Nicht alle Schüttgüter lassen sich gleichermaßen schwer aus einem Silo entfernen. Einige fließen mit minimalem Eingriff heraus. Andere erfordern tagelanges Hämmern, Schneiden und Ausheben. Der erste Schritt zur Entwicklung effektiver Reinigungsstrategien und zur Auswahl geeigneter Interventionsmethoden besteht darin, zu verstehen, warum sich Materialien hinsichtlich ihrer Reinigungsschwierigkeiten unterscheiden.
Dieser Artikel bietet eine praktische Referenzanleitung zu den Materialeigenschaften, die die Reinigungsschwierigkeit bestimmen. Es wird erläutert, wie sich die einzelnen Eigenschaften auf das Ansammlungsverhalten und die Reinigungsanforderungen auswirken. Es bietet einfache Tests, die Anlageningenieure zur Charakterisierung ihrer Materialien durchführen können. Und es bietet Hinweise zur Anpassung der Reinigungsmethoden an die Materialeigenschaften.
Partikelgröße und -verteilung
Die Partikelgröße ist die sichtbarste Materialeigenschaft und hat einen direkten Einfluss auf die Reinigungsschwierigkeit.
Grobe Materialien, deren Partikel größer als etwa fünf Millimeter sind, lassen sich im Allgemeinen leichter reinigen als feine Materialien. Die Partikel haben eine geringere Oberfläche pro Masseneinheit, was bedeutet, dass weniger Fläche für Adhäsionskräfte zur Verfügung steht. Es ist auch weniger wahrscheinlich, dass sie zusammenhängende Bögen bilden. Mechanische Bögen können entstehen, wenn große Partikel ineinander greifen. Diese lassen sich jedoch in der Regel leichter aufbrechen als zusammenhängende Bögen in feinen Materialien.
Feine Materialien mit Partikeln kleiner als einhundert Mikrometer sind deutlich schwieriger zu reinigen. Die große Oberfläche pro Masseneinheit ermöglicht die Entwicklung starker Van-der-Waals-Kräfte und elektrostatischer Anziehungskräfte. Feine Materialien verfestigen sich unter Druck und gewinnen mit der Zeit an Festigkeit. Sie bilden dichte, harte Ablagerungen, die mechanischen Störungen widerstehen.
Auch die Partikelgrößenverteilung, nicht nur die Durchschnittsgröße, ist wichtig. Materialien mit einer breiten Größenverteilung, also einer Mischung aus großen und kleinen Partikeln, sind oft schwieriger zu reinigen als Materialien mit einer engen Verteilung. Die kleinen Partikel füllen die Räume zwischen den großen Partikeln und bilden so eine dichte Packung mit hohem Zusammenhalt.
Für die praktische Beurteilung der Partikelgröße ist keine Laborausrüstung erforderlich. Eine einfache Siebanalyse unter Verwendung von Standardsieben liefert nützliche Daten. Für die meisten Anlagenbauer besteht der relevante Unterschied darin, ob das Material grob genug ist, um mit einfachen Werkzeugen gehandhabt zu werden, oder fein genug, um angetriebene Geräte oder Wasserstrahlen zu erfordern.
Feuchtigkeitsgehalt
Feuchtigkeit ist bei den meisten Schüttgütern der wichtigste Faktor für die Reinigungsschwierigkeiten. Ein trockenes und frei fließendes Material kann bei zunehmender Feuchtigkeit klebrig und unbeweglich werden.
Die Wirkung von Feuchtigkeit hängt vom Material ab. Bei vielen Pulvern gibt es einen kritischen Feuchtigkeitsgehalt, oberhalb dessen der Fluss unzuverlässig wird. Unterhalb dieses Niveaus verhält sich das Material wie ein frei fließender Feststoff. Darüber entwickelt das Material eine Kohäsionsfestigkeit, die mit der Feuchtigkeit zunimmt. Der kritische Feuchtigkeitsgehalt variiert stark. Zement kann bereits bei einem Feuchtigkeitsgehalt von nur einem Prozent Auswirkungen zeigen. Andere Materialien tolerieren möglicherweise zehn Prozent oder mehr, bevor sie problematisch werden.
Feuchtigkeit wirkt sich auch sekundär auf die Reinigung aus. Wenn zur Beseitigung einer Verstopfung Wasser hinzugefügt wird, sei es durch Wasserstrahlen oder durch Kondensation, kann dies dazu führen, dass das verbleibende Material aushärtet oder abbindet. Zement und Kalk sind klassische Beispiele, bei denen die Zugabe von Wasser das Problem eher verschlimmert als verbessert.
Die Messung des Feuchtigkeitsgehalts erfordert eine einfache Ausrüstung. Ein Feuchtigkeitsmessgerät oder ein Laborofen können quantitative Daten liefern. Selbst eine qualitative Beurteilung, etwa das Auspressen einer Handvoll Material und die Beobachtung, ob es zusammenhält, liefert nützliche Informationen für Entscheidungen zur Reinigungsstrategie.
In Einrichtungen, in denen feuchtigkeitsempfindliche Materialien verarbeitet werden, ist die Kontrolle der Feuchtigkeit oft effektiver als die Steuerung der Reinigung. Eine verbesserte Dachabdichtung, bessere Einlass- und Auslassdichtungen sowie klimatisierte Luft können das Eindringen von Feuchtigkeit reduzieren und die Reinigungshäufigkeit verringern.
Kohäsion und Ruhewinkel
Kohäsion ist die innere Festigkeit eines Schüttgutes. Materialien mit hoher Kohäsion haften zusammen und widerstehen dem Fließen. Materialien mit geringer Kohäsion fließen leicht.
Kohäsion hängt oft mit der Partikelgröße und der Feuchtigkeit zusammen, es handelt sich jedoch um eine besondere Eigenschaft. Einige feine, trockene Materialien haben eine geringe Kohäsion und sind frei fließend. Andere weisen aufgrund der Partikelform oder elektrostatischer Effekte auch im trockenen Zustand eine hohe Kohäsion auf.
Der Ruhewinkel ist ein praktischer Indikator für den Zusammenhalt. Dies ist der maximale Winkel, in dem ein Materialhaufen gestapelt werden kann, bevor er zusammenbricht. Materialien mit geringen Böschungswinkeln von weniger als dreißig Grad weisen eine geringe Kohäsion auf und fließen leicht. Materialien mit großen Schüttwinkeln von über 45 Grad haben eine hohe Kohäsion und sind schwer zu fließen.
Zur Messung des Schüttwinkels muss lediglich Material auf eine ebene Fläche gegossen und der Winkel des resultierenden Kegels gemessen werden. Dieser Test kann mit einer kleinen Probe im Anlagenlabor oder sogar in der Wartungswerkstatt durchgeführt werden.
Materialien mit hoher Kohäsion erfordern aggressivere Reinigungsmethoden. Einfache Vibrationen oder Stangenbewegungen reichen möglicherweise nicht aus. Möglicherweise sind angetriebene Brecher, Wasserstrahlen oder ferngesteuerte Abbruchgeräte erforderlich. Materialien mit geringer Kohäsion können häufig durch Rütteln oder Roden entfernt werden.
Härte und Abrasivität
Härte ist die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber mechanischer Beeinträchtigung. Harte Materialien sind schwer zu brechen. Weiche Materialien können leicht brechen.
Die Härte wird dann von Bedeutung, wenn sich das Material zu harten Ablagerungen verfestigt hat. Zementablagerungen können eine mit Beton vergleichbare Härte erreichen. Bestimmte chemische Zwischenprodukte können extrem harte Krusten bilden, die mechanischen Brechern widerstehen.
Die Abrasivität hängt mit der Härte zusammen, bezieht sich jedoch auf die Wirkung des Materials auf die Ausrüstung. Abrasive Materialien verschleißen Brecherspitzen, Schneidwerkzeuge und Siloauskleidungen. Eine hohe Abrasivität erhöht den Reinigungsaufwand und verursacht Schäden am Silo.
Für die Härteprüfung ist keine spezielle Ausrüstung erforderlich. Ein einfacher Kratztest, ähnlich der Mineralhärteprüfung, kann eine grobe Schätzung liefern. Materialien, die mit einem Taschenmesser zerkratzt werden können, sind weich. Materialien, die das Messer stumpf machen, sind hart. Materialien, die überhaupt nicht zerkratzt werden können, sind sehr hart und erfordern zum Entfernen spezielle Geräte.
Harte Materialien erfordern oft als primäre Entfernungsmethode Wasserstrahlen. Der Wasserstrahl schneidet harte Ablagerungen ohne den Verschleiß, den mechanische Brecher mit sich bringen. Der Wasserdruck muss auf die Materialhärte abgestimmt sein. Weichere Materialien können durch übermäßigen Druck beschädigt werden.
Fließfunktion und Kompressibilität
Die Fließfunktion ist die Beziehung zwischen der auf ein Material ausgeübten Spannung und seiner Fließfähigkeit. Es handelt sich um die umfassendste Charakterisierung des Strömungsverhaltens, zur genauen Bestimmung sind jedoch Labortests erforderlich.
Aus praktischen Gründen dient die Kompressibilität als Stellvertreter für die Strömungsfunktion. Unter Kompressibilität versteht man die Volumenverringerung, die auftritt, wenn ein Material einem Druck ausgesetzt wird. Materialien mit hoher Kompressibilität sind typischerweise schwer zu fließen, da sich die Partikel fest verfestigen.
Bei einem einfachen Kompressibilitätstest wird eine Materialprobe in einen Messzylinder gegeben, ein bekanntes Gewicht aufgebracht und die Volumenverringerung gemessen. Die Volumenverringerung als Prozentsatz des ursprünglichen Volumens ist die Kompressibilität. Materialien mit einer Kompressibilität über dreißig Prozent gelten als stark komprimierbar und schwer fließfähig.
Bei stark komprimierbaren Materialien muss sorgfältig auf Silodesign und Reinigungshäufigkeit geachtet werden. Sie neigen während der Lagerung zur Konsolidierung und müssen möglicherweise häufiger gereinigt werden als weniger komprimierbare Materialien. Bei komprimierbaren Materialien sind Fließhilfsmittel wie Luftkanonen oder Fluidisatoren oft von Vorteil.
Temperaturempfindlichkeit
Die Temperatur beeinflusst sowohl die Materialeigenschaften als auch den Reinigungsprozess. Manche Materialien lassen sich durch Erhitzen leichter handhaben. Andere werden schwieriger.
Materialien, die bei Hitze weich werden, wie z. B. bestimmte Harze oder Asphalte, können bei Hitze schwieriger zu reinigen sein, da sie klebriger werden. Materialien, die sich bei Hitze ausdehnen, können an Dichte verlieren und leichter fließen. Der Einfluss der Temperatur ist materialspezifisch und muss für jede Situation ermittelt werden.
Auch die Temperatur beeinflusst die Sicherheit. Silos, die heiße Materialien wie Flugasche aus Kraftwerken enthalten, stellen eine thermische Gefahr für Arbeiter und Ausrüstung dar. Die Reinigung heißer Silos erfordert zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen.
Die praktische Auswirkung der Temperaturempfindlichkeit besteht darin, dass die Reinigungsstrategie möglicherweise je nach Temperatur variieren muss. Eine Methode, die bei Umgebungstemperatur funktioniert, kann bei erhöhter Temperatur fehlschlagen. Einrichtungen, die mit temperaturempfindlichen Materialien umgehen, sollten die Temperatur bei ihrer Reinigungsplanung berücksichtigen.
Chemische Eigenschaften
Die chemischen Eigenschaften des Materials beeinflussen sowohl dessen Fließverhalten als auch die Sicherheit des Reinigungsvorgangs.
Materialien, die mit Wasser reagieren, wie z. B. Zement, Kalk oder einige chemische Katalysatoren, werden durch das Eindringen von Feuchtigkeit schwieriger zu reinigen. Wasserstrahlen, das bei vielen Materialien wirksam ist, ist für diese Materialien ungeeignet. Die mechanische Entfernung ist die bevorzugte Methode.
Korrosive Materialien erfordern eine besondere Handhabung. Saure oder basische Materialien können die Ausrüstung beschädigen und den Arbeitern schaden. Reinigungsgeräte für korrosive Materialien müssen aus kompatiblen Materialien bestehen und erfordern möglicherweise spezielle Reinigungsverfahren.
Giftige oder gefährliche Materialien erfordern strenge Sicherheitsmaßnahmen. Die Reinigungsmethode muss die Entstehung und Exposition von Staub verhindern. Für Gefahrstoffe werden häufig ferngesteuerte Geräte bevorzugt, um die Gefährdung des Personals zu minimieren.
Das Verständnis der chemischen Eigenschaften des Materials ist für die Auswahl sicherer Reinigungsmethoden von entscheidender Bedeutung. Das Sicherheitsdatenblatt enthält diese Informationen und sollte vor jedem Reinigungsvorgang überprüft werden.
Praktische Bewertungsmethoden
Anlageningenieure können ihre Materialien mit einfachen, kostengünstigen Methoden bewerten, die nützliche Informationen für die Reinigungsplanung liefern.
Der Handvoll-Test ist die einfachste Beurteilung. Nehmen Sie eine Handvoll Material und drücken Sie es aus. Wenn es beim Loslassen auseinanderfällt, weist es eine geringe Kohäsion auf. Wenn es zu einem Klumpen zusammenhält, hat es eine hohe Kohäsion. Der Handvoll-Test zeigt auch den Feuchtigkeitsgehalt an. Hinterlässt das Material Feuchtigkeit an der Hand, ist diese nass.
Der Pfahltest liefert Böschungswinkeldaten. Schütten Sie das Material auf eine ebene Fläche und messen Sie den Winkel des Stapels. Ein niedriger Winkel weist auf einen guten Durchfluss hin. Ein großer Winkel weist auf einen schlechten Durchfluss hin.
Der Kratztest zeigt die Härte an. Versuchen Sie, das Material mit einem Taschenmesser zu zerkratzen. Wenn es leicht kratzt, ist es weich. Wenn es kratzfest ist, ist es hart. Wenn es nicht zerkratzt werden kann, ist es sehr hart.
Der Wassertest zeigt eine Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit an. Geben Sie einer Probe eine kleine Menge Wasser hinzu. Wenn das Material aushärtet oder aushärtet, ist ein Wasserstrahlen nicht geeignet. Wenn das Material locker bleibt, kann Wasserstrahlen wirksam sein.
Der Setzversuch zeigt die Kompressibilität an. Füllen Sie einen durchsichtigen Behälter mit Material, üben Sie Druck aus und messen Sie die Volumenverringerung. Eine hohe Volumenreduktion weist auf eine hohe Kompressibilität und Fließschwierigkeiten hin.
Diese Tests sind nicht präzise. Sie ersetzen keine Laboruntersuchungen. Sie bieten jedoch nützliche Hinweise zur Auswahl der Reinigungsmethode und sind kostenlos erhältlich.
Passende Eigenschaften zu Reinigungsmethoden
Die folgenden Leitlinien bieten einen Rahmen für die Anpassung der Materialeigenschaften an die Reinigungsmethoden.
Trockene Materialien mit geringer Kohäsion, großen Partikeln und geringer Feuchtigkeit lassen sich am einfachsten reinigen. Normalerweise reicht Vibration oder Ruten aus. Wenn überhaupt eine Reinigung erforderlich ist, kann diese mit einfachen Werkzeugen durchgeführt werden.
Trockene, feine Materialien mit geringer Feuchtigkeit, aber kleinen Partikeln können aufgrund von Kohäsionskräften dennoch schwierig sein. Luftkanonen oder Fluidisierer sind oft wirksam. Bei hartnäckigen Verstopfungen können ferngesteuerte Geräte erforderlich sein.
Nasse Materialien mit hohem Feuchtigkeitsgehalt lassen sich mechanisch nur schwer reinigen, da das Material an Werkzeugen und Geräten festklebt. Wasserstrahlen kann wirksam sein, aber nur, wenn das Material nicht mit Wasser reagiert. Bei wasserempfindlichen Materialien ist eine mechanische Entfernung mit sorgfältiger Feuchtigkeitskontrolle erforderlich.
Gehärtete Materialien mit hoher Härte erfordern leistungsstarke Methoden. Ferngesteuerte Abbruchgeräte mit Hydraulikhämmern sind die bevorzugte Methode. Auch Wasserstrahlen mit hohem Druck können wirksam sein. Die manuelle Eingabe mit Handwerkzeugen ist für gehärtete Materialien nicht geeignet.
Abrasive Materialien erfordern eine langlebige Ausrüstung. Hammerspitzen und Schneidwerkzeuge nutzen sich schnell ab. Die Wartung der Ausrüstung ist unerlässlich. Möglicherweise ist ein Wasserstrahlen zu bevorzugen, bei dem keine Verschleißteile mit dem Material in Berührung kommen.
Gefährliche Materialien erfordern entfernte Methoden. Der Zutritt von Personal sollte vermieden werden. Ferngesteuerte Geräte, die ordnungsgemäß gewartet und betrieben werden, sind der Standardansatz.
Verwendung der Materialbewertung in der präventiven Planung
Die Materialbewertung ist keine einmalige Aktivität. Materialeigenschaften ändern sich je nach Beschaffungs-, Verarbeitungs- und Lagerbedingungen. Eine regelmäßige Beurteilung stellt sicher, dass die Reinigungsmethoden angemessen bleiben.
Wenn eine neue Materialquelle eingeführt wird, führen Sie die in diesem Artikel beschriebenen einfachen Tests durch. Vergleichen Sie die Ergebnisse mit früheren Materialien. Wenn sich das neue Material erheblich unterscheidet, passen Sie die Reinigungshäufigkeit und -methoden an.
Wenn saisonale Veränderungen den Feuchtigkeitsgehalt beeinflussen, passen Sie die Reinigungsverfahren an. Materialien, die im Sommer trocken sind, können im Winter nass sein. Der Reinigungsplan sollte diese saisonalen Schwankungen berücksichtigen.
Wenn sich die Lagerdauer des Materials ändert, müssen seine Eigenschaften neu bewertet werden. Länger gelagerte Materialien können härter und schwieriger zu reinigen werden. Wenn die Lagerdauer zunimmt, muss die Reinigung möglicherweise intensiver erfolgen.
Dokumentieren Sie die Ergebnisse der Materialbewertungen. Führen Sie Aufzeichnungen über die Materialeigenschaften für jedes Silo und jeden Materialtyp. Nutzen Sie diese Aufzeichnung als Leitfaden für Reinigungsentscheidungen und um Trends zu identifizieren, die auf sich entwickelnde Probleme hinweisen können.
Abschluss
Materialeigenschaften bestimmen die Reinigungsschwierigkeit. Das Verständnis dieser Eigenschaften ermöglicht es Anlageningenieuren, geeignete Reinigungsmethoden auszuwählen, Reinigungszeit und -kosten abzuschätzen und vorbeugende Wartung zu planen.
Die in diesem Artikel beschriebenen einfachen Bewertungsmethoden stehen jedem Anlagenbauer ohne spezielle Ausrüstung zur Verfügung. Der Handvolltest, der Flortest, der Kratztest, der Wassertest und der Setztest liefern praktische Informationen, die als Leitfaden für Reinigungsentscheidungen dienen.
Die wichtigste Eigenschaft der meisten Materialien ist der Feuchtigkeitsgehalt. Trockene Materialien fließen leichter als nasse Materialien. Die Kontrolle der Feuchtigkeit ist oft die wirksamste vorbeugende Maßnahme. Für Materialien, die nicht feuchtigkeitskontrollierbar sind, müssen Reinigungsmethoden auf der Grundlage ihrer sonstigen Eigenschaften ausgewählt werden.
Partikelgröße, Kohäsion, Härte, Kompressibilität, Temperaturempfindlichkeit und chemische Eigenschaften beeinflussen alle die Reinigungsschwierigkeiten. Die Anpassung der Reinigungsmethode an diese Eigenschaften erhöht die Erfolgswahrscheinlichkeit und reduziert den Zeit- und Kostenaufwand für die Reinigung.
Anlageningenieure, die ihre Materialien verstehen, treffen bessere Reinigungsentscheidungen. Sie reinigen bei Bedarf und nicht nach einem festen Zeitplan. Sie wählen Methoden aus, die funktionieren, nicht Methoden, die verfügbar sind. Und sie verhindern Probleme, indem sie vorhersehen, wie sich Materialeigenschaften auf die Siloleistung auswirken.
