Gasturbinen sicher betreiben. Ex-geschütztes Kalorimeter kontrolliert Brenngasqualität - prozesstechnik online

Ex-geschütztes Kalorimeter kontrolliert Brenngasqualität

Gasturbinen sicher betreiben

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Liberalisierte Gasmärkte und der verstärkte Einsatz von Prozessgasen als Energieträger bescheren dem Verbraucher immer häufiger schwankende Gasqualitäten. Betreibt er thermisch sensible Prozesse bzw. Brenner, so ist die Überwachung des angelieferten Gases, und bei Bedarf die Konditionierung, ein Muss. Die Verbrennungskalorimeter der Geräteserie CWD2005 bestimmen direkt und kontinuierlich die dafür notwendigen Gasparameter. Ihre Eignung stellen sie beispielsweise auf Bohrinseln unter Beweis.

Autorin Linda Rudolph Produktmanagerin CWD, Union Instruments

Eine sichere Energieversorgung auf offshore-Förderanlagen ist unabdingbar für Förderprozesse und Infrastruktur und ganz besonders für die Sicherheitseinrichtungen. Wenn eine Elektrizitätsversorgung von Land aus Gründen der Entfernung unmöglich ist, werden häufig Gasturbinen und neuerdings auch Windradanlagen eingesetzt. Gasturbinen haben den Vorteil, dass ihr „Brennstoff“ in Form des geförderten Erdgases oder – bei Öl-Plattformen – in Form des sogenannten Begleitgases ständig und direkt vor Ort verfügbar ist. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass der sichere Betrieb von Gasturbinen grundsätzlich eine bestimmte Qualität des Brenngases hinsichtlich seines Energieinhaltes erfordert und dass Turbinen häufig auf einen bestimmten Brennwert des Gases hin konstruiert sind. Eine Abweichung davon kann Flammenstabilität und Zündverhalten beeinflussen, den Wirkungsgrad mindern und zu Klopfen und im Extremfall zur Abschaltung oder Zerstörung der Turbine führen. Angesichts wechselnder Zusammensetzung des direkt aus dem Förderprozess stammenden Gases ist eine Qualitätskontrolle vor der Zuführung zur Turbine unerlässlich.
Kontinuierliche Kalorimetrie
Bei der Brenngasüberwachung für Gasturbinen ist die Kalorimetrie ein eingeführtes und bewährtes Verfahren. Unter den dafür verfügbaren gerätetechnischen Lösungen haben sich die direkt und kontinuierlich arbeitenden Durchfluss-Kalorimeter besonders bewährt. Sie verbrennen kontinuierlich ein definiertes Volumen des Brenngases, erfassen die dabei freigesetzte Energie durch deren Überleitung an einen Wärmeträger und bestimmen dessen Temperaturänderung. Diese ist direkt proportional zu den gesuchten Gasparametern (Wobbe-Index, Heizwert). Der Messwert steht mit sehr kurzer Reaktionszeit für entsprechende Regel- oder Schutzmaßnahmen zur Verfügung. So tragen derartige Kalorimeter entscheidend zum optimalen Turbinenbetrieb und damit zur Sicherheit und Verfügbarkeit der Plattform-Energieversorgung bei.
Solche Verbrennungskalorimeter sind einfach zu handhaben und erfordern eine nur mäßige Investition. Für den Einsatz im Zusammenhang mit Anlagen zur Förderung von Öl und Gas müssen die Geräte natürlich über die entsprechenden Voraussetzungen für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen verfügen.
Geräteserie CWD2005
Die Verbrennungskalorimeter der Geräteserie CWD2005 von Union Instruments bestimmen direkt und kontinuierlich die Gasparameter Heizwert, Wobbe-Index, spezifische Dichte und berechnen die Größen Brennwert, Combustion Air Requirement Index (Cari) und Luftbedarf. Alle brennbaren Gase, unabhängig von der Gaszusammensetzung, können gemessen werden. Zudem ist die Erfassung unbekannter Gasbestandteile möglich, sodass dieses Kalorimeter auch bei rasch wechselnder Gaszusammensetzung eingesetzt werden kann. Besondere Eigenschaften sind die zeit- oder ereignisgesteuerte automatische Kalibrierung, eine hochpräzise akustische Dichtemessung sowie verschiedene Kommunikationsschnittstellen (z. B. Modbus und Profibus).
Der Anwendungsbereich der Kalorimeter umfasst die Stahl- und Eisenindustrie, Glas- und Porzellanherstellung, Chemieindustrie, Öl- und Gasindustrie sowie die Energieversorgung und -erzeugung. Für diese verschiedenen Bereiche bietet Union Instruments verschiedene Gerätevarianten mit unterschiedlichen Messbereichen an. Darüber hinaus stehen speziell Varianten für die eichamtliche Messung (CWD2005 CT) und für den explosionsgefährdeten Bereich (CWD2005 DPC und CWD2005 SPC (Class I, Division 2, Group B, C, D, T4) sowie das CWD2000 Ex (II 2G Ex d IIA T3 Gb)) zur Verfügung.
In ex-geschützter Ausführung
Das System CWD2000 Ex besteht aus einem Verbrennungskalorimeter der CWD-Geräteserie in einer druckfesten Kapselung sowie einer Steuereinheit und einer Heizung mit Montage aller Einheiten in einer Überdruckkapselung. Die EG-Baumusterprüfbescheinigung (BVS 04 Atex E 018 X) belegt die Eignung des CWD2000 Ex für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich (II 2G Ex d IIA T3 Gb). Dies bestätigt die Zulassung nach der Atex-Richtlinie unter Anwendung der Standards:
  • EN 60079:2009 Allgemeine Bestimmung
  • EN 60079:2007 Druckfeste Kapselung
Daher eignet sich das CWD2000 Ex für Aufgaben der Prozesssteuerung und vor allem zur Steuerung von Gasturbinen auf offshore-Bohrinseln. Allgemein umfasst das Einsatzgebiet Erdgas- und Flüssiggasanwendungen. Das gesamte System ist mit Druckreglern, Gas- bzw. Lufteingang und Filter auf einem Montagerahmen installiert. Optional ist das CWD2000 Ex auch in doppelter Ausführung erhältlich, um eine redundante Messung zu ermöglichen.
Branchenspezifische Lösungen
In der Mess- und Automatisierungstechnik und gleichermaßen in der Prozessanalytik ist das Lösungsgeschäft weiter im Vormarsch. Anwender neigen immer mehr zur Beauftragung von Herstellern und Dienstleistern mit Planung, Erstellung und Lieferung von Komplettlösungen mit genauem Zuschnitt auf eine anstehende, individuell spezifizierte Applikation. Dann sind Spezialisten auf Lieferantenseite gefordert, eine komplette Lösung von der Probennahme bis zur Datenverarbeitung einschließlich geeigneter Bauformen für z. B. Installation in ex-gefährdeten Zonen und/oder zur Integration in ein bestehendes Automatisierungssystem zu liefern.
Daher hat Union Instruments in den letzten Jahren zunehmend auch messtechnische Gesamtlösungen für unterschiedliche Branchen entwickelt und erfolgreich zum Einsatz gebracht. Das oben beschriebene System CWD2000 Ex zur Turbinenüberwachung auf Bohrplattformen ist hierfür ein Beispiel. Der modulare Aufbau der Geräteserien CWD und Inca ist dabei ebenso von Vorteil wie das detaillierte Applikationswissen aus verschiedensten Industriebranchen. Besonders leistungsfähige Lösungen können durch Kombination von kalorimetrischer und spektroskopischer Messtechnik entwickelt werden. Das ermöglicht bei der Untersuchung von Brenngasen die Bestimmung von sowohl Wobbe-Index, Heizwert etc. als auch von Methan, CO2, H2S oder höheren Kohlenwasserstoffen wie Alkanen durch ein einziges Gerätesystem.
Halle 11.0, Stand E27
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