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News vom 04.01.2021

Gas-Druckregelstationen brauchen zuverlässige Wärme

EWE NETZ vertraut auf WGB-Kaskaden von BRÖTJE

Sie sind bundesweit zu finden, meist unscheinbar in kubistischer Gebäudeform und in garagenähnlicher Größe: Gas-Druckregel- und Messanlagen (GDRM) mit der entsprechenden Anlagentechnik. Eine Gas-Druckregelanlage dient der ein- oder mehrstufigen Gas-Druckreduzierung und (Mengen-)Messung im Erdgasnetz. Da hierbei - durch den Joule-Thomson-Effekt - Kälte entsteht, muss das Erdgas zuverlässig und messgenau erwärmt werden. Der norddeutsche Netzbetreiber EWE NETZ GmbH setzt in diesem Zusammenhang auch auf Kaskadenlösungen aus dem Hause BRÖTJE. Mit dieser Thematik und den guten Gründen beschäftigt sich diese Reportage.

Eine Gas-Druckregel und Messanlage (GDRM) der EWE NETZ GmbH an der Oldenburger Straße in Rastede.
Eine Gas-Druckregel und Messanlage (GDRM) der EWE NETZ GmbH an der Oldenburger Straße in Rastede.
Kompakt, energieeffizient und wartungsoptimiert: die WGB-Kaskade von Brötje mit einem Modulationsbereich von 3,9 bis 66 kW Nennheizleistung.
Kompakt, energieeffizient und wartungsoptimiert: die WGB-Kaskade von Brötje mit einem Modulationsbereich von 3,9 bis 66 kW Nennheizleistung.
Fernüberwachung und -steuerung mit verschiedenen Displayansichten vor Ort. EWE-NETZ und BRÖTJE haben die Zugriffsmöglichkeiten über ein 0-10 V-System standardisiert.
Fernüberwachung und -steuerung mit verschiedenen Displayansichten vor Ort. EWE-NETZ und BRÖTJE haben die Zugriffsmöglichkeiten über ein 0-10 V-System standardisiert.
Auch der Raum für die Odorierung muss frostsicher beheizt werden. Hinter der Anlage befindet sich ein Flachheizelement des Typs BRÖTJE Europrofil.
Auch der Raum für die Odorierung muss frostsicher beheizt werden. Hinter der Anlage befindet sich ein Flachheizelement des Typs BRÖTJE Europrofil.
Mit rund 50 bar Eingangsdruck (u) gelangt das Erdgas in die GDRM.
Mit rund 50 bar Eingangsdruck (u) gelangt das Erdgas in die GDRM.
Der Wärmetauscher erwärmt bis zu 10.000 Nm³ Gas in der Stunde.
Der Wärmetauscher erwärmt bis zu 10.000 Nm³ Gas in der Stunde.
Der Temperatursensor PT 100 mit Messumformer dient als Messgröße für das ISR-BUS-System der WGB-Kaskade.
Der Temperatursensor PT 100 mit Messumformer dient als Messgröße für das ISR-BUS-System der WGB-Kaskade.
Mengenmessung mit einem Turbinenrad-Gaszähler (TRZ).
Mengenmessung mit einem Turbinenrad-Gaszähler (TRZ).
Einsicht in den Mess- und Regelraum der Ex-Zone 2.
Einsicht in den Mess- und Regelraum der Ex-Zone 2.
Mit eigener Hausnummer: die Gas-Druckregelanlage der EWE NETZ GmbH.<br />Bilder: August Brötje
Mit eigener Hausnummer: die Gas-Druckregelanlage der EWE NETZ GmbH.
Bilder: August Brötje

Erdgas fließt auf sicheren Wegen

Um den Ferntransport von Erdgas wirtschaftlich und sicher zu realisieren, wird der gasförmige Energieträger auf bis zu 100 bar verdichtet. Zur Aufgabe der regionalen Netzbetreiber Energieversorger gehört es dann, diesen Überdruck auf wenige Bar, bzw. Millibar zu reduzieren[MK1] . Hierzu werden Gas-Druckregel- und Messanlagen (GDRM) eingesetzt, die meist in kleinen Gebäudeeinheiten untergebracht werden, um den nötigen Sicherheitsstandards (Explosionsschutz etc.) zu entsprechen. In diesen Anlagen befinden sich die notwendigen Absperrvorrichtungen, die MSR-Technik (Messen, Steuern, Regeln) sowie Filter, Wärmetauscher und Sicherheitseinrichtungen (SAV & SBV) mit Fernüberwachungs- bzw. Fernwirktechnik. Hinzu kommt häufig eine Odoriereinheit zur Anreicherung des Erdgases mit einem Geruchsstoff – es wird also aus Sicherheitsgründen riechbar gemacht. Ein Gas-Druckregel- und Messanlage wird, ebenfalls aus Sicherheitsgründen, räumlich in drei unterschiedlich explosionsgeschützte Bereiche getrennt: In der höchsten Ex-Zone 1 befindet sich die Odorieranlage, die Ex-Zone 2 betrifft den Mess- und Regelraum; der sogenannte Heiz- und Fernwirkraum zählt nicht zum explosions-geschützen Bereich.

Die hier beispielhaft beschriebene Anlage steht an der Oldenburger Straße im niedersächsischen Rastede. Der Gasdruck beträgt eingangsseitig ca. 50 bar bei einer Temperatur von etwa 7 – 8 °C; er kann in Abhängigkeit vom vorgeschalteten Netz schwanken. In dieser GDRM wird zunächst der Gasdruck im ersten Schritt auf ca. 7 bar reduziert – ein zweiter Druckminderer reduziert einen Teil der Erdgasmenge dann weiter auf 0,8 bar, um ihn direkt in das örtliche Versorgungsnetz einzuspeisen. Im Zuge der Druckminderung kommt es zu einer erheblichen – physikalisch bedingten – Temperaturreduzierung, dem Joule-Thomson-Effekt. Um eine übermäßige Schwitzwasserbildung oder gar ein Einfrieren der Anlage zu verhindern, kommt ein Wärmetauscher mit einer Kapazität von 10.000 Nm³/h zum Einsatz (Ein Normkubikmeter (Nm³) Gas ist die Menge eines Gases, die bei 1,01325 bar und 273,15 K (0 °C) in einem Volumen von 1 m³ enthalten ist.). Er erwärmt das Medium bereits vor der Druckminderung. Diese Messgröße wird über einen elektronischen Temperatur-Sensor PT 100 mit Messumformer erfasst, der den Wärmeerzeugern von BRÖTJE als Regelgröße dient.

Abgestimmte Heizungs- und Regelungstechnik

Um die geforderte Nennheizleistung zur Erwärmung des Erdgases zuverlässig und betriebssicher zu liefern, wurden in diesem Fall ein WGB 38 i EVO und ein WGB 28 i EVO in Kaskade installiert. Die wandhängenden Gas-Brennwertgeräte von BRÖTJE kommunizieren durch ein ISR-BUS-System (Kaskadenfunktion) optimal miteinander. Darüber hinaus werden Ist- und Sollwerte der Gas-Druckregelanlage über ein 0-10 V-System abgerufen. Die Wärmeerzeuger sind über eine integrierte Modbus-Schnittstelle mit der EWE-eigenen Fernwirkanlage verbunden. Der Netzbetreiber kann in seiner Leitstelle die erforderlichen Datenpunkte aus dieser Verbindung einsehen, auswerten und steuern. Bis zu 240 Datenpunkte wären hier theoretisch möglich. Auch die Fehler- und Statuscodes der BRÖTJE ISR (Integrierte System-Regelung) sind auf diese Weise in der Leitstelle hinterlegt.

Durch den direkten Abgleich der Kaskade mit der geforderten Soll-Temperatur des Erdgases werden erhebliche Energieeinsparungen erzielt. Da die WGB-Brennwertgeräte mit Vorlauftemperaturen von Minimum 35 °C laufen, sind sie vollkondensierend und entsprechend energieeffizient. Die Aluminium-Silizium-Wärmetauscher stellen einen wesentlichen Vorteil in dieser Symbiose dar. Durch eine Vollbeschichtung sind die Wärmetauscher auch unter diesen extremen Betriebsbedingungen nahezu verschmutzungsfrei und entsprechend wartungsarm zu betreiben. Da die jährlichen Betriebslaufzeiten in diesen Anlagen bei ca. 6.000 bis 8.000 Stunden liegen, ist das ein wesentlicher Faktor für den Betreiber.

Die in Kaskade geschalteten Brennwertgeräte der WGB-Baureihe von  überzeugen nicht nur durch die kompakten Abmessungen, sondern auch durch die enorme Modulationstiefe zwischen 3,9 und 66 kW. Der Betreiber EWE NETZ GmbH nutzt also stets die exakt benötigte Wärmemenge zum Betrieb der Gas-Druckregelanlage. Um den vorzeitigen Verschleiß eines einzelnen Wärmeerzeugers zu verhindern und die Abnutzung gleichmäßig auf beide Geräte zu verteilen, wechselt der Führungskessel im wöchentlichen Intervall vom Master- in den Slave-Modus und umgekehrt.

Fazit mit gemeinsamem Nutzen

In der Kooperation zwischen der EWE NETZ GmbH und der August 21 GmbH ist es gelungen, die Heizungs- und Regelungstechnik optimal auf die Anforderungen in einer GDRM abzustimmen. Die Geräte der WGB-Baureihe bringen serienmäßig alle Funktionen mit, die für einen derartigen Einsatz notwendig sind. Regelungs- und anlagentechnisch wurde das Projekt von Key-Account-Manager Daniel Norder begleitet. Er konnte mit Unterstützung seiner Entwickler dem Netzbetreiber u.a. einen Datenträger (USB-Stick) zur Verfügung stellen, um alle gewünschten Programmierfunktionen einfach und sicher aufzuspielen.

Infokasten:

Die EWE NETZ GmbH betreibt in den Regionen West (Ems-Weser-Elbe) und Ost (Brandenburg/Rügen) ein Erdgasnetz in den Druckstufen Hoch-, Mittel- und Niederdruck mit einer Gesamtlänge von ca. 37.000 km (ohne Hausanschlussleitungen). Etwa 20 bis 40 Wärmeerzeuger werden in den ca. 760 Gas-Druckregel- und Messanlagen jährlich ausgetauscht.

[MK1]bar – millibar, einheitlich klein oder groß

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