Gastrocknung mit Hochdruck-Kolbenmembranpumpen

Die Trocknung von Erdgas, das heißt der Entzug von Wasser, ist ein wichtiger Vorgang bei der Erdgasaufbereitung. Zum einen wird dadurch ein gleichbleibender Brennwert des Gases bei der Einspeisung in das öffentliche Gasnetz gewährleistet, zum anderen wird die Bildung von Methanhydraten verhindert. Methanhydrate sind feste und sehr harte Verunreinigungen, die die Armaturen innerhalb der Pipeline beschädigen können. Die Gastrocknung kann mit verschiedenen Verfahren erreicht werden. Im Falle der hier beschriebenen Anlagen wurde die Absorptionstrocknung angewandt.

Absorptionstrocknung mit Glykol
Zur Absorptionstrocknung wird das Erdgas im Absorber mit Triethylenglycol (TEG) in Kontakt gebracht. TEG ist stark hygroskopisch und entzieht dem Gas das Wasser. Der Kontakt geschieht im Gegenstrom, wobei das Gas von unten nach oben durch den Absorber strömt und das Glykol oben eingebracht und unten wieder aus dem Gasstrom ausgeschleust wird.
Das aus dem Absorber ausgeschleuste Glykol wird in der Regeneration wieder aufbereitet. Im Reboiler werden durch Erhitzung das aufgenommene Wasser sowie die Kohlenwasserstoffe aus dem Glykol entfernt. Nach dem Absorptionsvorgang hat das Gas eine Reinheit von 99,99 %. Das TEG wird mithilfe einer Pumpe nach oben in den Absorber gefördert, die somit ein sehr wichtiger Bestandteil der Anlage ist, da die Trocknung nur dann effizient gewährleistet werden kann, wenn das Glycol zuverlässig und präzise gepumpt wird. Aus diesem Grund besitzt jede Anlage eine zweite Pumpe im Standby-Betrieb. Diese springt im Falle der Reparatur oder eines Ausfalls ein. Die Fördermenge des Glycols entspricht der Menge des Gasstroms, die in den einzelnen Gastrocknungsanlagen zwischen 200 und 4.000 l/h variiert. Der Gasdruck liegt zwischen 10 und 30 bar.
Diese stark schwankenden Anforderungen an Fördermenge und Druck bringen die oft in dieser Applikation installierten Kolbenpumpen an ihre Grenzen, da die wenigen vorhandenen Baugrößen nur geringere Schwankungen verarbeiten können. Darüber hinaus sind die Stellflächen dieser Pumpen sehr groß. Dies stellte ein weiteres Problem bei der Planung der Anlagen dar. Zuletzt waren auch der Lärmpegel und die Vibration konventioneller Kolbenpumpen ein Ausschlusskriterium für diesen Pumpentyp.

Vielfältige Anforderungen,
eine Lösung
All diese Kriterien erforderten eine leistungsstarke, zuverlässige Alternative, die mit der Hochdruck-Kolbenmembranpumpe der Produktreihe Hydracell gefunden werden konnte. Die Vorteile dieser Pumpen-Serie sind überzeugend. Hydracell-Pumpen benötigen im Vergleich zu herkömmlichen Kolbenpumpen eine geringere Stellfläche und sind daher sehr energieeffizient. In vielen Fällen amortisiert sich daher die Anschaffung einer solchen Pumpe allein durch die Reduktion der Betriebskosten bereits im ersten Betriebsjahr. Eine Vielzahl der herkömmlichen Pumpen für Förder- und Dosieraufgaben besitzt einen Wirkungsgrad von weniger als 30?%, die Kolbenmembranpumpen haben eine Effizienz von über 80 %. Sie sind daher eine kostengünstige Alternative zu bekannten oszillierenden und rotierenden Pumpensystemen. Der hohe Wirkungsgrad der Pumpen ist der entscheidende Faktor für die niedrigen Lebenszykluskosten. In Kombination mit der präzisen und zuverlässigen Förderleistung und dem reduzierten Lärmpegel waren diese Pumpen die optimale Lösung für die Erdgastrocknungsanlagen von E.M.S..
Die Kolbenmembranpumpen sind dichtungslos und eignen sich daher sehr gut für verschiedenste Applikationen. Geitringdichtungen in Pumpen verschleißen regelmäßig und müssen aufwendig ausgetauscht werden. Die Kolbenmembranpumpen sind daher im Vergleich absolut wartungsarm und verringern die Wartungskosten und Stillstandzeiten im Prozess. Bei einem routinemäßigen Wartungseinsatz an einer älteren Gastrocknungsanlage wurde an den Pumpen keinerlei Verschleiß festgestellt; sie sind bereits seit mehreren Jahren im Einsatz, ohne dass sie überhaupt gewartet oder repariert werden mussten.
Insgesamt wurden nur vier verschiedene Modelle, nämlich G03, G10, G25 und G35, benötigt, um alle erforderlichen Fördermengen in den verschiedenen Anlagen abzudecken. Sämtliche Pumpen können bei bis zu 70 bar fördern. Im Vergleich zu der Stellfläche herkömmlicher Kolbenpumpen für diese Fördermengen, die rund 2 x 2 m beträgt, benötigen Hydracell-Pumpen mit höchstens 1 x 0,3 m nur einen Bruchteil dieser Fläche.

Das Funktionsprinzip
Die Welle (1) wird durch zwei Kegelrollenlager – ein massives Lager an der Motorseite (2) und ein kleineres Lager an der Membranplatte – fest im Pumpengehäuse gehalten. Zwischen den Lagern sitzt eine nicht-rotierende Taumelscheibe (3), die die Drehbewegung der Welle in eine oszillierende Bewegung zum Hydraulik-Kolben umwandelt. Die gesamte Welleneinheit läuft vollständig in einem Tauchbad aus Hydraulik-Öl.
Die Hydraulikkolben (4) werden durch die Taumelbewegung ausgelenkt. Die Kolben werden durch den Rückhub mit Öl gefüllt. Rückschlagventile hindern das Öl beim Druckhub daran, aus den Kolben auszutreten. Das Öl wird beim Druckhub dadurch nur nach vorne in Richtung der Membran-Rückseite (5) gefördert, der dabei entstehende Druck lenkt diese aus. Dieser Druck ist nahezu der gleiche, der an der Mediumseite der Membran ansteht; deshalb kann von einer druckausgeglichenen Membran (5) gesprochen werden.
Beim Rückhub helfen Federn in den Hydraulik-Kolben, die Membran wieder in die Ausgangslage zu bringen. Jede Membran hat eine eigene Membrankammer mit jeweils einem Saug- (6) und Druckventil (7). Wenn sich die Membran im Rückhub befindet, fließt das Medium durch das sich öffnende Saugventil (6) in die Membrankammer. Das Druckventil (7) ist im Saughub geschlossen. Beim Druckhub öffnet das Druckventil, das Saugventil schließt. Dadurch wird die Pumparbeit geleistet.
Da die Membranen radial zueinander versetzt angeordnet sind und die Pumpen mit relativ hohen Drehzahlen arbeiten, überlagern sich die einzelnen Druckhübe zu einem konstanten, nahezu pulsationsfreien Förderstrom, der in den meisten Fällen keinerlei Dämpfung bedarf. In einer typischen Installation sitzt direkt nach der Pumpe ein Überdruck-Ventil (8), das die Pumpe vor Überdruck schützt.

Besondere Bauweise mit vielen
Vorteilen
Die Pumpen erreichen einen sehr hohen Wirkungsgrad von 80 % und sind auf diese Weise besonders energieeffizient. Gleichzeitig ist der Verschleiß an den Membranen sehr gering, da diese druckausgeglichen und zu keiner Zeit einem größeren Differenzdruck als 0,1 ??bar ausgesetzt sind. Die radial zueinander versetzte Anordnung der Membranen und die relativ hohen Drehzahlen führen dazu, dass sich die einzelnen Druckhübe zu einem konstanten, nahezu pulsationsfreien Förderstrom überlagern, der meist keinerlei Dämpfung bedarf.
Die Durchführung der Projekte und der zuverlässige Betrieb sind für E.M.S. ein großer Erfolg für den Pumpenhersteller und haben seitdem zu mehreren Folgeaufträgen geführt. Alle Installationen sind auf Basis der Hydracell-Hochdruck-Kolbenmembranpumpen erfolgt.