Oil Industry: Flare Stack

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Über 40 Untertage-Gasspeicher mit einer Kapazität von knapp 20 Milliarden Kubikmetern gibt es in Deutschland. Um möglichst platzsparend zu lagern, wird das Gas auf bis zu 250 bar verdichtet. Mit ständigen Druck- und Differenzdruckmessungen überwachen und steuern die Speicherbetreiber die Anlagen. An verschiedenen Messstellen geben Impulsleitungen den statischen Druck des Gases an ein Messgerät weiter.

Entnahmesonde_1

Die Entnahmesonde ist in zahlreichen Speicheranlagen mehrerer namhafter Betreiber erfolgreich im Einsatz. Bild: Armaturenfabrik Franz Schneider

Kugelhahn

Der integrierte Kugelhahn von AS-Schneider sorgt für eine zuverlässige Erstabsperrung und vereinfacht die Montage. Bild: Armaturenfabrik Franz Schneider

Zur Sicherheit lassen sich diese mit einem Kugelhahn absperren. Wird das Gas aus dem Speicher wieder in das Leitungsnetz gespeist, verringert sich der Druck auf rund 84 bar, das Gas dehnt sich aus. Dadurch sinkt seine Temperatur und es bildet sich Kondensat im Leitungssystem. In den Transportleitungen begegnet man dieser Hydratbildung durch Additive wie Glycerin, die dem Gas Feuchtigkeit entziehen. Das funktioniert jedoch in den Messleitungen nicht, da hier kein Durchfluss stattfindet.

Die Feuchtigkeit verstopft die Leitungen und beeinträchtigt die Funktion der Messgeräte. Die Folge: Fehler bei Druck- und Durchflussmessungen, mitunter fallen sie sogar komplett aus. Je nach der Zusammensetzung des Gases bildet sich in den Leitungen bereits bei Temperaturen von weniger als 24 Grad Celsius Hydrat. Damit das Gas diese Temperaturgrenze dort nicht unterschreitet, versuchen die Speicherbetreiber, die Messstellen zu beheizen. Dies ist jedoch nicht leicht, denn der Übergang zwischen Transport- und Impulsleitung besteht meist aus dickwandigen Rohren oder ist sogar geflanscht.

Das macht es äußerst aufwendig, Wärme von außen auf das Gas zu übertragen. Vor allem bei niedrigen Außentemperaturen ist diese Methode ineffizient, weil sie viel Energie verbraucht. Auch dringt die Wärme nicht immer bis ins Rohrinnere vor.

Beheizbare Sonde für präzise Messergebnisse

Einer der führenden Betreiber von Erdgasspeichern in Europa entwickelte für diese Herausforderung eine spezielle Lösung: eine beheizbare Entnahmesonde. Diese leitet die Wärme gezielt von innen auf die entsprechende Messstelle. Die Sonde besteht aus einem Kupferblock mit einem Wärmeträgerrohr, der in den Entnahmestutzen für die Messung eingeschraubt wird. Das Kupferrohr, das bis zur Innenwand der Transportleitung reicht, erwärmt das Gas in der Leitung und verhindert so die Hydratbildung. Ein am Gehäuse angeschraubter elektrischer Heizblock beheizt die Sonde mit Konduktionswärme. Dieser Block regelt seine Temperatur eigenständig je nach Bedarf.

Die Sonde leitet zudem den statischen Druck des Gases uneingeschränkt weiter und sorgt so für präzise Messergebnisse. Die Prototypen der Sonde stellte das Unternehmen noch in Eigenregie her. Für eine professionelle Serienfertigung war der Energielieferant jedoch nicht ausgerüstet. Eine weitere Schwierigkeit war die Schnittstelle zwischen Transport- und Impulsleitung: Durch die Entnahmesonde konnte der Energiekonzern die Kugelhähne, die bis dahin an den Messstellen als Erstabsperrung installiert waren, nicht weiter verwenden.

Eine zuverlässige Erstabsperrung ist jedoch beim Umgang mit Gas zwingend erforderlich, vor allem bei solch hohen Drücken. Der Speicherbetreiber suchte deshalb nach einem Partner, der nicht nur die Fertigung übernehmen, sondern auch eine passende Erstabsperrung für die Entnahmesonde entwerfen sollte. Den Zuschlag für das Projekt erhielt schließlich die Armaturenfabrik AS-Schneider.

Kugelhahn sorgt für die Erstabsperrung

Entnahmesonde

Die beheizbare Entnahmesonde besteht aus einem Kupferblock mit Wärmeträgerrohr, einem angeschraubten Heizblock und dem Kugelhahn, den AS-Schneider integriert hat. Bild: Armaturenfabrik Franz Schneider

AS-Schneider integrierte einen Kugelhahn in die Entnahmesonde. Dieser hält einem Druck bis zu 250 bar stand und ist daher als Erstabsperrung für die Erdgasleitungen bestens geeignet. Zwei voneinander unabhängige Dichtsysteme sorgen dafür, dass kein Gas aus dem Kugelhahn austreten kann: Die Kugelsitze aus dem Kunststoff PTFE übernehmen die primäre Abdichtung, O-Ringe an der Spindel die sekundäre. „Wir haben uns für einen weichdichtenden Kugelhahn entschieden, weil sich dieser auch unter hohem Druck mühelos öffnen und schließen lässt“, erläutert Stefan Heine, der im Vertrieb von AS-Schneider für das Projekt verantwortlich war.

„Außerdem sind die Kunststoffdichtungen besonders unempfindlich gegen Schmutz. Das ist bei diesen extremen Einsatzbedingungen ein großer Vorteil.“ Besonderes Augenmerk widmeten die Experten dem Thema Sicherheit. Die ausblasesichere Schaltwelle des Kugelhahns ist in einem speziellen, antistatischen Design gefertigt. Denn schon ein Funke könnte das hochverdichtete Gas entzünden. Eine Entlastungsbohrung in der Kugel verhindert zudem Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen.

Damit ist sichergestellt, dass der Kugelhahn auch bei starken Temperaturschwankungen zuverlässig arbeitet. Der ergonomische, ovale Griff lässt sich bei Bedarf abschließen, um ein unbefugtes Hantieren zu verhindern. Und nicht nur das: Weil alle Komponenten in einem Gehäuse untergebracht sind, vereinfacht der integrierte Kugelhahn auch noch die Montage. aru

Autor: Markus Häffner, AS-Schneider

Technik im Detail

Weichdichtender Kugelhahn

  • Der in die Entnahmesonde integrierte Kugelhahn hält einem Druck bis zu 250 bar stand.
  • Zwei voneinander unabhängige Dichtsysteme sorgen dafür, dass kein Gas aus dem Kugelhahn austreten kann: Die Kugelsitze aus dem Kunststoff PTFE übernehmen die primäre Abdichtung, O-Ringe an der Spindel die sekundäre.
  • Die ausblasesichere Schaltwelle des Kugelhahns ist in einem speziellen, antistatischen Design gefertigt.
  • Eine Entlastungsbohrung in der Kugel verhindert zudem Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen.
  • Der ergonomische, ovale Griff lässt sich bei Bedarf abschließen, um ein unbefugtes Hantieren zu verhindern.