Elliotts neuer Pipeline-Kompressor 140TCH

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Von Klaus Brun und Todd Omatick

Kompressoren werden in Erdgasleitungen eingebaut, um Gas mit seinem Betriebsdruck in die Leitung einzuspritzen und es dann in bestimmten Abständen entlang der Leitung erneut zu komprimieren, um seinen viskosen Druckabfall auszugleichen. Typische Betriebsdrücke für Rohrleitungen reichen von mehreren hundert psi bis etwa 1500 psi (103 bar) für Standardrohrdurchmesser, die von einigen Zoll bis über 60 Zoll (1524 mm) reichen. Allein in den Vereinigten Staaten sind derzeit mehr als 7.000 Kompressoren in Erdgaspipeline-Komprimierungsdiensten in mehr als 2,6 Millionen Meilen (4,1 Millionen km) Pipelines installiert. Bei etwa 25 % dieser Kompressoren handelt es sich um alte, langsamlaufende, integrierte Kolbenmaschinen, die ursprünglich zwischen 1940 und 1970 installiert wurden und daher technisch veraltet und größtenteils veraltet sind.

Die wachsende Nachfrage nach Erdgas, die durch zunehmende Exporte von Flüssigerdgas (LNG), neue/aufgetankte fossile Kraftwerke und einen steigenden Inlandsverbrauch getrieben wird, hat die Notwendigkeit ausgelöst, die Kompressionskapazität der nordamerikanischen Pipelines schnell zu erhöhen, sowohl durch die Installation neuer Einheiten als auch durch die Installation neuer Einheiten der Austausch älterer Aggregate mit geringer Leistung durch moderne Aggregate mit höherer Leistung. Gleichzeitig verlangen Umweltvorschriften die Reduzierung von Kohlenstoffemissionen und Gaslecks aus dem Pipelinebetrieb, was dazu geführt hat, dass Elektromotoren als Antrieb für Pipelinekompressoren bevorzugt gegenüber Gasmotoren oder Turbinen eingesetzt werden.

Die meisten Zentrifugalkompressoren, die derzeit in Pipelines installiert werden, wurden ursprünglich von Prozessgaskompressoren im Barrel-Beam-Stil abgeleitet. Bei dieser Konstruktion ist eine lange, mehrstufige Laufradwelle auf Lagern montiert und an beiden Enden des Gehäuses abgedichtet, und ein Ausgleichskolben und ein Drucklager werden verwendet, um die axiale Bewegung der Welle zu begrenzen. Diese Konstruktion entstand aus klassischen Kühl-, Raffinerie- und chemischen Prozesskompressoren, die ursprünglich für die Bewältigung hoher Druckverhältnisse und einer Vielzahl unterschiedlicher Gase bei hohen Drücken gedacht waren.

Dieser Konstruktionsstil ist jedoch für den einfachen Pipeline-Betrieb nicht optimal, da die Druckverhältnisse relativ niedrig und die Gaszusammensetzung ziemlich konstant sind, die Betriebsbedingungen jedoch stark schwanken und der Kompressor über lange Zeiträume ohne geplante oder erzwungene Ausfälle laufen muss. Da Pipeline-Betreiber traditionell den Einsatz von Gasturbinenantrieben bevorzugen, sind die meisten aktuellen Pipeline-Kompressorkonstruktionen außerdem geschwindigkeitsangepasst, um eine optimale Leistung bei hohen Gasturbinengeschwindigkeiten statt bei niedrigeren Geschwindigkeiten von Elektromotoren zu bieten. Der Antrieb von Radialkompressoren mit Elektromotoren erfordert in den meisten Pipeline-Anwendungen den Einsatz eines Getriebes.

Der neue 140TCH-Pipelinekompressor von Elliott behebt einige dieser Mängel mit Funktionen, die speziell für den Betrieb von Erdgaspipelines entwickelt wurden. Es ist außerdem darauf ausgelegt, die Anzahl der Komponenten zu minimieren.

Der 140TCH von Elliott ist ein ein- oder zweistufiges, fliegendes Design mit einem axialen Einlass, der von einem Elektromotor ohne Getriebe angetrieben wird (Abbildung 2). Dieser Konstruktionsansatz führt zu einer höheren Effizienz, einer geringeren Leckage durch eine einzelne Trockengasdichtung und der Vermeidung eines Ausgleichskolbens. Der 140TCH verfügt über einen direkt angeschlossenen VFD-Motor (Variable Frequency Drive) und eine Standard-Aufstellfläche sowie eine individuelle Aerodynamik für optimale Effizienz und längere Betriebszeiten zwischen geplanten Überholungen. Die getriebelose Konfiguration sorgt für einen kleineren Platzbedarf, einen geringeren Schmierölbedarf und einen höheren Nettowirkungsgrad. Der hochtourige, VFD-betriebene Motor reduziert die Kohlendioxid- (CO2) und NOx-Emissionen im Vergleich zu einem Gasturbinenantrieb erheblich. Der VFD behebt Probleme im Stromnetz und ermöglicht einen anpassbaren Betrieb entsprechend den Last-/Kapazitätsanforderungen. Das Single-Lift-Plug-and-Play-Design des Pipeline-Kompressors umfasst Hilfsgeräte wie Schmieröl, eine Puffergastafel und integrierte, kundenspezifische Steuerungen. Rohrleitungen und Kabel sind im Lieferumfang enthalten. Der Pipelinekompressor Elliott 140TCH ist in Größen von 10.000 bis 42.000 PS (7.460 bis 31.332 kW) für die gesamte Bandbreite von Gastransportanwendungen erhältlich.

Der 140TCH ist für die meisten modernen, mittelgroßen und großen Pipeline-Komprimierungsanwendungen konzipiert. Die Laufrad-Aerodynamik basiert auf der EDGE-Technologie von Elliott. Mit dem axialen Einlass und dem flexiblen oder anpassbaren aerodynamischen Design können Wirkungsgrade von mehr als 85 % erzielt werden. Der Kompressor mit Direktantrieb und einem Elektromotor mit variabler Drehzahl bietet einen großen Betriebsbereich, einschließlich eines effizienten Turndown-Betriebs. Mit drei Standardrahmengrößen, 15 MW, 25 MW und 35 MW, ist der Radialkompressor für Anwendungen bis zu 7000 MMscf/d (198 × 106 m3/d) mit einem Druckverhältnis von 1,15 bis 1,8 ausgelegt.

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