mensionierung bei einer Wasserstoffeinspeisung begrenzt. In Abbildung 4 ist die maximale Zumischung von Wasserstoff für die einzelnen Anlagenkomponenten bei einem gleichbleibenden Energietransport dargestellt. Hierbei stellt sich heraus, dass die Dimensionierung der Abscheider und der Rohrleitungen die Einspeisung vonWasserstoff begrenzt: Die Auslegungsgrenzen werden demnach bei einer Wasserstoffkonzentration von 15 Vol.-% überschritten, wodurch bei einem Transport des gleichen Energiegehalts ab einer Wasserstoffeinspeisung von 15 Vol.-% eine neue Dimensionierung der Anlagenkomponenten in dem betrachteten Szenario erforderlich ist. Auswirkungen auf die Anlagenkomponenten Die Untersuchungen haben ergeben, dass das Erdgas-Wasserstoff-Gemisch sich insbesondere hinsichtlichder Dichte und des Energiegehalts von den reinen Erdgasen unterscheidet, weswegen ein Transport des gleichen Normvolumenstroms einen um ca. 7 Prozent geringeren Energietransport mit sich bringt. Die Änderungen der sicherheitsrelevanten Kennwerte ergaben bei einem Zusatz von 10 Vol.-% Wasserstoff nur geringfügigeAbweichungen. Aus diesemGrund ist voneinem sicheren Betrieb der Anlage hinsichtlich der ursprünglichen sicherheitstechnischen Auslegung auszugehen. Auch die ATEX-Klassifizierungbleibt gleichundändert sicherst abeiner Wasserstoffkonzentration in Höhe von 30 Vol.-%. Hinsichtlich der Dimensionierung der Rohrleitungen und der Abscheider ist die Strömungsgeschwindigkeit der begrenzende Faktor für eineH2-Zumischung. Aufgrunddes höheren Volumenstroms, verursacht durch einen gleichbleibenden Energietransport, ist die berechnete Strömungsgeschwindigkeit bei einer Wasserstoffzumischung größer. Beim gleichbleibenden Normvolumenstrom wird die Strömungsgeschwindigkeit bei einer Zumischung von Wasserstoff geringfügig durch den Kompressibilitätsfaktor größer. Die Auslegungsgrenzen der Rohrleitungen und des Abscheiders wurden dabei nicht überschritten. Im Falle eines gleichbleibenden Energiegehaltes werden die existenten Auslegungsgrenzenerst ab einerWasserstoffkonzentrationvon15 Vol.-% erreicht. In Abbildung 5 ist die Strömungsgeschwindigkeit für einen berechneten Leitungsabschnitt mit unterschiedlichen Wasserstoffkonzentrationen bei gleichbleibendem Normvolumen- und Energiestrom aufgeführt. Eine weitere Auslegungsgröße, welche die Dimensionierung der Rohrleitungen beeinflusst, ist der Druckverlust, der ebenfalls abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit ist. Trotz der erhöhtenGeschwindigkeit ist der Druckverlust unter den berechneten Bedingungen, aufgrund der geringerenDichte, kleiner als bei den Erdgasen. Der Druckverlust ist bei einem gleichbleibenden Energietransport durch einen größeren Betriebsvolumenstrom um ca. 7 Prozent größer als bei den Erdgasen. Diese Abweichung ist bei der Überprüfung der Maschinenkennfelder miteinzubeziehen. Die Auslegung des Erdgaskühlers bei einer Zumischung von Wasserstoff erfolgtemithilfe der Simulationssoftware Aspen HYSYS unter Berücksichtigung des vorgeschaltetenVerdichtungsprozesses. Aufgrund des geringerenMassenstroms und einer hohen Wärmeleitfähigkeit bei einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch ist die Dimensionierung des Erdgaskühlers ausreichend. Auch bei einemgleichbleibenden Energietransport wird bei einer Zumischung von 10 Vol.-% H2 die maximale Austrittstemperatur nicht überschritten. Erst bei einem gleichbleibenden Energietransport mit einem Wasserstoffzusatz von ca. 50 Vol.-% sind größere Abweichungen vorhanden. In Abbildung 6 sind die Austrittstemperaturen bei einem gleichbleibenden Volumenstrom und einem bei gleichbleibendem Energiegehalt eingezeichnet. Die Auslegung des Ausbläsers erfolgte qualitativ. Die Auswirkungen von 10 Vol.-%H2 sind für den Ausbläser geringfügig. Daher ist voneinemweiterhin sicherenBetriebdes Ausbläsers auszugehen. Im Fall einer tatsächlichen Einspeisung, insbesondere bei höheren Wasserstoffkonzentrationen, sollte der Ausbläser jedoch zusätzlich quantitativ bewertet werden. Zusammenfassung Die vorgestellten Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Wasserstoffeinspeisung in Höhe von 10 Vol.-% bei der untersuchten Verdichterstation hinsichtlich der strömungstechnischen und thermodynamischen Aspekte der Anlagenteile bei einemgleichbleibendenNormvolumenstrommöglich ist. Da der Transport eines gleichbleibendenEnergiegehaltes von Bedeutung ist, ist die Betrachtung für die Auslegung einer Verdichterstationebenfalls relevant. DieUntersuchung ergibt, dass auchbei einemgleichbleibendenEnergietransport keine Quelle: eigene Darstellung Abb. 4: Auslegungsgrenzen der Anlagenkomponenten einer Verdichterstation bei Erdgas-Wasserstoff-Gemischen Auslegungsparameter der Anlagenkomponenten maximale Zumischung von Wasserstoff Rohrleitungen (Strömungsgeschwindigkeit) 15 Vol.-% Rohrleitungen (Druckverlust) 20 Vol.-% Abscheider (Leerrohrgeschwindigkeit) 15 Vol.-% Erdgaskühler (Austrittstemperatur) 50 Vol.-% Entspannsystem (Sicherheitskennwerte) ab 40 Vol.-% sind große Abweichungen vorhanden 62 energie | wasser-praxis 04/2022 F O R S C H U N G & E N T W I C K L U N G
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