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Jul 31, 2023

Flüssigkeitshandhabung an abgelegenen Orten

In der Öl- und Gasindustrie können zuverlässige Pumpen den Unterschied zwischen einer voll funktionsfähigen, effizienten Gaskompressionsstation und einem Engpass in der Pipeline ausmachen. Erdgasleitungen sind häufig

In der Öl- und Gasindustrie können zuverlässige Pumpen den Unterschied zwischen einer voll funktionsfähigen, effizienten Gaskompressionsstation und einem Engpass in der Pipeline ausmachen. Erdgasleitungen sind oft abgelegen und die Stromversorgung einer Pumpe und die Durchführung von Wartungsarbeiten können schwierig sein. Oakley Roberts von Ingersoll Rand erklärt die innovative Lösung des Unternehmens.

An abgelegenen Orten, an denen Erdgas aus der Erde gefördert wird, erleichtern zwischenstaatliche Pipelines die Lieferung zu Raffinerien, die möglicherweise Hunderte von Kilometern entfernt sind. Erdgaspipelines sind auf große Kraftwerksmotoren angewiesen, die das Gas komprimieren und weiter durch die Pipeline transportieren. Diese Motoren sind alle 40 bis 100 Meilen entlang der Pipeline positioniert und für die Effizienz der Gasübertragung von entscheidender Bedeutung. Jeder Maschinenausfall beeinträchtigt die Integrität der Station und kann zu tage- oder sogar wochenlangen Ausfallzeiten und erheblichen finanziellen Rückschlägen führen.

Die ordnungsgemäße Schmierung dieser Motoren ist eine wichtige Anwendung für Membranpumpen. Pipelinebetreiber sind auf Pumpen angewiesen, um Öl und Kühlmittel durch die Motoren zu zirkulieren, um eine optimale Effizienz aufrechtzuerhalten und Ausfallzeiten zu vermeiden. Wenn eine Verdichtungsstation außer Betrieb genommen wird, verhindern Pumpen, dass der Motor blockiert, indem sie dafür sorgen, dass er ordnungsgemäß geschmiert wird. Dieser Vorgang ist auch notwendig, um den Motor vorzuölen, bevor eine Station wieder in Betrieb genommen wird. Bei Anwendungen in Verdichtungsstationen müssen die Pumpen jedoch oft in extrem abgelegenen Gebieten betrieben werden, was eine Reihe von Hindernissen mit sich bringt, die es zu überwinden gilt.

Traditionell hatten Betreiber Schwierigkeiten, Pumpen an Verdichtungsstationen zu installieren, ohne dass eine leicht verfügbare Energiequelle zur Verfügung stand. Für pneumatische Pumpen ist die Anschaffung eines Luftkompressors erforderlich, der ebenfalls elektrisch betrieben werden muss. Es besteht die Möglichkeit, Druckluft an den Standort zu leiten, dies ist jedoch oft äußerst kostspielig. Wenn eine Pumpe ausfällt oder eine schlechte Leistung erbringt, können auch die Wartungskosten in die Höhe schnellen. Die Besetzung eines entfernten Standorts ist möglicherweise nicht möglich und es kann Tage oder Wochen dauern, bis eine Pumpe wieder in Betrieb genommen werden kann. Da luftbetriebene Pumpen zusätzliche Maschinen erfordern, erhöht sich das Risiko beschädigter oder funktionsunfähiger Geräte.

Auch die Umwelt stellt eine Gefahr für Pumpen an abgelegenen Standorten dar. Pumpen an Kompressionsstationen befinden sich normalerweise im Freien oder in kleinen Gehäusen, wo sie den Wetterbedingungen ausgesetzt sind. Temperaturschwankungen und extremes Wetter können die Leistung beeinträchtigen. Wenn die Konstruktionsmaterialien nicht ordnungsgemäß spezifiziert sind, sind die Pumpen anfällig für Korrosion, Zersetzung durch UV-Strahlung, Blockierung und Vereisung. Pumpen, die in der Nähe von Erdgasleitungen betrieben werden, können bei unsachgemäßer Installation auch ein Sicherheitsrisiko darstellen, da durch die Pumpe fließende Flüssigkeit eine elektrische Ladung erzeugt, die ein brennbares Medium wie Erdgas entzünden könnte.

Aufgrund der leicht verfügbaren Energiequelle in der Pipeline greifen viele Verdichtungsstationen für ihren Flüssigkeitstransferbedarf mittlerweile auf eine bequemere Option zurück: erdgasbetriebene Membranpumpen. Anstatt einen Luftkompressor und eine zusätzliche Stromquelle zu benötigen, schaffen erdgasbetriebene Membranpumpen ein in sich geschlossenes System, indem sie Gas aus der Rohrleitung ansaugen und es zurück in das Kompressionssystem leiten. Mit der Einführung internationaler Standards zur Regulierung von Sicherheit und Haltbarkeit bieten diese Pumpen den Pipelinebetreibern erhebliche Vorteile.

Im Jahr 2003 hat die Canadian Standards Association CSA 2.01 erstellt, einen Standard zur Regulierung erdgasbetriebener Membranpumpen. Neben anderen Anforderungen erkennt die Norm Pumpen an, die statische Entladungen verhindern, die möglicherweise zur Entzündung von Umgebungsgasen führen könnten. Die Norm schreibt vor, dass CSA-zertifizierte Pumpen mit einem Erdungsband ausgestattet sein müssen, um elektrische Ladungen abzuleiten und sichere Arbeitsbedingungen zu schaffen.

CSA-zertifizierte Pumpen werden auch auf Leistung und Haltbarkeit getestet. Um eine Zertifizierung zu erhalten, müssen Pumpen 13.000.000 Zyklen ohne Ausfall oder Leckage überstehen. Alle CSA-zertifizierten Pumpen müssen die Tests ohne Bruch der Membran oder Verschiebung einer Komponente bestehen. Darüber hinaus müssen Pumpen einer Dichtheitsprüfung mit dem Eineinhalbfachen des Nenndrucks standhalten. Gewindeanschlüsse werden auch auf Biegung und bestimmte Drehmomentanforderungen geprüft. Die Einführung von CSA 2.01 hat nicht nur einen Branchenmaßstab für die Messung der Qualität erdgasbetriebener Membranpumpen gesetzt, sondern auch dazu beigetragen, bedeutende technologische Innovationen hervorzubringen, die für die Fernförderung von Flüssigkeiten in Erdgaspipeline-Anwendungen von strategischer Bedeutung sind.

Der Abgasaustrag ist ein wesentlicher Unterschied zwischen luftbetriebenen und erdgasbetriebenen Pumpen. Standard-Membranpumpen sind mit einem Schalldämpfer ausgestattet, der die Druckluft in die Atmosphäre abgibt. Da Erdgas jedoch nicht wie Druckluft wieder in die Atmosphäre abgegeben werden kann, benötigen gasbetriebene Pumpen einen Entlüftungsanschluss, der das Gas ableiten und in das Kompressionssystem zurückführen kann. CSA-Zertifizierungen erfordern ein höheres Maß an Technik, um sicherzustellen, dass dieser Gastransfer völlig dicht ist.

Gewindedichtmittel an Verbindungselementen, eine häufig übersehene Leckgefahr, tragen ebenfalls zur Aufrechterhaltung der Energieintegrität bei. Durch die Verwendung eines Dichtmittels an den Befestigungselementen wird verhindert, dass während des Betriebs Gasblasen aus dem Motor entweichen. Neben offensichtlichen Sicherheitsbedenken führen Gaslecks auch zu Effizienzproblemen. Pumpen, bei denen Gas aus dem Motor entweicht, erzielen geringere Durchflussraten und benötigen mehr Energie. CSA-zertifizierte Pumpen bieten Pipelinebetreibern Sicherheit und Effizienz, indem sie einen leckagefreien Betrieb garantieren.

Die CSA-Zertifizierung verlangt von den Herstellern außerdem, äußerst robuste Gussteile und Komponenten mit hohen Toleranzen herzustellen. Um Geld zu sparen, verlangen einige Pumpenhersteller keine maschinelle Bearbeitung ihrer Gussteile, was zu einer unschönen Oberflächenbeschaffenheit führt und bei höheren Drücken zu Undichtigkeiten führt. CSA-zertifizierte Pumpen werden jedoch hydrostatisch auf einen Berstdruck beim Fünffachen des Nenndrucks getestet und auf Komponentenreaktionen überwacht.

Auf dem Hauptventilgehäuse sorgen maschinell bearbeitete Bohrungen und Ventilkomponenten mit hoher Toleranz für runde Oberflächen mit ausreichend Spielraum für den Ventilmechanismus. Eine runde Oberflächenbeschaffenheit sorgt dafür, dass O-Ringe und U-Becher beim Schalten des Ventils abdichten und so hervorragende Schaltsignale und Dichtheit bei hohen Drücken erzeugen. Die CSA-Zertifizierung ermutigt Hersteller auch dazu, eine Ganzmetallkonstruktion für eine längere Haltbarkeit zu verwenden, da nichtmetallische und spritzgegossene Gehäuse anfällig für UV-Strahlung sind und tendenziell Komponenten mit geringeren Toleranzen sind. In der Pipeline bieten Ganzmetallpumpen den Betreibern eine höhere Zuverlässigkeit.

Die CSA-Standards erfordern außerdem eine überlegene Wandstärke an Pumpengehäusen und hochfeste Membranen. Da Erdgas die Membran ausdehnt, wird durch Evakuieren der Flüssigkeitskammer Druck in der Pumpe erzeugt. Um Hochdruck-Kraftprüfungen standzuhalten, benötigen Membranpumpen je nach Pumpengröße Wandstärken zwischen 1/8 Zoll und 3/8 Zoll.

Pumpenmembranen sollten aus Materialien mit höchster Biegefestigkeit wie thermoplastischen Elastomeren (TPE) hergestellt werden. Die TPEs sind besser in der Lage, den durch komprimiertes Erdgas erzeugten Belastungen und Drücken standzuhalten, was zu einer längeren Lebensdauer der Membranen führt. Ebenso müssen Bauteile, die mit der Membran in Berührung kommen, so konstruiert und verbunden sein, dass sie die Membran nicht schwächen. Die Membran wird zwischen zwei großen Unterlegscheiben in die Pleuelstange der Pumpe geschraubt und sitzt fest. Scharfe Kanten an diesen Membranscheiben oder hervorstehende Teile am Pumpengehäuse können eine dünne Stelle in der Membran abnutzen und mit der Zeit zu Rissen und Brüchen führen. Um 13.000.000 Zyklen und einer Vielzahl von Drucktests standzuhalten, müssen CSA-zertifizierte Pumpen sorgfältig konstruiert und mit glatten Oberflächen ausgestattet sein.

Pumpen sollten immer mit dem vom Hersteller empfohlenen optimalen Druck betrieben werden. Damit die Herstellerangaben nicht überschritten werden, sollten Techniker einen Filterregler einsetzen. Techniker sollten außerdem sicherstellen, dass das Konstruktionsmaterial der Pumpe mit der zu pumpenden Flüssigkeit kompatibel ist. Bei Vor- und Nachschmieranwendungen sind Pumpen mit Santopren-Membranen möglicherweise nicht mit dem gepumpten Öl kompatibel. Pipelinebetreiber sollten Pumpen mit Hytrel-Membranen installieren, um dort, wo Schmierflüssigkeiten gepumpt werden, eine optimale Leistung zu erzielen.

Ein weiteres wichtiges Thema ist der Eingangsdruck. Zusätzlich zur Flüssigkeitskompatibilität sollten Betreiber sicherstellen, dass auch der Druck der in die Pumpe einströmenden Flüssigkeit den Spezifikationen entspricht. Bei der ordnungsgemäßen Pumpenwartung erdgasbetriebener Pumpen kommt es auf den richtigen Gasdruck, die Abstimmung der Pumpenmaterialien auf die zu pumpenden Flüssigkeiten und die Flüssigkeitstemperatur an. Das Befolgen dieser Richtlinien trägt dazu bei, eine längere Lebensdauer der Pumpe zu gewährleisten.

In Zukunft wird sich die Fernüberwachungstechnologie weiterentwickeln, wodurch die Notwendigkeit verringert wird, einen Wartungstechniker vor Ort zu haben, um Geräte zu überwachen. Dies kann durch die Integration sowohl kabelgebundener als auch kabelloser Sensoren und Systemkomponenten erreicht werden, sodass der Pumpenstatus regelmäßig überwacht werden kann. Diese Sensoren können zur Leckerkennung durch Membranausfallgeräte, zur Zykluserkennung, zur Druckregulierung und zur Sicherstellung, dass sich der Flüssigkeitsstrom durch Druck und Durchfluss im richtigen Zustand befindet, eingesetzt werden.