Pharma: Neues Druckluftkonzept steigert Betriebssicherheit und Effizienz

Essen/Barleben, April 2017. Will man das Werk der Salutas Pharma GmbH in Barleben beschreiben, könnte man zu einer ganzen Reihe von Superlativen greifen, um seiner Größe, Vielseitigkeit und Produktivität gerecht zu werden. Oder man lässt die Zahlen für sich sprechen: Auf einer Produktionsfläche von 17300 m² sind 24 Tablettenpressen, 17 Granulierer und zehn Coater rund um die Uhr im Einsatz. 300 pharmazeutische Wirkstoffe werden zu etwa 15500 verschiedenen Fertigwaren verarbeitet, auf 24 Linien verpackt und in mehr als 75 Länder versandt. 1200 Lieferscheine werden täglich für den inländischen Markt bearbeitet, 7000 Artikel pro Woche ausgeliefert.

„Die Salutas Pharma GmbH zählt zu den modernsten, leistungsfähigsten Pharmaproduktions- und Logistikzentren Europas“, erklärt Christian Dörge, Projektingenieur in Barleben. Er ist unter anderem für die Druckluftversorgung des Unternehmens verantwortlich. „In unserem Mutterkonzern Novartis sind wir einer der größten Standorte und die Nummer eins für die Herstellung von sogenannten festen Formen in Europa.“ Eine der Kernkompetenzen in Barleben heißt „difficult to make“. „Alle Generika, die schwer herzustellen sind, machen wir hier am Standort“, erläutert Dörge. „Das sind beispielsweise Tabletten, bei denen sich der Wirkstoff im Kern befindet und von einem Pellet ummantelt wird, so dass er im Magen sukzessive freigesetzt wird.“

Hohe Ansprüche an Druckluftqualität und Versorgungssicherheit

An die Druckluft gibt es in Barleben zwei Anforderungen: Zum einen muss die Versorgung absolut sicher sein, da mit einer Störung Produktionsausfälle in immenser Höhe verbunden wären. Zum anderen muss die Qualität der Druckluft zu jedem Zeitpunkt den hohen Anforderungen entsprechen, die im Bereich der Pharmaindustrie gelten. „Wir arbeiten hier gemäß der ISO 8573.1 mit einem Restpartikel- und Restölgehalt entsprechend Klasse 1 und einer Restfeuchte entsprechend Klasse 2, das heißt mit einem Taupunkt von minus 40 Grad Celsius“, beschreibt Dörge die Qualitätsvorgaben. „Wir brauchen die Druckluft zu Steuerungszwecken, zum Entstauben der Tabletten und als Atemluft für die Sonderproduktion. Die Mitarbeiter dort tragen Ganzkörperanzüge, die von innen mit einem leichten Überdruck aufgeblasen werden. Davor sind viele Filterstufen geschaltet, und Warnsensoren signalisieren, wenn bestimmte Werte nicht eingehalten werden.“ 

Mit den beiden komplett erneuerten Druckluftstationen, die im Herbst 2015 ihren Betrieb aufgenommen haben, lassen sich die geforderten Werte sicher einhalten. In der Station BT 3.0 arbeiten vier ölfrei verdichtende Schraubenkompressoren von Atlas Copco: ein drehzahlgeregelter ZR 160 VSD (VSD steht für die variable Drehzahl, Variable Speed Drive) sowie zwei ZR 160 und ein ZR 200 mit konstanten Drehzahlen, also Volllast-Leerlauf-Regelung. Der ZR 200 ist eine generalüberholte Maschine, die Atlas Copco zur Verfügung gestellt hat, um einen relativ neuen Fremdkompressor zu ersetzen. „Als wir uns für die Lösung von Atlas Copco entschieden, erschien es uns sinnvoll, nur noch mit einem Fabrikat zu arbeiten“, erklärt Dörge. „Das wird künftig auch die Servicearbeiten erleichtern.“ Die beiden Kompressoren in der Station BT 8.2, rund 800 Meter von der BT 3.0 entfernt, sind ebenfalls ölfrei verdichtende „Schrauben“: ein drehzahlgeregelter ZT 160 VSD und ein ZT 145 mit konstanter Drehzahl. „Beide Stationen speisen in ein gemeinsames Netz ein, wobei der Schwerpunkt auf der BT 3.0 liegt“, erläutert Christian Dörge.

„Heat of Compression“ steigert Effizienz

Bei den ZT-Kompressoren in der kleineren Station, BT 8.2, handelt es sich um luftgekühlte Kompressoren. Diese teilen sich den Platz mit zwei warmregenerierenden Adsorptionstrocknern des Typs BD 850+ ZP mit Erhitzer und externem Gebläse sowie mit zwei Sätzen Druckluftfiltern, die wiederum Partikel-, Aktivkohle- und Feinstfilter umfassen. In der großen Station, BT 3.0, erzeugen drei warmregenerierende Adsorptionstrockner des Typs XD 850+ G ZP (das G steht für einen garantierten Drucktaupunkt) zusammen mit drei Filtersätzen (je Partikel-, Aktivkohle- und Feinstfilter) die erforderliche Druckluftqualität. Hier wird das sogenannte „Heat-ofCompression“-(HOC-)Verfahren in besonderer Form eingesetzt. Das heißt, dass die ZR-Kompressoren für diese Station als Heißluftvariante (ohne Nachkühler) geliefert wurden. Sie stellen somit die für den Regenerationsprozess der Adsorptionstrockner erforderliche Heißluft bereit. Der XD-Trockner wurde speziell als energiesparende Trocknungskomponente für ölfrei verdichtende ZRKompressoren entwickelt. Die heiße Druckluft strömt zunächst durch den Behälter mit dem gesättigten Trockenmittel, welches somit regeneriert wird. Die Druckluft selbst wird anschließend im Nachkühler des Trockners abgekühlt. Dann wird sie im zweiten Behälter getrocknet und mit dem geforderten Drucktaupunkt in das Druckluftnetz geleitet. 

Globale Novartis-Vorgaben empfehlen „Heat of Compression“

„Wir haben hier globale Vorgaben durch den Novartis-Konzern, die auch die Druckluft betreffen“, erklärt Dörge. „Darin wird das Heat-of-CompressionVerfahren als gute, effiziente Methode für die Regeneration des Trockenmittels empfohlen. Wir können dadurch im Vergleich zu früher rund 180 Kilowatt Kompressorleistung einsparen.“

Die vorherige Anlage habe noch nach dem Prinzip der Kaltregenerierung gearbeitet. „Ungefähr 20 Prozent der erzeugten Luft brauchten wir damals zum Abblasen der Feuchtigkeit“, erinnert sich Dörge. „Das ist bei kleinen Anlagen sinnvoll, bei großen aber Energieverschwendung.“ Übergeordnete Steuerung koordiniert sechs Kompressoren Eine übergeordnete ES-16-Steuerung von Atlas Copco organisiert das Zusammenspiel der insgesamt sechs Kompressoren in den beiden Stationen und stellt sicher, dass die Maschinen an ihren jeweils optimalen Betriebspunkten arbeiten. Die Grundlast im Werk beträgt 40 bis 60 Normkubikmeter pro Minute bei einem Betriebsüberdruck von 8,5 bar, zu Spitzenlastzeiten werden 80 bis 105 Normkubikmeter pro Minute erzeugt. Normalerweise übernehmen in der großen Station zwei bis drei Kompressoren zusammen mit einem bis zwei Trocknern die Druckluftversorgung; in der kleinen Station sind dann zusätzlich ein Kompressor und ein Trockner in Betrieb. Die ES 16 überträgt zudem alle Daten der angeschlossenen Kompressoren, Trockner und Druckluftfilter an das Leitsystem.

„Die Adsorptionstrockner in der großen Station werden über eine eigene lastabhängige Steuerung organisiert und dort zusätzlich – neben der Darstellung an der übergeordneten Steuerung ES 16 – nach weiteren lastabhängigen Kriterien visualisiert“, erläutert Ralph Kühlberg, Projektingenieur bei Atlas Copco, eine Besonderheit der Druckluftversorgung. „In den Stationen kann zudem jeder Kompressor mit jedem Trockner zusammenarbeiten. Eine lastabhängige Klappensteuerung stellt sicher, dass nur so viele Trockner arbeiten, wie für die aktuelle Drucklufterzeugung in der Station benötigt werden.“ Trockner, die gerade nicht im Einsatz sind, werden gestoppt und mittels Klappe verschlossen.

„Dadurch erreichen wir zusätzliche Energieeinsparungen, und die Trockner müssen nicht unter Minderlast mitarbeiten“,

erklärt Kühlberg. Darüber hinaus verfügen die Trockner in beiden Stationen über eine sogenannte „taupunktabhängige Abschaltung“ mit Warnung und Abschaltung bei unzureichendem Drucktaupunkt. Dies war eine wichtige Forderung der Salutas Pharma GmbH für die Sicherstellung einer gleichbleibend hohen Druckluftqualität.

„Wenn ein Trockner die geforderte Druckluftqualität einmal nicht einhält, wird über die externe Steuerung augenblicklich die Klappe geschlossen und das Gerät aus dem System genommen“,

beschreibt Kühlberg die Maßnahme zur Qualitätssicherung.

Profile stellen Versorgung im Störungsfall sicher

Pro Station werden jeweils ein Kompressor und ein Trockner als Redundanz vorgehalten. Außerdem ergänzen sich beide Stationen im Falle einer Störung. „Um die Druckluftaufbereitung dafür abzusichern, haben wir in der ES 16 neben den Energiesparprofilen weitere Profile gespeichert, beispielsweise das Vorrangprofil BT 8.2“, erklärt Ralph Kühlberg: Sollte in der großen Station (BT 3.0) zum Beispiel ein Trockner gestört sein, nimmt die Profilumschaltung (BT-8.2-Vorrang) die kleine Station (BT 8.2) in den Vorrang.

„Gefühlt“ zwei Maschinen mehr

Der Wunsch nach einer Optimierung der Versorgungssicherheit war 2014 der Auslöser für die komplette Sanierung der beiden Druckluftstationen. Die damaligen Anlagen waren zum Teil bereits 20 Jahre alt und sehr störanfällig. „Der Service des damaligen Herstellers war zwar gut, aber wenn die Produktion auf dem Spiel steht und der Service nicht sofort da ist, dann müssen die eigenen Leute ran“, blickt Christian Dörge zurück. „Wir hatten damals kaum noch Redundanz, auch weil wir einen großen Anteil der erzeugten Druckluft für die Regeneration der Trockner verwenden mussten. Heute steht hier nur ein Kompressor mehr als früher, aber es fühlt sich so an, als hätten wir zwei Maschinen mehr.“ Bei der Vergabe der beiden Neuanlagen, so Dörge, seien nicht die Investitionskosten, sondern die Gesamtkosten im Lebenszyklus entscheidend gewesen. Hier habe Atlas Copco gegenüber seinen Mitbewerbern punkten können und darüber hinaus mit seinem Konzept überzeugt. Dieses erfülle nicht nur die Anforderungen an Versorgungssicherheit und Druckluftqualität, sondern habe auch die Verbesserung der Effizienz durch den Einsatz drehzahlgeregelter Kompressoren und der „Heat-of-Compression“-Technologie im Blick gehabt. „Die Ausgangsparameter waren bei uns nicht so einfach“, erklärt Dörge. „Platz und Zeit waren begrenzt, und wir hatten eine bestimmte Anzahl an Spannungsabgängen, die nur bis zu einem gewissen Wert belastet werden durften. Außerdem sollten die Anlagen natürlich energieeffizient, nachhaltig und kostengünstig sein.“ Darüber 
hinaus, so Dörge, musste die Druckluftversorgung während der Umbauphase unbedingt aufrechterhalten werden, was die Projektabwicklung für beide Seiten wesentlich beeinflusst habe.

Investition in die Zukunft

Nachdem der schrittweise Umbau beider Stationen bei laufender Produktion mithilfe eines großen Mietkompressors realisiert wurde, sieht Christian Dörge heute seine Anforderungen an das Druckluftkonzept durchgehend erfüllt. Zum einen rechnet der Projektingenieur mit erheblichen Energieeinsparungen. Diese werde man selbstverständlich auch im Energiemanagementsystem gemäß ISO 50001 dokumentieren, das Salutas noch in diesem Jahr umsetzen will. Zum anderen sieht Dörge den Standort auf Jahre hinaus gut aufgestellt: „Wir haben hier nicht nur bezüglich der lieferbaren Druckluftmenge, sondern auch der Qualität in die Zukunft investiert; denn die Standards in der Pharmazie werden über die Zeit eher höher als niedriger sein“, prognostiziert er. „Außerdem ist beispielsweise in den USA ein Drucktaupunkt von minus 40 Grad Celsius Standard. Sollten wir künftig auf dem US-Markt vertreten sein, ist es gut, wenn wir bestimmte Standards mit unserer Ausrüstung schon heute einhalten.“ Zudem gebe es Pläne, die Produktion in Barleben zu erweitern. „Entscheidungen werden in der Pharmazie manchmal ganz schnell getroffen“, sagt Dörge. „Ein neues Produkt soll herstellt werden, eine neue Produktionsanlage wird gebaut. Für diese Schritte sind wir nun gewappnet!“

(Autorin: Stephanie Banse, Journalistin in Hamburg)