Kein Leckagerisiko und günstiges Saugverhalten

Prozess-Membranpumpen fördern toxische und korrosive Flüssigkeit auf einer Förderplattform

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06.06.2019 Zur Aufbereitung von Erdöl auf Offshore-Förderanlagen wird der Förderstrom zunächst in Öl, Gas und Wasser getrennt. Rohöl und Rohgas enthalten zahlreiche unerwünschte Bestandteile, beispielsweise Schwefelwasserstoff und Chloride, die zum Teil noch auf der Plattform durch einen Kondensationsprozess abgetrennt werden können. Das so abgetrennte Kondensat, ein toxisches und korrosives Gemisch, wird meist noch auf der Plattform über eine Fackel verbrannt.

Entscheider-Facts für Betreiber und Anlagenbauer

  • Prozess-Membranpumpen sind hermetisch dicht und leckagesicher. Nach API 675 zugelassene Pumpen dürfen brennbare, toxische, feststoffbeladene oder hochviskose Flüssigkeiten fördern.
  • Bei dem M9-Pumpenkopf von Lewa verstärkt eine federunterstützte Rückbewegung der Membran den Saughub: Dadurch haben diese Pumpenköpfe ein besonders vorteilhaftes Saugverhalten (niedriger NPSH-Wert).
  • Mithilfe von Berechnungsprogrammen kann der Pumpenhersteller mögliche Rohrleitungsschwingungen durch die pulsierende Betriebsweise der Pumpe simulieren und dabei auf verifizierte Versuchsdaten zurückgreifen.

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Prozess-Membranpumpen können als hermetisch dichte Pumpen den API-675-Standard erfüllen und dürfen dann beispielsweise für das Fördern von Kondensat zu einer Fackel auf einer Förderplatttform eingesetzt werden. Bilder: Shutterstock/Lewa

Die dazu erforderliche Förder- beziehungsweise Pumpentechnik muss eine Gefährdung des Personals und der Umwelt ausschließen. Deshalb ist es beispielsweise erforderlich, dass diese Pumpen hermetisch dicht – also leckagesicher – sind und der Pumpenwerkstoff möglichst beständig gegen Korrosion durch Schwefelverbindungen und auch Chloride ist. Aus technischen Gründen ist außerdem ein niedriger Mindestsaugflanschdruck der Pumpe (NPSH required) bei diesem Fördermedium sehr wichtig, um die Konstruktionskosten niedrig zu halten.

Werkstoffe und Konstruktionsart sind entscheidend

Das Kondensat wird nach seiner Abtrennung in einen angeschlossenen Behälter (Tank) geleitet, von dort mit einer Pumpe zur Fackel gepumpt und verbrannt. Für diese Aufgabe sind Prozess-Membranpumpen sehr gut geeignet: Sie haben keine dynamisch wirkenden Dichtungen und sind deshalb hermetisch dicht. Zudem sind Pumpen mit dynamischen Dichtungen herkömmlicher Bauart meist aus niedriglegierten oder höchstens rostfreien ss316-Stählen gefertigt. Diese Werkstoffe sind anfällig für Korrosion und Rissbildung durch schwefel- und schwefelwasserstoffhaltige Verbindungen, wie sie in dem Kondensat vorhanden sind. Pumpenhersteller wie Lewa verwenden daher abhängig von der Zusammensetzung des jeweiligen Fördermediums entweder Duplex-, Superduplex- oder Nickel-Basiswerkstoffe. Diese Werkstoffe sind resistenter gegen Korrosion und Rissbildung durch schwefel- und schwefelwasserstoffhaltige Verbindungen. Mögliche Leckagen werden so langfristig verhindert; dies sichert auch einen unterbrechungsfreien Betrieb der Ölförderung.

Neben der richtigen Materialwahl hängt der sichere Umgang mit dem Kondensat auch von der Konstruktionsart der Pumpe ab. So ist es von großer Bedeutung, dass es keine bewegten Dichtflächen zwischen dem Fördermedium und der Umgebung gibt, weil diese stets zu einer minimalen, systembedingten Leckage führen. Die häufig eingesetzten API-674-Konstruktionen erfüllen diese Anforderung jedoch nicht, weil Kolben und Packung fluidberührt und deshalb nicht hermetisch dicht sind. Obwohl ein Sperrsystem an der Packung eventuell auftretende Leckagen auffangen kann, verkürzen die häufig im Fördermedium mitgeführten Sand- und Partikelverunreinigungen die Lebensdauer ganz erheblich. Zudem ist diese Pumpentechnik mit Zusatzkosten bei der Installation und Wartung verbunden: So muss das System regelmäßig gewartet und durch zusätzliche Instrumente überwacht werden, um die dauerhafte Funktionsweise sicherzustellen.

Die Prozess-Membranpumpen von Lewa entsprechen dagegen dem API-675-Standard für das prozess-sichere Fördern von brennbaren, toxischen, feststoffbeladenen oder hochviskosen Fluiden. Sie besitzen keine dynamischen Dichtungen mit Relativbewegungen zwischen Dichtung und Dichtfläche. Dadurch ist eine derart systembedingte Leckage des Fluids ausgeschlossen.

Lewa_Bild 3_M9_Pumpenkopf

Die im M9-Membranpumpenkopf integrierte Feder unterstützt durch die Rückbewegung der Membran zusätzlich den Saughub der Pumpe. Aus diesem Grund können solche Pumpen Flüssigkeiten mit bis zu 1 bar ansaugen. Zudem weist diese Pumpenbauart einen geringen Mindestsaugflanschdruck (NPSH required) auf.

Bei dem M9-Pumpenkopf verstärkt eine federunterstützte Rückbewegung der Membran den Saughub: Dadurch haben diese Pumpenköpfe ein besonders vorteilhaftes Saugverhalten (niedriger NPSH-Wert, auch als Haltedruckhöhe bezeichnet): Sie arbeiten bei geringen Saugflanschdrücken kavitationsfrei. Diese Eigenschaft ist zur Förderung von solchen Medien auch in wirtschaftlicher Hinsicht wichtig: In der Regel stehen die Kondensat-Tanks auf derselben Ebene wie die Pumpe, zudem hat das Kondensat einen hohen Dampfdruck.

Ohne den verstärkten Saughub der M9-Pumpenköpfe müsste der Flüssigkeitsdruck am Saugflansch höher sein, das heißt der Tank müsste höher als die Pumpe sein oder die Konstruktion des Tanks selbst müsste geändert werden. Das aber wäre sehr kostenintensiv.

Simulationen zur betriebssicheren Konstruktion des Rohrleitungssystems

Um Membranpumpen und Rohrleitungssysteme aufeinander abzustimmen, ist es sinnvoll, mögliche Schwingungen der Rohrleitung durch die pulsierende Betriebsweise der Pumpe zu simulieren. Mithilfe dieser Pulsationsstudien können – unter Berücksichtigung der Systemkomplexität, der Zylinderzahl der Pumpe sowie der Fluideigenschaften – Empfehlungen zu Pulsationsdämpfern, Resonatoren, Blenden und unter Umständen zusätzlich benötigten Rohrleitungsbefestigungen gegeben werden.

So werden zum Beispiel für die Saugseite Rohrleitungsgrößen für Pulsationsdämpfer und Resonatoren berechnet. Dies erfolgt stets unter Berücksichtigung der Reaktion der Pumpenanlage bei Sicherheitsventil-Ansprechdruck, zeitgleichem Betrieb mehrerer Pumpen und unterschiedlichen Drehzahlen.

Lewa hat als einziger Pumpenhersteller diese Berechnungsprogramme durch Versuche in der Praxis sowie an einem eigenen Prüfstand verifiziert und kann solche Simulationen anbieten. Dieses Know-how ermöglicht die richtige Dimensionierung und Positionierung der Komponenten. So wird die Laufruhe der Anlage und damit ihre langlebige, betriebssichere Funktionsweise sichergestellt. Nachträgliche Änderungen an der Konstruktion werden dadurch ebenfalls vermieden.

Heftausgabe: Juni/2019

Über den Autor

Thomas Neumann, Sales Oil & Gas Solutions, Lewa
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