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Ethylenverdichter ruhig gestellt!
Dr.-Ing. Jan Steinhausen

Tel. +49 5971 9710.64

Ein Chemiewerk betreibt im Bereich der organischen Produkte zur Verdichtung von Ethylen einen zweistufigen Kolbenverdichter (2-kurbelig, vier Zylinder, doppeltwirkend, Boxeranordnung). Dieser wird von einer Dampfturbine über ein Planetengetriebe angetrieben. An der Verdichteranlage wurden vom Betreiber seit längerem, im Bereich der Pulsationsdämpfer-Behälter und an den Prozessrohrleitungen, vor allem auf der Saugseite, sowie der Bedienbühne erhöhte Schwingungen beobachtet. In der Vergangenheit führten diese bereits mehrmals zu Besorgnis erregenden Abrissen von Rohrleitungsbefestigungen.

KÖTTER Consulting Engineers wurde damit beauftragt, die Ursache für die beobachteten Rohrleitungsschwingungen zu ermitteln. Zur Erreichung eines sicheren Betriebes der Anlage sollten wirkungsvolle Maßnahmen benannt werden. Hierzu wurde zunächst eine mehrkanalige messtechnische Untersuchung durchgeführt, bei der eine synchrone Messung der Druckpulsationen innerhalb der Rohrleitungen und der Strukturschwingungen (Rohrleitungen und Stahlbau) im verdichternahen Bereich der Anlage erfolgte.

Die Messungen zeigten, dass im Bereich der Saugleitung bei Verdichterdrehzahlen über 374 1/min die Richtwerte für zulässige Pulsationen gemäß API Standard 618 nur leicht überschritten wurden. In der Rohrleitungsführung der Zwischenstufe erreichten die festgestellten Pulsationen jedoch aufgrund einer dort auftretenden akustischen Resonanz etwa das 6-fache der Richtwerte!

Die gemessenen strukturmechanischen Rohrleitungsschwingungen (Schwinggeschwindigkeiten) auf der Saugseite und der Zwischenstufe des Verdichters zeigten in mehreren Bereichen zum Teil deutliche Überschreitungen der zulässigen Richtwerte. Diese wurden zum einen durch die Anregung von strukturmechanischen Eigenfrequenzen (Resonanzen) der Rohrleitungsstruktur inklusive deren Halterungen verursacht (siehe Abb. 1). Zum anderen führte die Anregung durch die hohen Gaskräfte in der Zwischenstufe – aufgrund akustischer Resonanz – durch die Übertragung auf den relativ nachgiebigen Stahlbau auch zu hohen Schwingungen an der ebenfalls am Stahlbau befestigten Saugleitung.

Zur wirkungsvollen Reduktion der Gaspulsationen in der Zwischenstufe wurde eine Pulsations-Dämpferplatte nach dem KÖTTER-Prinzip an dem zu diesem Zweck optimierten Einbau eingesetzt (ermittelt aus akustischer Simulation der Zwischenstufe).

Zusätzlich wurde eine Aus¬steifung der Rohrleitungshaltekonstruktion durch massive Rohrleitungsstützen vorgenommen. Die hierzu geeigneten Positionen wurden rechnerisch ermittelt. Die damit erreichte Verschiebung der lokalen mechanischen Eigenfrequenzen aus dem Frequenzbereich der anregenden Gaskräfte senkte die erzwungenen Betriebsschwingungen auf ein zulässiges Niveau ab.

Nach der Umsetzung der von KÖTTER Consulting Engineers erarbeiteten Maßnahmen zur Beruhigung der Verdichteranlage, zeigte sich der Betreiber ebenfalls beruhigt und war mit der „sanierten“ Schwingungssituation sehr zufrieden.

 
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