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Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter
Lösungen für Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter – kundenspezifische N2-Hochdrucksysteme
Von Membran-Stickstoff bis zu leitungsfertigen Drücken: maßgeschneiderte Druckerhöhungsverdichter für die Ölförderung, chemische Prozesse und industrielle Gasversorgung. Pangeng liefert Schrauben-Kolben-Hybridverdichter mit einer Förderleistung von 200–1.200 Nm³/h und Austrittsdrücken bis zu 50 MPa.
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Warum Stickstoff-Druckerhöhung wichtig ist – Herausforderungen bei der N2-Hochdruckversorgung
Membran- und PSA-Stickstoffgeneratoren können bei niedrigen Austrittsdrücken den erforderlichen Druck bereitstellen, typischerweise 0,5-1,0 MPa. Die Stickstoff verbrauchenden Prozesse benötigen jedoch möglicherweise deutlich höhere Drücke: Ölförderung durch Injektion in die Lagerstätte bei 25 MPa, Druckerhöhung für die Einspeisung in eine Pipeline bei 35 MPa, Dichtheitsprüfung bei 50 MPa. Genau an diesem Punkt der Druckerhöhung zwischen Generator und Prozess kommt der Druckerhöhungsverdichter zum Einsatz.
Fortbestehende Herausforderungen
Auch ein optimal auf den Stickstoffbedarf abgestimmter Druckerhöhungsverdichter löst nicht automatisch vier fortbestehende Herausforderungen.
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Erstens die Kosten: Ab einem Tagesverbrauch von 200 Nm schmälern Einwegflaschen, Mietverträge und Lieferungen alle drei Wochen den Gewinn und binden Personal für die Bestellabwicklung.
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Zweitens kann ein überdimensionierter Stickstoffgenerator in Verbindung mit einem zu schwachen oder nicht passenden Druckerhöhungsverdichter zu einer trägen Strömung führen, die nachgelagerte Strömungsunterbrechungen auslöst.
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Drittens erfordert die Sicherstellung der Spülbarkeit des Stickstoffs während der Verdichtung kundenspezifische Dichtsysteme für Öl und Gas; eine Standardverdichterauslegung birgt das Risiko einer Verunreinigung durch Schmierstoffe und Sauerstoffatome.
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Viertens hängt die zuverlässige Stickstoffversorgung mit konstantem Hochdruck an abgelegenen Industriestandorten oder in petrochemischen Anlagen von einem unterbrechungsfreien Betrieb rund um die Uhr ab.
Lösungen von Pangeng
Die Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter von Pangeng gehen alle vier Herausforderungen gezielt an. Eine zweispindelige erste Verdichterstufe mit zwei parallel angeordneten Rotoren sorgt für einen gleichmäßigen Volumenstrom und einen hohen Wirkungsgrad.
Schnelllaufende Hubkolbenstufen, deren Arbeitstakte mit der Rotordrehung synchronisiert sind, erhöhen den Austrittsdruck präzise in einzelnen Schritten auf 50 MPa und darüber hinaus.
Die elektronische und mechanische Doppel-Schutzsteuerung des Erstausrüsters gehört bei jedem Aggregat zur Standardausstattung. Automatische Parameter zur Anpassung der Sicherheitsgrenzwerte sorgen für einen effizienten Betrieb.
Technischer Hinweis
Der Schrauben-Kolben-Hybrid verbindet die Vorteile zweier Verdichterbauweisen: einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad am Eintritt und einen zuverlässig bereitgestellten Druck am Austritt. Schraubenverdichter arbeiten bei hohen Volumenströmen effizient, können mit einer einzelnen Verdichterstufe jedoch keine großen Druckerhöhungen sicher erreichen. Die Hubkolbenstufen gleichen diesen Nachteil aus, eignen sich aber nicht für die Verarbeitung hoher Eintrittsvolumenströme. Die Kombination beider Bauarten löst die technische Herausforderung, Volumenstrom und Druckerhöhung optimal aufeinander abzustimmen. Auf dieser Erfahrung basieren die Verdichter von Pangeng – je nach Zieldruck mit 3,4 oder 5 Kolbenstufen.
Schrauben-Kolben-Hybrid im Vergleich zu herkömmlichen Stickstoffverdichtern – Leistungsvergleich
Die Wahl der passenden Bauart für einen Stickstoffverdichter wirkt sich direkt auf Betriebskosten, Instandhaltungsbedarf und Anlagenrobustheit aus. Wir erhalten regelmäßig Anfragen von Ingenieurteams, die verschiedene Möglichkeiten prüfen. Deshalb stellen wir hier die drei wichtigsten Bauarten für die Stickstoff-Druckerhöhung direkt gegenüber.
| Parameter | Schrauben-Kolben-Hybrid (Pangeng) | Reiner Hubkolbenverdichter | Membranverdichter |
|---|---|---|---|
| Max. Austrittsdruck | 50 MPa (7.250 psi) | 35–45 MPa (5.000–6.500 psi) | 100+ MPa (14.500+ psi) |
| Volumenstrombereich | 200–1.200 Nm³/h | 50–500 Nm³/h | 5–100 Nm³/h |
| Verarbeitung des Eintrittsvolumens | Hoch (Schraubenstufe) | Mittel | Niedrig |
| Vibrationsniveau | Niedrig (Schraube dämpft Druckpulsationen) | Mittel bis hoch | Niedrig |
| Erhaltung der Gasreinheit | Bis zu 99,99 % | Bis zu 99,9 % (ölgeschmiert) | Bis zu 99,9999 % |
| Wechselintervall für Verschleißteile | 4.000–8.000 Stunden | 2.000–4.000 Stunden | 8.000–12.000 Stunden |
| Aufstellfläche (System mit 1.000 Nm³/h) | ~5.500 × 2.500 × 2.500 mm | ~7.000 × 3.000 × 3.000 mm | Bei diesem Volumenstrom nicht anwendbar |
| Am besten geeignet für | Mittlerer bis hoher Volumenstrom, 25–50 MPa | Niedriger bis mittlerer Volumenstrom, bis zu 35 MPa | Ultrahohe Reinheit, niedriger Volumenstrom |
Der Schrauben-Kolben-Hybrid schließt diese Lücke: Er erhöht große Stickstoffmengen (> 25 MPa) effizient auf den gewünschten Druck und ermöglicht zugleich angemessene Instandhaltungsintervalle. Ein reiner Kolbenverdichter eignet sich für niedrigere Volumenströme. Sobald Ihr Prozess jedoch 600+ Nm³/h bei 35 MPa oder mehr benötigt, sind die zahlreichen Zylinder und die Vibrationen für Ihre Anlage problematisch. Membranverdichter bieten zwar eine höhere Reinheit, eignen sich jedoch nicht für den von einer Ölfeld-Injektionsanlage oder Chemieanlage geforderten Durchsatz.
Auch unter dem Gesichtspunkt der Gesamtbetriebskosten senkt der Hybrid den Instandhaltungsaufwand durch längere Wechselintervalle für Verschleißteile. Bei unserer MZD-Baureihe liegen beispielsweise zwischen dem Austausch der Kolbenringe und Ventilplatten 4.000 bis 8.000 Betriebsstunden. Typische P/A-Ausführungen erreichen bei denselben Drücken Intervalle von 2.000 bis 4.000 Stunden. Außerdem sorgt die Doppelschraubenstufe am Eintritt für einen von Natur aus stabileren und gleichmäßigeren Gasstrom zu den Kolbenstufen. Dadurch werden nachgelagerte Komponenten weniger häufig zyklisch belastet.
Branchenanwendungen – Ölförderung, chemische Prozesse und mehr
Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter von Pangeng sind weltweit in Ölfeldern, Chemieanlagen, im Pipelinebau und bei Energieerzeugern im Einsatz. Jedes unserer Systeme wird von unserem Ingenieurteam auf die Gasbedingungen, den Druck und die Betriebsumgebung Ihres Prozesses abgestimmt.
Öl und Gas – verbesserte Ölförderung
Stickstoffinjektion zur Aufrechterhaltung des Lagerstättendrucks
Bei der verbesserten Ölförderung (EOR) wird der Druck des Quellstroms durch die Injektion von N2 in erschöpfte Lagerstätten gesteuert. Dadurch steigt der Lagerstättendruck und das verbleibende Rohöl wird verdrängt. Die Betriebsbedingungen liegen bei 600-1.200 Nm3/h und 25-35 MPa. Membran-Stickstoffgeneratoren erzeugen vor Ort N2 aus der Umgebungsluft. Anschließend verdichtet ein Druckerhöhungsverdichter der MZD-Baureihe den Stickstoff auf den Injektionsdruck. Dadurch entfällt die aufwendige Versorgung abgelegener Einsatzorte mit flüssigem N2 per Tankwagen.
Anwendungsreferenz: API RP 45 – Empfohlene Praxis für die Analyse von Ölfeldwässern
Chemische Prozesse – Inertisierung mit Schutzgas
Stickstoffspülung von Reaktoren und Lagerbehältern
Chemische Anlagen verwenden Stickstoff mit hohem Druck von 8-30 MPa zur Inertisierung von Reaktoren und Lagerbehältern oder zur Schaffung inerter Umgebungen, um Oxidations- und Explosionsgefahren zu vermeiden. Die Volumenströme liegen zwischen 200 und 900 Nm3/h. Die Fülldrücke betragen üblicherweise 8-30 MPa. Das benötigte Anlagenvolumen und die Dauer der Spülzyklen bestimmen bei Volumina von 12-3000 kL die erforderliche Förderleistung des Systems. Die ZW/DW-Einstufen-Druckerhöhungsverdichter eignen sich dafür besonders und bieten ein ölfrei schmierendes Verdichteraggregat für reine Prozessgase. Die Anlage verfügt über eine digitale Druckregelung und zweiphasige Drucksicherheitsverriegelungen, denn ein Ausfall des Gasverdichters kann in der Chemieindustrie weitreichende Folgen haben.
Energie – Pipeline- und Anlagentests
Hochdruck-Lecksuche und Inbetriebnahme von Pipelines
Vor der Bestellung der erforderlichen Druckbehälter und Prozessausrüstung sowie vor der Inbetriebnahme installierter Pipelines prüfen Betreiber den Stickstoffdruck und die Reinheit bei einem Druck, der dem 1.5X-fachen des Auslegungsbetriebsdrucks entspricht. Bei der Auslegung und Spezifikation eines Druckerhöhungsverdichters für diesen Zweck kann das Vertriebsteam auf den N2-Druckerhöhungsverdichter für die Stickstoffversorgung mit hohem Druck zurückgreifen – typischer Betriebsbereich: 300-600 Nm/h bei 35-50 MPA. Verdichter wie der fünfstufige MZD-900/500 erreichen bei Prüfungen für die strengsten Druckbehälterzulassungen gemäß ASME PCC2 einen Druck von 50MPA. Die Luftkühlung macht eine Wasserversorgung vor Ort für diese Anwendung überflüssig.
Praxiseinblick
Bei Stickstoffinjektionsprojekten auf Ölfeldern beobachten wir häufig folgenden Fehler: Der Druckerhöhungsverdichter wird nur auf Basis des stationären Volumenstroms ausgelegt, ohne den Druckanstieg bei geschlossenem Bohrloch zu berücksichtigen. Wenn sich ein Injektionsbohrloch schließt, kann der Gegendruck um 15-20 % über den normalen Sollwert steigen. Jeder Pangeng MZD ist mit einem für den Austrittsdruck ausgelegten Pufferbehälter und einem selbsttätig auslösenden Entlastungsventil ausgestattet, um diese Druckspitzen abzufangen. Diese Ausstattung ist Standard und keine Option.
Weitere Anwendungen sind die Versorgung mit Hilfsgas für das Laserschneiden (hochreiner N2 bei 1,5-3,0 MPa), die Erzeugung einer Schutzatmosphäre für Lebensmittelverpackungen, Inertgasatmosphären in der Arzneimittelherstellung oder das Abdecken von Reflow-Lötöfen in der Elektronikindustrie. Für jede Anwendung wählen wir eine passende Verdichtergröße anhand Ihrer Parameter aus, statt ein festes Katalogmodell anzubieten.
Stickstoffverdichter: technische Normen und Zertifizierungen
Jeder Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter von Pangeng wird gemäß anerkannten internationalen Druckbehälternormen gefertigt und geprüft. Unser Werk in Bengbu, Provinz Anhui, verfügt über eigene Bereiche für die spanende Bearbeitung und Montage. Grundlage dafür sind jahrzehntelange Erfahrung in der Gasverdichterfertigung.
CE-Kennzeichnung
Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU
ISO 9001
Qualitätsmanagementsystem
ASME
Konformität mit dem Druckbehälterregelwerk
API-Normen
Spezifikationen für Ausrüstung in der Öl- und Gasindustrie
GB/T-Normen
Konformität mit chinesischen nationalen Normen
Beschaffungsleitfaden für Stickstoffverdichter mit hohem Druck
Für ein präzises Angebot für einen Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter müssen die spezifischen Prozessparameter berücksichtigt werden. Die folgenden Faktoren beeinflussen den Endpreis und bestimmen, welche Angaben wir dafür benötigen.
Preisbestimmende Faktoren
Faktor
Auswirkung auf den Preis
Erforderliche Angaben
Volumenstrom
Wichtigster Kostentreiber – größere Baugrößen und Motoren
Erforderliche Nm³/h bei Normbedingungen
Austrittsdruck
Höherer Druck = mehr Verdichterstufen = höhere Kosten
Zielwert in MPa (oder psi/bar)
Eintrittsdruck
Ein höherer Eintrittsdruck verringert die erforderliche Stufenzahl
Austrittsdruck Ihres N2-Generators
Antriebsart
Dieselantrieb kostet ~15–25 % mehr als ein Elektromotor
Verfügbarkeit eines Stromnetzes am Einsatzort
Schmierung
Ölfreie Ausführungen sind teurer
Erforderliche Reinheit des N2
Aufstellung und Ausführung
Skid-Montage oder Containerbauweise erhöhen die Kosten der Ausführung
Aufstellungsart: ortsfest / mobil / Offshore
Zertifizierungen
CE-, ASME- oder länderspezifische Zertifizierungen
Bestimmungsland und geltende Vorschriften
Typische Lieferzeiten
Standardmodelle (MZD-200 bis MZD-600): 8-12 Wochen ab Auftragseingang. Hochleistungs- und Hochvolumenstromausführungen für hohen Druck (MZD-900/500, MZD-1200/500): 12-16 Wochen aufgrund der speziellen Zylinderbearbeitung und längeren Prüfzeit. Vollständig kundenspezifische Druckerhöhungsverdichter: 16-20 Wochen. Ab Werk Bengbu, China; Lieferkosten und Zollabfertigung werden zusätzlich berechnet.
Kundendienst
Kundenspezifische Fernunterstützung bei der Erstinbetriebnahme und der Fehlerbehebung im Betrieb. Ersatzteile für Standardaggregate – Kolbenringe, Dichtringe, Ventilplatten und Packungssätze – werden innerhalb von 3-5 Werktagen einsatzbereit geliefert. Für die langfristige Instandhaltungsplanung sind empfohlene Ersatzteilsets passend zu Ihren Betriebsbedingungen und Betriebsstunden ab Lager bestellbar. Vor-Ort-Schulungen für Bedien- und Fachpersonal sowie Unterstützung bei der Inbetriebnahme sind verfügbar.
Beschaffungstipp
Fügen Sie Ihrer Angebotsanfrage bitte Ihr Verfahrensfließbild (PFD) bei oder senden Sie es uns zu. Es zeigt unseren Ingenieuren, wie sie eine kosteneffiziente technische Lösung auslegen können, statt die höchste verfügbare Antriebsleistung anzubieten. Geben Sie bei Bedarf auch die klimatischen Bedingungen und die Aufstellhöhe an. Bitte nennen Sie Ihre ATEX-Klassifizierung oder andere Explosionsschutzklassen. Diese Angaben beeinflussen die Motorauslegung, die Gehäuseauswahl und den Gesamtpreis.
Auslegungs- und Berechnungstools für Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter
Modellauswahl
Geben Sie Eintrittsdruck, Austrittsdruck und Volumenstrom ein, um sofort das optimale Stickstoff-Druckerhöhungsverdichtermodell für Ihr System zu ermitteln.
Rechner für Verdichtungsstufen
Berechnen Sie die optimale Anzahl der Verdichtungsstufen, ermitteln Sie die Verdichtungsverhältnisse und schätzen Sie anhand Ihrer Gasparameter die Austrittstemperaturen.
Häufig gestellte Fragen
Ein Stickstoff-Druckerhöhungsverdichter erhält Stickstoff mit niedrigem Druck, entweder aus einem Membran- oder PSA-Generator (üblicherweise 0.6 bis 1,0 MPa), und verdichtet ihn über mehrere Verdichtungsstufen auf den erforderlichen Austrittsdruck. In Pangeng-Systemen kommt eine Kombination aus Schrauben- und Kolbenverdichter zum Einsatz: Ein Schraubenverdichter kann gleichzeitig hohe Eintrittsvolumenströme aufnehmen und am Austritt einen hohen Druck erzeugen. Damit eignet er sich ideal als erste (Schrauben-)Stufe. Die abschließende Hochdruckverdichtung erfolgt anschließend über mehrere Hubkolbenstufen (drei bei 25 MPa-, vier bei 35 MPa- und fünf bei 50 MPa-Systemen). Zwischen dem vorgeschalteten Verdichter und den Hochdruck-Kolbenverdichtern ist in jeder Stufe ein System zur Gaskühlung und Feuchtigkeitsabscheidung installiert. Es hält die Qualität der Gase aufrecht und sorgt für einen effizienten Verdichterbetrieb.
Stickstoffverdichter – gasdichte Dichtungen verhindern das Eindringen von Sauerstoff; die Reinheit bleibt bei 99,999 %. Werkstoffe, Schmierstoffe und sogar die Ventilauslegung unterscheiden sich von denen für gewöhnliche Druckluftanwendungen. Der Grund ist einfach: Druckluftkompressoren sind nicht dafür ausgelegt, Sauerstoff und Spurenbestandteile (sogar Feuchtigkeit) fernzuhalten; die Reinheit spielt bei ihnen keine Rolle. Für die Inertisierung in der Chemie, Lebensmittelverpackungen oder Laserschneider würden Sie keine Druckluft verwenden. Nur N2.
Der Preis hängt von Volumenstrom, Austrittsdruck, Anzahl der Verdichtungsstufen und Antriebsart ab. Senden Sie uns Ihre Prozessparameter per E-Mail, damit wir Ihnen ein projektspezifisches Angebot erstellen können.
Ausgangspunkt sind drei Zahlen: der erforderliche Stickstoff-Volumenstrom in Nm/hr, der Eintrittsdruck Ihrer Stickstoffquelle (also der Druck am Eintritt des Druckerhöhungsverdichters) und der gewünschte Austrittsdruck. Berücksichtigen Sie außerdem die Anforderungen an die Verunreinigungsfreiheit. Die meisten Industrieanlagen verwenden ölgeschmierte Kolbenringe. Für extrem reinen Pureair-Stickstoff eignen sich jedoch nur fremdgezündete Turboexpander (Baureihen BHV, FTB). Temperaturen außerhalb der zulässigen Umgebungstemperatur von 45 C können größere Kühler erfordern. Wir kühlen üblicherweise mit Luft auf 45 C und legen den Kühler anhand der durchschnittlichen höchsten Umgebungstemperatur am Einsatzort aus. Bei der Auswahl der Energiequelle kommen für ortsfeste Anwendungen Elektromotoren und für abgelegene Ölfelder, mobile Labore oder flexible mobile Prüfprogramme zähflüssige Dieselmotoren infrage. Die Aufstellungsart (Skid-, Fundament- oder Fahrzeugmontage) bestimmt Details der Rahmenkonstruktion und den Bedarf an Schwingungsisolierung. Nutzen Sie die Entscheidungsmatrix im Spezifikationsbereich unserer Website, um die Auswahl einzugrenzen, und wenden Sie sich für die abschließende Empfehlung an die Technikabteilung. Bei speziellen Anwendungen – wechselnden Eintrittsdrücken, nicht kontinuierlichen Betriebszyklen oder Spurenbestandteilen im Eintrittsstrom – ermitteln wir den Bedarf selbst und entwickeln eine Lösung von Grund auf.
Ja. Gasdichte Kolbenstangenpackungen, nicht verunreinigende Ringe auf PTFE-Basis und Labyrinthdichtungen am Kurbelgehäuse halten den Gasweg sauber. Für die eigenständigen Verdichter der ZW/DW-Baureihe sind ölfreie Ausführungen verfügbar.
Zur regelmäßigen Instandhaltung gehört der Austausch von Kolbenringen, Packungsdichtungen und Ventilplatten – alle 4.000 bis 8.000 Betriebsstunden, abhängig von Austrittsdruck und Gasqualität. Bei standardmäßig ölgeschmierten Modellen wird das Öl alle 2.000 Stunden gewechselt. Während der Betriebsstunden zwischen größeren Überholungen werden Austrittstemperatur, Zwischendruck und Ölqualität täglich überwacht. Anhand der von uns bereitgestellten Verschleißteilliste und vollständigen Ersatzteilliste können Sie die Instandhaltung an Ihren Produktionsbedarf anpassen, statt erst bei einem Ausfall oder einer Betriebsstörung tätig zu werden. Außerdem bieten wir Fernunterstützung bei der Diagnose und Fehlerbehebung an, bevor eine Eskalation erforderlich wird.
Eine Stickstoff-Druckerhöhungspumpe (oder ein Gasbooster) ist ein pneumatisch angetriebenes, einfach wirkendes Gerät für Unterdruck, das Druckluft verwendet, um den Stickstoffdruck zu erhöhen. Diese Geräte eignen sich für geringe Volumenströme und unterbrochenen Betrieb – etwa zum Nachfüllen von Gasflaschen, Befüllen von Druckspeichern und Prüfen kleiner Behälter. Ein Druckerhöhungsverdichter ist ein motor- oder elektrobetriebenes Mehrstufenaggregat für den kontinuierlichen industriellen Einsatz bei höheren Volumenströmen. Wenn Sie einen Prozess dauerhaft mit mehr als 100 Nm/h Stickstoff versorgen müssen – etwa für die Ölförderung, die Versorgung einer Chemieanlage oder Pipelineprüfungen –, ist ein Druckerhöhungsverdichter in der Regel die kostengünstigste Lösung pro Kubikmeter.
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