Source: Deutsche Nachrichten
Korrosionsschutz für Biogasverdichter: Warum die inneren Bauteile entscheidend sind
Biogasanlagen stellen besondere Anforderungen an die eingesetzte Fördertechnik. Anders als bei der Förderung sauberer Umgebungsluft können im Biogas Feuchtigkeit und chemisch aggressive Bestandteile enthalten sein. Diese beeinflussen die Auswahl geeigneter Seitenkanalverdichter und können zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich machen.
Für Betreiber, Anlagenbauer und Planungsbüros ist deshalb nicht allein entscheidend, welchen Volumenstrom und welche Druckdifferenz ein Verdichter erreicht. Ebenso wichtig ist die Frage, ob die gasberührten Bauteile den vorgesehenen Betriebsbedingungen standhalten.
SKVTechnik bietet Seitenkanalverdichter des Herstellers FPZ für unterschiedliche industrielle Anwendungen an. Bei geeigneten Biogasanwendungen können zusätzliche Ausführungen und Schutzoptionen berücksichtigt werden, um die Geräte an die besonderen Anforderungen des Fördermediums anzupassen.
Im Mittelpunkt steht dabei der Korrosionsschutz im Inneren des Seitenkanalverdichters. Denn gerade dort kommen die Bauteile unmittelbar mit dem geförderten Gas in Kontakt.
Oberflächenbehandlungen, geeignete Werkstoffe, zusätzliche Abdichtungen und korrosionsbeständige Verbindungselemente können Bestandteil eines solchen Schutzkonzepts sein.
Welche Maßnahmen notwendig sind, hängt jedoch von der tatsächlichen Gaszusammensetzung, der Feuchtigkeit, den Temperaturen und den vorgesehenen Betriebsbedingungen ab.
Eine pauschale Aussage, dass ein bestimmter Seitenkanalverdichter für jedes Biogas geeignet sei, wäre deshalb technisch nicht gerechtfertigt.
1. Biogas ist kein einheitliches Fördermedium
Biogas entsteht durch den biologischen Abbau organischer Stoffe unter anaeroben Bedingungen. Es besteht überwiegend aus Methan und Kohlendioxid. Daneben können weitere Bestandteile enthalten sein, deren Konzentrationen von der Herkunft des Substrats und der Prozessführung abhängen.
Für die Auswahl eines Seitenkanalverdichters ist diese Zusammensetzung von erheblicher Bedeutung.
Insbesondere Schwefelwasserstoff und Feuchtigkeit können die Korrosionsbeanspruchung erhöhen. Unter bestimmten Bedingungen können sich Kondensate bilden, die gasberührte Oberflächen zusätzlich belasten.
Auch weitere Begleitstoffe können für die Materialverträglichkeit relevant sein.
Die tatsächlichen Bedingungen unterscheiden sich beispielsweise zwischen landwirtschaftlichen Biogasanlagen, Kläranlagen und industriellen Vergärungsprozessen.
Selbst innerhalb einer Anlage kann die Gaszusammensetzung im zeitlichen Verlauf schwanken.
Für die technische Auslegung reicht deshalb die allgemeine Angabe „Biogas“ nicht aus.
Vielmehr sollten Betreiber und Planer möglichst genaue Informationen über das Fördermedium bereitstellen. Dazu gehören Angaben über die Gaszusammensetzung, die zu erwartende Feuchtigkeit, mögliche Kondensatbildung und die Betriebsbedingungen.
Erst auf dieser Grundlage lässt sich beurteilen, welche Anforderungen an die Werkstoffe und Oberflächen eines Seitenkanalverdichters bestehen.
2. Warum Korrosion im Verdichterinneren besonders kritisch ist
Ein Seitenkanalverdichter besteht aus mehreren Bauteilen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Im Inneren wird das Fördermedium durch die Bewegung eines Laufrads beschleunigt und durch den Seitenkanal geführt.
Die gasberührten Bereiche sind deshalb unmittelbar den Eigenschaften des Fördermediums ausgesetzt.
Bei feuchtem oder chemisch aggressivem Gas kann es zu einer Beanspruchung der Oberflächen kommen.
Welche Veränderungen tatsächlich auftreten, hängt unter anderem von der Werkstoffauswahl, der chemischen Zusammensetzung des Gases und der Betriebsdauer ab.
Korrosion kann langfristig die Beschaffenheit von Oberflächen und Bauteilen verändern. Je nach Ausmaß können daraus Einschränkungen der Funktion oder ein erhöhter Instandhaltungsbedarf entstehen.
Deshalb sollte der Korrosionsschutz nicht ausschließlich auf die äußerlich sichtbaren Teile des Verdichters beschränkt werden.
Eine äußerlich beschichtete Maschine ist nicht automatisch für die Förderung aggressiver Gase geeignet.
Entscheidend ist vielmehr, ob die Bereiche geschützt sind, die tatsächlich mit dem Biogas in Berührung kommen.
Hierzu gehören insbesondere die relevanten Innenflächen des Verdichtergehäuses und weitere gasberührte Bauteile.
SKVTechnik berücksichtigt diese Unterscheidung bei der technischen Vorauswahl geeigneter Verdichterausführungen.
3. Oberflächenbehandlung als Bestandteil des Korrosionsschutzes
Eine mögliche Maßnahme zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit ist die gezielte Behandlung geeigneter Metalloberflächen.
Bei Seitenkanalverdichtern aus Aluminiumlegierungen kann beispielsweise eine geeignete Eloxalbehandlung in Betracht kommen.
Beim Eloxieren wird die Oberfläche des Aluminiums elektrochemisch verändert. Dabei entsteht eine Oxidschicht, die unter passenden Bedingungen die Beständigkeit gegenüber bestimmten Umwelteinflüssen verbessern kann.
Die tatsächliche Schutzwirkung hängt allerdings von der Ausführung der Behandlung und der chemischen Beanspruchung ab.
Nicht jede eloxierte Oberfläche ist für jede Gaszusammensetzung geeignet.
Außerdem muss berücksichtigt werden, welche Bauteile tatsächlich behandelt werden können und welche Bereiche anschließend mit dem Fördermedium in Kontakt stehen.
Für eine belastbare technische Bewertung ist deshalb die konkrete Herstellerfreigabe entscheidend.
Eine Eloxalbehandlung sollte nicht als allgemeine Garantie gegen sämtliche Korrosionsmechanismen verstanden werden.
Sie kann vielmehr ein Bestandteil eines anwendungsspezifischen Schutzkonzepts sein.
4. Zusätzliche Versiegelung gasberührter Oberflächen
Neben einer Oberflächenbehandlung können zusätzliche Versiegelungen infrage kommen.
Ziel einer geeigneten Versiegelung ist es, die unmittelbare Einwirkung des Fördermediums auf die darunterliegenden Werkstoffoberflächen zu reduzieren.
Eine solche Schutzschicht muss für die vorgesehene chemische und thermische Beanspruchung geeignet sein.
Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle.
Dazu gehören die Verträglichkeit mit den im Biogas enthaltenen Stoffen, die zu erwartenden Temperaturen und die Beanspruchung während des Betriebs.
Auch die Beständigkeit gegenüber möglichem Kondensat muss berücksichtigt werden.
Die konkrete Ausführung kann deshalb nicht allein anhand der Motorleistung oder der Baugröße des Seitenkanalverdichters festgelegt werden.
Vielmehr ist zu prüfen, welche Oberflächen behandelt werden sollen und welche technischen Möglichkeiten der Hersteller für das betreffende Modell anbietet.
Eine Versiegelung kann den Korrosionsschutz ergänzen, ersetzt jedoch nicht die Prüfung der gesamten Verdichterausführung.
Insbesondere Dichtungen, Verbindungselemente und weitere gasberührte Komponenten müssen weiterhin berücksichtigt werden.
5. Korrosionsbeständige Materialien und Verbindungselemente
Ein weiterer Bestandteil eines Schutzkonzepts ist die Auswahl geeigneter Werkstoffe.
Dabei geht es nicht ausschließlich um das Verdichtergehäuse.
Auch Schrauben, Verbindungselemente und andere Bauteile können mit dem Fördermedium oder einer korrosiven Umgebung in Kontakt kommen.
Für bestimmte Anwendungen können deshalb korrosionsbeständige Materialien oder Edelstahlschrauben vorgesehen werden.
Die Verwendung von Edelstahl allein stellt jedoch keine uneingeschränkte Korrosionsbeständigkeit sicher.
Unterschiedliche Edelstahlqualitäten besitzen unterschiedliche Eigenschaften. Ihre Eignung hängt von den jeweiligen chemischen und thermischen Bedingungen ab.
Deshalb muss auch hier die konkrete Materialauswahl zur vorgesehenen Anwendung passen.
Zudem ist zu beachten, dass der Austausch einzelner Verbindungselemente nicht automatisch die Korrosionsbeständigkeit der gesamten Maschine gewährleistet.
Ein wirksames Schutzkonzept betrachtet die relevanten Bauteile im Zusammenhang.
6. Abdichtung und Schutz vor unerwünschtem Gasaustritt
Bei der Förderung von Biogas ist neben der Materialbeständigkeit auch die Dichtheit der Anlage von Bedeutung.
Biogas enthält brennbare Bestandteile. Ein unkontrollierter Gasaustritt kann deshalb sicherheitstechnisch relevant sein.
Für geeignete Anwendungen können abgedichtete Verdichterausführungen vorgesehen werden.
Welche Dichtheitsanforderungen erfüllt werden müssen, hängt von der jeweiligen Anlage und den einschlägigen Sicherheitsanforderungen ab.
Dabei ist die Betrachtung des Verdichters allein nicht ausreichend.
Auch Rohrleitungsverbindungen, Armaturen und weitere Komponenten des Gesamtsystems müssen berücksichtigt werden.
Eine abgedichtete Verdichterausführung ersetzt deshalb weder die erforderliche Anlagenplanung noch die Prüfung der betrieblichen Schutzmaßnahmen.
Ebenso darf aus einer verbesserten Abdichtung nicht automatisch auf eine bestimmte ATEX-Eignung geschlossen werden.
Beide Eigenschaften sind getrennt zu beurteilen.
7. Korrosionsschutz und ATEX sind unterschiedliche Anforderungen
Bei Biogasanwendungen werden Korrosionsschutz und Explosionsschutz häufig gemeinsam betrachtet.
Technisch handelt es sich jedoch um unterschiedliche Anforderungen.
Korrosionsschutz betrifft die Beständigkeit der eingesetzten Werkstoffe und Oberflächen gegenüber dem Fördermedium und der Umgebung.
ATEX betrifft dagegen die Eignung von Geräten für bestimmte explosionsgefährdete Bereiche beziehungsweise die dafür vorgesehenen Einsatzbedingungen.
Eine korrosionsgeschützte Ausführung ist nicht automatisch ATEX-zugelassen.
Umgekehrt bedeutet eine ATEX-Kennzeichnung nicht, dass sämtliche gasberührten Bauteile für jede aggressive Gaszusammensetzung geeignet sind.
Für die Auswahl eines Seitenkanalverdichters müssen deshalb beide Fragestellungen unabhängig voneinander geprüft werden.
Die erforderliche explosionsschutztechnische Ausführung ergibt sich aus der vorgesehenen Anwendung, der Gefährdungsbeurteilung und den einschlägigen Anforderungen.
Erst danach kann beurteilt werden, welche Verdichterausführung technisch infrage kommt.
SKVTechnik empfiehlt, die erforderliche ATEX-Klassifizierung bereits bei der Anfrage anzugeben.
8. Kondensatbildung im Biogassystem berücksichtigen
Feuchtigkeit gehört zu den wesentlichen Faktoren, die bei der Förderung von Biogas berücksichtigt werden müssen.
Abhängig von Temperatur und Gaszustand kann sich Kondensat bilden.
Dies ist insbesondere dann relevant, wenn sich die Temperatur des Gases entlang der Rohrleitung oder innerhalb des Systems verändert.
Kondensat kann die Korrosionsbeanspruchung erhöhen und den Betrieb technischer Komponenten beeinträchtigen.
Deshalb sollte die Anlagenplanung geeignete Maßnahmen zur Vermeidung unerwünschter Flüssigkeitsansammlungen berücksichtigen.
Welche Maßnahmen erforderlich sind, hängt von der jeweiligen Anlagenkonfiguration ab.
Dazu können beispielsweise eine geeignete Rohrleitungsführung und eine anwendungsgerechte Kondensatbehandlung gehören.
Ein Seitenkanalverdichter darf nicht ohne entsprechende Eignungsprüfung zur Förderung von Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Auch eine korrosionsgeschützte Ausführung ist keine pauschale Freigabe für den Eintritt von Kondensat in den Verdichter.
Die zulässigen Betriebsbedingungen des Herstellers bleiben maßgeblich.
9. Verdichterauslegung anhand des tatsächlichen Betriebspunktes
Neben dem Korrosionsschutz ist die richtige strömungstechnische Auslegung entscheidend.
Für eine geeignete Verdichterauswahl müssen der erforderliche Volumenstrom und die benötigte Druckdifferenz bekannt sein.
Der tatsächliche Betriebspunkt ergibt sich aus dem Zusammenspiel der Verdichterkennlinie und dem Widerstand des angeschlossenen Systems.
Dazu gehören beispielsweise Druckverluste in Rohrleitungen, Armaturen und weiteren Anlagenkomponenten.
Bei Biogas ist außerdem zu berücksichtigen, dass die Eigenschaften des Fördermediums von denen der Luft abweichen können.
Kennlinien, die unter festgelegten Referenzbedingungen für Luft ermittelt wurden, dürfen deshalb nicht ohne technische Prüfung auf andere Gase übertragen werden.
Die Dichte des Fördermediums und weitere relevante Eigenschaften können die Auslegung beeinflussen.
Für eine belastbare Auswahl sind daher die konkreten Betriebsdaten erforderlich.
SKVTechnik unterstützt Kunden bei der technischen Vorauswahl und der Abstimmung mit den verfügbaren Herstellerunterlagen.
10. Temperatur und Betriebsdauer als Auslegungskriterien
Die thermischen Bedingungen beeinflussen sowohl die Verdichterauswahl als auch die Beurteilung der Materialbeständigkeit.
Dabei sind die Temperatur des angesaugten Fördermediums, die Umgebungstemperatur und die zu erwartenden Betriebsbedingungen zu berücksichtigen.
Ein Seitenkanalverdichter kann sich während des Betriebs erwärmen.
Die tatsächlich auftretenden Temperaturen hängen unter anderem vom Betriebspunkt und den Eigenschaften des Fördermediums ab.
Bei der Auswahl korrosionsbeständiger Oberflächen und Dichtungen muss deshalb auch deren Temperaturbeständigkeit berücksichtigt werden.
Zusätzlich spielt die Betriebsdauer eine Rolle.
Ein kontinuierlich betriebener Verdichter stellt andere Anforderungen an die Anlagenplanung als ein Gerät, das nur gelegentlich eingesetzt wird.
Für die technische Vorauswahl sollte deshalb bekannt sein, ob ein Dauerbetrieb vorgesehen ist und welche Betriebszustände auftreten können.
11. Biogasrezirkulation als möglicher Anwendungsbereich
Eine mögliche Aufgabe von Verdichtern in Biogasanlagen ist die Rezirkulation geeigneter Gasströme.
Dabei wird Gas innerhalb eines technischen Prozesses zurückgeführt.
Je nach Anlagenkonzept kann dies zur Unterstützung bestimmter Prozessabläufe dienen.
Für die Auswahl des Verdichters sind der erforderliche Volumenstrom, die Druckdifferenz und die Gaszusammensetzung entscheidend.
Zusätzlich müssen die Korrosionsbeanspruchung und die sicherheitstechnischen Anforderungen berücksichtigt werden.
Gerade bei der Rezirkulation kann der Verdichter über längere Zeiträume mit dem Prozessgas in Kontakt stehen.
Deshalb verdient die Beständigkeit der gasberührten Bauteile besondere Aufmerksamkeit.
Ob ein bestimmter FPZ-Seitenkanalverdichter für eine solche Anwendung geeignet ist, muss anhand der konkreten Betriebsbedingungen und der verfügbaren Herstellerfreigaben geprüft werden.
12. Gasförderung innerhalb von Biogasanlagen
Neben der Rezirkulation können weitere Förderaufgaben innerhalb einer Biogasanlage entstehen.
Hierzu gehören beispielsweise geeignete Gastransport- und Versorgungsprozesse.
Die konkreten Anforderungen unterscheiden sich jedoch erheblich.
Bei manchen Anwendungen steht die Überwindung einer vergleichsweise geringen Druckdifferenz im Vordergrund.
Andere Prozesse erfordern einen bestimmten Gasvolumenstrom bei veränderlichen Betriebsbedingungen.
Für die Auswahl des Verdichters ist deshalb eine genaue Beschreibung der Förderaufgabe notwendig.
Insbesondere muss bekannt sein, welche Gaszusammensetzung vorliegt und ob explosionsschutztechnische Anforderungen bestehen.
Auch die Einbindung in die vorhandene Anlagensteuerung und die erforderlichen Schutzmaßnahmen müssen berücksichtigt werden.
Eine allgemeine Freigabe sämtlicher Seitenkanalverdichter für die Förderung von Biogas lässt sich daraus nicht ableiten.
13. Warum eine Standardmaschine nicht immer ausreicht
Ein Standard-Seitenkanalverdichter kann für zahlreiche industrielle Luftanwendungen geeignet sein.
Daraus folgt jedoch nicht, dass dieselbe Ausführung ohne zusätzliche Prüfung auch für feuchtes oder aggressives Biogas verwendet werden darf.
Bei der Auswahl müssen die Eigenschaften des Fördermediums berücksichtigt werden.
Wenn bestimmte Gasbestandteile eine erhöhte Korrosionsbeanspruchung erwarten lassen, können zusätzliche Schutzmaßnahmen notwendig sein.
Dazu gehören geeignete Oberflächenbehandlungen, Versiegelungen, korrosionsbeständige Werkstoffe oder abgedichtete Ausführungen.
Welche Maßnahmen verfügbar sind, hängt vom jeweiligen Modell und der vorgesehenen Ausführung ab.
Die Auswahl sollte deshalb nicht allein nach dem niedrigsten Anschaffungspreis erfolgen.
Entscheidend ist, dass der Verdichter die technischen und sicherheitstechnischen Anforderungen der Anwendung erfüllt.
14. Wirtschaftlichkeit des Korrosionsschutzes
Zusätzliche Schutzmaßnahmen können die Anschaffungskosten eines Seitenkanalverdichters erhöhen.
Für die wirtschaftliche Bewertung sollte jedoch nicht ausschließlich der Kaufpreis betrachtet werden.
Auch die geplante Betriebsdauer, die Wartungsbedingungen und mögliche Ausfallfolgen spielen eine Rolle.
Wenn ein Verdichter regelmäßig mit feuchtem oder aggressivem Gas in Kontakt kommt, kann eine geeignete korrosionsgeschützte Ausführung wirtschaftlich sinnvoll sein.
Ob dies im Einzelfall zutrifft, hängt von den tatsächlichen Betriebsbedingungen ab.
Pauschale Aussagen über eine bestimmte Lebensdauerverlängerung oder garantierte Einsparungen wären ohne entsprechende Nachweise nicht belastbar.
Eine sorgfältige technische Vorauswahl hilft jedoch, die relevanten Anforderungen bereits vor der Bestellung zu berücksichtigen.
Damit können Fehlanwendungen und ungeeignete Gerätekonfigurationen vermieden werden.
15. Lieferzeiten und Sonderausführungen frühzeitig berücksichtigen
Bei der Projektplanung spielt auch die Verfügbarkeit geeigneter Verdichterausführungen eine Rolle.
Standardausführungen und Sonderausführungen können unterschiedliche Beschaffungs- und Fertigungszeiten aufweisen.
Zusätzliche Oberflächenbehandlungen oder besondere Ausstattungen können die Lieferzeit beeinflussen.
Deshalb empfiehlt SKVTechnik, die gewünschten Schutzmaßnahmen möglichst frühzeitig in die technische Anfrage aufzunehmen.
Insbesondere bei ATEX-Ausführungen und zusätzlichen Korrosionsschutzmaßnahmen sollte die Lieferzeit für die konkrete Konfiguration bestätigt werden.
Verbindliche Aussagen zur Lieferzeit sind erst auf Grundlage der ausgewählten Ausführung und der aktuellen Herstellerverfügbarkeit möglich.
16. Welche Angaben benötigt SKVTechnik für eine Anfrage?
Für die Auswahl eines geeigneten Seitenkanalverdichters sind möglichst vollständige Anwendungsdaten hilfreich.
Im ersten Schritt sollte die konkrete Förderaufgabe beschrieben werden.
Dazu gehören der erforderliche Gasvolumenstrom und die benötigte Druckdifferenz.
Ebenso wichtig sind Angaben über die Gaszusammensetzung.
Wenn Informationen über Schwefelwasserstoff, Feuchtigkeit oder weitere aggressive Bestandteile vorliegen, sollten diese bereits bei der Anfrage mitgeteilt werden.
Zusätzlich werden Angaben über die Temperaturen, die Betriebsdauer und die Einbaubedingungen benötigt.
Bei explosionsschutztechnisch relevanten Anwendungen muss die erforderliche Geräteeignung angegeben werden.
Auch besondere Anforderungen an die Dichtheit sollten frühzeitig bekannt sein.
Auf dieser Grundlage kann geprüft werden, welche FPZ-Ausführung infrage kommt und welche zusätzlichen Schutzmaßnahmen technisch möglich sind.
17. Schutzmaßnahmen müssen zur Anwendung passen
Ein geeignetes Korrosionsschutzkonzept besteht nicht zwangsläufig aus möglichst vielen zusätzlichen Optionen.
Vielmehr sollten die Maßnahmen auf die tatsächlichen Anforderungen abgestimmt werden.
Eine Oberflächenbehandlung kann für bestimmte Anwendungen ausreichend sein, während andere Betriebsbedingungen zusätzliche Maßnahmen erfordern können.
In besonders anspruchsvollen Fällen müssen möglicherweise mehrere Schutzmaßnahmen kombiniert werden.
Die Entscheidung sollte auf Grundlage der bekannten Gaszusammensetzung, der vorgesehenen Betriebsbedingungen und der Herstellerinformationen erfolgen.
Wichtig ist dabei die Unterscheidung zwischen belegten Produkteigenschaften und noch zu prüfenden Anforderungen.
Eine technisch fundierte Vorauswahl schafft die Grundlage für eine zuverlässige Anlagenplanung.
18. SKVTechnik unterstützt bei der technischen Vorauswahl
SKVTechnik bietet Seitenkanalverdichter des Herstellers FPZ für unterschiedliche industrielle Anwendungen an.
Für geeignete Biogasprozesse können besondere Ausführungen und zusätzliche Schutzoptionen berücksichtigt werden.
Die Auswahl richtet sich nach den Anforderungen der jeweiligen Anlage.
Dabei stehen insbesondere der benötigte Volumenstrom, die Druckdifferenz, die Gaszusammensetzung und die erforderliche Geräteeignung im Vordergrund.
Auch Fragen zur Oberflächenbehandlung, zu korrosionsbeständigen Materialien und zur Abdichtung können im Rahmen der technischen Anfrage geklärt werden.
SKVTechnik gewährt auf die angebotenen Seitenkanalverdichter drei Jahre Gewährleistung.
Die Gewährleistung ersetzt jedoch nicht die erforderliche Prüfung der Eignung für die vorgesehene Anwendung.
Fazit: Korrosionsschutz beginnt bei den gasberührten Bauteilen
Bei der Förderung von Biogas müssen Seitenkanalverdichter besonderen Anforderungen gerecht werden.
Feuchtigkeit und aggressive Gasbestandteile können eine erhöhte Korrosionsbeanspruchung verursachen.
Deshalb sollte der Schutz nicht ausschließlich auf die äußeren Oberflächen des Geräts beschränkt werden.
Entscheidend sind die Bauteile, die unmittelbar mit dem Fördermedium in Kontakt kommen.
Geeignete Oberflächenbehandlungen, zusätzliche Versiegelungen, korrosionsbeständige Materialien und abgedichtete Ausführungen können Bestandteil eines anwendungsspezifischen Schutzkonzepts sein.
Die konkrete Auswahl muss auf Grundlage der tatsächlichen Betriebsbedingungen und der verfügbaren Herstellerinformationen erfolgen.
Korrosionsschutz und ATEX-Eignung sind dabei getrennt zu beurteilen.
SKVTechnik unterstützt Anlagenbauer, Betreiber und Planungsbüros bei der technischen Vorauswahl geeigneter FPZ-Seitenkanalverdichter für Biogasanwendungen.