Containerisierter Membran-Stickstoffgenerator
Das Hauptprinzip der Stickstoffabscheidung mittels Membranen beruht auf der schnellen Permeation. Jede Gaskomponente der Luft besitzt eine spezifische Permeabilität für die Polymermembran und kann sich darin lösen und diffundieren. Aufgrund dieser Eigenschaft lassen sich Gase mit höherer Permeabilität von Gasen mit geringerer Permeabilität, wie beispielsweise Stickstoff, trennen.
Produkteigenschaften
Kostengünstiger, containerisierter Membran-Stickstoffgenerator für die Öl- und Gasindustrie: Eine sichere und effiziente Stickstoffversorgungslösung vor Ort.
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Prozessablaufdiagramm
I. Stickstoffbedarf in der Öl- und Gasindustrie
Im gesamten Prozess der Erdöl- und Erdgasexploration, -erschließung, -speicherung, des -transports und -betriebs ist Stickstoff eines der wichtigsten Medien, um eine sichere und stabile Produktion zu gewährleisten:
• Sicherheitsinertisierung: In der Öl- und Gasförderung kommen zahlreiche brennbare Medien wie Rohöl und Erdgas vor. Die Vermischung mit Luft kann zur Bildung explosiver Gemische führen. Stickstoff als Inertgas reduziert den Sauerstoffgehalt wirksam und minimiert so das Explosionsrisiko.
• Prozessunterstützung: Prozessverbindungen wie die Reinigung und Spülung von Rohrleitungen/Tanks, die Belüftung von Bohrflüssigkeiten und der Schutz des Arbeitsbereichs bei Workover-Operationen erfordern allesamt trockenes und verunreinigungsfreies Gas als Medium.
II. Produktübersicht
Dieses System ist eine integrierte Membran-Stickstofferzeugungsanlage, die speziell für die Öl- und Gasindustrie entwickelt wurde. Kernstück ist die Hohlfasermembran-Separationstechnologie. In einem 20/40-Fuß-Standardcontainer vereint es Funktionsmodule wie Druckluftvorbehandlung, Membrantrennung, Stickstoffpufferung und intelligente Steuerung. Es ist transport-, installations- und betriebsbereit: Die Anlage kann direkt zu Öl- und Gasförderanlagen (Bohrlochköpfe, Tanklager, Pipelinebaustellen usw.) transportiert werden und ist nach Anschluss von Pipelines und Stromversorgung sofort einsatzbereit. Sie liefert stabil Stickstoff mit einer Reinheit von 95–99,9 % und erfüllt somit die vielfältigen Sicherheits- und Prozessanforderungen der Öl- und Gasindustrie.
III. Kernmerkmale des Produkts
1. Membrantrennverfahren: Eine einfache, wartungsarme und wirtschaftliche Methode zur Stickstofferzeugung
Zur Lufttrennung werden hochwertige Hohlfasermembranmodule eingesetzt, die auf dem Unterschied in den Membranpermeabilitätsraten verschiedener Gasmoleküle basieren: Nach der Vorbehandlung tritt Druckluft in die Membranmodule ein, kleine Moleküle wie Sauerstoff und Wasserdampf permeieren schnell und werden abgeleitet, während Stickstoffmoleküle zu hochreinem Stickstoff angereichert werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Technologien bietet es folgende Vorteile:
• Extrem einfacher Aufbau: Keine Verschleißteile wie Schaltventile und Adsorptionstürme zur PSA-Stickstofferzeugung, keine chemischen Reaktionsverbindungen und kein mechanischer Verschleiß während des Betriebs.
• Geringer Energieverbrauch: Die Stickstofferzeugung basiert ausschließlich auf dem Energieverbrauch der vorgeschalteten Luftkompression; für die nachfolgende Trennung ist kein zusätzlicher Energieverbrauch erforderlich. Die langfristigen Betriebskosten sind 20–30 % niedriger als bei der Stickstofferzeugung mittels PSA.
• Lange Lebensdauer: Die geplante Lebensdauer des Membranmoduls beträgt 5-8 Jahre (unter normalen Betriebsbedingungen), ein häufiger Austausch der Kernkomponenten ist nicht erforderlich, wodurch die Wartungskosten weiter reduziert werden.
2. Wenige Verschleißteile + geringer Wartungsaufwand: Anpassung an die Anforderungen des leichten Betriebs von Öl- und Gasförderanlagen
Mit Blick auf die Besonderheiten der begrenzten Personalstärke und der einfachen Wartungsbedingungen an Öl- und Gasförderanlagen zeichnet sich das Gerät durch wenige bewegliche Teile und eine hohe Zuverlässigkeit aus:
• Wartungsfreie Kernkomponenten: Membranmodule, Stickstoffpuffertanks und andere statische Komponenten unterliegen keinem Betriebsverschleiß.
• Hohe Langlebigkeit der Hilfskomponenten: Filter, Regelventile und andere Komponenten bestehen aus korrosionsbeständigen Werkstoffen in Industriequalität, wie z. B. Edelstahl 304, mit einer Ausfallrate von weniger als 0,5 % pro Jahr.
• Äußerst einfache tägliche Wartung: Lediglich das Luftfilterelement muss vierteljährlich ausgetauscht werden (was in 5–10 Minuten erledigt ist). Eine tägliche Überprüfung der Druck- und Temperaturparameter genügt; ein professionelles Wartungsteam vor Ort ist nicht erforderlich.
3. Standardisiertes Membranmodul-Integrationsdesign: Schnelle Installation und einfache Bedienung
Die Ausrüstung wird im Werk vorgefertigt und in einen Container integriert. Alle Komponenten sind vor Verlassen des Werks montiert, in Betrieb genommen und getestet. Die Installation vor Ort erfordert nur 3 Schritte:
• Anschluss an eine externe Druckluftquelle (nur ein Stromanschluss ist erforderlich, wenn ein Luftkompressor als Komplettset integriert ist).
• Schließen Sie die Stickstoffausgangsleitung an den Betriebspunkt an.
• Schalten Sie die Stromversorgung ein und starten Sie das Steuerungssystem.
Der gesamte Installationszyklus dauert maximal 48 Stunden und ist damit deutlich schneller als bei herkömmlichen Installationen vor Ort (15–30 Tage). Das Steuerungssystem verfügt über eine benutzerfreundliche SPS-Touchscreen-Oberfläche und beschränkt sich auf Kernfunktionen wie Start, Stopp und Parameteranzeige. Die Bediener vor Ort können das System nach einer einstündigen Schulung selbstständig bedienen.
4. Stickstoffqualität: Stabil, zuverlässig, sauber und niedriger Taupunkt
Die Membrantrennung ist ein physikalischer Prozess, und die Produktgasindikatoren werden durch Schwankungen der Betriebsbedingungen nur minimal beeinflusst:
1. Stabile Reinheit: Es kann Stickstoff mit einer Reinheit von 95%-99,9% (auf Anfrage anpassbar) stabil produzieren und erfüllt damit die Anforderungen der Öl- und Gasinertisierung (Sauerstoffgehalt <5%), der Spülung und anderer Anwendungsszenarien.
2. Garantierter niedriger Taupunkt: Der Standard-Taupunkt des erzeugten Stickstoffs beträgt ≤-40°C (optional ≤-60°C), wodurch Korrosion durch eindringende Feuchtigkeit in Rohrleitungen/Tanks vollständig vermieden wird.
3. Hohe Reinheit: Nach mehrstufiger Präzisionsfiltration (Präzision 1μm) ist der Stickstoff öl- und partikelfrei und entspricht den Anforderungen von API 551 und anderen Reinheitsanforderungen der Öl- und Gasindustrie.
5. Flexible Kapazitätserweiterung: Anpassung an dynamische Projektanforderungen
Die Anlage verwendet ein modulares Membranmoduldesign:
• Die Kapazität einer einzelnen 20-Fuß-Containeranlage beträgt 50-200 Nm³/h. Bei steigendem Projektbedarf kann die Kapazität durch Erhöhung der Anzahl der Membranmodule im Container oder durch Parallelschaltung mehrerer Anlagen erweitert werden (beispielsweise können zwei parallel geschaltete Einheiten eine Kapazität von 400 Nm³/h erreichen).
• Die Kapazitätsanpassung erfordert keinen Austausch des Kernsystems und passt sich den Besonderheiten des kurzfristigen Betriebs und der schrittweisen Kapazitätserweiterung von Öl- und Gasprojekten an, wodurch Verschwendung durch Leerlaufzeiten oder unzureichende Kapazität der Anlagen vermieden wird.
6. Containerisiertes Design: Anpassung an die Mobilität und die extremen Umgebungsbedingungen von Öl- und Gasförderanlagen
• Bequemer Transport: Durch die Verwendung von 20/40-Fuß-Standardcontainern kann es ohne Spezialwerkzeug direkt auf der Straße und der Schiene zu abgelegenen Ölfeldern transportiert werden.
• Hohe Umweltverträglichkeit: Der Container ist mit einer explosionsgeschützten Konstruktion gemäß Ex d IIB T4, Schutzart IP54 und einer Wärmedämmschicht ausgestattet und eignet sich daher für extreme Betriebsbedingungen wie Wüsten (hohe Temperatur von 50 °C) und kalte Regionen (niedrige Temperatur von -30 °C).
• Intelligente Fernverwaltung: Das Steuerungssystem unterstützt die Datenübertragung per Fernzugriff (optional), und im Hintergrund können Parameter wie Druck, Durchflussrate und Reinheit in Echtzeit angezeigt werden, wodurch eine unbeaufsichtigte Verwaltung ermöglicht wird.
IV. Typische Anwendungsszenarien von containerisierten Membran-Stickstoffgeneratoren in der Öl- und Gasindustrie
1. Bohrarbeiten: Belüftung der Bohrflüssigkeit und Inertisierung des Bohrlochs
Beim Unterdruckbohren muss Stickstoff in die Bohrflüssigkeit eingeleitet werden, um die Dichte zu reduzieren und ein Aufbrechen des Reservoirs zu verhindern. Gleichzeitig muss das aus dem Bohrloch austretende Öl und Gas mit Stickstoff inertisiert werden, um Explosionen zu vermeiden. Diese Ausrüstung kann neben der Bohrplattform eingesetzt werden, bewegt sich mit der Position des Bohrers und liefert kontinuierlich Stickstoff mit niedrigem Taupunkt. Dadurch werden die Bohrsicherheit und der Schutz des Reservoirs gewährleistet.
2. Öl- und Gaslagertanks: Inertgasabdichtung und -verdrängung
Beim Be- und Entladen sowie bei der Lagerung von Rohöl/Erdgas besteht die Gefahr, dass sich das brennbare Gas im Tank in Verbindung mit Luft zu einer Explosionszone entwickelt. Um den Sauerstoffgehalt unter 5 % zu halten, ist eine kontinuierliche Stickstoffzufuhr erforderlich. Diese Anlage kann in der Nähe des Tanklagers installiert werden und versorgt dieses rund um die Uhr mit Stickstoff, ohne dass lange Rohrleitungen benötigt werden. Dank ihres geringen Wartungsaufwands reduziert sie den Inspektionsaufwand im Tanklager.
3. Rohrleitungsbau: Spülung und Trocknung
Bei neu verlegten oder sanierten Öl- und Gaspipelines ist es notwendig, Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen aus den Leitungen zu entfernen. Der hochreine Stickstoff mit niedrigem Taupunkt dieser Anlage verdrängt die Luft in den Pipelines effizient und trocknet die Innenwände. Dank der Containerbauweise kann die Anlage mit dem Bauabschnitt mitfahren und so den phasenweisen Spülanforderungen von Fernleitungen gerecht werden. Dadurch wird die Baueffizienz um mehr als 30 % gesteigert.
4. Workover-Operationen: Notfall-Sicherheitsvorkehrungen
Bei Bohrlochreparaturen können Restöl und -gas aus dem Bohrloch in den Arbeitsbereich austreten, weshalb dieser mit Stickstoff inertisiert werden muss. Die Ausrüstung lässt sich schnell zum Einsatzort transportieren und innerhalb von 48 Stunden einsetzen. So wird die sichere Durchführung zeitkritischer Projekte wie Notfallreparaturen gewährleistet.
V. Kundennutzen
Durch die innovative Konstruktion der Membrantrennungstechnologie + Behälterintegration bietet dieses Gerät eine sicherere, wirtschaftlichere und flexiblere Stickstoffversorgungslösung für die Öl- und Gasindustrie:
• Kostenreduzierung: Die langfristigen Betriebskosten sind 40-60 % niedriger als die Kosten für den Transport von flüssigem Stickstoff und 20-30 % niedriger als die Kosten für die PSA-Stickstofferzeugung.
• Effizienzsteigerung: Der Bereitstellungszyklus wird um 80 % verkürzt, wodurch eine Anpassung an mobile Betriebsszenarien und eine Steigerung der Effizienz des Projektfortschritts ermöglicht wird.
• Sicherheit: Ein stabiler niedriger Taupunkt und hochreiner Stickstoff reduzieren das Explosions- und Korrosionsrisiko und entsprechen den branchenspezifischen Sicherheitsbestimmungen.
• Vereinfachtes Management: Geringer Wartungsaufwand und einfache Bedienung reduzieren den Schulungsaufwand für das Personal vor Ort und den Aufwand für die Geräteverwaltung.
