Gas effizienter und umwelt freundlicher fördern. TurboCool 1
Den Betrieb von Verdichter stationen wirkungsvoll optimieren In Verdichterstationen am Anfang der Gasförderkette z.b. Wellhead, Gathering und Boosterstationen, kommen Verbrennungsmotoren als Antriebsmaschinen zum Einsatz. Der Lüfter des Kühlsystems ist üblicherweise direkt mit dem Motor gekoppelt und die Motordrehzahl bestimmt die Kühlleistung. Die Voith TurboCool erlaubt es die Drehzahl des Lüfters zu regeln. Eine Anpassung der Kühlleistung an den aktuellen Bedarf ist damit ganz einfach möglich. Diese Flexibilität des Gesamtsystems ist wichtig um die Anlage stets im optimalen Wirkungsgrad betreiben zu können. Bisher ist die Anlagenkühlung auf die maximale Kühlmenge ausgelegt. Es kann nur schlecht auf Änderungen der Eingangsparameter reagiert werden. Dies kann häufi g zu Problemen führen, wie z.b. dem Überkühlen und somit Stillstand des Systems. Die Voith TurboCool Kupplung ermöglicht die Regelung der Kühlleistung in Abhängigkeit der Eingangsparameter. Die Hauptvorteile der TurboCool sind: + Höhere Verfügbarkeit - Vermeidung von Überkühlung / Überhitzung - Keine manuelle Lüftereinstellung nötig + Höhere Produktivität - mehr Gasproduktion, bis zu 0 000 SCFD - geringerer Instandhaltungsaufwand durch Schutz des Antriebsstrangs + Weniger Emissionen - weniger CO 2 Ausstoß, bis zu 500 kg pro Tag - reduziertes Lüftergeräusch Position der TurboCool in einer Verdichterstation Die Kupplung wird an der Hilfs-Antriebswelle (Nebenantrieb) zwischen Lüfter und Motor an geschlossen. 2
TurboCool erfolgreich erprobt WBIP in Baker, Montana (USA) setzt die TurboCool seit Februar 11 erfolgreich ein. Fakten der Anlage: Lage: Williston Basin, Baker, Montana (USA) Temperaturschwankungen von -25 C bis +35 C (-13 F bis +95 F) Abgelegen, besonders im Winter schwer zugänglich Autarke Einheit ohne externe Stromversorgung Kühlleistung wird bisher größtenteils nur manuel eingestellt Bisher häufi ge Stillstandzeiten aufgrund von Überhitzen oder Einfrieren des Kühlkreislaufes Kompressor: Ariel JGK 4 / 3 3stufi g; Schadraumverstellung am Zylinderkopf und zusätzlich an der Drosselregelung Motor: Waukesha 7044 GSI 16 HP Lüfter: Air-X-Changers 132 F2 Ergebnisse der ersten zwei Monate Die Temperatur des Kühlwassers (engine jacket water set point) von über C (176 F) wurde als Regelgröße angenommen und während des Betriebes eingehalten. Die durchschnittliche Kühlerdrehzahl wurde im ersten Monat um 52 % reduziert, im zweiten Monat um 36,5 % der Maximalleistung. In den zwei Monaten hat sich somit eine CO 2 Reduktion von fast 000 Tonnen ergeben. In den zwei Monaten wäre im Durchschnitt eine Mehrleistung von 265 000 SCFD möglich gewesen. Dies entspricht einer Mehreinnahme von 63 0 USD in nur zwei Monaten (berechnet mit 30 Fördertagen / Monat und einem Preis von 4 USD pro tausend SCF). Umgebungstemperatur Umgebungstemperatur [ C] 0 - - [ F] 0 100 1 90 1 1 70 1 100 50 30 0-10 - 0 März April n (Lüfterdrehzahl) [%] Dank der TurboCool konnten wir die Ausfallzeiten unserer Verdichterstation erheblich reduzieren. Das System ermöglicht es uns die Lüfterdrehzahl und somit auch die Kühlleistung auto matisch an die sich häufi g wechselnden Umgebungsbedingungen anzupassen. Dave Linn, Manager Compressor Engineering, WBIP Umgebungstemperatur n (Lüfterdrehzahl) Ø n (Lüfter drehzahl) März Ø n (Lüfter drehzahl) April Temperatur Kühlwasser Regelgröße Kühlwasser 3
Höhere Verfügbarkeit und Produktivität Höhere Anlagenverfügbarkeit Die Drehzahlregelung des Lüfters schützt das System vor Einfrieren und Überhitzung und daraus resultierenden Folgeschäden. Hierdurch wird die Anlagenverfügbarkeit erhöht. Ein ma nuelles Verstellen der Blätter des Lüfters beim Jahreszeiten wechsel entfällt. Die Kühlung wird auch auf kurzfristige und un vor her gesehene Temperaturschwankungen ideal angepasst. Produktion rund um die Uhr Durch die Drehzahlregelung läuft der Lüfter bei niedrigerer Drehzahl (unter dem maximalen Auslegungspunkt) ent sprechend leiser. Die Geräuschemissionen werden somit ver ringert. Der Einsatz der Kompressorstationen in geräuschempfl ind lichen Zonen und der Betrieb bei Nacht ist somit möglich. Schutz des Antriebsstrangs Wie bei jeder hydrodynamischen Kupplungen gibt es bei der TurboCool keine mechanische Verbindung zwischen Antriebsund Abtriebsseite. Die Leistung wird mittels einer Flüssigkeit übertragen, die zudem Drehmomentschwingungen dämpft. Drehmomentspitzen bei Notaus oder Start der Anlage werden aufgefangen und somit der gesamte Antriebsstrang geschützt. Ein Durchrutschen des Riemens wird verhindert, was un vorher gesehene Stillstände der Anlage durch Riemenverschleiß bzw. Riemenriß vermeidet. Energieeinsparung Lüfterleistung [%] 100 75 50 25 2 4 3 1 25 50 75 100 Lüftergeschwindigkeit [%] Lüfter einstellung bei maximaler Um gebungstem peratur Installation 1 2 3 4 Niederlassung Maximale Kühler temperatur Jährliche Durchschnitts temperatur Nötige durch - schnittliche Lüfter - geschwindigkeit Nötige Lüfter leistung Dallas Texas 104 F C 66 F 18.9 C Calgary Alberta 104 F C 39 F 3.9 C Pittsburgh Pennsylvania 104 F C 48 F 8.9 C Gilette Wyoming 104 F C 44 F 6.7 C 58 % 41 % 46 % 44 % % 7 % 10 % 9 % Jährliche Ein sparung % 93 % 90 % 91 % 4
Geringere Emissionen und Betriebskosten Bis zu 93 % Kühlleistung einsparen Derzeit wird die Lüfterleistung auf die im Jahr herschende maximale Umgebungstemperatur ausgelegt. Diese Maximalleistung wird aber nur an wenigen Tagen benötigt. Je nach Umgebung wird somit durch die TurboCool bis zu 93 % der Lüfterleistung eingespart. Was bis zu 3,5 % der gesamten Motor-Leistung ausmacht. Dieses freigewordene Leistungspotential kann eine ent spre chende Mehrförderung und somit erhebliche Mehrerträge ermöglichen. CO 2 Reduktion Durch eine geringere Lüfterdrehzahl ist weniger Last auf dem Motor, er verbraucht weniger Treibstoff und produziert somit weniger CO 2. Die meisten Kompressorstationen sparen so bis zu 3,5 % Treibstoff jährlich und stoßen dabei pro Jahr 182 500 kg CO 2 weniger aus. Geringer Instandhaltungsaufwand Aufgrund der verschließfreien Übertragung der Leistung durch eine Arbeitsfl üssigkeit, ist der Instandhaltungsaufwand bei der TurboCool minimal. Ein Wechsel der Arbeitsfl üssigkeit während der Laufzeit ist nicht erforderlich. Die Kupplung ist auf mindestens 000 Betriebsstunden ohne Wartungs aufwand ausgelegt und schont im Betrieb die Komponenten des Lüfterantriebs. Durch das Verhindern von Einfrieren und Überhitzen werden Folgeschäden vermieden und ein un unter brochener Förderprozess sichergestellt. Reduzierung der Geräuschemissionen Mehrleistung Kühlleistung [%] Umgebungstemperatur [ F] [ C] Auslegungspunkt 100 104 90 90 32 Geräuschniveau 70 50 27 70 21 16 50 10 4 30 30-1 -7 10 10-12 Durchschnitt mit TurboCool Durchschnitt ohne TurboCool Lüftergeschwindigkeit 0 0-18 Jan. März Mai Juli Sept. Nov. Tageshöchsttemperatur Durchschnittliche Kühlleistung Höchste Kühlleistung Durchschnittliche Kühlleistung Eingesparte Kühlleistung 5
Funktion und Integration Mit der Voith TurboCool wird analog zum Füllungsgrad der Kupplung die Ausgangsdrehzahl variiert. Die Veränderung der Füllung erfolgt mittels Druckbeaufschlagung. Die Einstellung des Drucks, und somit der Ausgangsdrehzahl, erfolgt über ein Proportionalventil. In Abhängigkeit der Motorwasser- und Prozessgastemperatur steuert die PLC den Druck und somit die Ausgangsdrehzahl. Ein Druckbereich zwischen 0 und 1 bar (0-15 PSI) reicht zur Regelung aus. Der Regelalgorithmus kann leicht in die bestehende Steuerung eingepfl egt werden und benötigt keine zusätzliche elektrische Energie. Dies ist besonders für abgelegene Installationen ohne externe Stromversorgung ein Vorteil. Die Kühlung der Kupplung erfolgt über einen Platten wärmetauscher, der an den Kühlwasserkreislauf der Gesamtanlage angeschlossen ist. Der Kupplungseinbau erfolgt zwischen Lüfter und Motor an dessen Nebenabtriebswelle. Der Abtrieb erfolgt über eine Vorgelegewelle auf die Lüfterwelle oder direkt mittels Riemenscheibe. Somit ist die TurboCool Kupplung leicht in neue wie auch bestehende Kompressoren integrierbar. Lüfter für Verdichterstationen mit Voith TurboCool Kupplung Lüfter Motor Kühler Drosselregelung (optional) Kompressor TurboCool Kupplung PLC Input Parameter: Umgebungs tempera tur Motorkühlwasser Process-Gas Tem pera tur Entlüftungsleitung 0 bis 1 bar Kontrollmedium kompressiertes Gas / Luft Proportional Ventil 3 / 2 Digitales Signal 6
Grundlagen und technische Daten Hydrodynamische Leistungsübertragung Bei der hydrodynamischen Kupplung wird die eingeleitete mecha nische Leistung über einen Flüssigkeitsstrom über tragen. Dies erfolgt durch zwei sich gegenüberstehende Schaufelräder. Das Primärrad ist mit dem Motor verbunden und wirkt wie eine Pumpe, das Sekundärrad ist mit dem Lüfter verbunden und wirkt wie eine Turbine. Prinzip der Hydrodynamik verschleißfreie Leistungsübertragung kein mechanischer Kraftschluss einfache Einstellung des Übertragungsverhaltens Drehzahl stufenlos regeln Schwingungen und Drehmomentstöße dämpfen millionenfach bewährt und sehr zuverlässig TurboCool Design Leistungsbereich TurboCool d 1 1 a Kühlerleistung [PS] 1 100 b c 1 000 1 0 1 0 1 0 Abmessungen TurboCool Eingangsdrehzahl [min -1 ] Typ Einheit a b c d 435 mm 834 7 6 646,5 inch 32,83 30,70 26,77 25,45 Optimaler Leistungsbereich Kontaktieren Sie Voith 7
cr411de, aik, 06.13, 0. Maße und Darstellungen unverbindlich. Änderungen vorbehalten. Voith Turbo GmbH & Co. KG Voithstr. 1 74564 Crailsheim, Germany Tel. +49 7951 32-9 Fax +49 7951 32-4 startup.components@voith.com voith.de / turbocool