Förderung korrosiver und toxischer Kondensatgemische

Prozessmembranpumpen minimieren Leckagerisiko

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Neben Sand- und Wasserablagerungen enthalten sowohl Rohöl als auch Rohgas eine Vielzahl an unbrauchbaren Bestandteilen wie Schwefelwasserstoff und Chlorid. Nach der Abtrennung aus dem Förderstrom wird das toxische, korrosive Restgemisch entweder an Land zur Entsorgung übergeben oder mittels Prozessmembranpumpen in die Gasfackel der Offshore-Installation geleitet, wo es verbrannt wird. Die hierfür eingesetzten Pumpenanlagen müssen korrosionsbeständig und leckagefrei sein.

Die weltweite Erdölförderung steigt nach Angaben der Internationalen Energie Agentur (IEA) kontinuierlich an. Wurden 1990 noch knapp 3,1 Mio. t Rohöl zu Tage gebracht, waren es im Jahr 2006 bereits 4 Mio. t. Im Moment liegt die Fördermenge auf einem Allzeithoch von über 4,5 Mio. t – eine Tendenz, die sich laut IEA ähnlich auch in der Erdgas-Branche beobachten lässt: Dort vervierfachte sich die Förderung innerhalb von knapp 50 Jahren auf einen Rekordwert von 3,6 Mio. t. Das geförderte Rohöl und -gas enthält neben Kohlenwasserstoffen auch Verunreinigungen wie Wasser- und Sandablagerungen sowie zahlreiche nicht verwertbare Stoffe. Hierzu zählen unter anderem Chloride und Schwefelwasserstoffe, die nicht wirtschaftlich weiterverwendet werden können.

Resistente Pumpenmaterialien

Während der Aufspaltung des Förderstroms in Erdöl, Erdgas und Wasser werden unerwünschten Anteile abgetrennt. Die gereinigten Rohstoffe werden anschließend über Pipelines oder Schiffe zur Weiterverarbeitung transportiert, wohingegen die abgetrennten Stoffe in einen angeschlossenen Behälter fließen, da sie sich andernfalls in den Reaktoren anreichern würden und somit weniger Volumen für die Auftrennung der Rohstoffe zur Verfügung stünde. Von diesem Behälter aus wird das giftige Gemisch durch den Einsatz geeigneter Pumpenanlagen in die auf der Förderanlage befindliche Fackel weitergeleitet und dort verfeuert.

Um während der Förderung eine Gefährdung für Personal und Umwelt ausschließen zu können, ist der Einsatz hermetisch dichter Membrantechnik essenziell. Mit dynamischen Dichtungen ausgestattete Pumpen, die meist aus niedriglegierten oder rostfreien 316-Stählen gefertigt sind, können diese Anforderungen nicht erfüllt werden. Die Materialien sind anfällig für schwefelwasserstoffinduzierte Korrosion und chlorinduzierte Rissbildung. Lewa verwendet daher für die Prozessmembranpumpen abhängig von der jeweiligen Fluidzusammensetzung Duplex, Superduplex oder Nickelbasiswerkstoffe, die resistenter sind.

Optimiertes Saugverhalten

Neben der richtigen Materialwahl hängt ein sicheres Fluidhandling auch von einer geeigneten Konstruktionsart der Pumpe ab. So ist es von großer Bedeutung, dass keine bewegten Dichtflächen zwischen Fluid und Umgebung vorhanden sind, da diese stets zu einer minimalen, systembedingten Leckage führen. Die häufig eingesetzten API674-Konstruktionen erfüllen diese Anforderung allerdings nicht, da Kolben und Packung fluidberührt und deshalb nicht hermetisch dicht sind. Obwohl ein Sperrsystem an der Packung eventuell auftretende Leckagen auffangen kann, verkürzen die häufigen Sand- und Partikelverunreinigungen der Flüssigkeit die Lebensdauer. Zudem ist diese Lösung mit Zusatzkosten bei Installation und Wartung verbunden.

Pumpen-Konstruktionen von Lewa entsprechen dagegen dem API675-Standard für prozesssicheres Fördern von brennbaren, toxischen, feststoffbeladenen oder hoch viskosen Fluiden und besitzen keine dynamischen Dichtungen mit Relativbewegungen zwischen Dichtung und Dichtfläche. Dadurch ist eine systembedingte Leckage des Fluids ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil ist der M9-Pumpenkopf, der durch die federunterstützte Rückbewegung der Membran den Saughub verstärkt: Dank dieser Konstruktion haben die M9-Pumpenköpfe ein spezielles Saugverhalten und können auch bei geringen Saugflanschdrücken kavitationsfrei arbeiten. Diese Eigenschaft ist zur Förderung von Kondensat unerlässlich, weil die Tanks in der Regel auf derselben Ebene wie die Pumpe stehen und die Fluide einen hohen Dampfdruck haben.

Ohne das optimierte Saugverhalten der Lewa-M9-Pumpenköpfe müsste zur Erhöhung des Saugflanschdrucks die Position des Tanks oder die Konstruktion des Tanks selbst geändert werden. Im beschriebenen Anwendungsfall kommen Triplex-Pumpen bis zur Baugröße G3G sowie alle Baugrößen der Ecoflow-Serie jeweils in Verbindung mit einem M900-Pumpenkopf zum Einsatz. Dies ermöglicht einen maximalen Förderdruck von 500 bar beziehungsweise ein Förderstrommaximum von 6m3/h pro Pumpenkopf. Die Triebwerke können dabei in einem Temperaturbereich von -20 bis +150 °C betrieben werden. In vereinzelten Anwendungen können diese Einsatzgrenzen durch konstruktive Veränderungen an den Pumpen auch überschritten werden.

Pulsationsstudien inhouse

Um die Prozessmembranpumpen und das anlagenseitige Rohrleitungssystem optimal aufeinander abzustimmen, ist es zudem sinnvoll, die Reaktionen der Rohrleitung auf die pulsierende Anregung der Pumpe zu berechnen. Mittels sogenannter Pulsationsstudien können hierbei – unter Berücksichtigung der Systemkomplexität, der Zylinderzahl der Pumpe sowie der Fluideigenschaften – Empfehlungen zu Pulsationsdämpfern, Resonatoren, Blenden und unter Umständen zusätzlich benötigten Befestigungen gegeben werden. So werden zum Beispiel für die Saugseite Rohrleitungsgrößen für Pulsationsdämpfer und Resonatoren berechnet. Dies erfolgt stets unter Berücksichtigung der Reaktion der Pumpenanlage bei Sicherheitsventilansprechdruck, zeitgleichem Betrieb mehrerer Pumpen und unterschiedlichen Drehzahlen. Lewa hat diese Berechnungsprogramme durch Versuche in der Praxis sowie im hausinternen Prüfstand verifiziert und bietet entsprechende Simulationen inhouse an.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0919lewa


Autor: Thomas Neumann

Sales Oil & Gas Solutions,

Lewa


Kurz & Bündig: pumpen für Kondensatanwendungen

Für den Bereich der Öl- und Gasförderung bietet Lewa in erster Linie Prozessmembranpumpen der Kompaktbaureihe Triplex und der modularen Baureihe Ecoflow an. Die Pumpen sind nach API 675 ausgeführt und mit spezifischen Sicherheitskomponenten wie der PTFE-Sandwichmembran und dem patentierten Membranschutzsystem ausgerüstet.

Durch die kompakte Monoblock-Bauweise sind die Triplex-Pumpen außerordentlich platz- und gewichtssparend. Kennzeichnend sind darüber hinaus die hohe Laufruhe und ein schwingungsarmer Betrieb, die durch den gleichmäßigen Exzenterversatz erreicht werden. Sich überlagernde Teilförderströme garantieren so eine weitgehend pulsationsarme Fluidförderung. Die Pumpen der Ecoflow-Serie zeichnen sich durch ihre flexibel kombinierbaren Einzelsegmente der verschiedenen Baugrößen aus, wodurch eine Vielzahl an Anwendungsvorgaben realisiert werden können. Mit einem Regelbereich von 1:100 und der exakten Förderstromeinstellung mittels Hublänge und Drehzahl sind sie besonders für Gemischregelungen sowie sehr variable Förderströme geeignet und können sowohl Förder- als auch Dosieraufgaben bewältigen.




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