Treffen Erdgas und Wasserstoff aufeinander, verändern sich die akustischen Resonanzbedingungen in den Rohrleitungen. Mit 1.300 Metern pro Sekunde hat Wasserstoff eine rund viermal höhere Schallgeschwindigkeit als Erdgas. Die Folge: ein wesentlich anderes Pulsations- und damit auch Schwingungsverhalten der eigentlich auf Erdgas ausgelegten Rohrleitungen.
„Mit Kötter Solutions haben wir eine bisher einzigartige Überwachungslösung entwickelt, die auf die wichtigsten Schwingungsparameter abgestimmt ist“, sagt Dr.-Ing. Johann Lenz, technischer Geschäftsführer von Kötter Consulting Engineers. „Auf Grundlage der individuellen Messtechnik lösen wir mit unserem Know-how relevante Schwingungsprobleme und ermöglichen einen sicheren Umstieg auf den nachhaltigen Energieträger Wasserstoff.“
Permanent-Überwachung mit Frühwarnsystem
Kötter Solutions baut auf ein Schutzkonzept aus sensibler Sensorik, einer Online-Überwachung mit Frühwarnfunktion und dem jahrzehntelangen Schwingungs-Know-how der Kötter-Ingenieure. Mikrofone und Sensoren überwachen an mehreren Stellen der Gasnetze die Änderungen der Schwingungen, Druckpulsationen sowie die Anlagenakustik.
Die Messwerte fließen dabei kontinuierlich auf einer zentralen Plattform zusammen und werden auf einer digitalen Nutzeroberfläche übersichtlich dargestellt. Das Online-Tool analysiert diese Werte beispielsweise hinsichtlich der Lage der Eigenfrequenzen permanent. Anlagenbetreiber haben dadurch die Möglichkeit, Schwingungsprobleme live auf dem Desktop nachzuvollziehen.
Werden festgelegte Grenzwerte überschritten, schaltet sich ein integriertes Frühwarnsystem mittels Ampelschaltung ein. So sind die Schwingungsspezialisten von Kötter schon vor dem Worst-Case Anlagenausfall in der Lage, Schwingungsprobleme zu ermitteln und den Betreibern vorgefertigte Lösungsansätze aufzuzeigen. Alle Komponenten können dabei auch im Ex-geschützten Bereich zum Einsatz kommen. Das System ist zwar für die Überwachung von GDRM-Anlagen konzipiert, kann aber auch für den Einsatz an allgemeinen Gasanlagen adaptiert werden.
Kötter stimmt seine Systemlösung individuell auf die zu überwachende Anlage mit der entsprechenden Messtechnik ab. Dem Einsatz des Online-Monitorings geht eine Sensitivitätsanalyse durch Kötter voraus, die strukturdynamische, strömungsmechanische und akustische Parameter prüft. Dabei legt das Ingenieurbüro die wichtigsten Messpunkte für die jeweilige Anlage fest: „Dadurch bauen wir das Monitoring mit einem möglichst geringen Aufwand effizient für jeden Betreiber auf“, erklärt Dr. Lenz.
Nach umfassendem Pilotprojekt marktreif
Nach einer Pilotphase hat Kötter die Systemlösung zur Marktreife entwickelt. Für ein Projekt an einer bestehenden GDRM-Anlage in Norddeutschland hatte sich der Schall- und Schwingungsspezialist Unterstützung des Automatisierungsanbieters Beckhoff Automation hinzugeholt.
Mit dem Schwingungs-Know-how von Kötter und der Programmierkompetenz von Beckhoff entwickelten die Partner hinsichtlich der Schwingungsherausforderungen von Wasserstoff eine bisher einzigartige Lösung für Betreiber von Erdgasnetzen. Nach der Pilotphase steht die Anlage nun unter permanenter Überwachung.
Die Lösung kommt gerade zu einem günstigen Zeitpunkt auf den Markt, denn der endgültige Durchbruch von Wasserstoff steht bevor. Die Ankündigung großer H2-Projekte hat derzeit Hochkonjunktur. Der Anteil von Wasserstoff im bestehenden Erdgasnetz liegt aktuell zwar erst bei rund vier Prozent, ein Anstieg auf bis zu 30 Prozent ist gesetzlich aber schon jetzt möglich. Bis 2050 soll Wasserstoff Erdgas komplett ersetzen.
„Der politische und gesellschaftliche Wille ist vorhanden. Schwingungen sind jedoch eine nicht zu unterschätzende Hürde bei der Umsetzung der Wasserstoffstrategie“, sagt Lenz. „Anlagenbetreiber sollten sich jetzt mit den Feinheiten bei der Umsetzung der Energiewende auseinandersetzen. Dafür bieten wir die passgenaue Lösung“.
