So steuern Sie eine moderne Koksschneideanlage

Dr. Wolfgang Paul und Jay Jones beschreiben die Merkmale moderner Schneidsystemantriebe für Hebezeuge und Bohrgestängeantriebe (Drehgelenke), die seit 2000 eingesetzt werden.

Seit dem Jahr 2000 hat sich die Technologie in Delayed-Coking-Anlagen drastisch verändert. In den Jahren zuvor wurden zwar zahlreiche Weiterentwicklungen durchgeführt, jedoch konnten in Bezug auf Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit nur geringe Fortschritte erzielt werden.

In Kombination mit der Entwicklung von automatischen Ober- und Bodenventilen, automatischen Bohr-/Schneidwerkzeugen und Hebezeugen haben Hochleistungsschneidsysteme kürzlich große Verbesserungen in Bezug auf Sicherheit, Leistung und Zuverlässigkeit erzielt.

Grundsätzlich bestimmen die Prozessparameter die Beschaffenheit der Koksanlage und der Entkokungsanlage. Dies wird nicht untersucht, es werden nur mechanische Aspekte des Systems behandelt.

Bis zum Jahr 2000 basierten Projekte und Aufträge auf Koksfässern mit Durchmessern von bis zu 29 Fuß (8,8 m) und Höhen von Flansch zu Flansch (FF) von bis zu 130 Fuß (39,0 m).

Derzeit sind Entkokungsanlagen mit einem Durchmesser von 32 Fuß (9,80 m) und FF-Höhen von 150 Fuß (46,0 m) im Bau. Dies entspricht einem Zuwachs von 15 Prozent in der Länge und 10 Prozent im Durchmesser. Da das Volumen mit dem Quadrat des Durchmessers und linear mit der Höhe zunimmt, wird eine größere Leistung (Durchsatz) mit zunehmendem Durchmesser und nicht mit zunehmender FF-Höhe erreicht.

Neben den Prozessparametern wie der Gesamthöhe der Struktur und der Festigkeit der Kokstrommel können auch andere Faktoren eine wichtige Rolle spielen, die standortspezifischen Bedingungen können jedoch hier nicht berücksichtigt werden.

Um das Jahr 2000 betrugen Durchfluss und Druck der Strahlpumpe 1200 gpm bei 4400 psi (272 m3/h bei 300 bar). Mit zunehmender Größe der Kokstrommel wurde auch die Hydraulik der Strahlpumpe auf 1400 gpm bei 5000 psi (320 m3/h bei 350 bar) erhöht.

Lediglich die Antriebe am Hub- und Bohrgestängeantrieb blieben eine Zeit lang konstant.

Sehen Sie sich das Diagramm der Entwicklung von Kokstrommeln und Strahlpumpendurchfluss und -druck von 1980 bis 2008 an. Die Daten werden in Prozent angezeigt, um das Wachstum im Laufe der Zeit widerzuspiegeln. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem unterschiedliche Pumpen- und Trommelgrößen gebaut wurden, zeigt das Diagramm die Tendenz. Nachfolgend sind die Grunddaten für die Berechnung aufgeführt.

Über Jahrzehnte wurden die Hebezeuge und Drehdurchführungen mit Druckluft und pneumatischen Motoren angetrieben. Die Leistung betrug etwa 30 PS (22 kW) für das Hebezeug und 13 PS (10 kW) für das Drehgelenk (auch Drill Stem Drive, DSD genannt).

In den 1990er Jahren wurden mehrere Anlagen mit hydraulisch angetriebenen Komponenten installiert, die meisten installierten Einheiten blieben jedoch luftbetrieben.

Parallel zu den Anforderungen an eine höhere Leistung mussten auch andere Probleme angegangen werden, wie beispielsweise die Reduzierung des Lärmpegels und der Umweltverschmutzung. Da Luftmotoren aufgrund der geölten Luft einen hohen Geräuschpegel und Ölspritzer aufweisen.

Mit der weiteren Vergrößerung der Trommeln und Strahlpumpen war eine generelle Umstellung der Hubantriebe und Bohrgestängeantriebe notwendig.

Hydraulisch angetriebene Komponenten

Die Hebezeuge und Bohrgestängeantriebe mussten mit wesentlich höherer Leistung betrieben werden, ohne die Komponenten zu vergrößern.

Im Jahr 2000 entwickelte Ruhrpumpen ein modernisiertes, hydraulisch angetriebenes System aus Hebezeugen und Bohrgestängeantrieben, das von einem Hydraulikaggregat angetrieben wird und speziell für den Betrieb dieser Komponenten in einer Kokerei entwickelt wurde. Zu den Vorteilen gehören:

- Zugkraft des Hebezeugs bis zu 9900 lbf (45 kN).

- Drehmoment von DSD bis zu 5500 lbft (7500 Nm).

- Motor-Pumpen-Treiber sind redundant in einem geschlossenen Schutzraum installiert.

- Die Bedienung und Steuerung erfolgt über ein Bedienpanel per SPS. Dies ist eine der Grundvoraussetzungen für ferngesteuertes oder automatisches Schneiden.

Dennoch waren mehr Rohrleitungen und die Installation hydraulischer Komponenten am Mähdeck und Bohrturm erforderlich.

Elektrisch angetriebene Komponenten

Im Jahr 2004 entwickelte Ruhrpumpen ein elektrisch angetriebenes System für die Hebezeuge und Bohrgestängeantriebe. Die Hub- und DSD-Motoren werden von Frequenzumrichtern (VFD) angetrieben, wobei redundante VFDs installiert sind. Einheiten können in sicheren oder gefährlichen Bereichen aufgestellt werden.

Neben einer höheren Zugkraft und Zuggeschwindigkeit wurden folgende weitere Vorteile erzielt: reduzierte Installationszeit und -kosten; Beseitigung von Hydrauliköl aus dem Mähdeck; vollständige Einhaltung der Bereichsklassifizierung (ATEX, UL, CSA, GOST); Auslegungstemperatur im Bereich von -49 °F bis 113 °F (-45 °C bis 45 °C).

Die Dimensionierung der Komponenten hängt von folgenden Überlegungen ab:

- Der Leistungsbedarf des Hebezeugs hängt vom Trommelvolumen ab.

- Das Gewicht der Schneidausrüstung nimmt mit der Höhe der Trommel zu.

- Das Gewicht der Schneidausrüstung nimmt aufgrund des höheren Drucks mit dem Trommeldurchmesser zu.

- Der Leistungsbedarf des Hebezeugs stimmt mit der Leistung der Strahlpumpe überein.

- Das Gewicht nimmt mit der Strömung und dem Druck zu.

Mit den neuen Antriebssystemen stehen folgende Leistungen zur Verfügung:

- Hebezeug: Zuggeschwindigkeit.

- 1. Schicht: 197 ft/min (60 m/min) bei Zugkraft 10.000 lbs (44 kN) hydraulisch/11 500 lbs elektrisch

- 4. Schicht: 229 ft/min (70 m/min) bei Zugkraft 9400 lbs (42 kN) hydraulisch/9980 lbs elektrisch

- DSD: maximale Drehzahl 15 bei 7500 Nm.

Eine größere Größe der Kokstrommel und die daraus resultierende Erhöhung der Hydraulik der Strahlpumpe, der Anforderungen an die Hubkraft sowie eine höhere Leistung der Zuggeschwindigkeit und Zugkraft waren erforderlich.

Hydraulisch angetriebene Bohrgestängeantriebe und Hebezeuge erfüllen die oben genannten Bedingungen bereits seit mehreren Jahren erfolgreich. Der neue Schritt war die Entwicklung der elektrischen Version, die alle Anforderungen erfüllt und übertrifft.

Abschluss

Mit der Vergrößerung der Kokstrommeln nahm auch die Leistung der Strahlpumpen zu. Bis vor kurzem (2000) wurde die Leistung der Schneidausrüstung nicht erhöht. Ruhrpumpen entwickelte Antriebssysteme für Entkokungsaufzüge und Bohrgestängeantriebe, die hydraulisch oder elektrisch angetrieben werden.

Die Leistung dieser Komponenten folgte der Tendenz des Kokstrommelvolumens und der Leistung der Strahlpumpe, den tatsächlichen Anforderungen moderner Koksschneidanlagen gerecht zu werden.

Die neuen Funktionen des Schneidsystems führen zu einem sichereren und zuverlässigeren Betrieb sowie zu einer kürzeren Betriebszeit.

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Dr. Wolfgang Paul ist Präsident BU – Decoking, Ruhrpumpen, Witten, Deutschland, und Jay Jones ist Vizepräsident Nordamerika, BU – Decoking, Ruhrpumpen, Tulsa, Oklahoma, USA. www.ruhrpumpen.com