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Kolbenkompressor

Umbau einer Kolbenkompressor-Anlage

 

Wenn sich die Betriebsbedingungen von Kolbenkompressoren ändern, bietet ein Umbau die Möglichkeit, diese an die neuen Spezifikationen anzupassen. Kürzlich hat NEA einen Verdichter in einer osteuropäischen Raffinerie modernisiert, um die neuen Anforderungen zu erfüllen.

Aufgrund neuer oder erweiterter Prozessanforderungen fragen Kunden nach Kompressoranpassungen. Kolbenkompressoren sind maßgeschneiderte Maschinen, die für festgelegte Betriebsbedingungen und Langlebigkeit ausgelegt sind. Neue Entwicklungen und Anforderungen oder Produktspezifikationen erfordern jedoch veränderte Betriebsbedingungen oder technische Verbesserungen. Daher möchten die Betreiber ihre Kompressoranlagen umbauen oder modernisieren, um sie an die neuen Prozessbedingungen oder Leistung anzupassen, wie etwa in dem folgenden Beispiel.

Im Jahr 2003 lieferte NEA eine Kolbenkompressoranlage der Größe 2SZL320H an eine Raffinerie in Osteuropa zur Entschwefelung. Die Anlage komprimiert Wasserstoff von 28 bar Saug- auf 85 bar Förderdruck. Der Kolbenkompressor ist zweikurbelig, horizontal, zweistufig, doppeltwirkend, geschmiert und hat 530 kN zulässige Stangenlast.

Ein starr gekuppelter E-Motor mit einer Nennleistung von 1.700 kW treibt den Verdichter an. Die ursprüngliche Liefermenge betrug rund 33.000 Nm³/h bei einer Saugtemperatur von -5°C. Der NEA Lieferumfang des gesamten Verdichters beinhaltete die Pulsationsdämpfer, den Kühler und Abscheider der Zwischenstufe bis hin zum Sicherheitsventil der letzten Stufe. Nach nur fünf Jahren erfolgreichen Betriebs stieg der Bedarf an Wasserstoff aufgrund der Vorgaben für schwefelarme Brennstoffe um ca. 15%.

Überprüfung von Kompressor und Zubehör

Zunächst wird der vorhandene Kolbenverdichter entsprechend den originalen Betriebsverhältnissen bzw. aufgenommenen Betriebsparametern neu berechnet. Dies erfolgt mit dem NEAAuslegungstool KO³ (Kompressor-Optimierung Version 3). Damit werden mechanische und leistungsbezogene Schwierigkeiten ausgeschlossen. Anschließend erfolgt eine Berechnung anhand der neuen Betriebsbedingungen.

Der erste Schritt ist eine Vorabprüfung, um festzustellen, ob der Verdichter überhaupt an die neuen Betriebsbedingungen angepasst werden kann. Dabei muss sowohl die Modifikation des Kompressors selbst als auch die der umgebenden Zubehörteile berücksichtigt werden. Nach positiver Vorabprüfung folgt eine genaue Prüfung des Verdichterumbaus in Form einer Engineeringstudie.

Im Fall der osteuropäischen Raffinerie war die Schlussfolgerung: Eine neue Kurbelwelle mit größerem Hub würde die Forderungen des Kunden innerhalb der zulässigen Verdichtergrenzen erfüllen. Kolben und Kolbenstange mussten wegen der Lauflänge der vorhandenen Zylinder ausgetauscht werden. Die Zylinder blieben hingegen unverändert; somit konnte die gesamte Anordnung der Anlage beibehalten werden.

Mit Hilfe des Auslegungstools KO³ werden mehrere Kompressoreigenschaften überprüft, einschließlich Ventildesign, mechanische Eigenschaften, Lagerbelastung und Kurbelwellenfestigkeit. Jeder Kompressorumbau erfordert zudem die Überprüfung der Belastbarkeit aller Zubehörteile.

Gemäß der derzeitigen Rechtslage in Europa, müssen bei „wesentlichen Änderungen“ die Maschinenrichtlinie (CE) und ATEX-Bestimmungen befolgt werden. Abhängig von der Art der Änderung sind die Installation eines Umbaus und der Betrieb einer modifizierten Anlage nur in Verbindung mit einer gültigen Original Equipment Manufacturer (OEM) Erklärung erlaubt.

Risikoanalyse und Produktsicherheit

Für Kolbenkompressoren hat die NEA GROUP eine Zündgefahrenanalyse und Risikobewertung entwickelt. Hat nach dem Umbau eine „wesentliche‟ Änderung stattgefunden, wird diese Bewertung durchgeführt und die erforderlichen Maßnahmen angezeigt.

Wie bei neuen Verdichteranlagen muss bei größeren Umbauten oder Änderungen der vorgeschriebene Produktprozess befolgt werden. Dies bezieht sich auf die Verfahren aller festgelegten Qualitätskontroll-Anweisungen für die Machbarkeitsstudie, die Risikobewertung der Konstruktion und der Fertigung.

Aufgrund der Tatsache, dass viele Kolbenkompressoren seit Jahrzehnten laufen und auch noch weitere Jahrzehnte laufen werden, ist die Modernisierung eine gute Möglichkeit, um sie an aktuelle technische Spezifikationen und Prozessbedingungen anzupassen. Mit der richtigen technischen Unterstützung durch einen Kompressor OEM kann der Kolbenverdichter für den Langzeitbetrieb und sich ändernde Anforderungen angepasst und optimiert werden.

Das intensive Engineering im Vorfeld macht sich bezahlt, denn auf diese Weise wird stets die technisch sicherste und wirtschaftlich sinnvollste Lösung gefunden. Das war auch bei der osteuropäischen Raffinerie der Fall. Der Kunde war sehr zufrieden mit dem Ergebnis. Die Lieferung erfolgte termingerecht und der Umbau auf der Baustelle wurde innerhalb von nur drei Wochen umgesetzt.