Zustandsüberwachung von LNG-Anlagen

Foto einer LNG-Anlage bei Nacht
Header CM for LNG plants

Brüel & Kjær Vibro ist sich der Herausforderungen in der LNG-Industrie sehr bewusst. Seit mehr als 15 Jahren bieten wir erfolgreich Lösungen zur Maschinenschutz-, Zustands- und Leistungsüberwachung.

Der entscheidende Qualitätsvorsprung

  • Vollautomatischer Zustandsüberwachung. So stellen wir sicher, dass die Daten für alle Betriebszustände erfasst und analysiert werden.
  • Schadensfrüherkennung. Wir nutzen Zustandsüberwachungsmethoden mit dem Ziel potenzielle Fehlerursachen in einem frühen Stadium zu erkennen, so dass durch rechtzeitige Reaktion ungeplante Maschinenstillstände vermieden werden können. Werkzeuge zur nachträglichen aufwendigen Schadensanalyse sind auch verfügbar, jedoch sollte der Schaden erst gar nicht eintreten.
  • Hochauflösendes „Eventmonitoring“. Die Datenerfassung rund um ein benutzerdefiniertes Ereignis erfolgt für bis zu 15 Min. mit extrem hoher Auflösung.
  • Ferndiagnose. Unser Ferndiagnostikteam unterstützt Sie bei jeglichen Fragen zu Diagnose und der Analyse Ihrer Maschinen.

Maschinen in einer LNG-Anlage, besonders diejenigen, die während des Verflüssigungsprozesses eingesetzt werden, sind extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Die Wärmeausdehnung eines Kältemittelverdichters, einer Pumpe oder hydraulischen Turbine zwischen dem Hochfahren und der Vollproduktion bei Tiefsttemperaturen ist immens und Lager und sonstige Maschinenkomponenten unterliegen dabei extremen Belastungen. Selbst kleine Veränderungen in der Zusammensetzung des verarbeiteten natürlichen Gases können wesentliche Auswirkungen auf die Gesamtbelastung der Maschinen haben. Darüber hinaus werden viele Maschinen mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Lasten betrieben und machen es somit schwer, die mittlere Lebensdauer von Maschinenkomponenten richtig einzuschätzen. Maschinenzüge werden immer größer, die einzelnen Maschinen werden weniger robust ausgelegt, kritische Maschinenkomponenten sind auf der gleichen Welle untergebracht. Diese Entwicklung wurde schon vor Jahren eingeleitet, um Produktionskosten zu sparen. Nachteil ist das erhöhte Risiko, das mit dem Ausfall einer kritischen Komponente einher geht. Diese Tendenz wird noch verschärft durch den Mangel an Wartungspersonal und Experten vor Ort.

Trotz des erhöhten Risikos, dass ein Großteil der Produktion stillsteht, weil ein Hauptaggregat ausfällt, sind Stillstandszeiten weniger als je zuvor hinnehmbar. Im Fall einer Maschinenentriegelung im Verflüssigungsabschnitt einer LNG-Anlage haben Sie beispielsweise nur wenige Stunden, um die Ursache zu ermitteln und die Maschinen wieder in Betrieb zu nehmen, bevor Sie Kühlkapazität verlieren. Falls Sie dies nicht rechtzeitig schaffen, führt dies zu einem längerfristigen Produktionsausfall der gesamten Anlage.

Aufgrund der Betriebs- und Wartungsanforderungen der Maschinen und des erhöhten Risikos, das mit den Kostensenkungsmaßnahmen in der Branche einher geht, spielt die Zustandsüberwachung eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens sicherzustellen.

Wie in allen anderen Industriebereichen auch, sind wir von Brüel & Kjaer Vibro bestrebt der LNG-Industrie die optimale Lösung zur detaillierten Informationsbereitstellung zu bieten, um ungeplante Maschinenstillstände zu vermeiden; egal, wo die Maschinen stehen oder über welches technische Wissen der Kunde verfügt. Wir helfen unseren Kunden bei der Minimierung des Maschinenausfallzeiten, in dem wir Maschinenfehler frühzeitig erkennen, anstatt Schäden nachträglich zu analysieren. Dies basiert auf einer anwendungsorientierten Überwachungsphilosophie, die über die Jahre entwickelt und verfeinert wurde, um optimale Resultate ab der Inbetriebnahme zu ermöglichen.

Due to the projected growth in demand, the pace of constructing new LNG plants and extending existing ones is unrelenting. Although LNG is one of the more expensive forms of energy produced, there have been a number of successful efforts to drive down these costs.  These initiatives include increasing the size of the trains, reduction of over-design margins, and grouping of critical machine components on the same shaft to name a few. Over the years, the net sum of these improvements has significantly reduced the cost of producing LNG, while concurrently increasing the risk of interrupting a larger portion of production in the case of a single component breakdown. Subsequently, effective machine condition and performance monitoring has become even more critical in ensuring the reliability and productivity of these production facilities.

Machines in an LNG plant, especially those in the liquefaction process, are subject to extreme operating conditions. The thermal expansion of a refrigerant compressor, pump or hydraulic turbine between start up and full production at cryogenic temperatures is intense, thereby subjecting the bearings and other machine components to severe loads during start-ups and shut-downs. Even small variations in the composition of the natural gas being processed can have significant effects on the overall loading of the machines. Furthermore, many machines are operated at variable speeds and loads; thereby rendering the mean time before failure for the machine components both variable and unpredictable.
As in any sector of the petrochemical industry, ensuring the reliable operation of these machines is not a trivial task - even less so when considering the reduced maintenance staff and specialists at the plants and the very competitive nature of the industry.

In general, the machine monitoring requirements in the Petrochemical and Oil & Gas industry are demanding and especially so when monitoring an LNG plant. The sensors themselves have to be able to withstand the extreme operational temperatures. Add to this the fact that there are a number of potential failure modes that are not found on similar machines in other industries, which need to be detected and diagnosed both reliably and at an early stage. Furthermore, there is little tolerance for unplanned shut downs either for inspection or for maintenance activities.   For example, in the case of a machine trip in the liquefaction portion of an LNG plant, you only have a few hours to determine the cause and to get the machine up and running again before losing cooling capacity. Failure to do so can result in extended downtime of the entire production train.

Automated early detection of incipient faults is crucial to enable sufficient lead time to plan the necessary remedial maintenance actions. If the machines have different duty cycles, and are operating at different speeds and loads, the vibration signature and performance parameters will also differ. Therefore, the alarm limits need to be tailored to the different operating conditions to avoid false alarms. This adaptive monitoring concept, widely used in the petrochemical industry, is vital in the monitoring of LNG plants.

Within the LNG industry as in all other industries, Brüel & Kjær Vibro is completely focused on providing the necessary system, diagnosis and detailed supporting information necessary to help avoid unplanned machine downtime; no matter where the customer is located or what level of technical expertise and resources they have on-site. Brüel & Kjær Vibro helps minimize downtime by preventing machine failures, rather than just understanding what happened after the event! This is based on a dedicated monitoring philosophy that has been developed and refined over the years to ensure optimum results are achieved right from the start-up of machinery.

Our monitoring philosophy is based on:

  • Fully automated monitoring. This ensures data is captured and analysed for all operating conditions
  • Early fault detection. Monitoring techniques are implemented to detect potential failure modes in their early phase of development, so action can be taken before a machine trips unexpectedly. Post mortem tools are of course essential, but Brüel & Kjær Vibro’s monitoring concept helps to avoid the machines failing in the first place
  • High-resolution event monitoring. Brüel & Kjær Vibro records detailed data with extremely high resolution for up to 15 minutes around a user-defined event
  • Remote diagnostics. Our remote diagnostic team stands by to assist with all levels of diagnostics and analysis support

Three Steps to Optimization

  1. Machine Safety Monitoring
    Protect your critical machines from catastrophic failures and the subsequent production losses, unplanned downtime and additional maintenance and repair costs
  2. Machine Condition Monitoring
    Optimise your machine operation by avoiding unnecessary maintenance, predicting maintenance requirements and potential failures, scheduling long lead time parts and service with confidence. Minimise machine failure, production losses and maintenance costs.
  3. Machine Performance Monitoring
    Optimise machine efficiency. Make maintenance and operation decisions based on maximizing the economic impact of machine performance. Ensure the maximum performance and productivity of your critical machines.

Überwachungsstrategie

Maschinen in einer LNG-Anlage, speziell Maschinen, die am Verflüssigungsprozess  beteiligt sind, sind extremen Einsatzbedingungen ausgesetzt. Die thermische Ausdehnung eines Kühlmittelkompressors, einer Pumpe oder einer hydraulischen Turbine zwischen Hochlauf und Normalbetrieb bei Tiefsttemperaturen ist immens. Dadurch werden die Lager sowie andere Bestandteile der Maschine extremen Lastwechseln bei Hoch- und Auslauf unterworfen. Darüber hinaus können auch kleinere Veränderungen in der Zusammensetzung des verarbeiteten Gases erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtbelastung der Maschinen haben. Dazu kommt, dass viele Maschinen bei variablen Geschwindigkeiten und Lasten betrieben werden, wodurch Ausfälle von Maschinenkomponenten nicht mehr vorhergesagt werden können.

Die typische LNG-Anlage umfasst mehrere Stränge und Prozesse, wie unten dargestellt. Derzeit überwachen wir viele der Maschinen in jedem dieser Prozesse in vielen verschiedenen LNG-Anlagen auf der ganzen Welt. Die Verflüssigung gehört zu den grundlegenden Prozessen einer LNG-Anlage.

Überwachte Maschinen einer LNG-Anlage Grafik
Picture Of LNG Plant

Obwohl er zu den schwierigsten und wartungsintensivsten Maschinen gehört, wird der Kolbenverdichter häufig viel weniger instrumentiert und überwacht als z.B. ein Radialverdichter. Jedoch lässt sich mithilfe moderner Monitoring-Strategien ein effektives und wirtschaftlich rentables Überwachungs- und Diagnosesystem auch für Kolbenverdichter einsetzen.

Überwachungstechniken Kolbenverdichter Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Reciprocating Compressors
Schwingungsmessungen Kolbenverdichter Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Reciprocating Compressors
Druckmessungen Kolbenverdichter Grafik
Picture Of Dynamic Pressure Measurements For Reciprocating Compressors
Leistungsmessungen Kolbenverdichter Grafik
Picture Of Performance Measurements For Reciprocating Compressors
Tachomessungen Kolbenverdichter Grafik
Picture Of Tacho Measurement For Reciprocating Compressors
Prozessmessungen Kolbenverdichter Grafik
Picture Of Process Measurements For Reciprocating Compressors

Von allen Maschinenarten, die in der Öl- und Gas Industrie eingesetzt werden, ist der Radialverdichter mit am häufigsten vertreten. Es gibt zahlreiche Verdichtungsprozesse in der Öl- und Gasindustrie und ebenso zahlreiche Maschinenkonfigurationen, um den Prozessanforderungen gerecht zu werden. Die Überwachungslösungen werden für jede einzelne Prozessanwendung spezifiziert.

Eine ebenso wichtige Rolle spielt der Verdichter in der LNG-Industrie. Sowohl Axial- als auch Radialverdichter, z.T. mit vielen Nebenströmen, kommen bei der Verdichtung der Niedertemperaturkältemittelgase im Verflüssigungsverfahren zum Einsatz. Das anhand der nachfolgenden Bilder dargestellte Beispiel zur Überwachungsstrategie beschreibt eine typische Propan-, Kühlmittelgemisch- und End-Flash-Gasverdichtungsanwendung.

Überwachungstechniken Verdichter Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Centrifugal & Axial Compressors
Tabelle zu Fehlerfrüherkennung bei Kompressoren
Überwachungsstrategien zur Erkennung potentieller Fehler.
Schwingungsmessungen Verdichter Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Centrifugal & Axial Compressors
Tachomessungen Verdichter Grafik
Picture Of Tacho Measurement for Centrifugal & Axial Compressors
Prozessmessungen Verdichter Grafik
Picture Of Process Measurements for Centrifugal & Axial Compressors
Leistungsmessungen Verdichter Grafik
Picture Of Performance Measurements for Centrifugal & Axial Compressors

Die Gasturbine wird in der Öl- und Gasindustrie primär als Antriebsmaschine verwendet. Obwohl eine Gasturbine im Vergleich zu anderen Maschinen nicht viel Instandhaltungsaufwand verursacht, ist eine effektive Überwachung für eine optimale Verfügbarkeit und hohe Zuverlässigkeit entscheidend. Da die Ausgangslistung und der spezifische Brennstoffverbrauch einen großen Einfluss auf die Betriebskosten der Turbine über ihre Gesamtlebensdauer haben, ist eine Leistungsüberwachung ebenso von großer Bedeutung.

Das nachstehende Beispiel einer Überwachungsstrategie zeigt eine Einstrang-Industrieanwendung.

Überwachungstechniken Gasturbine Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Gas Turbines
Tabelle zu Fehlerfrüherkennung bei Gasturbinen
Überwachungsstrategien zur Erkennung möglicher Fehlerarten.
Schwingungsmessungen Gasturbine Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Gas Turbines
Tachomessungen Gasturbine Grafik
Picture Of Tacho Measurement For Gas Turbines
Prozessmessungen Gasturbine Grafik
Picture Of Process Measurements For Gas Turbines
Leistungsmessungen Gasturbine Grafik
Picture Of Performance Measurements For Gas Turbines

Die drehzahlvariable, hydraulische Entspannungsturbine dient der Entspannung von Flüssiggas oder eines unter Hochdruck stehenden, schweren Kühlmittelgemisches. Dieser Prozess verringert die Temperatur weiter und dient gleichzeitig der Stromerzeugung. Der Generator und die Lager sind bei einer Temperatur von ca. -160° C kryogen in Flüssiggas getaucht. Die thermischen Belastungen auf die Lager und andere Komponenten sind hoch, weshalb die Instandhaltung von größter Bedeutung ist. Die Monitoringstrategie ist in den folgenden Bildern beschrieben.

Überwachungstechniken Entspannungsturbine Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Liquid Expander
Tabelle zu Fehlerfrüherkennung bei Entspannungsturbinen
Überwachungsstrategien zur Erkennung möglicher Fehlerarten.
Schwingungsmessungen Entspannungsturbine Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Liquid Expander
Tachomessungen Entspannungsturbine Grafik
Picture Of Tacho Measurement For Liquid Expander
Prozessmessungen Entspannungsturbine Grafik
Picture Of Process Measurements For Liquid Expander
Leistungsmessungen Entspannungsturbine Grafik
Picture Of Performance Measurements For Liquid Expander

Bei der Kryopumpe sind, wie bei der Entspannungsturbine, der Motor und die Lager in ca. -162° C verflüssigtes Gas getaucht. Die thermischen Belastungen auf die Lager und andere Komponenten sind hoch, weshalb die Instandhaltung von größter Bedeutung ist. Die Monitoringstrategie ist in den folgenden Bildern beschrieben.

Messtechniken Kryopumpe Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Cryogenic Pump
Tabelle zu Fehlerfrüherkennung bei Kryopumpen
Überwachungsstrategien zur Erkennung möglicher Fehlerarten.
Schwingungsmessungen Kryopumpe Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Cryogenic Pump
Tachomessungen Kryopumpe Grafik
Picture Of Tacho Measurement For Cryogenic Pump
Prozessmessungen Kryopumpe Grafik
Picture Of Process Measurements For Cryogenic Pump
Leistungsmessungen Kryopumpe Grafik
Picture Of Performance Measurements For Cryogenic Pump

Der Elektromotor und der Generator werden vielfach und in vielen industriellen Prozessen eingesetzt. Es gibt sie in allen Größen, weshalb die spezifische Überwachungsstrategie von der Anwendung abhängt. Das folgende Beispiel einer Überwachungsstrategie beschreibt einen großen Motor für einen End-Flash-Kompressor.

Messtechniken Motor und Generator Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Motor/Generator
Tabelle zu Fehlerfrüherkennung bei Motor/Generator
Überwachungsstrategien zur Erkennung möglicher Fehlerarten.
Schwingungsmessungen Motor und Generator Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Motor/Generator
Tachomessungen Motor und Generator Grafik
Picture Of Tacho Measurement For Motor/Generator
Prozessmessungen Motor und Generator Grafik
Picture Of Performance Measurements For Motor/Generator

Das Getriebe ist keine eigenständige Maschine, sondern eine Maschinenkomponente zur Übertragung der Rotationsenergie von der Antriebsmaschine auf die Arbeitsmaschine. Das Getriebe wird in vielen industriellen Prozessen verwendet, die Monitoringstrategie hängt von der jeweiligen Anwendung ab.

Messtechniken Getriebe Übersichtsgrafik
Picture Of Different Types Of Monitoring Techniques For Gearboxes
Tabelle zu Fehlerfrüherkennung bei einem Getriebe
Überwachungsstrategien zur Erkennung möglicher Fehlerarten.
Schwingungsmessungen Getriebe Grafik
Picture Of Vibration Measurements For Gearbox
Tachomessungen Getriebe Grafik
Picture Of Tacho Measurement For Gearbox
Prozessmessungen Getriebe Grafik
Picture Of Process Measurements For Gearbox

Überwachungssystem

Unsere Produkte zur Maschinenüberwachung können unkompliziert mit kundenseitig vorhandenen Prozess- und Steuerungssystemen (DCS), Instandhaltungsmanagementssystemen, der Notabschaltung, Bedienerarbeitsplätzen sowie anderen, bereits vorhandenen Monitoring-Systemen verbunden werden. Hierbei ist vielfach ein Fernzugriff über lange Strecken per sicherer Datenleitung gefordert. Das nachfolgende Bild zeigt beispielhaft Maschinen in einer LNG Verflüssigungsanlage.

Überwachungssystem LNG-Anlagen Grafik
Picture Of Monitoring System Architecture For LNG Plants

Produkte für unsere Zustandsüberwachungslösungen

  • Umfangreiches Condition Monitoring durch Nutzung des PI Systems™.

    Flexibel, schnell, zuverlässig: Modulare Plattform für Maschinenschutz und mehr

    Integration von Daten aller gängigen Schutzsysteme für Condition Monitoring.

    Leistungsfähiges Softwarepaket zur sicheren Überwachung von Windkraftanlagen

    Präzise Beschleunigungs-, Schwinggeschwindigkeits- und berührungslose Wegsensoren

  • Die skalierbare Lösung für anlagenweite Zustandsüberwachung

    VDAU-6000

    16-kanaliges System zur Erfassung skalarer Werte und Fehlerfrüherkennung

    Die Allrounder für Maschinendiagnose, Auswuchten und Condition Monitoring

    Alles aus einer Hand: hochwertiges Zubehör ergänzt Ihre Überwachungslösung perfekt