Analysebeispiele

Hier möchten wir Ihnen gerne einige Analysebeispiele zeigen um Ihnen die Dienstleistungen von Thermonity näher zu bringen. Zur Anonymisierung wurden alle Kundeninformationen entfernt und Zahlen-/Randbedingungen teilweise abgeändert.

Analysebeispiel 1: Untersuchung zur Ölverschleppung durch Hochdruckkompressoren auf Schiffen

Fragestellung:

Der Auftraggeber stellte ein Problem bei der Verwendung seiner Hochdruckkompressoren fest, welche verwendet wurden, um Erdgas in einem Hochdruckspeicher einzuspeisen. In diesem Speicher konnten bei Revisionsarbeiten deutliche Mengen an ölartigen Substanzen festgestellt werden. Obwohl ein Ölabscheider verwendet wurde, waren die offensichtlich verschleppten Mengen erheblich. Der Ölabscheiderhersteller argumentierte, dass dies nicht durch sein Produkt entstand, sondern durch eine mögliche Löslichkeit des Öles in der Gasphase. Dies galt es zu überprüfen.

Randbedingungen:

Die ölgeschmierten Verdichter verdichten das Erdgas auf etwa 300 bar bei einer Temperatur von – 40 bis + 100 °C. Aus dem geförderten Volumenstrom und der Menge an verschleppten, ölartigen Substanzen konnte geschlussfolgert werden, dass die Löslichkeit des Öles in der Gasphase größer 1 ppm sein müsste, um die Verschleppungsmenge zu erklären.

Lösungsansatz:

Durch Daten des Verdichterherstellers und Daten des Öllieferanten zu dem eingesetzten Schmierstoff, konnte eine Berechnung des Schmierstoffes vorgenommen werden. Basierend auf Gruppenbeitragsmethoden und einer Analyse der eingesetzten Schmierstofadditive, konnte eine Abschätzung der Gaslöslichkeit der einzelnen Komponenten vorgenommen werden. Hierbei wurde das Öl in seine Kernfraktionen, Glykolfragmente und Additive zerlegt und der theoretische maximale Anteil jeder Komponente in der Gasphase betrachtet.

Ergebnisse:

Als Ergebnis zeigte sich, dass keiner der Bestandteile die erforderliche Gaslöslichkeit aufweist. Berücksichtigt man die Menge an Additiven, welche im Öl sehr gering war, ist die Summe der theoretischen in der Gasphase gelösten Stoffe deutlich kleiner als 0,001 ppm. Folglich lag die Verschleppung an ölartigen Substanzen nicht an der Löslichkeit in der Gasphase. Es konnte somit gezeigt werden, dass der Fehler bei dem Abscheider liegt. Basierend auf den Ergebnissen hatte der Auftraggeber eine verbesserte Diskussionsbasis gegenüber dem Abscheiderhersteller.

Veröffentlichungen:

Teilergebnisse der Entwicklung wurden in den folgenden Quellen publiziert:
Göpfert, T.: Influence of lubricants in refrigeration and process gas compressors, 1. Innovationstag Kompressorentechnik, Dresden, 20. Oktober 2017


Die folgenden Abbildungen zeigen die Randbedingungen und Ergebnisse der Analyse zu der Verschleppung von Öl in einer Hochdruckgasatmosphäre unter Berücksichtigung der Gesetze der thermodynamischen Ähnlichkeit.

Analysebeispiel 2.: Reduktion der Kühlleistung eines Kühltransporters durch Ölverschleppung

Fragestellung:

Ein Auftraggeber stellte bei seinen Kühlfahrzeugen einen erhöhten Stromverbrauch fest. Dieser war jedoch aus den thermodynamischen Randbedingungen und der Auslegung der Kältemaschine nicht erklärbar. Bei gleicher Antriebsleistung konnte eine reduzierte Kälteleistung festgestellt werden. Es wurde vermutet, dass es einen Zusammenhang mit der neuen Anlagenkonfiguration gibt, welche keinen Ölabscheider enthielt.

Randbedingungen:

Die Kältemaschine wurde mit Kohlenstoffdioxid betrieben und sollte bei einer Verdampfungstemperatur von – 10 °C eine Kälteleistung von 15 kW liefern. Durch Messungen und Gespräche mit dem Verdichterhersteller konnte die Ölumlaufrate (Oil-Circulation-Ratio OCR) in einigen Betriebsfällen auf 0,05 bestimmt werden. Dieses Öl lagert sich in allen Komponenten der Kältemaschine ab und es kann in Folge der Absorption von Kältemittel im Öl zu einer reduzierten Kälteleistung, bzw. einem erhöhten Stromverbrauch bei konstanter Kälteleistung, kommen.

Lösungsansatz:

Basierend auf den thermodynamischen Eigenschaften des Öl-Kältemittel-Gemisches, konnte die Menge an gelöstem Kältemittel im Schmierstoff bestimmt werden. Hierzu wurden Löslichkeitsdiagramme in Form von Dampfdruck-Kältemittelmassenanteil-Diagrammen erstellt. Basierend auf diesen Daten und mittels Kreislaufberechnungen, konnte die Kühlleistungsreduktion bestimmt werden.

Ergebnisse:

Mittels Löslichkeitsdiagrammen konnte für einige Betriebsfälle eine Löslichkeit des Kältemittels im Schmierstoff von bis zu 50 Masse% Kältemittel in der flüssigen Phase bestimmt werden. Betrachtet man den OCR von 0,05 in Verbindung mit einem Massenanteil von 50 %, ergibt sich, dass bis zu 5 % der gesamten geförderten Kältemittelmasse im Schmierstoff gelöst bleiben und somit nicht zur Kälteerzeugung beitragen. Diese 5 % in Kombination mit einem verschlechterten Wärmeübergang im Verdampfer sind wesentliche Einflussfaktoren für die gemessene reduzierte Kälteleistung.

Veröffentlichungen:

Teilergebnisse der Entwicklung wurden in den folgenden Quellen publiziert:
Göpfert, T.: Influence of lubricants in refrigeration and process gas compressors, 1. Innovationstag Kompressorentechnik, Dresden, 20. Oktober 2017


Die nachfolgenden Abbildungen zeigen die Randbedingungen und Ergebnisse der Analyse zur Leistungsreduktion in Kühlfahrzeugen und Dampfdruck-Löslichkeits-Diagramm des Schmierstoffes in Kombination mit Kohlenstoffdioxid (R744).

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