Aufrufe
vor 10 Monaten

Verfahrenstechnik 6/2015

Verfahrenstechnik 6/2015

VERFAHREN UND ANLAGEN I

VERFAHREN UND ANLAGEN I ACHEMA Sichere Kondensatausschleusung Rohrbündel-Wärmeaustauscher für Turbogas-Kompressor-Kühler Rohrleitungsisometrie (Niveaus, Distanzen, Druckverluste) und des Betriebsgegendrucks der Reinigungsanlage zu beachten. Als Kondensatabscheider wurden Demister (Tropfenabscheider aus Drahtgestrick) eingesetzt, die einen Abscheidegrad von 96,5 % bei einer Tröpfchengröße von 20 µm gewährleisten. Als Material für den Demister wurde 1.4571 gewählt. Folgende Sicherheitsaspekte waren dabei zu berücksichtigen: n die Kühler dürfen nicht mit Kondensat geflutet werden n es darf kein Gasdurchbruch in das Kondensatsystem stattfinden n der zu überwindende Betriebsüberdruck der Reinigungsanlage beträgt 1,2 bar n die Rohrleitungsgeschwindigkeit des Kondensats von 10 m/s darf nicht überschritten werden Volker Krüger Das kontinuierlich anfallende Kondensat aus dem Verdichtungsprozess einer mehrstufigen Kompressoranlage sollte in nur eine zentrale Kondensat-Reinigungsanlage abgeführt werden. Zur Kondensatausschleusung wurde die Verwendung von Bypass- Niveaustandanzeigern mit frei definierbaren Schaltpunkten gewählt. Autor: Volker Krüger, Projektmanager, Funke Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH, Gronau D ie Siemens Turbomachinery Equipment GmbH in Leipzig stellte im Rahmen eines Auftrages eine besondere, interdisziplinär zu lösende Aufgabe an die Funke Wärmeaustauscher Apparatebau GmbH in Gronau/Leine: Der Lieferumfang beinhaltete drei Turbogas-Kompressor-Kühler als Zwischenkühler (Intercooler) aus Edelstahl sowie einen Nachkühler (Aftercooler) aus dem Material Schwarzstahl. In Anlehnung an den TEMA-(Tubular Exchanger Manufacturers Association)-Typ BET wurden die Apparate als B3-Kühler im Kreuzstrom mit Kondensatabscheidung und einem ausziehbaren Rechteck-Rohrbündel konzipiert. Das kontinuierlich anfallende Kondensat aus dem Verdichtungsprozess einer mehrstufigen CO 2 -Kompressoranlage sollte über den jeweiligen Prozessgasdruck der drei Zwischenkühler (IC1, IC2 und IC3) in nur eine zentrale Kondensat-Reinigungsanlage abgeführt werden. Dabei waren die verschiedenen Betriebsdrücke in den einzelnen Wärmeaustauschern sowie die jeweils anfallenden Mengen an Kondensat unter Berücksichtigung der Detaillierte Planung Für die Realisierung dieser anspruchsvollen Kondensatausschleusung wurden im Vorfeld relevante Informationen zusammengetragen: n die einzelnen Distanzen vom Kondensataustrittsflansch zur Reinigungsanlage n die zu überwindenden Niveaus zur sogenannten Reinigungsanlage n der Betriebsdruck (Gegendruck) der Reinigungsanlage n die anfallenden Kondensatmengen pro Stunde und Kühler n der Platzbedarf der Kondensatmengen bei temporärer Ausschleusung n die Druckverhältnisse am Kühleraustritt n die benötigte Qualität der Rohrleitungen (Rauigkeiten in den Rohrleitungsbauteilen, Druckverluste etc.) Alle Daten wurden in einem eigens erstellten Berechnungsprogramm zusammen gefasst, als Basis für die Berechnung wurde dabei der Energieerhaltungssatz gewählt. Ergebnisse nach der ersten Auswertung: n die Strömungsgeschwindigkeiten sind unabhängig vom Leitungsquerschnitt n ein größerer/kleinerer Rohrdurchmesser vergrößert/verringert den Volumenstrom, nicht die Geschwindigkeit in der Leitung n in den Kühlern IC1, IC2 und IC3 wurden deutlich zu hohe Geschwindigkeiten ermittelt Die Berechnung der Geschwindigkeiten in den einzelnen Kühlern ergab für Kühler IC1 eine Geschwindigkeit von 11 m/s. Im Kühler IC2 wurde eine Geschwindigkeit von 25 m/s für das Kondensat ermittelt. Die Geschwindigkeit im Rohrleitungssystem der Kondensatausschleusung von IC3 überschritt die vorgegebene Geschwindigkeit von 10 m/s um ein Vielfaches. Modifizierte Ausstattung Bei allen Kühlern waren die Geschwindigkeiten teilweise deutlich zu hoch und nicht 16 VERFAHRENSTECHNIK 6/2015

durch einen größeren Rohrinnendurchmesser zu reduzieren. Als Lösung wurde der Einsatz von speziellen Blenden (Lochscheiben) geprüft, um die Geschwindigkeiten in den Kühlern IC1, IC2 sowie IC3 unter 10 m/s zu senken. Diese anspruchsvolle Herausforderung meisterte Funke in Zusammenarbeit mit einem namhaften Armaturenhersteller, der für die Kühler IC1 und IC2 eine einteilige Blende und für Kühler IC3 eine zweiteilige Blende konfigurierte. Für die Zeitpunkte der Ausschleusung mussten die verschiedenen Kondensatfüllstände in den einzelnen Kühlern sicher erfasst und die Ausgabesignale von einer SPS- Steuerung verarbeitet werden können. Diese Steuerung wurde entsprechend der ermittelten Anforderungen von der Siemens Turbomachinery Equipment GmbH bereitgestellt. Als beste und sicherste Lösung einer aufeinander abgestimmten Kondensatausschleusung wurde die Verwendung von Bypass- Niveaustandanzeigern mit frei definierbaren Schaltpunkten (Ausgabesignalen) gewählt. In Abstimmung mit der Siemens Turbomachinery Equipment GmbH wurden vier Schaltpunkte definiert: 1. Low: Kondensatausschleuseventil ist geöffnet bis zum Erreichen dieses Schaltpunkts; Ventil wird geschlossen 2. High: Kondensatausschleuseventil öffnet bei Erreichen des Schaltpunkts; Ventil wird geöffnet 3. Low-low: Bei Erreichen des Schaltpunkts fährt die Anlage automatisch herunter, da sonst die Gefahr des Gasdurchbruchs in das Kondensatsystem besteht 4. High-high: Bei Erreichen des Schaltpunkts fährt die Anlage automatisch herunter, da sonst die Gefahr des Überlaufens des Kühlers besteht Berührungslose Übertragung Jeder Kühler wurde mit einem individuell eingestellten Bypass-Niveaustandanzeiger seitlich am Mantel ausgestattet. Ein im Standrohr eingesetzter Zylinderschwimmer mit Dauermagnetsystem überträgt den Flüssigkeitspegel berührungslos auf die außen am Standrohr montierte Magnet-Rollen anzeige mit rot/weißen Stabmagneten. Hierdurch wird am Bypass-Niveaustandanzeiger der Pegel des Behälters ohne Hilfsenergie als rote Säule angezeigt. Am Niveaustandanzeiger wurden vier induktive Schalter zur Erfassung der vier zuvor definierten Schaltpunkte angebracht. Die Volumina der vier definierten Schaltpunkte wurden festgelegt und auf die Magnetschalter an dem Bypass-Niveaustandanzeiger übertragen. Der Bypass-Niveaustandanzeiger und ein pneumatisch angetriebenes Ausschleusventil bilden das Kernstück der automatisierten Kondensatausschleusung. Die SPS steuert die Ausschleusventile der einzelnen Kühler nach ihrer Priorität: Kühler IC1 mit hohem Kondensatanfall und geringstem Betriebsdruck, über Kühler IC2 bis zu Kühler IC3 mit dem höchsten Betriebsdruck und dem wenigsten Kondensatanfall pro Stunde. Durch die langjährige Erfahrung und das Know-how der Funke GmbH konnte diese anspruchsvolle Aufgabe erfolgreich gelöst werden. Notwendig dafür waren eine offene Kommunikation zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer, eine enge Abstimmung zwischen den beteiligten Projektteams und die Bereitschaft beider Seiten, neue Wege zu gehen. Halle 4.0, Stand G24 www.funke.de Kondensatausschleusung mit Niveaustandanzeiger Wir treiben Ihre Motoren an. Optimiert in wenigen Sekunden. Danfoss Frequenzumrichter steuern alle gängigen Motortypen* und optimieren deren Effizienz in Sekunden. So steigern Sie mit unseren VLT® Frequenzumrichtern die Produktivität, Energieeffizienz und Geschwindigkeit in Ihren Anwendungen. * Unterstützt Asynchron-, Permanentmagnetund Synchron-Reluktanzmotoren Weitere Informationen finden Sie unter: www.danfoss.de/vlt Besuchen Sie uns auf der ACHEMA 2015 in Halle 11.1, Stand E25 Erleben Sie die sekundenschnelle Inbetriebnahme für unterschiedliche Motortechnologien live. Danfoss GmbH · VLT Antriebstechnik Telefon: +49 69 8902-0, E-Mail: vlt@danfoss.de

Ausgabe