Systemwasser als schützenswerte Anlagenkomponente

Die Ausgangslage

Die Betriebsstelle Krummhörn, seinerzeit von der Ruhrgas AG aufgebaut und bis ins Jahr 2010 unter der Firmierung e.on Gastransport GmbH weitergeführt, besteht seit 1974. Dort wird das von Norwegen gelieferte Gas in das deutsche Netz eingespeist. Heute liegt die Verantwortung für diesen Rohrnetzbezirk bei der Open Grid Europe GmbH (OGE), die mit 12.000 km Leitungsnetz zu den großen europäischen Fernleitungsnetzbetreibern gehört. Im Zentrum der Anlage steht nach wie vor die Verdichtereinheit, die das ankommende norwegische Offshore-Gas auf den erforderlichen Transportdruck von bis zu 84 bar für den Weitertransport in das deutsche und anschließend in das europäische Fernleitungsnetz komprimiert.

Der Umbau der Wärmeversorgung für das Betriebsgelände wurde im Jahr 2012 geplant. Anlass waren die immer häufiger auftretenden Störungen im bestehenden Heizungssystem. Harald Beek, der bei Open Grid Europe die Leitung und Koordination des gesamten Umbauprojekts zwischen Planungsbüro, Industrielieferanten und den ausführenden Firmen inne hatte, erklärt dazu: „Die Betriebsverfügbarkeit der Verdichterstation muss jederzeit gewährleistet sein, daher entschied man sich für ein neues Gesamtkonzept.“ Eine ständige Anpassung der inzwischen veralteten Technik erschien nicht mehr sinnvoll. Im Altbestand befanden sich zu diesem Zeitpunkt zwei Gasgroßkessel mit jeweils 1,2 MW sowie ein BHKW mit 1,2 MW thermische Leistung.

Brennwerttechnik, Wärmepumpe und Erdtanks

Die Planung der neuen Anlage lag in den Händen von Gerwin Akkermann vom Ingenieurbüro PSK Solutions GmbH – Planungs- & Sachverständigen Kontor GmbH in Wilsum (Grafschaft Bentheim). Der erfahrene TGA-Fachplaner setzte bei seinem Ansatz auf eine Kaskade aus vier Gas-Brennwertkesseln mit jeweils 450 kW, ergänzt mit einer Wärmepumpe Vitocal 300. Die Wärmepumpe dient vor allem der Klimatisierung des Verwaltungsgebäudes, die nach Einschätzung der Verantwortlichen immer wichtiger wird. Die Gesamtleistung konnte von ursprünglich 2,4 auf 1,8 MW gesenkt werden. In der neuen Gesamtleistung von 1,8 MW wurde eine Redundanz von 0,45 MW berücksichtigt. Bei Bedarf können die Kessel innerhalb der Kaskade einzeln gewartet werden, ohne dass eine Versorgungsunterbrechung erfolgen muss.

Die eingesetzte Wärmepumpe mit 110 kW Leistung liefert einen kleinen Anteil an der Wärmeversorgung. Dazu greift sie auf zwölf Latent-Wärmespeicher mit jeweils 5 m³ zu. Durch entsprechende Umschaltvorgänge im Hydrauliksystem kann zwischen Heiz- und Kühlbetrieb gewechselt werden. Die Verteilung von Wärme und Kälte wird mit RLT-Anlagen realisiert, vor allem in den Büros. Dieses Kreislaufprinzip zeigt insbesondere in der Übergangszeit eine hohe Effizienz. Die Arbeitsbedingungen in den Büros haben sich durch die moderne Technik deutlich verbessert.

Umbau der Wärmeversorgung

Die Inbetriebnahme des ersten Abschnitts, der Austausch der alten Kesselanlage gegen die Kaskadenlösung, erfolgte im Jahr 2014. Sie musste akribisch vorbereitet und ein Zeitfenster für die Installation gefunden werden. Da die Verdichterstation nicht ohne Weiteres außer Betrieb gehen darf, wurde ein Sperrfenster angemeldet und eine Notversorgung mit einer mobilen Heizzentrale vorgesehen. Das Gebäude, in dem sich die zentrale Wärmeversorgung befindet, wurde komplett entkernt. Erst nach diesen Schritten konnte das Unternehmen Bußmann aus Emsbüren den alten Kesselbestand demontieren. Der Platz wurde anschließend für den Aufbau der Kaskade benötigt. Außerdem wurde in diesem Bauabschnitt die hydraulische Trennung der Primärseite von den weiteren Anlagenteilen mittels Wärmetauscher vorgenommen.

Systemwasser als Anlagenkomponente

Schon zu diesem Zeitpunkt sahen die Verantwortlichen vor, das Systemwasser in dem neuen Bereich durch Druckhaltung, Entgasung und Schlammabscheidung dauerhaft zu optimieren. Diese Komponenten hatte es im Bestand noch nicht gegeben. Nun wurde das Systemwasser sozusagen selbst zu einer Anlagenkomponente, die wie andere Bauteile auch einen wichtigen Beitrag zum Betrieb leistet und daher eine entsprechend hohe Qualität aufweisen muss. Für die eingesetzten frequenzgeregelten Pumpen war dies wichtig, denn sie reagieren aufgrund ihrer Bauweise sehr viel empfindlicher auf Druckschwankungen, Lufteintrag und magnetische Schmutzpartikel als die alten Modelle. „Der Schutz und die Betriebssicherheit für alle Anlagenteile sind bei einem solchen Projekt von großer Bedeutung“, erläutert Gerwin Akkermann. „Gleichzeitig werden dauerhaft Kosten gespart, etwa bei dem Energieeinsatz für Pumpen oder bei der Wartung.“

Baustein Druckhaltung

Die Anlage zur Wärmeversorgung der Open Grid Europe GmbH bekam eine automatische Druckhalteanlage des Typs SpiroPress Multicontrol Kompakt Solo mit einem Druckbereich von 2,0 bis 5,6 bar. Das drucklose Grundgefäß (0,5 bar) mit 500 l ist direkt an die Steuereinheit angeschlossen und wird mit einem Zusatzgefäß von 500 l ergänzt. Dabei kam das Anschluss-Set der Kompaktserie zum Einsatz. Damit steht ein Gesamtausdehnungsvolumen von 1.000 l zur Verfügung.

Die Druckhaltung konnte aufgrund ihres Aufbaus problemlos als zusätzliches Element in die Technikzentrale eingefügt werden. Bei der Installation ist es grundsätzlich vorteilhaft, dass die Anschlüsse beidseitig am Gerät vorhanden sind. So lässt sich der Stellplatz optimal anpassen. Durch die Qualität der Dichtungen und der Membrane wird eine kurzzeitige Rücklauftemperatur von über 70 °C toleriert. Der Inhalt der Ausdehnungsgefäße kann zur Gänze genutzt werden, weil kein festes Gaspolster erforderlich ist. Das wirkt sich ebenfalls günstig auf den Raumbedarf aus, denn die Gefäße fallen kleiner aus als herkömmliche Bauformen.

Die Behälter verfügen über eine hochwertige, austauschbare „Sack-Membrane“ aus Butyl-Kautschuk, die das Anlagenmedium von der Atmosphäre trennt. Der Befüllstand wird mittels Niveau- und Differenzdruckmessung erfasst und permanent überwacht. Das Überströmventil stellt die Funktion selbst bei Stromausfall sicher und vermeidet außerdem Druckschläge im System. Die Inbetriebnahme der Anlagen ist unkompliziert.

Baustein Vakuumentgasung

In der zentralen Wärmeversorgung wurde ein SpiroVent Superior S6A in den Rücklauf installiert, der sich in neue sowie in bestehende Anlagen einbinden lässt und eine Abscheideleistung von nahezu 100 % erbringt. Im Zusammenspiel mit einer Druckhalteanlage bedeutet dies, dass eine schnelle und exakte Reaktion erfolgt, damit stabile und gleichmäßige Betriebsbedingungen gewährleistet werden. Ist der Vakuumentgaser in Betrieb, überwacht der sogenannte SmartSwitch den Entgasungsprozess und schaltet das Gerät auf Stand-by, sobald keine Luft mehr freigesetzt wird. Nach einer vordefinierten Zeit wird die Entgasung wieder gestartet. Diese dem Bedarf angepasste Arbeitsweise führt zu einem niedrigeren Energieverbrauch und geringeren Verschleiß.

Baustein Schlammabscheider mit Magnet

Als weitere Neuerung wurde im ersten Bauabschnitt ein SpiroTrap Magnet mit der Nennweite DN 100 als Flanschausführung in den Rücklauf installiert. Er wird vom kompletten Volumenstrom durchflossen, wobei das innen sitzende Spirorohr die schwebenden Teilchen ausbremst und sie in den Auffangbereich absinken lässt. Die magnetischen Partikel bis 5 µm bleiben haften, denn der Schlammabscheider verfügt über die sogenannte Dry Pocket Konstruktion mit einem innen liegenden starken Magnet. Er entzieht dem Füllwasser kontinuierlich selbst die Partikel, die mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen sind. Auf diese Weise werden die Hocheffizienzpumpen geschützt, damit sie dauerhaft die gewünschte Leistung erbringen können. Der zusätzliche Pluspunkt des SpiroTrap Magnet: Er kann sich nicht wie ein Filter zusetzen. Der Druckverlust bleibt dauerhaft gering, unabhängig vom Füllstand.

Die Abscheidung selbst erfolgt im laufenden Betrieb. Dazu wird der flexible Abziehmechanismus betätigt und alle Partikel werden in den Auffangbereich geleitet. Nun kann das Entleerungsventil geöffnet werden – durch den Anlagendruck wird das schmutzige Füllwasser schnell ausgespült. Das Ventil wird geschlossen und der Vorgang ist beendet. Eine Dämmschale stellt sicher, dass der Schlammabscheider möglichst wenig Wärme abgibt.

Weitere Bauabschnitte

Auf dem Betriebsgelände wurden fünf weitere Bereiche für Verbraucher und Verteilung definiert, die nach und nach bis zum Jahr 2017 umgebaut und erneuert wurden. So hat man die im Erdboden verlegten Fernleitungen ausgetauscht und für diesen Abschnitt ebenfalls die Komponenten Druckhaltung, Entgasung und Schlammabscheidung installiert. Gleiches gilt für die Verdichterhallen und Brenngasvorwärmungen, dem Mittelpunkt des Betriebspunktes. Zudem wurden in der Technikzentrale je ein SpiroPress Multicontrol Kompakt Solo, ein Vakuumentgaser SpiroVent Superior S6A und ein SpiroTrap Schlammabscheider installiert. Letztere wurden in den einzelnen Abschnitten in DN 80 bis DN 150 eingesetzt, angepasst an die jeweiligen Leitungsgrößen. Alle Druckhalteanlagen wurden jeweils mit einer automatischen Nachspeiseeinrichtung mit Systemtrennung ergänzt. Bei der Umsetzung waren ebenfalls Zeitfenster festzulegen, um den Eingriff in die laufenden Prozesse so gering wie möglich zu halten. Die Installation der Wärmepumpe und die baulichen Eingriffe im Verwaltungsgebäude wurden teils an Wochenenden oder zu Urlaubszeiten ausgeführt.

Positive Erfahrungen

Inzwischen sind insgesamt je sechs Druckhalteanlagen, Vakuumentgaser und Schlammabscheider in Betrieb. Die Komponenten werden regelmäßig visuell geprüft. Abgesehen von einigen Nachregulierungsprozessen an der Druckhaltung zu Beginn arbeiten sie einwandfrei. Vor den Druckhalteautomaten sitzen jeweils Zähler für die Wassernachspeisung. Doch bisher ist an dieser Stelle kein Hinweis auf eine unverhältnismäßig hohe Einspeisung aufgetreten, die Systeme arbeiten absolut stabil. Die Vakuumentgaser leisten ihren Dienst nach Bedarf, eine weitere Kontrolle ist nicht notwendig. Die Abscheidung an den SpiroTrap wird routinemäßig im Turnus von 14 Tagen ausgeführt. Daher kann Harald Beek bestätigen, dass alle Geräte störungsfrei laufen: „Die gewünschte Effizienz wird stabil erreicht, die vorher aufgetretene Häufung von Störungen ist entfallen. Die filigrane neue Technik in der Wärmeversorgung kann so bestens arbeiten.“

Eine Information der Spirotech BV, Düsseldorf

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