Bekämpfung flüchtiger Emissionen

Eine sorgfältige Prüfung der Kompressorkomponenten, einschließlich der Dichtungssysteme, ist unerlässlich, um Leckagen zu erkennen. (Burckhardt-Kompressor)

Einführung

Kolbengaskompressoren finden in vielen Anwendungen Verwendung und ihre Betreiber fordern höchste Zuverlässigkeit . Ungeplante Ausfallzeiten, die einen Produktionsstopp verursachen, können erhebliche finanzielle Kosten für das Unternehmen nach sich ziehen. Daher setzen die meisten Betreiber auf ein proaktives Wartungsprogramm, um einen zuverlässigen Betrieb ihrer Kompressoren zwischen den Generalüberholungen zu gewährleisten.

Gleichzeitig gewinnt Nachhaltigkeit zunehmend an Bedeutung, und alle wichtigen Anlagen müssen ihren Beitrag zur Reduzierung ihres CO₂-Fußabdrucks und ihres Ressourcenverbrauchs leisten. In einer Welt, in der zahlreiche Gase in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen, spielen Kompressoren eine entscheidende Rolle und müssen ihren Beitrag zur Prozesssicherheit und Nachhaltigkeit leisten.

Daher stellen flüchtige Emissionen von Gaskompressoren ein erhebliches Problem für Betreiber dar, sowohl im Hinblick auf Nachhaltigkeit als auch auf Betriebseffizienz. Obwohl Leckagen keine unmittelbaren Probleme oder ungeplante Ausfallzeiten verursachen, sollten sie so früh wie möglich behoben werden.

Aktuelle Praxis

Industriegaskompressoren werden weltweit in zahlreichen Upstream-, Midstream- und Downstream-Anwendungen eingesetzt, um die Effizienz vieler Prozesse zu steigern . Gasverluste sind bis zu einem gewissen Grad unvermeidbar; das Ziel moderner Betreiber ist es jedoch, diese so gering wie möglich zu halten und die Nachhaltigkeit des Prozesses zu optimieren.

In vielen Fällen wird austretendes Gas aufgefangen und zu einer Fackel geleitet, wo es ohne Energiegewinnung verbrannt wird. Dies ist nicht nur verschwenderisch, sondern verursacht auch CO₂-Emissionen, die sich durch verbesserte Arbeitsmethoden reduzieren ließen. Tatsächlich verbieten viele Länder das Abfackeln von Gas im Rahmen ihrer Bemühungen um mehr Nachhaltigkeit. Einige Raffinerien werden sogar mit Infrarotkameras überwacht, um das Abfackeln von Gas zu erkennen. Verstöße gegen Umweltgesetze würden erhebliche Geldstrafen nach sich ziehen.

Identifizierung von Dichtungsproblemen

Obwohl ein Gasaustritt den Prozess nicht sofort unterbricht, verschlimmert er sich mit der Zeit und kann weitere Probleme wie einen Anstieg der Betriebstemperaturen verursachen. Dies kann zu Effizienz- und Zuverlässigkeitsproblemen führen, weshalb eine frühzeitige Behebung des Problems unerlässlich ist. Der Schlüssel zu einer effektiven Lösung liegt in der ganzheitlichen Betrachtung des gesamten Dichtungssystems.

Burckhardt Compression bietet Vor-Ort-Service sowie moderne Prüfgeräte. (Bild: Burckhardt Compression)

Während des Kompressionsprozesses tritt der größte Teil der Leckage an der Kolbenstangendichtung auf, was für den Bediener oberste Priorität haben sollte. Die Behebung dieses Problems und die Implementierung eines proaktiven Wartungsprogramms gewährleisten nicht nur die Einhaltung der lokalen Umweltauflagen, sondern führen auch zu einem zuverlässigeren und kostengünstigeren Kompressor.

Die Dichtheit dieser Dichtungen hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Ringkonstruktion, das Material und die Oberflächenbeschaffenheit der Kolbenstange. Bei Hubkolbenkompressoren lassen sich erhöhte Verschleißraten und damit verbundene Dichtungsleckagen durch Messung des Gasleckstroms oder durch Feststellung einer Änderung der Leckgastemperatur ermitteln.

Festlegung des Maßstabs

Bei Inspektionen können Techniker Gaslecksuchgeräte oder „Schnüffler“ einsetzen, um Leckagen an Stellen wie Zylinderdeckeln, Ventildeckeln und anderen statischen Dichtungen des Kompressors aufzuspüren. Das Ausmaß des Problems in einer Anlage zu ermitteln, ist keine einfache Aufgabe; präzise Werte lassen sich nur durch direkte Leckagemessungen erzielen.

Eine genauere Erfassung von Gasleckagen lässt sich durch die Sammlung von Gas über Leckageleitungen erreichen, wodurch präzise Daten zum Ausmaß des Problems gewonnen werden können. Durchflussmesser in den Rohrleitungen, die das Gas zum Fackelkamin leiten, liefern sehr genaue Daten zur Gasleckage.

Das Ausmaß eines Leckageproblems hängt vom Dichtungssystem ab, das aus vielen Elementen besteht. Die Konstruktion dieser Systeme wird durch das jeweilige Gas bestimmt. So lassen sich Dichtungen für Gase mit größeren Molekülen wie Methan einfacher realisieren als ein System für Wasserstoff, das kleinste und leichteste Molekül der Erde. Burckhardt Compression verfügt über umfangreiche Erfahrung und Erfolge im Umgang mit Industriegasen und der Entwicklung langlebiger Dichtungssysteme für diese Kompressoren.

Bei ungeschmierten Kompressoren bestehen einige erhebliche Herausforderungen hinsichtlich der Abdichtung, aber Burckhardt Compression bietet je nach Anwendung eine Reihe von Lösungen an.

In einem Beispiel hatte ein Kunde bei einem einstufigen, ungeschmierten Kompressor eine Leckrate von 7 Nm³/h gemessen. Nach Prüfung der bestehenden Konstruktion erwies sich die Umrüstung der Dreiring-Kolbendichtungen auf eine Vierring-Konstruktion mit zusätzlichem Stützring als beste Lösung, wobei die verwendeten Materialien unverändert blieben. Das Ergebnis war eine deutliche Reduzierung der Leckrate auf durchschnittlich 1,2 Nm³/h, selbst nach 7.600 Betriebsstunden.

Modellierung der Lösungen

Aktuell ist es sehr schwierig, genaue Daten zu Gasleckagen zu erhalten und die durch den Austausch von Teilen erzielbaren Verbesserungen allein auf Basis von Modellierungen präzise vorherzusagen. Dies liegt unter anderem an der Vielzahl der Faktoren, die die Dichtungsleckage beeinflussen. Es ist jedoch möglich, reduzierte Leckagen und eine verbesserte Zuverlässigkeit anhand von Praxisbeispielen nachzuweisen – und genau hier ist Burckhardt Compression führend.

In einem Fall wies ein trockenlaufender Kompressor, der mit 90 % Wasserstoff und 10 % Methan betrieben wurde, eine sehr hohe Leckagerate auf, da die Packung die im Wartungsplan vorgeschriebene Mindestlebensdauer von 4.000 Stunden nicht erreichte. Burckhardt Compression schlug eine firmeneigene Lösung vor, die mehrteilige Dichtungsringe aus Persisto 850 umfasste. Diese wurden vom hauseigenen Expertenteam des Herstellers entwickelt. Dadurch konnte die Gasleckage der Packung deutlich reduziert und eine Mindestlebensdauer von 8.000 Stunden erreicht werden.

Kern jeder erfolgreichen Lösung sind jahrelange Erfahrung und Expertise, die in die Entwicklung neuer Komponenten und verbesserter Konstruktionen einfließen. Unterstützt wird dies nun durch Analysetools, die dank eines individuell anpassbaren Bewertungsprogramms die Leistung jedes Kompressors optimieren können.

Herausforderungen der Branche

Globale Ziele zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und des CO₂-Fußabdrucks der Industrie im Allgemeinen haben zu verstärkten Gesetzen auf nationaler und internationaler Ebene geführt. Die Globale Partnerschaft zur Reduzierung des Abfackelns von Erdgas umfasst internationale Ölkonzerne, nationale und regionale Regierungen sowie internationale Institutionen. Eine Initiative zur vollständigen Beendigung des routinemäßigen Abfackelns von Erdgas bis 2030 wurde 2015 von der Weltbank und den Vereinten Nationen ins Leben gerufen und von verschiedenen großen Energieunternehmen und nationalen Regierungen unterstützt.

Dies bedeutet konkret, dass neue Anlagen das Abfackeln von Gas außerhalb von Notfällen vermeiden müssen, während bestehende Anlagen dies bis 2030 vollständig einstellen müssen. Bei Kompressoren optimiert die Minimierung von Leckagen die Leistung und erhöht Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit . Je nach Anwendung und Größe des Gasprozesses gibt es jedoch viele verschiedene Kompressorkonstruktionen , die von zahlreichen Erstausrüstern (OEMs) angeboten werden.

Bei der Suche nach technischem Support wendet man sich üblicherweise zuerst an den Originalhersteller (OEM). Die Antworten können jedoch je nach Alter des Kompressors und den Möglichkeiten des Herstellers, lokalen Support anzubieten, variieren. Burckhardt Compression verfügt nicht nur über jahrzehntelange Erfahrung mit Kompressoren zahlreicher OEMs , sondern bietet auch persönliche Unterstützung sowie individuelle Live-Beratung mithilfe modernster Ausrüstung.

Daten sind König

Wie bei jeder wichtigen Anlage sind Prozessdaten unerlässlich, um wichtige Betriebskennwerte zu ermitteln. Die Menge der von Gaskompressoren verfügbaren Informationen schwankt stark, abhängig vom Bediener.

In Situationen, in denen nur wenige Daten verfügbar sind, können im Rahmen der Leistungsanalyse zusätzliche Sensoren und Datenerfassungsgeräte temporär installiert werden, um die aktuellen Betriebsbedingungen zu ermitteln. Die neuen Daten ermöglichen zukünftig die Untersuchung und unterstützen einen weiterhin effizienten Betrieb.

Prozessdaten sind unerlässlich, um Probleme im laufenden Betrieb zu identifizieren. Analysen können Probleme aufzeigen, die bisher unbemerkt blieben und sich im Laufe der Zeit verschärft haben. Dieselben Daten ermöglichen auch Vergleiche zwischen den Zeiträumen vor und nach der Implementierung von technischen Änderungen, um den Grad der Verbesserung zu ermitteln.

Veränderungsmanagement

Die Erfassung von Basisdaten für einen Kompressor ist der erste Schritt zur Identifizierung von Problemen. Dadurch lassen sich die Ziele des Modernisierungsprojekts festlegen und die optimale Vorgehensweise zu deren Erreichung bestimmen. Dies ist besonders wichtig für Industriekompressoren, die für einen jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt sind. Im Laufe dieser Zeit können sich jedoch Anwendungen ändern, Prozessparameter angepasst und die umliegende Infrastruktur erneuert werden.

Darüber hinaus nimmt die Kompressoreffizienz nach jahrelangem Betrieb ohne größere Gegenmaßnahmen ab. Dies wirkt sich unmittelbar auf die Energieeffizienz und die Betriebskosten aus, doch ohne sorgfältige Analyse der Betriebsdaten können diese Erkenntnisse verloren gehen.

Eine gründliche Analyse sollte etwaige Schwachstellen aufdecken, Energiesparpotenziale und Möglichkeiten zur Reduzierung von Gasemissionen aufzeigen sowie eine Prozessüberprüfung zur Identifizierung von Optimierungspotenzialen bei Dichtung und Schmierung durchführen. Dabei sollten die Ziele des Betreibers berücksichtigt und ein umfassender Lösungsvorschlag erarbeitet werden. Burckhardt Compression realisiert dies alles mit dem Programm BC ACTIVATE .

Maßgeschneiderte Lösungen

Jede Anwendung ist anders, daher gibt es keine Universallösung für alle Geräte. Durch die individuelle Bewertung jedes Kompressors und die Entwicklung eines maßgeschneiderten Optimierungspakets lässt sich die optimale Leistung der jeweiligen Maschine erzielen.

Das BC ACTIVATE-Programm bietet eine strukturierte Bewertung für jeden Kolbenkompressor. Mithilfe fortschrittlicher Messtechniken und Datenanalyse werden potenzielle Probleme identifiziert und so Effizienz, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit verbessert. Die Expertise der Originalhersteller und jahrzehntelange Erfahrung fließen in einen umfassenden Bewertungsprozess ein, der Schwachstellen, Gaslecks, übermäßige Vibrationen und einen hohen Energieverbrauch aufdeckt.

Die sorgfältige Prüfung vorhandener Daten, eine gründliche Inspektion und die Erfassung zusätzlicher Prozessdaten ermöglichen ein umfassendes Bild der Anlage. Das BC ACTIVATE-Programm identifiziert Probleme und bietet eine strukturierte, anwendungsspezifische Lösung. Die Lösungen reichen von der Optimierung des Dichtungsmaterials über Anpassungen der Ausrichtung und Geometrie bis hin zu umfassenden Kompressormodernisierungen, einschließlich des Primärantriebs und neuer Zylinder.

Die unmittelbaren Erfolge zeigen sich in der Verringerung von Gasleckagen , was sich direkt auf die Nachhaltigkeit und die betriebliche Effizienz auswirkt. Längerfristig werden sich verbesserte Zuverlässigkeit und Energieeffizienz bemerkbar machen, was zu einem geringeren CO₂-Fußabdruck und niedrigeren Betriebskosten führt.

Zukünftige Überlegungen

Da die nationalen Regierungen dem Thema Nachhaltigkeit zunehmend Aufmerksamkeit schenken, könnte es durchaus so weit kommen, dass Betreiber verpflichtet werden, Nachweise über die von ihnen umgesetzten Maßnahmen zur Emissionsreduzierung vorzulegen. Wie bereits erwähnt, sind Daten unerlässlich, und die Fähigkeit, Verbesserungen aufzuzeigen, eine gesteigerte Effizienz sowie eine optimierte Leistung nachzuweisen, wird von großer Bedeutung sein.

Das Aufkommen des industriellen Metaverse , der Einsatz modernster Kommunikationstechnologien und Entwicklungsprozesse bieten hervorragende Möglichkeiten zur Optimierung der Anlagenleistung. Der Übergang von einem präventiven zu einem vorausschauenden Wartungsmodell trägt zudem zu mehr Nachhaltigkeit und Langlebigkeit bei.

Auch Geräte, die vor 20 oder 30 Jahren hergestellt wurden, bieten durch moderne Materialien und Datenerfassungsgeräte viele Vorteile. Der größere Informationsumfang ermöglicht die schnelle Erkennung und Behebung von Problemen, was zu höherer Zuverlässigkeit und besserer Gesamtleistung führt.

Schlussfolgerungen

Der verstärkte Fokus auf unternehmerische Nachhaltigkeit erfordert von Unternehmen, jeden Aspekt ihrer Geschäftstätigkeit zu überprüfen und Verbesserungspotenziale zu identifizieren. Emissions- und Abfallreduzierung, Senkung des Energieverbrauchs und Optimierung der Maschinenleistung tragen alle dazu bei, den gesamten CO₂-Fußabdruck zu minimieren.

Um aktuelle Probleme anzugehen und auf neue Gesetze hinzuarbeiten, ist eine sorgfältige Planung und Umsetzung einer Reihe von Maßnahmen deutlich kosteneffizienter als ein überstürztes Vorgehen unter Zeitdruck. Durch einen kombinierten Ansatz zur Verbesserung von Zuverlässigkeit und Leistung lassen sich Betriebskosten senken und gleichzeitig Nachhaltigkeitsziele fördern.

Die Einführung neuer Materialien oder verbesserter Bauteilkonstruktionen kann Zeit in Anspruch nehmen. Durch eine sorgfältige Planung und die Betrachtung des Gesamtprojekts lassen sich jedoch erhebliche Einsparungen erzielen und Arbeiten während geplanter Stillstände durchführen. Die Wahl eines Wartungspartners mit OEM-Expertise und Erfahrung mit allen anderen Kompressormarken ist der erste Schritt. Der Einsatz modernster Technologien und fortschrittlicher Analyseverfahren ermöglicht die Erstellung detaillierter Vorschläge für einen optimierten Kompressor , der einen maximalen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit leistet.