Tankentleerung per Express

Raffinerie nutzt Schraubenspindeln zur Rohöl-Entladung

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13.06.2019 Zeit ist beim Entladen ein wichtiger Faktor – wie bei allem in der Ölindustrie. Für eine große unabhängige Raffineriegesellschaft in Nordamerika, die günstiges Rohöl per Zug von Westkanada zum Firmenstandort an der Westküste transportiert, hatte das effiziente Entleeren der Tankwaggons bei deren Ankunft daher eine hohe Priorität.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Die Entladegeschwindigkeit von Kesselwagen mit Rohöl an einer Raffinerie ist ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor.
  • Die vorgestellte Lösung mit drehzahlgeregelten Zweispindel-Schraubenpumpen ermöglicht energieeffizientes und zügiges Entladen.
  • Die Entleerungsanlage ist gleichzeitig auf die Ex-Schutz-Anforderungen beim Umgang mit Schweröl sowie auf hohe Energieeffizienz ausgelegt.

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Beim Entleeren von Rohöl-transportierenden Tankwagen kommt es auf die Zeit an. Bilder: Circor

Das Unternehmen betreibt an dem Standort, an dem das Schweröl verarbeitetet und auch schwefelhaltiges Rohöl verkokt wird, über ein eigenes Entladegleis.

Schneller Entladen mit weniger Energie

Das Überschreiten festgelegter Zeiten kann finanzielle Konsequenzen nach sich ziehen, etwa Standgelder oder Gebühren, die ein Eisenbahnunternehmen erhebt, wenn Güter nicht innerhalb des vereinbarten Zeitfensters entladen werden. Zudem müssen Rohöl befördernde Züge nach Vorschriften der US-Behörde PHMSA (Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration) Höchstgeschwindigkeiten von 50 mph bzw. 40 mph bei der Durchfahrt definierter hochgefährdeter Stadtgebiete einhalten, sofern nicht alle Tankwagen die erhöhten Konstruktionsstandards erfüllen. In der Praxis bedeutet dies, dass Züge mit 20 Waggons im Rahmen der Sicherheitspraktiken so zügig wie möglich entladen werden müssen.

Bei einer Höhe der Waggons von rund 3 m und einem Fassungsvermögen von fast 115 m3 (30.000 Gallonen) sind die ersten 95 m3 einfach zu entladen. Für die verbleibenden 20 m3 Gallonen am Tankboden ist jedoch komplexe Prozesstechnik notwendig, um so viel Rohstoff wie möglich zu entnehmen. Die ankommenden Rohöl-Güterzüge haben – durch technische Weiterentwicklung und steigende Komplexität – gegebenenfalls heute nicht die gleichen Charakteristika wie im nächsten Monat. Gut funktionierende Raffinerien passen darum ihre Rohstoffversorgung an den Markt an, was eine gewisse Flexibilität bei den Entladeverfahren erfordert. Wo heute schweres, schwefelhaltiges kanadisches Rohöl entladen wird, kann morgen, leichtes, süßes Bakken-Rohöl durch die Leitungen strömen. Diese Variabilität effizient zu handhaben, ist von großer Bedeutung.

In früheren Jahren nutzte diese Raffinerie Verfahren mit Dampfeinspritzung und Stickstoffüberlagerung, und setzte hierfür eine nicht drehzahlgeregelte, zweispindelige Circor GTS Schraubenspindelpumpe zum Entladen des Rohöls ein. Der Betrieb dieses Dampfeinspritz-Systems erfordert immense Energiemengen, und ohne Drehzahlregelung ließ sich die Pumpe nicht auf veränderliche Druckbedingungen im Entladeprozess einstellen. Es bedurfte einer anderen Methode, und der Prozess der Lösungsfindung musste schnell abgeschlossen werden.

Flexible, zweispindelige Schraubenspindelpumpe

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Hochleistungs-Waggonentladung mit drei parallel laufenden Pumpen.

Nach sorgfältiger Prüfung reichte der Hersteller Circor ein erstes Angebot für die Houttuin Pumpe mit beschleunigter Lieferoption ein – geschätzte vier Wochen schneller als bei normaler Vorlaufzeit. Im Laufe des darauffolgenden Monats wurden die Spezifikationen in enger Zusammenarbeit mit den technischen Spezialisten des Pumpenanbieters in deren Fertigungsanlage in Warren, Massachusetts, noch zweimal verändert, um das Systemdesign zu optimieren. Die wichtigsten Konstruktionsziele waren der Wegfall der Dampfeinspritzung und die begrenzte Stickstoffinertisierung in den Waggons, die am weitesten von der Auspumpstation für Schweröl entfernt standen. Eine einschränkende Anforderung an die Konstruktion war, dass auch leichte Rohöle entladen werden mussten. Der Ausgleich zwischen dem erforderlichen Netto-Eingangsdruck (Net Positive Suction Head, NPSH) für kanadisches Schweröl und den Herausforderungen des höheren Flüssigdampfdrucks für leichteres, flüchtigeres Bakken-Rohöl brachte das endgültige Planungsergebnis hervor.

Der Kunde orderte zwei zweispindelige

Houttuin-300.350-Karbonstahl-Pumpenskids mit integriertem Dampfmantel, 900-PS-Motoren und zugehörigen Zwangsschmiersystemen für Temperaturen bis 95 °C. Das Design ist für Viskositäten von 50 bis 200 cSt ausgelegt und verfügt über eine Drehzahlregelung für eine NPSH-Spanne von ca. 0,18 bis 0,24 bar. Die zweispindelige Pumpe ist eine selbstansaugende Verdrängerpumpe, die ursprünglich für die strengen Anforderungen der niederländischen Kohleindustrie entworfen wurde. Ihre komplexen Förderschrauben sind an die extrem hohen Toleranzen angepasst, die für die Einsatzbedingungen der Pumpen notwendig sind.

Aufgrund der speziellen Spindelprofile, bei denen zwei Paare gegenläufiger Spindeln Flüssigkeiten effizient ins Zentrum der Pumpe fördern, wo sich die Ausgangsöffnung befindet, wird die Flüssigkeit effizient und mit sehr geringem Rückfluss gefördert; daneben verfügt die Pumpe über gute Ansaugeigenschaften. Die erzeugten hydraulischen Kräfte sind gegenläufig und gleich, so dass der Rotor axial hydraulisch ausbalanciert ist und der Verschleiß von Metallteilen über die Lebensdauer der Pumpe gering bleibt.

Bessere Entladegeschwindigkeiten und Standzeiten

Die Pumpenanlage für die Raffinerie wurde 26 Wochen nach Vorlage der abschließend genehmigten Zeichnungen betriebsbereit ausgeliefert. Neben der Lieferzeit erfreute den Betreiber auch die Möglichkeit, mit dieser Lösung den Energieverbrauch zu optimieren. Ebenso ließen sich hohe Entladegeschwindigkeiten und reguläre Standgelder halten. Seit der ersten Inbetriebnahme im Juli 2014 haben die Pumpenleistung und die Entladegeschwindigkeiten in vielen Fällen die Erwartungen übertroffen und die Produktionslaufzeiten um bis zu 35 % gesenkt. Der Wirkungsgrad ist konstant geblieben, es gab keine Meldungen über Ausfälle oder verringerten Durchsatz aufgrund internen Verschleißes.

Neben der verringerten Entlade- bzw. Umschlagzeit für Zugeinheiten wurde die Pumpenanlage auch so konzipiert, dass eine bessere Kontrolle und Regelung der Unterstützungssysteme für Heizen und Abdecken der Ladung in den Waggons möglich ist. Die flexibler geregelten Versorgungssysteme senken somit Durchlaufzeiten und Kosten. Die Flexibilität in der Auslegung der Pumpenanlage für eine Vielzahl an Rohstoffpositionen ermöglicht der Raffiniere, sich auf veränderliche Marktbedingungen einzustellen, und noch viele Jahre von schienenbeförderten kanadischen Schiefer- und Schwerölen zu profitieren.

Über den Autor

Jason Tomei, Produktmanager, Circor
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