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Bei der Auslegung eines Gas-Druckerhöhungsverdichters werden der erforderliche Gasvolumenstrom, die Eintrittsbedingungen, der Austrittsdruck und der Betriebszyklus aufeinander abgestimmt. Ein Aggregat kann den gewünschten Druck erreichen und dort dennoch zu wenig Gas fördern. Beginnen Sie mit den Betriebsfällen, rechnen Sie den Volumenstrom auf die passende Bezugsbasis um und prüfen Sie anschließend für jeden Fall die Kennfelder des Herstellers.
Dieser Leitfaden prüft Betriebsbedingungen und Füllzeit; er empfiehlt kein Modell. Für Schätzungen zu Erdgasmodellen beginnen Sie mit dem Auslegungsrechner für Erdgas-Druckerhöhungsverdichter.
Grundlage der Schnellauslegung
- Erforderlicher Förderstrom: Förderstrom bei angegebenem Druck und Bezugszustand.
- Betriebsbereich: minimale, normale und maximale Saugbedingungen einschließlich Temperatur.
- Prüfung des Verdichters: gasespezifische Förderleistungskurve, Antriebsversorgung, Kühlung und mechanische Grenzen.
- Rechenbeispiel: hypothetische Förderaufgabe mit Stickstoff; 100 Nm³/h, 30°C Eintrittstemperatur, 8 barg normaler Saugdruck und 30 barg Austrittsdruck.
Für die Auslegung eines Gas-Druckerhöhungsverdichters muss ein Betriebsbereich aus Volumenstrom und Druck festgelegt werden. Rechnen Sie den Bezugsvolumenstrom anhand von Absolutdruck, Temperatur und Gaseigenschaften auf das tatsächliche Eintrittsvolumen um. Prüfen Sie anschließend den Förderstrom und die Grenzwerte anhand der passenden Kennlinien.
Wichtige Punkte
- Der minimale Saugdruck ist ein wichtiger Auslegungsfall, doch ein anderer Betriebspunkt kann für Leistung oder mechanische Grenzwerte maßgebend sein.
- Eine Angabe zum Stillstandsdruck garantiert keinen nutzbaren Förderstrom.
- Bezugsvolumenstrom, tatsächlicher Eintrittsvolumenstrom und Kolbenverdrängung sind unterschiedliche Größen.
- Für die Füllzeit müssen der veränderliche Förderstrom und die Gasmenge berücksichtigt werden; die Behältertemperatur beeinflusst das Ergebnis.
Legen Sie die Förderaufgabe des Druckerhöhungsverdichters fest, bevor Sie eine Baugröße wählen
Ein Druckerhöhungsverdichter ist ein Gasverdichter, der den Druck einer bestehenden Gasversorgung erhöht. Die erforderliche Baugröße hängt davon ab, welche Gasmenge der Prozess benötigt und unter welchen Bedingungen das Gas in das Verdichteraggregat eintritt und es verlässt. Anwendungen mit kontinuierlicher Förderung und Füllvorgängen erfordern unterschiedliche Prüfungen der Förderleistung.
Ein Druckerhöhungsverdichter erhält in der Regel Druckluft oder Gas und arbeitet nicht mit atmosphärischem Saugdruck. Für Industriegase wie Stickstoff, Wasserstoff und Helium müssen die jeweilige Gaszusammensetzung und die Eignung der Ausrüstung gesondert beurteilt werden. Ein Hochdruck-Druckluftverdichter ist nicht allein deshalb für ein anderes Gas geeignet, weil sein Nenndruck ausreichend erscheint.
Betrachten Sie als Beispiel eine übliche industrielle Rohrleitungsanlage mit einer stabilen zentralen Sammelleitung und einem langen Abzweig zum Druckerhöhungsverdichter. Maßgeblich ist der Druck im Abzweig während einer gleichzeitigen Produktionsentnahme. Bei geringer Entnahme an der Sammelleitung kann der Druckverlust über Filter und Druckregler unbemerkt bleiben.
Legen Sie auch die Austrittsgrenze sorgfältig fest. Benötigt der Prozess den angegebenen Druck hinter einem Nachkühler und einer Verteilleitung, muss das Verdichteraggregat diese Druckverluste beim erforderlichen Volumenstrom ausgleichen. Für Stickstoffreinheit, Generatorleistung und Eingangsgrößen des Speichersystems verwenden Sie den separaten Leitfaden zur Auslegung von Stickstoffverdichtern; die folgenden Berechnungen beziehen sich auf den Druckerhöhungsverdichter selbst.
Druck und Volumenstrom auf eine einheitliche Basis bringen
Rechnen Sie den Überdruck in Absolutdruck um, um das Druckverhältnis zu bestimmen. Geben Sie bei jedem Bezugsvolumenstrom Temperatur und Druck an. Ein Normkubikmeter bezeichnet eine Gasmenge bei einem angegebenen Bezugszustand. Das von dieser Gasmenge eingenommene Eintrittsvolumen hängt von Saugdruck, Temperatur und Kompressibilität ab.
Welcher Druck gehört in das Druckverhältnis?
Verwenden Sie für Verdichtereintritt und -austritt Absolutdrücke, auch bei niedrigem Druck. Der Überdruck bezeichnet den Druck über dem örtlichen Atmosphärendruck. Der Absolutdruck schließt den örtlichen Atmosphärendruck ein. Diese Regel gilt unabhängig von der Einheit (bar, MPa, psi usw.), die das Messgerät verwendet.
Pabsolut = PÜberdruck + PAtmosphäre
Druckverhältnis = PAustritt, absolut ÷ PEintritt, absolut
Ariels Erläuterung zur Auslegung von Hubkolbenverdichtern verwendet diesen Ansatz mit Absolutdruck. Verwenden Sie für eine reale Berechnung den örtlichen Atmosphärendruck. Im Rechenbeispiel wird 1,01325 bar angenommen; dieser Wert gilt nicht automatisch für jede Höhenlage.
Wie wird der Bezugsvolumenstrom in das Eintrittsvolumen umgerechnet?
Bei gleicher Gaszusammensetzung und gleichem molarem Durchsatz lässt sich die Umrechnung aus der Zustandsgleichung des Gases und der Erhaltung der Gasmenge ableiten.
QEintritt = QBezugszustand × (PBezugszustand / PEintritt) × (TEintritt / TBezugszustand) × (ZEintritt / ZBezugszustand)
Verwenden Sie Absolutdrücke und Kelvin-Temperaturen. Z ist der Kompressibilitätsfaktor des Gases unter den jeweiligen Bedingungen. Diese Umrechnung ergibt den tatsächlichen Eintrittsvolumenstrom; sie legt keine Zylindergröße fest.
Die Gasdurchflussnormen des NIST bestimmen die Gasmenge anhand von Druck, Temperatur, Volumen und einer Zustandsgleichung. Geben Sie zusammen mit Nm³/h, SCFM oder einem anderen Bezugsvolumenstrom auch Bezugsdruck und Bezugstemperatur an.
Rechnen Sie beim Vergleich der Förderleistung verschiedener Anbieter SCFM oder Actual CFM vor dem Vergleich auf dieselbe angegebene Bezugsbasis um. Andernfalls kann ein höher erscheinender Volumenstrom dieselbe Gasmenge bei einer anderen Dichte beschreiben. Prüfen Sie, ob Gaszusammensetzung und Volumenstrom auf feuchter oder trockener Basis angegeben sind.
Rechenbeispiel zur Auslegung eines Stickstoff-Druckerhöhungsverdichters
Bei 8 barg Saugdruck und 30°C erfordert eine hypothetische Förderaufgabe von 100 Nm³/h einen tatsächlichen Eintrittsvolumenstrom von 12,48 m³/h. Diese Berechnung rechnet den Gasbedarf um; sie gibt weder eine erforderliche Kolbenverdrängung noch eine Verdichterleistung vor. Wiederholen Sie die Berechnung bei niedrigerem und höherem Saugdruck, um den Bereich zu bestimmen, den ein vorgeschlagenes Modell abdecken muss.
Nehmen Sie an, Stickstoff wird einem kontinuierlichen Prozess zugeführt. Legen Sie das Normvolumen bei 0°C und 1,01325 bara, die Eintrittstemperatur bei 303.15 K und den Austrittsdruck bei 30 barg fest. Setzen Sie ZEintritt/ZBezugszustand ausschließlich für diese Lehrberechnung auf 1. Für eine Projektberechnung sind geeignete Gaseigenschaften zu verwenden, insbesondere bei steigendem Druck.
Der normale Eintrittsdruck beträgt 8 + 1.01325 = 9,01325 bara. Eingesetzt ergibt sich 100 × (1.01325 ÷ 9.01325) × (303.15 ÷ 273.15) × 1 = 12,48 m³/h. Das Druckverhältnis beträgt (30 + 1.01325) ÷ 9.01325 = 3.441.
Prüfung des Saugdrucks in 3 Fällen
Verwenden Sie minimalen, normalen und maximalen Saugdruck statt eines einzelnen Nennpunkts. Diese berechnete Tabelle zeigt außerdem, wie sich der Eintrittsvolumenstrombedarf ändert, wenn der erforderliche Bezugsvolumenstrom halbiert oder um die Hälfte erhöht wird. Für alle Zeilen gelten dieselben grundlegenden Annahmen zu idealem Gas, Austrittsdruck und Temperatur.
| Saugdruckfall | Erforderlicher Volumenstrom Nm³/h | Tatsächlicher Eintrittsvolumenstrom m³/h | Absolutdruckverhältnis |
|---|---|---|---|
| Niedrig: 4 barg | 50 | 11.22 | 6.186 |
| Niedrig: 4 barg | 100 | 22.43 | 6.186 |
| Niedrig: 4 barg | 150 | 33.65 | 6.186 |
| Normal: 8 barg | 50 | 6.24 | 3.441 |
| Normal: 8 barg | 100 | 12.48 | 3.441 |
| Normal: 8 barg | 150 | 18.71 | 3.441 |
| Hoch: 10 barg | 50 | 5.11 | 2.816 |
| Hoch: 10 barg | 100 | 10.21 | 2.816 |
| Hoch: 10 barg | 150 | 15.32 | 2.816 |
Ein niedrigerer Saugdruck bedeutet, dass pro Hub bei gleichem Hubvolumen weniger Gasmasse angesaugt wird. Für denselben Bezugsvolumenstrom steigt dadurch der erforderliche Eintrittsvolumenstrom. Bei einem Hubkolbenverdichter wirken sich auch weitere Faktoren wie Leckage aus. Das Zylinderspiel und das Ventilverhalten beeinflussen ebenfalls den volumetrischen Wirkungsgrad. Um diese Faktoren zu berücksichtigen, muss die geometrische Verdrängung des Verdichters die Eintrittsvolumenleistung um einen geeigneten, modellspezifischen Zuschlag übersteigen. Deshalb ist die Umrechnung des Gasbedarfs nur der Ausgangspunkt für die mechanische Auslegung.
Der minimale Saugdruck kann für Druckverhältnis und Förderleistung maßgebend sein, während ein anderer Betriebspunkt die Belastung bestimmt. Ariels Leitfaden zur Leistungsregelung erklärt, dass eine Drosselung auf der Saugseite die Leistung verringern und sich auf Austrittstemperatur und Stangenlasten auswirken kann. Bei einem Angebot, das nur den normalen Eintrittszustand berücksichtigt, bleiben die anderen Fälle ungeklärt.
Kennlinie auf Antrieb und Förderaufgabe abstimmen
Wählen Sie einen Druckerhöhungsverdichter anhand des Förderstroms beim erforderlichen Gas, Saugdruck, Austrittsdruck und den Antriebsbedingungen aus. Die Kennlinie muss den Betriebsbereich abdecken, einschließlich Dauerbetrieb oder des vorgesehenen Betriebszyklus. Ein maximaler Druck, ein Hubvolumen oder eine Motorleistung allein bestimmen nicht, wie viel Gas das Verdichteraggregat fördern wird.
Bei gasbetriebenen Druckerhöhungsverdichtern ist die Antriebsluftversorgung von der Prozessgasversorgung getrennt. Für die beschriebenen Fälle müssen der Druck am Antriebsanschluss und der anhaltende Luftverbrauch bewertet werden. Wer die Druckluftversorgung nur anhand ihres statischen Drucks auswählt, lässt den Druckabfall während des Verdichterzyklus außer Acht.
- Grundlage der Kennlinie bestätigen: Gas, Temperatur, Volumenstrom-Bezugsbasis und genaues Modell oder genaue Konfiguration abgleichen.
- Eintritts- und Austrittsbedingungen ermitteln: Der passenden Eintrittsdruckkennlinie bis zum erforderlichen Förderdruck folgen.
- Förderstrom und Versorgungsbedarf gemeinsam ablesen: Druckluftvolumenstrom des Antriebs oder Eingangsleistung des Verdichteraggregats an diesem Punkt prüfen.
- Übrige Grenzwerte prüfen: Temperatur, Gasverträglichkeit, Druckstufen der Bauteile, Kühlung und zulässigen Betriebszyklus berücksichtigen.
Das Handbuch für HII-Gas-Druckerhöhungsverdichter als PDF beschreibt die Kennlinien als Schätzwerte und verknüpft die Linien zum Luftverbrauch mit festgelegten Antriebsbedingungen. Die Hinweise zur zweistufigen Ausführung erläutern außerdem einen Stillstand zwischen den Verdichterstufen, der mit dem Eintrittsdruck und der verfügbaren Antriebskraft zusammenhängt. Dieses modellspezifische Verhalten spricht dafür, den gesamten Betriebsbereich zu prüfen. Es ist kein Grund, die Betriebsleistung aus einer allgemeinen Quelle abzuleiten.
Bei Stillstand am Austritt fördert ein pneumatischer Druckerhöhungsverdichter nicht kontinuierlich nutzbar. Wird nachgelagert Gas verbraucht, kann er wieder anlaufen; Druck und Volumenstrom hängen jedoch von den Bedingungen des Systems und des Druckerhöhungsverdichters ab. Das Stillstandsverhalten ersetzt nicht den erforderlichen Überdruckschutz des Verdichteraggregats.
Wo eine plausibel erscheinende Auslegung an ihre Leistungsgrenze stößt
| Randbedingung | Einfluss auf das Ergebnis | Erforderliche Prüfung / Verantwortliche |
|---|---|---|
| Gaseigenschaften | Molekulare Eigenschaften und Kompressibilität unterscheiden sich | Gasanalyse und gültige Berechnungsgrundlage / Verfahrenstechnik |
| Versorgung auf der Saugseite | Erschöpfung der Quelle oder gleichzeitiger Bedarf senkt den Eintrittsdruck | Druckbereich bei voller Entnahme / Versorgungsteam |
| Eintrittstemperatur | Dichte und thermische Belastung ändern sich | Normale und höchste Eintrittstemperatur sowie Umgebungsbedingungen / Verfahrenstechnik |
| Antriebsdruckluftdruck | Der Druck fällt bei Druckluftentnahme ab | Dynamischer Druck am Antriebsanschluss / Versorgungsteam |
| Druckluftbedarf des Antriebs | Der vorgeschaltete Druckluftverdichter kann den Verbrauch nicht dauerhaft decken | Verfügbarer Druckluftvolumenstrom beim erforderlichen Druck / Versorgungsteam |
| Zylinder und Ventile | Verdrängung entspricht nicht der Förderleistung | Gasespezifische Förderleistung und Betriebsgrenzen / Hersteller |
| Kühlung | Heißes Gas oder unzureichendes Kühlmittel begrenzt die Förderaufgabe | Wärmeabfuhr und thermische Grenzen / Anlagenplanung |
| Druckgrenze des Verdichteraggregats | Ein Ventil, Nachkühler oder Behälter kann die Baugruppe begrenzen | Niedrigster zutreffender Bauteilgrenzwert bei Temperatur / Qualitätssicherung |
| Regelung und Versorgungskosten | Rückführung oder Leerlaufbetrieb verbraucht Energie | Förderstrom und Eingangsenergie über die Förderaufgabe / Betrieb und Finanzen |
Die Analyse des Druckverhältnisses betrachtet dessen Auswirkungen auf Austrittstemperatur und Leistung. Die Grenzwerte sind in der Regel herstellerspezifisch. Eine mehrstufige Verdichtung und Zwischenkühlung können erforderlich sein. Ein festes Gesamtdruckverhältnis legt jedoch keine bestimmte Anzahl von Verdichterstufen fest. Bei Wasserstoff ist das gasspezifische Ventilverhalten ein weiterer Grund, eine Stickstoffkennlinie nicht zu übertragen.
Pneumatische, hydraulische und elektrische Verdichterbauarten lassen sich jeweils für bestimmte Aufgaben anpassen. Berücksichtigen Sie den angegebenen Betriebspunkt, die Lebensdauer im Betriebszyklus und den Versorgungsbedarf, bevor Sie einen Verdichter anhand der Antriebsart auswählen. Bei der Gasverdichtung entsteht unabhängig von der Antriebsart Wärme. Werkstoffe mit Gaskontakt, Sauberkeit und Eignung für den Aufstellungsort müssen geprüft werden, insbesondere bei Sauerstoffversorgung oder brennbaren Gasen.
Kontinuierliche Versorgung und Flaschenfüllung getrennt betrachten
Für den Dauerbetrieb muss im stationären Zustand der Förderstrom bei Betriebsdruck dem Bedarf entsprechen. Beim Füllen eines Speichertanks wird eine festgelegte Gasmenge zugeführt, während sich Quellen- und Empfangsdruck ändern. Schätzen Sie die Füllzeit anhand des verfügbaren Volumenstroms in aufeinanderfolgenden Druckbereichen und eines ausdrücklich festgelegten Temperaturverlaufs des Gases. Berücksichtigen Sie den Zustand des Gases bei der Förderung und im Endzustand.
Geben Sie bei einem Druckluftbehälter mit konstantem Volumen die Gasmenge auf derselben Bezugsbasis wie die Förderkennlinie an:
VBezugszustand = VDruckluftbehälter × (P / PBezugszustand) × (TBezugszustand / T) × (ZBezugszustand / Z)
Zeitintervall = Zunahme der Gasmenge im Bezugszustand ÷ mittlerer Förderstrom im Bezugszustand während des Intervalls
Ermitteln Sie die Gasmenge an jeder Druckgrenze, ziehen Sie den vorherigen Wert ab und addieren Sie anschließend die berechneten Intervallzeiten. Bei Entnahmen verwenden Sie die Nettoansammlungsrate. Sinkt der Quelldruck, muss der mittlere Förderstrom anhand von Kennlinienpunkten bestimmt werden, die zum jeweiligen Quelldruck passen.
Beispiel mit veränderlichem Volumenstrom
Betrachten Sie einen Druckluftbehälter mit 50 L bei konstant 20°C (Z = 1), ohne Entnahmen und ohne Leckage. Verwenden Sie die zuvor genannte Bezugsbasis von 0°C/1.01325 bara. Betrachten Sie drei gleiche Druckintervalle von jeweils 60 bar zwischen 20 und 200 bara und nehmen Sie mittlere Förderströme der Intervalle von 12, 8 und 4 Nm³/h an. Diese Werte dienen der Veranschaulichung und stellen keine tatsächliche Kennlinie dar.
Jedes dieser Intervalle erhöht die Gasmenge um 0.050 (60/1.01325) (273.15/293.15) = 2,759 Nm³. Die Division durch die jeweiligen angenommenen Volumenströme ergibt die folgenden idealisierten Füllzeiten.
| Druckintervall im Druckluftbehälter | Angenommener mittlerer Förderstrom | Berechnete Zeit |
|---|---|---|
| 20–80 bara | 12 Nm³/h | 13.8 min |
| 80–140 bara | 8 Nm³/h | 20.7 min |
| 140–200 bara | 4 Nm³/h | 41.4 min |
Die Gesamtzeit beträgt etwa 75.9 Minuten. Würde der anfängliche Volumenstrom von 12 Nm³/h auf die gesamte Gasmenge angewendet, ergäben sich etwa 41.4 Minuten; dabei bliebe der langsamere letzte Abschnitt dieser angenommenen Kennlinie unberücksichtigt. Kleinere Intervalle verbessern nur dann die numerische Näherung, wenn Volumenstrom und Zustandsgrößen selbst passend gewählt sind.
Die Thermodynamik des Füllvorgangs ist wichtig. Beim realen Füllen erwärmt sich das Gas, und die Zylinderwand kann eine andere Temperatur als das Gas im Inneren haben. Eine Studie im OIML Bulletin zur industriellen Flaschenfüllung betrachtet gemeinsam die Unsicherheiten von Druck, Temperatur und Kompressibilität. Das oben gezeigte isotherme Beispiel isoliert daher die Veränderung des Volumenstroms; es sagt die Dauer einer realen Füllung nicht voraus.
Geben Sie an, ob der Zielwert den heißen Abschaltdruck oder die nach dem Abkühlen verfügbare Gasmenge bezeichnet. Die idealisierte Füllzeit im Beispiel schließt Abkühlung, Haltezeit und gesteuerte Nachfüllzeit aus. Bei Druckluftanwendungen kann ein Druckluftbehälter eine zeitweise Entnahme ausgleichen und zwischen den Ereignissen wieder gefüllt werden. Er kann jedoch keine fehlende kontinuierliche Gaserzeugung ersetzen. Diesen Grundsatz erläutert der Leitfaden des DOE zur Druckluftspeicherung; Anforderungen an Behälter, Werkstoffe, Druckentlastung und Installation bei Prozessgasen müssen gasespezifisch geprüft werden.
Kostenauswirkungen der Auslegungsentscheidung verstehen
Vergleichen Sie den Energieverbrauch bei gleicher geförderter Gasmenge und derselben Messgrenze. Bei einem elektrisch angetriebenen Verdichter ergibt sich der Energiepreis aus mittlerer elektrischer Eingangsleistung des Verdichteraggregats, Betriebsstunden und Tarif. Bei einem pneumatischen Aggregat muss auch der Aufwand für Erzeugung und Aufbereitung der vorgeschalteten Druckluft berücksichtigt werden. Dass der Druckerhöhungsverdichter selbst keinen Elektromotor hat, bedeutet nicht, dass sein Betrieb kostenlos ist.
„Die gesamte elektrische Eingangsleistung eines Verdichters“
Die Definition des CAGI schließt Hilfsantriebe und Kühllasten ein. Verwenden Sie für Abrechnungsschätzungen die durchschnittliche Eingangsleistung während des tatsächlichen Betriebszyklus und nicht die Motor-Nennleistung. Auch der Druckluftleitfaden von Natural Resources Canada zeigt, weshalb die Regelungsart den Energieverbrauch bei Teillast verändert.
Nehmen wir für ein hypothetisches Budget eine gemessene mittlere Eingangsleistung des Verdichteraggregats von 12 kW, 2.000 Betriebsstunden pro Jahr und einen Energiepreis von $0,12 pro kWh an. Die Energiekosten betragen 12 × 2.000 × 0.12 = $2.880 pro Jahr. Dieses Beispiel berücksichtigt weder Leistungspreise noch Instandhaltungs- oder Investitionskosten. Die angenommene Leistung steht nicht im Zusammenhang mit dem Rechenbeispiel zur Stickstoffauslegung.
Der passende Verdichter muss sowohl die Förderanforderung als auch das Energiebudget erfüllen. Die Beschaffung sollte vollständige Druckerhöhungsverdichteraggregate mit denselben enthaltenen Kühlungs- und Steuerungseinrichtungen sowie derselben Gaskontakt-Spezifikation vergleichen. Die Finanzabteilung sollte den Versorgungsverbrauch über denselben Betriebsplan vergleichen, um die Energieeffizienz der Angebote im Einsatz zu beurteilen. Anwendungsspezifische Konstruktionsanforderungen können die Anschaffungskosten verändern. Daher lassen sich Angebote weder allein anhand des Drucks noch anhand eines pauschalen Prozentsatzes vorhersagen.
Berechnungen in ein auslegungsfertiges Datenblatt für Anbieter übertragen
Übermitteln Sie die Betriebsfälle und verlangen Sie für jeden Fall eine Angabe zum Förderstrom. Als aussagekräftiges Ergebnis sollte der Anbieter eine Auslegung auf Basis von Gas, Versorgungsbedarf und begrenzenden Bedingungen vorlegen. Ein Modellname, ein maximaler Austrittsdruck oder ein allgemeiner Leitfaden zur Verdichterauslegung reicht dafür nicht aus.
Für die berechnete Stickstoff-Förderaufgabe könnte die Anfrage zur Freigabe lauten: „Bitte bestätigen Sie den kontinuierlichen Förderstrom auf der angegebenen Normvolumenbasis für jeden genannten Saugdruck bei angegebenem Austrittsdruck und angegebener Eintrittstemperatur. Geben Sie die maßgebenden mechanischen, thermischen und antriebsseitigen Grenzwerte sowie den erforderlichen Versorgungsbedarf an.“ Fügen Sie eine vollständige Gasanalyse und zulässige Abweichungen bei, wenn sich die Gasquelle ändert.
Der Hersteller sollte die zutreffenden Kennlinien oder das Auswahlergebnis, eine lesbare PDF-Datei, die Anlagengrenzen und die Grundlage seiner Garantie bereitstellen. Änderungen sollten anhand derselben Betriebsfälle nachverfolgt werden, damit sich prüfen lässt, ob ein überarbeitetes Angebot Temperatur, Bezugsvolumenstrom oder enthaltene Hilfsaggregate verändert hat.
Für Förderaufgaben mit Erdgas kann der bestehende Auslegungsrechner von PanGeng für Erdgasverdichter eine erste Abschätzung zu Baureihe und Verdichterstufen liefern. Verwenden Sie das Ergebnis als Ausgangspunkt für die Prüfung dieses Erdgas-Betriebsfalls; Stickstoff und andere Gase erfordern eine eigene, gasespezifische Auslegung. Informationen zu Stickstoffanlagen finden Sie in der Produktübersicht der Stickstoffverdichter von PanGeng. Außerdem können Sie die Betriebsfälle zur Auslegungsprüfung übermitteln.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein Gas-Druckerhöhungsverdichter mit jedem vorgeschalteten Verdichter betrieben werden?
Nein. Die vorgeschaltete Versorgung muss die Anforderungen des Druckerhöhungsverdichters an Gas, Druck, Volumenstrom und Qualität erfüllen. Ein Aggregat für saubere Druckluft eignet sich nicht automatisch für ein anderes Prozessgas. Prüfen Sie die verfügbare Versorgung bei Spitzenbedarf, gegebenenfalls einschließlich des Druckluftbedarfs für den Antrieb. Legen Sie den Verdichter anhand des am Eintritt des Druckerhöhungsverdichters bei Spitzenbedarf gemessenen Drucks aus, nicht anhand der Nennleistung des vorgeschalteten Verdichters.
Welchen Druck kann ein Gas-Druckerhöhungsverdichter erreichen?
Ein Hersteller gibt für pneumatische Gas-Druckerhöhungsverdichter einen Austrittsdruck von bis zu 39.000 psi (2.690 bar) an und berechnet den Höchstwert für jedes Modell als Produkt aus Antriebsdruckluftdruck und nominalem Verdichtungsverhältnis des Druckerhöhungsverdichters. Der erreichbare Druck hängt von Modell, Eintrittsdruck, Antriebsbedingungen, Verdichterstufen und Grenzen des Verdichteraggregats ab. Wählen Sie den Verdichter für den erforderlichen Druck und Volumenstrom gemeinsam aus. Der maximale Nenndruck eines Hochdruckverdichters oder der Stillstandspunkt eines pneumatischen Aggregats sagt nicht aus, welcher kontinuierliche Förderstrom am Betriebspunkt verfügbar ist.
Kann derselbe Verdichter verschiedene Gase fördern?
Einige Modelle können dafür eingesetzt werden, sofern der Hersteller die gasespezifische Eignung und Konfiguration bestätigt. Gaseigenschaften beeinflussen Dichte, Temperaturanstieg und Ventilverhalten. Auch Werkstoffe, Dichtungen, Sauberkeit und Leckageanforderungen sind wichtig. Eine Stickstoffberechnung lässt sich nicht unverändert auf Wasserstoff, CO₂ oder Sauerstoff übertragen, selbst wenn angeforderter Druck und Volumenstrom identisch erscheinen.
Sollte die Auslegung vom normalen oder minimalen Eintrittsdruck ausgehen?
Berücksichtigen Sie minimale, normale und maximale Eintrittsbedingungen. Der minimale Saugdruck kann die Förderleistung bestimmen; ein anderer Betriebspunkt kann für Leistung oder mechanische Grenzwerte maßgebend sein. Der Anbieter muss den gesamten Bereich prüfen.
Ist ein Druckerhöhungsverdichter effizienter als ein separater Hochdruckverdichter?
Das kann der Fall sein, wenn bereits eine geeignete Druckgasversorgung vorhanden ist. Beim Vergleich der Energieeffizienz muss jedoch auch die Energie berücksichtigt werden, die für die Bereitstellung dieser Versorgung benötigt wird. Vergleichen Sie beide Systeme bei gleicher geförderter Gasmenge, gleichem Enddruck, gleichem Betriebsplan und derselben Versorgungsgrenze. Druckluftbetriebene Druckerhöhungsverdichter benötigen außerdem Energie für die vorgeschaltete Drucklufterzeugung. Natural Resources Canada weist darauf hin, dass typischerweise etwa 90 % der Energie für die Erzeugung und Verteilung von Druckluft verloren gehen. Regelungsart, Kühlung und Teillastverhalten können das Ergebnis verändern. Vergleichen Sie daher den Energieeinsatz pro geförderter Gaseinheit und nicht nur die Antriebsart.
Reicht ein Auslegungsrechner aus, um einen Druckerhöhungsverdichter zu bestellen?
Ein Rechner kann dabei helfen, Eingabedaten und vorläufige Optionen zu strukturieren. Für die Bestellung müssen dennoch die Leistung der ausgewählten Konfiguration unter den eingereichten Betriebsbedingungen, eine geeignete gasberührte Konstruktion und die verfügbaren Versorgungsmedien berücksichtigt werden. Bestätigen Sie vor der Abnahme des Verdichters die garantierte Förderleistung und die angegebenen Grenzen des Herstellers.
Wann ist ein ölfreier Verdichter erforderlich?
Verwenden Sie einen ölfreien Verdichter, wenn die Prozessspezifikation verlangt, dass kein Schmieröl in den Gasweg gelangt. Legen Sie bei Druckluft den zulässigen Ölgehalt als Klasse nach ISO 8573-1 fest, zum Beispiel Klasse 1 mit weniger als 0,01 mg/m³ Gesamtöl, und geben Sie an, wo dieser gemessen wird. Ein ölfreier Gasbereich entfernt weder Partikel, Feuchtigkeit noch Verunreinigungen, die bereits im einströmenden Gas vorhanden sind, und weist auch nicht die Eignung für den Sauerstoffeinsatz nach. Luftqualität, Gasreinheit und Werkstoffverträglichkeit müssen weiterhin getrennt geprüft werden. Geben Sie im Angebot die Spezifikation des einströmenden Gases und den erforderlichen Zustand am Austritt der Kompressoranlage an. So ist die vom Lieferanten geschuldete Förderleistung an einer klar definierten Übergabestelle festgelegt und nicht als unbestimmtes Versprechen von sauberem Gas formuliert.
Umfang der Berechnung: Die Zahlenbeispiele sind hypothetisch und verwenden ausdrücklich Annahmen für ideale Gase oder isotherme Vorgänge, um die Methode zu erläutern. Für die endgültige Verdichterauswahl sind gasespezifische Eigenschaften und Leistungsdaten des Herstellers erforderlich. Anlagen und Verfahren zur Zylinderbefüllung müssen separat für die jeweilige Anwendung geprüft werden.
Referenzen und Quellen
- NIST: Grundlagen der Gasstrommessung und Zustandsgleichung
- NIST: Umrechnung von Druck- und Gasstromeinheiten
- OIML Bulletin: messtechnische Validierung der Befüllung industrieller Gasflaschen, 2025
- CAGI: Fachbibliothek und Glossar zur Drucklufttechnik
- Natural Resources Canada: Leitfaden zum Energieeinsatz in Druckluftsystemen
- U.S. DOE: Druckluftspeicherung, Merkblatt 9
- Pumps & Systems: Warum das Verdichtungsverhältnis wichtig ist
- Pumps & Systems: Aspekte bei Auswahl und Auslegung von Verdichtern
- Compressortech2: Ventilverhalten bei der Wasserstoffverdichtung
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