Brenner optimal regeln

Alfons Calders

Zeebrugge ist ein wichtiges transnationales Zentrum für den Vertrieb von Erdgas. Aufgrund seiner Kapazität kann es 15 % des Erdgasverbrauchs auf dem westeuropäischen Kontinent bewältigen. Norwegisches und britisches Erdgas wird über Pipelines geliefert, und LNG-Tanker wie die Methania liefern Gas über den vorderen Hafen von Zeebrugge.

Die LNG-Spitzenausgleichsanlage wurde 1978 in Betrieb genommen. Damals befand sich die Anlage am Ende der Gasleitung aus den Niederlanden und ihr alleiniger Zweck war die Vergasung des gelagerten Flüssiggases in Zeiten mit hohem Bedarf und seine Einspeisung ins Netz, um einen konstanten Druck aufrecht zu erhalten. In Zeiten mit geringem Verbrauch wurde Erdgas aus den Pipelines entnommen und für die Lagerung verflüssigt. Heute wird das Erdgas in flüssiger Form per Lkw aus dem Flüssiggas-Terminal geliefert.

Die Spitzenausgleichsanlage besteht aus drei Teilen. Lkw transportieren mit jeder Ladung 41 Nm³ Flüssiggas vom LNG-Terminal im vorderen Hafen von Zeebrugge zum so genannten Einlass. Zweiter Teil ist das LNG-Lager. Es besteht aus zwei oberirdischen Tanks, die für eine Kapazität von 57 250 Nm³ ausgelegt sind. Das Gas wird in flüssigem Zustand bei -162 °C gelagert. Der Verlust durch Verdampfen von Flüssiggas an der Oberfläche wird durch Kompressoren umgeleitet und ins Gasnetz gepumpt.

Dritter Teil der Anlage ist der eigentliche Verdampfer. Steht die Anlage auf Bereitschaft (Tieftemperaturpumpen gekühlt usw.), können die Verdampfer innerhalb von zwölf Stunden Erdgas liefern. Steht die Anlage nicht auf Bereitschaft, dauert es 24 Stunden, bis Gas geliefert werden kann. Das Gasvertriebsnetz mit 3800 km Rohrleitungen (600 oder 1200 mm für 66 und 80 bar) dient als wichtiger Puffer. Falls die Nutzer des Erdgas-Vertriebsnetzes eine Kapazität benötigen, für die die LNG-Spitzenausgleichsanlage aktiviert werden muss, liefert der Puffer in den Leitungen ausreichend Zeit, um die Verdampfer der Anlage einzuschalten, ohne dass ein größerer Druckverlust eintritt.

Die LNG-Spitzenausgleichsanlage verfügt über fünf Verdampfer. Sie bestehen aus einem beheizten Wasserbecken mit 40 000 l und einer durch das Becken hindurch laufenden Gasspirale. Die Gasspirale ist der Wärmetauscher, in dem die Umwandlung des Flüssiggases zu Gas erfolgt. Jeder Verdampfer kann pro Stunde über 80 000 Nm³ Flüssiggas mit -162 °C in Gas mit +2 °C verdampfen. Dieses Erdgas wird danach in die Rohrleitungen gepumpt. Die Energie (pro Verdampfer) zum Verdampfen des Gases wird von zwei Brennern mit einer Kapazität von jeweils 9 MW geliefert. Ihre Abgase blasen durch das Wasserbecken und erwärmen das Wasser, während die Wärmeausbreitung zwischen erwärmtem Wasser und Gasspirale verbessert wird.

Die Brenner werden durch den Luftstrom der Ventilatoren geregelt. Die flämische Umweltvorschrift Vlarem schreibt hier eine Minimierung von CO und NOx vor, wozu eine korrekte Kalibrierung der Verbrennungsluftzufuhr erforderlich ist. Bisher wurde der Luftstrom mithilfe der Druckmessung geregelt. Dieses System beruhte auf dem klassischen Pitot-Rohr, über das der Differenzialdruck gemessen wurde. Die maximale Luftgeschwindigkeit beträgt 60 m/s in einem Rohr mit 400 mm Durchmesser. Der entstehende Überdruck ist auf 235 mbar begrenzt, und der zur Regelung verwendete Differenzialdruck ist nicht höher als 6,5 mbar. Aufgrund eines solch kleinen Messfensters sind genaue Messungen oder Regelungen schwierig. Dies war zu dieser Zeit jedoch das einzige Messprinzip. Bei Fluxys verfolgte man die Entwicklung der Messtechnologie aufmerksam, und die Anlagen wurden innerhalb des finanziellen Rahmens auf dem neuesten Stand gehalten. So wurden beispielsweise Tests mit Ovalradzählern durchgeführt. Diese funktionierten im Sommer sehr gut. Im Winter jedoch neigen diese Messinstrumente zum Einfrieren. Im Jahr 2002 testete Fluxys den Thermatel TA2, der von Magnetrol zur Verfügung gestellt wurde. Das Gerät bestand den Test, und alle Brenner wurden mit diesen Geräten ausgestattet. Der Thermatel TA2 arbeitet mit der thermischen Massedurchflussmessung. Die Entscheidung für den Thermatel TA2 von Magnetrol beruht nicht nur auf guten Erfahrungen mit Material und Hersteller (die Ölreservoirs der Verdampfungskompressoren sind bereits mit Echotel-Ultraschallmessumformern ausgestattet), sondern auch auf technischen Merkmalen wie den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Instrumente (sie sind für einen Bereich von 12 000 bis 19 000 Nm³ ausgelegt und haben eine Turndown-Rate von 100 : 1).

Bei diesem Messverfahren werden zwei RTD-Thermometer (Resistance Temperature Devices) in festgelegtem Abstand voneinander in der Leitung installiert, durch die das Gas fließt. Ein Thermometer misst die Umgebungstemperatur bzw. Gastemperatur, das andere wird auf genau +20 °C über der Prozesstemperatur beheizt. Das beheizte RTD-Thermometer wird durch den Gasfluss abgekühlt, so dass kontinuierlich Wärme zugefügt werden muss. Die Energie, die erforderlich ist, um dieses Delta von +20 °C aufrecht zu erhalten, ist das Maß für den Gasdurchfluss, d. h. den Massedurchfluss, der den Sensor passiert. Der Mikroprozessor im Messinstrument vergleicht die verbrauchte Energie mit einer kalibrierten Kurve und rechnet den Energieverbrauch in den Massedurchfluss um. Diese Messung wird von Vibrationen nicht beeinflusst und ist daher sehr praktisch. Sie ist unabhängig von Druck und Temperatur, da es sich um eine vergleichende Messung handelt. Der TA2-Sensor misst die Prozesstemperatur und kompensiert den Massedurchfluss anhand dieser Temperatur, da die Wärmeübertragung bei verschiedenen Temperaturen unterschiedlich sein kann. Eine Einschränkung dieser Art von Messinstrumenten ist, dass sie nicht auf plötzliche Durchflussänderungen reagieren, denn es dauert eine Weile, bis sich die Temperatur stabilisiert hat. Diese Einschränkung ist bei dieser Anwendung jedoch ohne Bedeutung. Die Massedurchflussmesser sind in Zone 2 installiert. Daher sind die Messinstrumente mit einem Exd-Gehäuse ausgestattet.

cav 435

Massedurchflusstransmitter Thermatel TA2

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