Wo Ausfall keine Option ist

Verdrängerpumpen für schwierige Förderaufgaben

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09.03.2017 Der weltweite Hunger nach Öl und Gas ist ungebrochen, Förderfirmen streben daher nach immer höheren Erträgen und erschließen zunehmend auch schwierige Quellen wie Schweröle mit extrem hohen Feststoffanteil.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Auch wenn die Preise eingebrochen sind, ist der Bedarf an Öl und Gas weiterhin vorhanden. Das führt dazu, dass vermehrt auch schwierig zu erschließende Felder in den Fokus der Unternehmen kommen.
  • Diese stellen Betreiber vor Herausforderungen: Das geförderte Erdöl ist durch eingebundene Stoffe wie Sand stark abrasiv, was sich negativ auf die Lebensdauer eingesetzter Pumpen auswirkt.
  • Dazu kommt, dass es in den häufig abgelegenen Ölfeldern besonders schwierig ist, zeitnah Ersatzteile zu erhalten und sich Stillstandzeiten im Reparaturfall deutlich verlängern.

Bild: Netzsch Pumps & Systems

Gerade in abgelegenen Gegenden ist ein Pumpenausfall besonders kritisch. Denn Ersatzteile sind hier schwer zu bekommen. Bild: Bild: artfocus – Fotolia

 

Exzenterschnecken-Pumpen ermöglichen auch bei abrasiven und korrosiven Gemischen stabile Förderraten; unabhängig von der Konsistenz. Bild: Netzsch Pumps & Systems

Exzenterschnecken-Pumpen ermöglichen auch bei abrasiven und korrosiven Gemischen stabile Förderraten; unabhängig von der Konsistenz.
Bild: Netzsch Pumps & Systems

Schraubenspindelpumpen ermöglichen eine komplette Leerung von Tanks auch bei höher viskosen Medien. Bild: Netzsch Pumps & Systems

Schraubenspindelpumpen ermöglichen eine komplette Leerung von Tanks auch bei höher viskosen Medien. Bild: Netzsch Pumps & Systems

Multiphasenpumpen ermöglichen den Transport von Öl-Gemischen mit schwankenden und selbst sehr hohen Gas-, Wasser- oder Sandanteilen. Netzsch Pumps & Systems

Multiphasenpumpen ermöglichen den Transport von Öl-Gemischen mit schwankenden und selbst sehr hohen Gas-, Wasser- oder Sandanteilen. Netzsch Pumps & Systems

Methan aus Kohleflözen oder hoch viskoses Öl mit über 10.000 mPas sind heute bereits wirtschaftlich interessant, allerdings ebenso kompliziert zu gewinnen wie Öl-Sand-Gemische aus der sudanesischen Wüste. Um unter derartigen Voraussetzungen eine effiziente Produktion aufbauen zu können, müssen vor allem die Förderanlagen auf die Medien und die Umgebungsbedingungen abgestimmt sein. Daher hat Netzsch Pumpen & Systeme spezialisierte Verdrängerpumpen für die verschiedenen Einsatzgebiete entwickelt. Die Robustheit dieser Technologie kommt – ebenso wie ihre Unempfindlichkeit gegenüber der Medium-Zusammensetzung – auch im Mid- und Downstream-Bereich zum Tragen, speziell dort, wo Öle mit hohen Anteilen anderer Stoffe zu transportieren sind.

Werkstoff-Auswahl Schlüssel zur Langlebigkeit

Für den reibungslosen Transport der entsprechenden Medien – meist abrasive und korrosive Gemische aus Öl, Gas, Sand und Wasser – kommen häufig Exzenterschnecken-Pumpen zum Einsatz, die unabhängig von der Konsistenz stabile Förderraten ermöglichen. Die verwendeten Metall- und Elastomer-Werkstoffe wählt der Pumpenhersteller bei allen Bauformen gemäß der zu erwartenden Betriebsbedingungen aus, um die Abnutzung durch das Medium gering zu halten und gleichzeitig optimale Förderbedingungen zu schaffen. Die Robustheit ist umso entscheidender, als heute eine steigende Zahl an Ölfeldern in entlegenen Regionen erschlossen wird, wodurch jegliche Reparatur und Ersatzteilbeschaffung mit hohem Aufwand verbunden ist. Zu betrachten sind bei der Auslegung unter anderem die Temperatur und die Dichte, aber auch die Anteile an Wasser, Erdgas oder Schwefelwasserstoff. Dadurch erhöht sich nicht nur die Leistung der Anlagen, sondern Anwender profitieren auch von verbesserter Standzeit und langen Wartungsintervallen.

Multiphasenpumpenfür Öl-Wasser-Sand-Gas-Gemische

Herkömmliche Fördersysteme geraten bei schwankenden Konsistenzen schnell an ihre Grenzen. Die Folge sind Förderabrisse, Druckverlust und Materialschäden. Deshalb müssen Betreiber zum Teil an jedem Bohrloch eines Feldes kostspielige Separatoren errichten. Der Pumpenhersteller hat eine Multiphasenpumpe genau für dieses Einsatzgebiet entwickelt. Diese bewältigt Gemische von Öl, Wasser und Gas mit Sandanteilen und erreicht dabei Förderraten bis 1.000 m³/h. Durch die geringen Scherkräfte und der niedrigen Pulsation kommt es beim Transport kaum zu Emulsionseffekten, sodass sich auch komplexe Medien über weite Strecken zu Sammelstellen führen lassen. Dort können sie in zentralen, deutlich weniger Separatoren getrennt werden, was die Infrastrukturkosten für das gesamte Feld erheblich reduziert. Zum Einsatz kommt diese Methode unter anderem im Palogue-Ölfeld im südlichen Sudan. Das Öl-Gas-Verhältnis (GOR) beträgt über 80 % mit 50 SCFD pro Barrel vermischt mit Sand. Um dennoch rationell fördern zu können, installierte der Betreiber 20 Multiphasenpumpen, die den Ertrag von jeweils bis zu 24 Bohrlöchern zum nächstgelegenen Separator leiten – einige davon über 15 km weit. Zum Schutz vor der Sonnenstrahlung, die die Oberfläche bis auf 70 °C aufheizen kann, und vor den mitunter heftigen Regenfällen wurden die Pumpen mit Dächern ausgestattet und auf erhöhte Rahmen montiert. Außerdem verbaute das Unternehmen besonders robuste Gelenke, um die Laufzeiten zu erhöhen. Neben der Multiphasen-Anwendung setzt der Anwender die Pumpen auch zum Langstreckentransport gereinigten Öls, zum Einspritzen von Schmiermitteln oder zum Einpressen von Hilfsstoffen in der Sekundär- und Tertiärförderung ein. Hier ist es möglich, Drücke bis 250 bar zu erzielen. Ebenso kommen die Exzenterschnecken-Pumpen als Transferpumpen mit einer volumetrischen Genauigkeit von ± 1 % zum Einsatz. Des Weiteren werden sie zum Leeren von Tanks oder Ölsümpfen verwendet. Dabei ist es möglich, die Pumpen vertikal bis zu 12 m tief zu installieren. So geschieht es beispielsweise auf den Shengli-Ölfeldern, wo eigens eine zusätzliche Auffangkonstruktion entwickelt wurde, die eventuell austretendes Öl sicher und ohne Verstopfungsgefahr über zwei Stahlröhren ableitet.

Drehkolbentechnik für hohe Volumina auf engem Raum

Neben der Exzenterschnecken-Technologie umfasst das Portfolio des Anbieters auch eine Serie von Drehkolbenpumpen: Die Besonderheit der selbstansaugenden ventillosen Verdrängerpumpe ist ihr Synchronisationsgetriebe mit Riementrieb, das im Gegensatz zu gängigen Gleichlaufgetrieben äußerst widerstandsfähig ist und sich leicht warten lässt. Ein beidseitig verzahnter Riemen überträgt die Kraft vom Motor auf die beiden Drehkolben und synchronisiert diese gleichzeitig. Die Stärke dieser Drehkolbenpumpe im Bereich Öl & Gas ist vor allem ihre Kompaktheit, Reversibilität und Feststoffverträglichkeit. Sollte tatsächlich ein nicht förderbarer Festkörper den Pumpenraum blockieren, ist nach Entfernen weniger Schrauben der Pumpenraum frei für Wartungsarbeiten oder zur Reinigung zugänglich. Die Förderrichtung der Pumpe kann der Anwender problemlos umkehren, sodass er beispielsweise dieselbe Anlage sowohl zum Befüllen wie zum Entleeren nutzen kann. Die mögliche Förderrate reicht über die verschiedenen Baugrößen von 3 bis über 900 m³/h. Zudem ist es möglich, die Pumpe in beliebiger Ausrichtung zu installieren, da der Motor direkt über dem Pumpenraum angebracht wurde. Dies war beispielsweise bei einer Anwendung in der Ex-Zone 1 einer eng konzipierten Aufbereitungseinheit, in welche die Pumpe direkt eingebunden wurde, essentiell. Sie sichert dort den Zulauf des geförderten Öl-Sand-Gemischs mit einer kinematischen Viskosität von 30 bis 35 mm²/s und einer Temperatur von 60 °C zu einem Separator, der Restsand und Wasser abscheidet.

Wirkungsgrad unabhängig von der Viskosität

Für den Öl-Sektor von besonderer Bedeutung ist jedoch – mehr noch als die Effizienz – die Flexibilität der Verdrängerpumpen hinsichtlich der Viskosität des Fördergutes. Während Kreiselpumpen feste Betriebspunkte haben und sich ihr Wirkungsgrad mit steigender Viskosität stark verschlechtert, arbeiten auch Notos-Schraubenspindel-Pumpen aufgrund ihres Verdrängerprinzips über das gesamte Viskositätsspektrum bis hin zu 50.000 cSt mit hohen Wirkungsgraden. Dieses Förderverfahren basiert auf dem Zusammenspiel der Spindeln mit dem Gehäuse, aus dem sich Förderkammern ergeben, in denen das Medium druckstabil und kontinuierlich von der Saug- zur Druckseite bewegt wird – beinahe unabhängig von Konsistenz oder Viskosität. Die Fördermenge bestimmen die Rotationsgeschwindigkeit, der Schraubendurchmesser und die Gewindesteigung. Sie ist somit direkt proportional zur Drehzahl und lässt sich über diese variabel einstellen. Mehr noch: Pumpendrehzahl und Viskosität des Mediums beeinflussen den NPSHr-Wert, der über das Ansaugverhalten entscheidet. Durch die Regulierbarkeit der Pumpen lassen sich hier je nach Gegebenheiten die geeigneten, niedrigen Werte einstellen, um ein störungsfreies Ansaugen und somit beispielsweise eine vollständige Tankentleerung selbst bei zähflüssigen Erdöl-Derivaten zu ermöglichen. Dies nutzt ein Betreiber in einem brasilianischen Terminal zum Transfer von Polyolen: Das vielseitige Öl-Produkt, das unter anderem in der Kunststoff- und Aromenherstellung, aber auch als Basis für Zuckerersatzstoffe zum Einsatz kommt, weist hier eine Viskosität bis 3.000 cSt auf. Dennoch lässt es sich aufgrund der speziellen Technologie der verwendeten 3NS-Pumpen bei normalen Umgebungstemperaturen von 25 bis 28 °C mit 50 m³/h fördern, ohne nennenswerte Reste im Speicherbehälter zu hinterlassen.

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Heftausgabe: März 2017

Über den Autor

Uli Eibl, Head of Business Field Oil & Gas Mid-/Downstream, Netzsch Pumps & Systems
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