Industrie-Druckluftkompressoren für Öl und Gas: praxisnaher Auswahlleitfaden

Zuerst Druckluft und Prozessgasverdichtung voneinander abgrenzen

Druckluft ist ein Betriebsmedium der Anlage. Sie kann kontinuierlich zur Versorgung pneumatischer Werkzeuge, Instrumente und Starter eingesetzt werden. Ein Prozessgasverdichter kann Erdgas, Wasserstoff, Stickstoff, Fackelgas und andere Prozessgase fördern. Auch Prozessluft muss vom Betreiber anhand einer klar definierten Förderaufgabe spezifiziert werden.

Der Begriff „Öl- und Gasverdichter“ kann in diesem Zusammenhang vieles bedeuten. Eine Anfrage für Betriebsdruckluft darf nicht mit einer Anfrage für Kohlenwasserstoffgas vermischt werden. Geräte für atmosphärische Luft dürfen keinesfalls für einen Prozessstrom eingesetzt werden, nur weil Volumenstrom und Druck ähnlich sein könnten.

Informationen zu Prozessgasverdichtung, Verdichterstufen, Trennung und Rückführung finden Sie im Leitfaden zu Prozessgas-Druckerhöhungsverdichtern und in der Übersicht zu kundenspezifisch ausgelegten Gasverdichteraggregaten. Die EPA-Informationsquelle zu Instrumentenluft zeigt außerdem, warum die Versorgung mit Instrumentenluft von gasbetriebenen pneumatischen Anwendungen abzugrenzen ist. Dieser Leitfaden behandelt Druckluftsysteme.

Welche Druckluftverbraucher gehören in die Übersicht der Druckluft-Förderaufgaben?

Listen Sie alle Verbraucher auf und benennen Sie jeweils eine zuständige Person. Die EPA-Informationsquelle zu Instrumentenluft verdeutlicht, warum Förderaufgaben klar abgegrenzt werden müssen. Instrumentenluft kann zur Betätigung von Regelventilen und sicherheitsrelevanten pneumatischen Geräten dienen. Betriebs- oder Versorgungsdruckluft kann Werkzeuge sowie Wartungs- und Serviceanschlüsse versorgen. Druckluft für Bohrarbeiten kann mobil und zeitweise benötigt werden und den Witterungsbedingungen im Freien ausgesetzt sein. Für Stickstofferzeugungsanlagen, Startluftsysteme und Atemluftsysteme können besondere Aufbereitungs- oder Sicherheitsanforderungen gelten.

Fassen Sie verschiedene Versorgungsaufgaben nicht allein deshalb zusammen, weil sie am selben Druckluftverteiler angeschlossen sind. Von einem Anschluss für Werkzeuge sind starke Bedarfsschwankungen zu erwarten; bei einer Instrumentenluftversorgung darf das nicht der Fall sein. Atemluft betrifft Gesundheit und Sicherheit. Eine gewöhnliche Verdichterkennzeichnung reicht als Nachweis der Atemluftqualität nicht aus.

Ermitteln Sie für jeden Verbraucher den erforderlichen Druck, den gleichzeitigen Bedarf, den Betriebsplan, die zulässige Unterbrechungsdauer und die erwartete Wiederanlaufzeit. Anhand dieser Übersicht lässt sich bestimmen, wie viel Speichervolumen das System benötigt und welche Redundanz erforderlich ist. Ohne diese Angaben sind Aussagen wie „100 % Reserve“ oder „immer in Betrieb“ bedeutungslos.

Den Bedarf in einen Auslegungsbereich überführen

Ein einzelner Gesamtvolumenstrom ist keine ausreichende Auslegungsgrundlage. Dokumentieren Sie Mindest-, Normal- und Spitzenbedarf sowie zeitweiligen und plausiblen zukünftigen Bedarf. Geben Sie an, ob die Volumenströme tatsächliche Werte sind oder sich auf Normbedingungen beziehen, einschließlich Temperatur, Druck und Feuchte. Legen Sie den erforderlichen Druck am entferntesten oder empfindlichsten Verbraucher fest und nicht am Verdichteraustritt.

Berücksichtigen Sie in der Auslegungsgrundlage auch Druckverluste durch Aufbereitung und Verteilung, das Verhalten des Druckluftbehälters, die Höhenlage, Umgebungsbedingungen und einen Zuschlag für Verschmutzung. Ein nicht begründeter Sicherheitszuschlag kann bei einer auf Energieeffizienz ausgelegten Anlage dazu führen, dass der Verdichter ineffizient im Leerlauf oder im Taktbetrieb läuft.

Bei kontinuierlichem Bedarf sollten Sie keinen Verdichter willkürlich anhand der Summe aller Typenschildwerte auswählen. Nutzen Sie stattdessen das Handbuch des US-Energieministeriums zu Druckluftsystemen, das Druckluftspeicherung und -steuerung als integriertes System betrachtet. Wenn es die bestehende Anlage zulässt, erfassen Sie den tatsächlichen Druckluftbedarf. Bei einer neuen Anlage sollten Sie die Annahmen hinter der Bedarfsschätzung prüfen.

Welche Verdichterbauart eignet sich für die Förderaufgabe?

Im Allgemeinen eignen sich Schraubenverdichter besser für den Dauerbetrieb, während Kreiselverdichter für größere, gleichmäßige Bedarfe eingesetzt werden. Bei zeitweiligem Bedarf, kleineren Volumenströmen und höheren Austrittsdrücken kommt ein Kolbenverdichter infrage. Berücksichtigen Sie dabei Pulsationen, Schwingungen und die Anzahl der Verdichterstufen. Für größere Volumenströme und Bedarfe können Kreiselverdichter geeigneter sein, sofern der erwartete Betriebsbereich mit der Steuerung vereinbar ist.

Vergleichen Sie Verdichterangebote einschließlich mehrstufiger Ausführungen anhand derselben Eintrittsbedingungen, des erforderlichen Austrittszustands, der Volumenstrom-Referenzbedingungen, des Aufbereitungsumfangs, der Antriebsgrundlage und des Bedarfsprofils. Als Referenz auf Systemebene dient das Handbuch des US-Energieministeriums. Produktfamilien und Konfigurationsmöglichkeiten finden Sie bei den Industrie-Druckluftverdichterbaureihen von PanGeng.

Welche Druckluftqualität ist am Verbraucher erforderlich?

ISO 8573-1 bietet einen Rahmen zur Klassifizierung der Druckluftreinheit anhand von Partikeln, Wasser und Öl. Diese drei Merkmale sollten jeweils festgelegt und einem Messort zugeordnet werden. „Saubere Luft“ ist keine prüfbare Anforderung. Eine Angabe zur Reinheit am Verdichteraustritt beschreibt möglicherweise nicht die Bedingungen nach einer langen Verteilerleitung.

Bei ölfreier Verdichtung gelangt kein Öl in die Verdichtungskammer. Andere mögliche Ölverunreinigungen in der nachgeschalteten Druckluft werden dadurch ebenso wenig erfasst wie mögliche Verunreinigungen der Ansaugluft. Die Druckluftqualität am Verbraucher hängt vom Zustand der Rohrleitungen, den Instandhaltungs- und Probenahmeverfahren sowie den Umgebungsbedingungen ab. Klasse 0 ist innerhalb des ISO-Rahmens eine projektspezifische oder vom Lieferanten festgelegte Spezifikation und bedeutet nicht einfach, dass sich „kein Öl“ nachweisen lässt.

Der Drucktaupunkt sollte sich an der niedrigsten Temperatur orientieren, der Rohrleitungen und Geräte ausgesetzt sind; Stillstandszeiten sind einzubeziehen. Ein pauschaler Wert auf einem Klimaschild reicht nicht aus. Unterscheiden Sie gewöhnliche Betriebsdruckluft von Atemluft und anderen regulierten Anwendungen. Für diese Versorgungsaufgaben sind eigene Spezifikationen und Prüfungen erforderlich.

Auslegung für Onshore- und Offshore-Standorte sowie explosionsgefährdete Bereiche

Am sichersten und einfachsten ist es häufig, den Verdichter in einem geeigneten Raum außerhalb explosionsgefährdeter Bereiche aufzustellen und die Druckluft zu den dortigen Verbrauchern zu leiten. Das ist jedoch nicht immer möglich. Das Projektteam muss die Zoneneinteilung explosionsgefährdeter Bereiche, die geltende Rechtsprechung, Zündschutzarten, Umgebungsbedingungen, Lüftung, Schnittstellen zur Gasdetektion, das Abschaltkonzept und die Abgrenzung des Liefer- und Leistungsumfangs zwischen Lieferant und Standort festlegen.

Bei Offshore-Anlagen in der Öl- und Gasindustrie sind außerdem Salzgehalt, Feuchtigkeit, beengte Platzverhältnisse, Hebebeschränkungen, Lärm, Wasserableitung und Zugang für Instandhaltungsarbeiten zu berücksichtigen. Der Ansaugort kann die Leistung beeinflussen. Heiße rückgeführte Kühlluft, Motorabgase, Dämpfe, Gischt und Staub können die Förderleistung senken und die Leistung beeinträchtigen.

In den USA regeln die OSHA-Vorschriften für explosionsgefährdete Bereiche die Geräte und Verdrahtung in entsprechend klassifizierten Zonen. In anderen Ländern und Rechtsräumen gelten andere gesetzliche und normative Regelwerke. Die Anfrage sollte das jeweils anzuwendende Regelwerk nennen, statt vom Lieferanten zu erwarten, es aus der Bezeichnung „Öl und Gas“ abzuleiten.

Welches Antriebs- und Steuerungskonzept eignet sich für die Förderaufgabe?

Ein elektrischer Antrieb wird häufig bevorzugt, insbesondere wenn eine zuverlässige und für den Anlauf geeignete Stromversorgung vorhanden ist. Ein Dieselantrieb eignet sich für mobile, zeitweilige und abgelegene Anwendungen sowie für Baustellen. Er bringt jedoch zusätzlichen Aufwand für Kraftstofflogistik, Emissionen, Witterungsschutz und Motorinstandhaltung mit sich. Ein gasmotorisch angetriebenes Verdichteraggregat kommt an einem abgelegenen Standort infrage, sofern ausreichend Brenngas verfügbar ist. Dann sind auch Gasbeschaffenheit, Startverhalten, Lüftung und Abgasführung des Verdichteraggregats bei der Auslegung zu berücksichtigen.

Informationen zu Verdichteraggregaten mit Antriebsmotoren für abgelegene Standorte finden Sie bei den Druckluftkompressor-Baureihen von PanGeng.

Die Steuerung richtet sich nach dem Bedarf; bei der Installation sind außerdem die geltenden OSHA-Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche zu berücksichtigen. Bei einer Last-Leerlauf-Regelung kann ein Antrieb mit fester Drehzahl geeignet sein, wenn Last- und Speicherschritte bekannt sind. Eine Drehzahlregelung kann den Leerlaufbetrieb verringern, ihre Eignung hängt jedoch von Kühlung, Motorwirkungsgrad, Oberschwingungen, Zuschaltfolge und Volllastbetriebsdauer ab.

Wenn mehrere Verdichter an einen gemeinsamen Verteiler angeschlossen sind, sollte eine übergeordnete Steuerung Grundlast- und Spitzenlastverdichter zuweisen und Reserveaggregate festlegen. Ohne eine solche Steuerung können mehrere Verdichter gleichzeitig laufen, während ein Reserveaggregat den Bedarf übernehmen soll.

Was bestimmt die Zuverlässigkeit über den Verdichter hinaus?

Bei einer Duplexanlage sollte jeder Verdichter nach Berücksichtigung der Leistungsreduzierung durch Umgebungsbedingungen und Druckverluste der Aufbereitung allein die Hauptlast tragen können. Berücksichtigen Sie außerdem mögliche Ausfälle gemeinsamer Komponenten, etwa Trockner, Filter, Druckluftbehälter, Schaltschrank, elektrische Einspeisung, Kühlsystem und Austrittsverteiler, um ungeplante Stillstände zu vermeiden.

Für erfasste Anlagen in den USA regelt OSHA 29 CFR 1910.169 den Zugang zum Druckluftbehälter, die Entwässerung, die sichtbare Druckanzeige und federbelastete Sicherheitsventile. Das ist eine Vorgabe für einen bestimmten Rechtsraum und keine weltweit gültige Auslegungsnorm. Das Projekt muss außerdem die geltenden Vorschriften für Druckbehälter, Prüfpflichten, Auslegungsgrundlage der Druckentlastung und Anforderungen der örtlichen Behörden benennen.

Speichervolumen ist nicht kostenlos. Ein Druckluftbehälter kann kurzfristige Bedarfsspitzen abfangen oder glätten. Er kann auch Druckschwankungen dämpfen. Übersteigt der Bedarf jedoch die verfügbare Förderleistung des Verdichters, sinkt der Druck im Verteiler. Definieren Sie vor der Berechnung des Speichervolumens das Ereignis, den Mindestdruck, den verfügbaren Druckbereich und die erforderliche Reaktionszeit.

Welche Abnahmenachweise sind über Katalogangaben hinaus wichtig?

Überführen Sie jede wichtige Leistungsangabe in ein prüfbares Abnahmekriterium, das anhand festgelegter Prüfbedingungen kontrolliert werden kann. Für den Nennvolumenstrom müssen mindestens Eintritts- und Referenzbedingungen angegeben werden. Die Abnahme der Druckluftreinheit kann sich auf ISO 8573-1 beziehen. Für den Lieferdruck muss der Messort festgelegt werden. Beim Drucktaupunkt sind Probenahmestelle, Betriebszustand sowie das verwendete Messgerät und Verfahren anzugeben.

Die Werksabnahme und die Abnahme vor Ort prüfen die Gerätefunktionen beim Lieferanten beziehungsweise unter den installierten Standortbedingungen. Bei einer Werksabnahme werden die Funktionen des Verdichteraggregats beim Lieferanten geprüft, bei der Abnahme vor Ort die installierten Geräte unter den Bedingungen am Standort. Erfassen Sie Strom- oder Kraftstoffverbrauch für den festgelegten Betriebsfall. Kann der Standort den Nennbetriebspunkt nicht nachbilden, vereinbaren Sie vorab, wie Korrekturen, aufgeschobene Prüfungen und offene Restpunkte behandelt werden.

Eine vollständige Angebotsanfrage versenden

Eine aussagekräftige Angebotsanfrage gibt allen Lieferanten dieselbe Auslegungsgrundlage vor. Dazu gehören gegebenenfalls auch Vorgaben des jeweiligen Rechtsraums, etwa die OSHA-Anforderungen an Druckluftbehälter. Nehmen Sie Folgendes auf:

• Liste der Versorgungsaufgaben und Übersicht der Druckluftverbraucher;
• Normal-, Spitzen-, zeitweiliger und zukünftiger Volumenstrombedarf mit Referenzbedingungen;
• Druck am Verbraucher und Zuschlag für Druckverluste im Verteilungsnetz;
• Anforderungen an Partikel, Wasser und Öl an benannten Messstellen;
• Angaben zu Umgebung, Höhenlage, Ansaugluft, Korrosion, Gehäuse, Lärm und Zoneneinteilung;
• Angaben zu Stromversorgung oder Kraftstoff, Anlaufbeschränkungen, Steuerung, Kommunikation und Abschaltschnittstellen.
• Konzept für Betrieb und Reserve, Ereignisse am Druckluftbehälter, Anordnung von Trockner und Filter sowie Anforderungen an Umgehungsleitungen und Absperrungen.
• Geltende Regelwerke und Normen, Dokumentsprache, Prüfungen, Werks- und Vor-Ort-Abnahmen, Bescheinigungen, Ersatzteile und Schulungen.
• Liste der erforderlichen Abweichungen, damit Ausnahmen sichtbar sind und nicht in den Angeboten untergehen.

Ein einheitlicher Bieterfragebogen mit sämtlichen Annahmen ermöglicht dem Engineering-Team von PanGeng, die Angebote zu prüfen und ein Verdichteraggregat anhand der angegebenen Standortbedingungen auszuwählen.

Häufig gestellte Fragen

Wofür werden Industrie-Druckluftverdichter in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt?

Sie versorgen Instrumentenluft, Betriebs- und Instandhaltungsdruckluft, Druckluft für Bohr- oder Servicearbeiten sowie Startluft und Druckluft für verschiedene Verdichteraggregate, darunter Stickstoffgeneratoren. Die Verwendung unterscheidet sich von Anlage zu Anlage. Trennen Sie Druckluftsysteme für atmosphärische Luft von der Verdichtung von Kohlenwasserstoff-Prozessgasen, da sich Fördermedium, Einschluss, Sicherheitsgrundlage und Geräteauswahl unterscheiden.

Worin unterscheiden sich Instrumentenluft und Betriebsdruckluft?

Instrumentenluft versorgt Steuerungen und pneumatische Geräte, deren Zuverlässigkeit und Reinheit den Anlagenbetrieb und/oder die Sicherheit beeinflussen können. Betriebsdruckluft versorgt Werkzeuge und andere Verbraucher mit stärker schwankendem Bedarf. Eine Anlage kann Erzeugungsanlagen für viele Verbraucher gemeinsam nutzen. Die kritische Instrumentenluftversorgung sollte jedoch je nach Anwendungsfall durch Aufbereitung, Speichervolumen, Priorisierung, Absperrung oder einen separaten Verteiler geschützt werden.

Welche Verdichterbauart eignet sich am besten für eine Anlage der Öl- und Gasindustrie?

Für die kontinuierliche Versorgung mit Betriebsdruckluft kommen verschiedene Ausführungen mit Kolben-, Drehkolben- oder Kreiselverdichtern infrage. Kolbenverdichter können sich für zeitweiligen Betrieb und/oder höhere Drücke eignen. Die Auswahl sollte sich am Bedarfsbereich, am Konzept zur Druckluftaufbereitung, an den Umgebungsbedingungen, am Regelverhalten, am Instandhaltungsbedarf, an der erforderlichen Redundanz und an Lieferantendaten orientieren, die unter denselben Bedingungen bewertet wurden.

Bedeutet ölfrei, dass die Druckluft am Verbraucher die geforderte Reinheitsklasse erfüllt?

Nein. Ölfrei beschreibt die Verdichtungsbauart und vermeidet einen möglichen Verunreinigungsweg. Die Druckluftqualität am Verbraucher hängt jedoch auch von Ansaugbedingungen, nachgeschalteten Rohrleitungen, Aufbereitung, Kondensatmanagement, Instandhaltung und Probenahme ab. Spezifizieren Sie die Klassen für Partikel, Wasser und Öl jeweils separat nach ISO 8573-1, benennen Sie die Messstelle und überprüfen Sie das Ergebnis bei der Abnahme.

Wann eignet sich ein mobiler Diesel-Druckluftkompressor?

Ein temporärer Anschluss an einen Instrumentenluftverteiler darf erst nach Erstellung eines genehmigten Schnittstellenplans erfolgen. Der Anschluss muss nach Prüfung von Druck, Volumenstrom, Kraftstofflogistik, Emissionen, Witterungsschutz, Aufbereitung und Lärm gemeinsam mit dem Betreiber hergestellt werden. Dabei ist zu klären, ob die vorhandene Anlage die Druckluftversorgung akzeptiert. Mobile Druckluftkompressoren mit Dieselantrieb können für Bau- und Instandhaltungsarbeiten, zeitweilige Bohrunterstützung, Rohrleitungsarbeiten und andere Serviceeinsätze verwendet werden, wenn keine Stromversorgung verfügbar ist.

Welche Systemanforderungen bestimmen die passende Verdichterausführung?

Spezifizieren Sie bei Druckluft die Qualitätsanforderungen am Verbraucher und schaffen Sie eine Grundlage, anhand derer sich Verdichterbauart und Antrieb vergleichen sowie Zuverlässigkeit und Prüfungen für kritische Anforderungen bewerten lassen. Weitere Hinweise auf Systemebene enthält das Handbuch des US-Energieministeriums.

Literatur und Quellen

• ISO 8573-1: Verunreinigungen in Druckluft und Reinheitsklassen
• OSHA 29 CFR 1910.169: Druckluftbehälter
• OSHA 29 CFR 1910.307: Explosionsgefährdete Bereiche
• Handbuch des US-Energieministeriums zu Druckluftsystemen
• Leitlinien des Compressed Air and Gas Institute