der ausgeführten Arbeit plötzlich ändert. Fortschrittliche Verfahren wie Algorithmen für die vorbeugende Instandhaltung erleichtern außerdem die Einschätzung, wann die nächste Inspektion oder ein Eingriff erforderlich ist – besonders bei Anlagen mit festgelegten Betriebszeiten.

Kosten von Verdichtern und Druckerhöhungsverdichtern

Bei der Ermittlung der Kosten eines Stickstoffverdichters oder Stickstoff-Druckerhöhungsverdichters sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Die Anschaffungskosten unterscheiden sich je nach Größe, Leistung und technischer Ausstattung. Auch die Betriebskosten sind zu beachten, darunter der Energieverbrauch sowie regelmäßige Reparatur- und Instandhaltungsarbeiten. Effizientere Systeme können in der Anschaffung zwar teurer sein, langfristig aber geringere Betriebskosten verursachen. Wichtig ist das Konzept der Gesamtbetriebskosten, das diese Aspekte ebenso berücksichtigt, also sämtliche Kosten über die Lebensdauer der Anlage und ihren künftigen Wiederverkaufswert. Damit sich der Betrieb rentiert und den Interessen des Unternehmens dient, muss sich die Abwägung bei der Auswahl stets stärker an dem Faktor orientieren, der tatsächlich den größten Nutzen bringt, sowie an der Nachhaltigkeit der Energieeffizienz.

Kostenanalyse

Anfangsinvestition: Verdichter im Vergleich zu Druckerhöhungsverdichtern

Bei der Bewertung von Verdichtern im Vergleich zu Druckerhöhungsverdichtern sollten die Anschaffungs- und Betriebskosten im Hinblick auf die jeweiligen Betriebsmerkmale und Anforderungen betrachtet werden. Verdichter haben aufgrund ihrer größeren Abmessungen, komplexen Innenbauteile und der Fähigkeit, über einen breiteren Druck- und Förderleistungsbereich zu arbeiten, tendenziell höhere Anschaffungskosten. Diese bekannte betriebliche Flexibilität, die für eine umfassende Leistung bei einer bestimmten Anwendung sorgt, geht stets mit höheren Anschaffungskosten für den Verdichter einher.

Dagegen sind Druckerhöhungsverdichter, deren Aufgabe darin besteht, den Druck bereits verdichteter Druckluft zu erhöhen, aufgrund ihrer fortschrittlichen Technik günstiger in der Anschaffung. Sie sind häufig für eine spezifische Anwendung ausgelegt, bei der ein bestimmter zusätzlicher Druck erforderlich ist, sodass der breite Einsatzbereich eines vollwertigen Verdichters nicht gerechtfertigt wäre. Auch zusätzliche Ausrüstung wie Steuerungen und Sicherheitseinrichtungen muss in die Kosten des Druckerhöhungsverdichters einbezogen werden.

Um künftige Kosten durch innovative Lösungen zu senken, ist es sinnvoll, Verdichter und Druckerhöhungsverdichter mit neuen Werkstoffen und energieeffizienten Konstruktionen so auszulegen, dass sie möglichst wenig Strom verbrauchen. Solche Ansätze erfordern zusätzliche Investitionen, etwa für Werkstoffe in hochentwickelten Anlagen wie Magnetlager oder für eine größere Anzahl von Laufrädern. Unternehmen, die sämtliche Kosten vom Anfang bis zum Ende betrachten, benötigen letztlich eine zweckmäßige Lösung, bei der nicht nur die Investitionskosten zählen, sondern auch die Eignung des betreffenden Systems.

Laufende Kosten

Betriebskosten und Instandhaltung

Die Ausgaben für Kraftstoff und Strom sind nicht konstant und hängen von einigen wesentlichen Faktoren ab: vom Energie- und Ressourceneinsparpotenzial der Grundausrüstung sowie von ihrer konkreten Konstruktion und Betriebsweise. Moderne Verdichtertechnologien arbeiten beispielsweise mit besonders innovativen Geräten wie Frequenzumrichtern (VFDs), die immer effizienter werden und die Energiekosten senken können, welche in manchen Fällen bis zu 70 % der Gesamtkosten ausmachen. Auch die Instandhaltung ist sehr wichtig: Eine sachgerechte Wartung, etwa das Abschmieren, der Filterwechsel und die Prüfung kritischer Bauteile, gewährleistet einen zuverlässigen und effizienten Betrieb und verlängert die Lebensdauer der Anlage.

Maschinen mit reibungsfreien Magnetlagern erfordern beispielsweise außergewöhnliche Genauigkeit und Präzision. Dadurch benötigen sie in erheblichem Umfang weniger Instandhaltungsleistungen, sind in der Anschaffung jedoch teurer. Eine vorbeugende Instandhaltungsstrategie kann die Zahl unerwarteter Ausfälle erfahrungsgemäß um gut 30 % senken, was dem gesamten Betriebsmodell der betreffenden Anlage zugutekommt. Ebenso wichtig ist, bei jedem Bauteil die empfohlenen Wartungsintervalle einzuhalten und kosteneffiziente, zuverlässige Verfahren zu entwickeln, umzusetzen und auszuführen.

Häufig gestellte Fragen

Wann sollte ich einen Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter statt eines Druckluft-Druckerhöhers wählen?

Bei vielen Anwendungen, etwa beim Spannen von Werkzeugmaschinen, beim gasunterstützten Formen oder bei Druckprüfungen, wird Stickstoff mit hohem Druck oder vergleichsweise geringer Verunreinigung benötigt. Für solche Anwendungen empfiehlt sich ein Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter. Sauerstoff eignet sich für die meisten Hochdruck-Druckluftanwendungen nicht besonders gut, da er mit bestimmten Verunreinigungen belastet sein kann, während verunreinigter Stickstoff verwendet wird. Häufig verfügen diese Systeme über eigene Verdichter in den entsprechenden Verdichtungskammern; zugleich werden beispielsweise bestimmte Feststoffdiffusoren zur Druckerhöhung eingesetzt.

Kann ein Druckerhöhungsverdichter den Druck des Stickstoffs aus einem Stickstoffgenerator erhöhen?

Ein Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter nimmt Stickstoff aus einem Stickstoffgeneratorsystem bei niedrigem Druck auf und erhöht den Druck auf ein für verschiedene Gasprozesse geeignetes Hochdruckniveau. Der Druckerhöhungsverdichter saugt Stickstoff aus dem Generator an und erzeugt die erforderliche Druckerhöhung, üblicherweise in mehreren Stufen innerhalb einer Verdichtungskammer. Eine solche Anordnung ist typisch für Geräte, die den Druck für andere Gasförderanlagen, zum Spannen von Werkzeugmaschinen oder für andere Prozesse erhöhen sollen, bei denen Stickstoff unter hohem Druck benötigt wird. Druckerhöhungsverdichter und Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter sorgen dafür, dass reiner Stickstoff mit dem vorgegebenen Druck gefördert wird.

Sind Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter und Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter dasselbe?

Diese Komponenten gehören zusammen und sollten nicht getrennt betrachtet werden. Dazu zählen zahlreiche spezialisierte Lösungen, darunter Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter zur Druckbeaufschlagung von Stickstoff. Solche Pumpen und Verdichter eignen sich für industrielle Prozesse, da sie Stickstoff mit niedrigem Druck in Stickstoff mit hohem Druck umwandeln. Diese Verdichter sind typischerweise mehrstufig aufgebaut und enthalten Verdichtungskammern. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen ausschließlich Stickstoff und keine anderen Gase zulässig sind und die Druckerhöhung kontrolliert erfolgen muss. Prüfen Sie vor dem Kauf die Gerätekonfiguration und stellen Sie fest, ob der Antrieb pneumatisch oder elektrisch ist und welcher Druck sowie welche Reinheit erreicht wurden.

Für welche Anwendungen wird Stickstoff unter hohem Druck statt Druckluft benötigt?

Für bestimmte Anwendungen ist Stickstoff unter sehr hohem Druck erforderlich, etwa zum Spannen von Werkzeugmaschinen, zum gasunterstützten Befüllen bestimmter Lebensmittelverpackungen und für viele weitere Prozesse, bei denen ein inertes Gas und hohe Reinheit gefragt sind. Druckluft wird unter anderem für Druckluftwerkzeuge, Messgeräte und die allgemeine Werksversorgung verwendet; dort sind Gasreinheit und die Bereitstellung von Druckluft unter hohem Druck weniger wichtig. Wo eine Anwendung Druckgas erfordert, sind Druckerhöhungsverdichter oder Flügelzellen-Druckerhöher hilfreich, um den benötigten Druck zu erreichen. Die Auslegung des Systems zur Druckerhöhung von Luft oder Stickstoff richtet sich in diesem Fall danach, ob reiner Stickstoff oder lediglich Druckluft unter hohem Druck benötigt wird.

Quellen

Verdichter- und Expandertechnologien in sSlNG-Prozessen verbinden
onepetro.org → Hier lesen
Untersuchung zum Stickstoff-Barriere-Schutz von ölfreien Verdichterlagern bei der H2-Verdichtung
matec-conferences.org → Hier lesen
Stickstoffverdichter

→ Hier lesen