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Zurück in den Tank

Hochwertige Druckmesstechnik unterstützt Rückverflüssigungssystem für Erdgas
Zurück in den Tank

Wurde in früheren Zeiten das ausgegaste Methan auf Erdgastankern zum Antrieb des Schiffes benutzt, abgefackelt oder einfach in die Atmosphäre abgelassen, wird das Boil-Off-Gas heute rückgekühlt und wieder dem Gastank zugeführt. Atlas Copco und Hamworthy sind Pioniere der Gasrückverflüssigung und statten derzeit insgesamt 31 Tanker mit ihrer Technik und zuverlässigen Druckmessumformern aus.

Hans-A. Redemann

Verflüssigtes Erdgas wird heute in immer größeren Einheiten vom Erzeuger zum Verbraucher transportiert. Im Gegensatz zu Propan oder Butan , das unter einen Druck von etwa 8 bar gesetzt wird, um Flüssiggas (LPG) zu erhalten, wird Erdgas, das zu mehr als 90 % aus Methan besteht, bei einer Temperatur von -163 °C zu LNG (Liquefied Natural Gas) verflüssigt. Ein Liter LNG verdampft unter atmosphärischem Druck zu etwa 600 l Gas. Daher ist der Transport in flüssiger Form die wirtschaftlichste Möglichkeit. Neben den zurzeit vorherrschenden Tankern mit einer Kapazität von bis zu 150 000 m3 sind Schiffe mit bis zu 250 000 m3 Tankkapazität im Bau. Dabei lösen Membransysteme die bisher vorherrschenden Kugeltanks ab, da sie im direkten Vergleich etwa 8 % mehr verflüssigtes Gas aufnehmen können. Beim Befüllen eines Schiffes wird das flüssige Methan (LNG) mit einer Temperatur von -163 °C in die Tanks gepumpt. Damit die Temperaturdifferenz zwischen dem Tank und dem zu befüllenden LNG nicht zu groß ist, wird beim normalen Entladen immer noch ein kleiner Teil LNG zum Temperaturerhalt im Tank belassen. Trotzdem ist die in den Tanks herrschende Temperatur beim Befüllen oberhalb der Kondensierungstemperatur von Methan. Durch die höhere Temperatur im Tank, und die dadurch verursachte Volumenzunahme durch Verdunstung des LNG zu Methangas, wird ein Teil davon an Land zurückgeführt. Die Tanks sind mit verschiedenen Materialien, z. B. Balsaholz, Industrieschaum, Perlite, isoliert, um die Ausgasung möglichst gering zu halten. Auch der Invar-Stahl selbst, aus dem die Membran besteht, ist im Vergleich zu normalem Stahl ein hervorragender Isolator. Doch selbst modernste Isoliertechnik reicht nicht aus, um das mindestens -163 °C kalte Gas bei Umgebungstemperaturen von -10 bis 50 °C flüssig zu halten. Pro Tag verdampfen 0,1 bis 0,15 % des LNG, das ergibt bei einem Tanker mit einer Kapazität von etwa 200 000 m3 Flüssiggas eine Menge Boil-Off-Gas (BOG) in der Größenordnung von 6 t/h. Während dieses Gas in früheren Jahren zur Erzeugung des Dampfes für den Antrieb der Schiffsturbinen benutzt wurde, ist dies heute nicht mehr wirtschaftlich. Bordeigene Rückverflüssigungssysteme sorgen dafür, dass es wieder in den Transporttank zurückgeführt wird. Die ersten beiden Tanker mit dieser Ausrüstung benutzten Systeme von Atlas Copco und Hamworthy.
Temperaturen unter -163 °C
Ein Reliquifikationssystem besteht aus zwei Kreisläufen, dem BOG-Kreislauf und dem Kühlkreislauf, beide mit einer ausgefeilten Mess- und Regeltechnik. In jedem Kreislauf sind zehn Yokogawa-Druckmessgeräte vom Typ EJA eingesetzt. Der BOG-Kreislauf besteht aus zwei redundanten BOG-Verdichtern, einer in Betrieb, der andere in Stand by, und der Kühlbox. Er beginnt am Verdichter, der das Boil-off-Gas aus dem Membrantank absaugt und anschließend auf drei bis fünf bar verdichtet. Mit diesem Druck wird das Gas in die Kühlbox geleitet, in der es durch Wärmeübertrager so weit abgekühlt wird. Die so erhaltene Flüssigkeit wird wieder in den Frachttank gepumpt. Im Kühlkreislauf liefert der Compander (Kompressor und Expansionsturbine auf einem Getriebe) die Temperatur von -164 °C, die zur Verflüssigung benötigt wird. In drei Stufen verdichtet der Compander den Stickstoff von 12 bar auf 60 bar. Die hierbei entstehende Wärme wird mittels Gaskühler hinter jeder Stufe auf etwa 40 °C herabgekühlt. In der Expansionsturbine entspannt der Stickstoff von 60 auf 12 bar, wodurch dem Gas Bewegungsenergie entzogen wird. Dadurch kühlt der Stickstoff ab und wird der Kühlbox zugeführt, in der Wärmeübertrager den BOG-Kreislauf abkühlen und das Gas verflüssigen. Die durch die Entspannung entstandene Energie wird dem Getriebe als Antriebsleistung zur Verfügung gestellt.
Hohe Zuverlässigkeit gefordert
Sowohl Kühlkreislauf als auch BOG-Kreislauf sind exzessiv mit Messgeräten bestückt. Die 20 EJA-Druckmessumformer messen die Drücke an unterschiedlichen Punkten. Besonderen Wert legt der Kunde, eine Werft in Korea, auf vorkalibrierte Geräte. Da sie weitab von Stützpunkten der Lieferanten und Ersatzteillagern auf Schiffen eingesetzt werden, ist eine hohe Zuverlässigkeit und weitgehende Wartungsfreiheit sehr wichtig. Die EJA-Druckmessgeräte messen im Kompressor und im Compander den Öldruck, damit die Wellen in ihren Lagern nicht ohne Schmierung drehen. Ein niedriger Öldruck wird dem Bedienpersonal als Alarm angezeigt, bei zu niedrigem Druck schaltet der gesamte Kompressor automatisch ab. Weiterhin überwachen sie, dass weder Prozessgas in das Getriebe des Kompressors noch Öl in den Prozess einströmt. Hierzu wird die Sperrgasmenge gemessen, die die Dichtungen durchströmt. Dadurch wird nicht nur das Getriebe frei von Methan gehalten, der etwa 20 °C warme Stickstoff dient auch dazu, die Dichtungen davor zu schützen, dass sie durch die niedrigen Temperaturen des BOG zerstört werden.
Besonders wichtige Differenzdruckmessungen befinden sich am zweistufigen BOG-Verdichter, der das BOG auf 3 bis 5 bar komprimiert. An jeder der zwei Kompressorstufen befindet sich eine Messung. Bei den Kompressoren wird mit einer Pumpgrenzmengenregelung rechtzeitig ein Bypassventil geöffnet, das die überschüssige Menge vom Ausgang des Kompressors zum Eingang zurückführt und dadurch die Austrittsmenge erhöht. Hierzu wird bei der Inbetriebnahme des Kompressors die Pumpgrenze in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Menge ermittelt. Mithilfe dieser eingemessenen Pumpgrenze wird über eine mathematische Funktion die Menge berechnet, die über das Bypassventil zurückgeführt werden muss. Falls die Regelung nicht greift und es tatsächlich zu einem Pumpen kommt, werden die Pumpstöße über den Pumpschutz gezählt. Ein Pumpstoß macht sich als kurzzeitiger Differenzdruckeinbruch über der Stufe bemerkbar. Zusätzlich wird über eine Staudrucksonde am Eingang die Strömungsgeschwindigkeit gemessen und über den bekannten Rohrdurchmesser, den Druck und die Temperatur die Menge errechnet. Dies dient zur Information für den Betreiber über die aktuell im Kompressorkreis geförderte BOG-Menge. Besonders zur Regelung und zum Pumpschutz werden an die Transmitter sehr hohe Anforderungen an Verarbeitungszeit und Reaktionszeit auch bei kleinsten Signaländerungen gestellt.
cav 477

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