Krantechnik für LNG-Anlagen

Krantechnik für LNG-Anlagen

Explosionsgeschützt

Serienmäßig explosionsgeschützt

19.12.2016 Presse

In LNG-Anlagen werden Krane meist für routine­mäßige Wartungen eingesetzt. Doch bei dringenden Arbeiten an LNG-Pumpen oder Kompressoren kommt es darauf an, dass Kran und Hebe­zeug – auch nach längerer Zeit des Still­stands – sofort einsatz­bereit sind und zuverlässig arbeiten. Die Anforderungen an die Kran­technik auf und in LNG-Anlagen unterscheiden sich – je nach Betreiber, Anlagen­bauer, länder­spezifischer Vorgaben oder den klimatischen Bedingungen vor Ort. Für den ersten LNG-Tank Finnlands musste ein spezieller Wartungs­kran entwickelt werden, der den extremen Temperatur­bedingungen an der finnischen Küste gewachsen ist und auch bei starkem Frost noch funktions­fähig ist. An der chinesischen Küste kämpft man eher mit der Hitze als mit der Kälte, die Heraus­forderung bei der Auslegung von LNG-Kranen liegen hier jedoch auf konstruktiver Ebene: Für Wartungs­krane auf chinesischen LNG-Tanks mussten Hebe­zeuge mit spezieller Seil­trommel konstruiert werden, um die besonderen Anforderungen für chinesische LNG-Anlagen zu erfüllen.

Seriennahe Sonder­anfertigung
So individuell die Anforderungen an LNG-Hebe­zeuge sind, so groß ist der Wunsch nach sicheren, zuverlässigen Produkten zu einem bezahlbaren Preis. Im LNG-Bereich sind zusätzlich zum Explosions­schutz – je nach Betreiber und Einsatz­land – weitere und strengere Bestimmungen einzu­halten, die über die ATEX- oder IECex-Standards hinaus gehen. Der deutsche Kran­technik-Hersteller STAHL CraneSystems hat mit seinen serien­nahen Sonder­anfertigungen einen Weg ein­geschlagen, der genau diesem Bedarf gerecht wird. Als Basis individueller, explosions­geschützter Seilzüge dienen die Seilzug-Serien SH ex und AS 7 ex. Als modularer Bau­kasten aufgebaut, lassen sich die Seilzüge in unterschiedlichen Traglast­varianten und Bau­formen fertigen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Einzel­komponenten stammen aus eigener Serien­produktion, ihr technischer Aufbau ist durchdacht und ausgereift, die Versorgung mit Ersatz­teilen über Jahr­zehnte gesichert. Gerade im Bereich von Energie­anlagen und Offshore-Lösungen ist die Einsatz­dauer schwer abzuschätzen – nicht selten wird die berechnete Nutzungs­dauer überschritten und Anlagen sind deutlich länger in Betrieb als geplant. Nur, wenn alle wichtigen Bau­teile für Wartungs­arbeiten gut zugänglich und Ersatz­teile schnell verfügbar sind, ist die Zuverlässig­keit und Sicherheit der Kran­anlage langfristig gewährleistet.

Auf Basis der Serien­hebezeuge entwickelt die Engineering-Abteilung von STAHL CraneSystems an die jeweiligen Anforderungen angepasste Sonder­lösungen – durch Veränderung der Seil­trommel, stärkere Motoren, zusätzliche Ein­hausungen, Heizungen oder einfach eine widerstands­fähigere Lackierung.

Explosions­geschützt bei Wind und Wetter
Case Study: Pori, Finnland

Temperaturen von unter –20 °C sind im Hafen von Pori im Winter keine Seltenheit. Hier, an der finnischen West­küste, baut LNG-Lieferant Skangas zur Zeit das erste LNG Terminal Finnlands mit einem Fassungs­vermögen von 30.000 Kubikmetern Flüssig­gas. Mit dem Bau beauftragt wurde der spanische EPC-Contractor FCC Industrial. Der international aktive Anbieter von Chemie-, Energie- und Industrie­anlagen beauftragte STAHL CraneSystems mit der Entwicklung eines kälte­tauglichen LNG-Krans: Spezieller Kälte­stahl und beheizte Motoren ermöglichen den Einsatz zwischen –29 °C und +40 °C, bei niedrigeren Temperaturen fährt das Hebe­zeug in seine über­dachte Park­position und überwintert dort. Um den Explosions­schutz nach ATEX 95 zu gewährleisten, der für Hebe­zeuge von STAHL CraneSystems bis –20 °C von der Physikalisch-Technischen Bundes­anstalt (PTB) in Deutschland zertifiziert ist, überwachen Temperatur­fühler das Innere der explosions­geschützten Gehäuse und der Motoren. Heizungen halten den Kran auch bei starkem Frost funktions­tüchtig. Erst wenn die Außen­temperatur unter –29 °C fällt bzw. die Sensoren im Inneren der Gehäuse Temperaturen unter –20 °C messen, schaltet sich der Kran aus Sicherheits­gründen ab. Dank Sonder­lackierung kann auch die feuchte Meeres­luft und der starke Salz­gehalt dem Kran nichts anhaben. Trotz Explosions­schutz und spezieller klima­tischer Anforderungen gelang es STAHL CraneSystems, eine technisch hoch­wertige und wirtschaftliche Lösung zu entwickeln.

Sonderfall: Nicht alle Bereiche sind explosions­gefährdet
Durch die Ex-Zonen-Einteilung des Betreibers für den Bereich oberhalb des LNG-Tanks war es möglich, einen vergleichs­weise einfachen Wartungs­kran für die LNG-Pumpe zu konstruieren. Gemäß dieser Einteilung befindet sich nicht die gesamte Technik im explosions­gefährdeten Bereich, sodass einige Kran­komponenten ohne Explosions­schutz ausgeführt werden durften. Als gefährdet wurde lediglich der Bereich bis zwei Meter über dem Tank­deckel eingestuft. In diesem Bereich befinden sich die Haupt­steuerung, die Kran­bedienung und die Strom­zuführung – sie wurden nach EC Directive 94/9EG (ATEX 95) für Anwendungen in Zone 2 ausgeführt.

Der Antrieb des Schwenk­krans, die Fahr­end­schalter und der Haupt­strom­kasten konnten im sicheren Bereich montiert werden. Sämtliche elektrischen Komponenten des Seilzugs wurden in den Haupt­strom­kasten integriert, so entfiel der explosions­geschützte Steuerungs­kasten in „de“-Kapselung am Seilzug. Zwar brachte diese Lösung einen deutlich größeren Verkabelungs­aufwand zwischen Stromkasten und Seilzug mit sich, auf der anderen Seite sparte der Kunde durch die Lösung Kosten. Das geringere Gewicht des Seilzugs wirkte sich auch auf die Konstruktion des Schwenk­kranes aus – ein interessanter Aspekt unter den schwierigen klimatischen Bedingungen vor Ort, die eine Ausführung in Kälte­stahl vorschrieben. Der Schwenk­kran vom Typ „Boss Exn 32–16“ (Vetter Kran­technik) hat einen Kran­ausleger von sechs Metern. Als Seilzug kommt ein modifizierter STAHL-CraneSystems-Seilzug SH 50 ex mit einer Hub­höhe von 46 Metern zum Einsatz. Der „leichte LNG-Schwenk­kran“ ist eine Erfindung von STAHL CraneSystems Spanien, der unter bestimmten Voraus­setzungen (wie im LNG-Terminal von Pori) eine Alternative zu den klassischen LNG-Hebe­zeugen darstellen kann. Seit 2005 hat die Tochter­gesellschaft vier solcher Krane von Vetter produzieren lassen – neben den zahl­reichen kleineren Schwenk­kranen, die Vetter jedes Jahr nach Spanien liefert.

Wie „funktioniert“ Explosions­schutz?
Weder Standard- noch Ex-Geräte­kästen können verhindern, dass Gas ins Gehäuse eindringt – wobei dies beim druck­festen Kasten aufgrund der Bau­weise unwahr­scheinlicher ist. Das Gas kann durch eine Zünd­quelle im Inneren des Kastens entzündet werden – z. B. durch einen Kontakt­funken beim Anziehen von Schützen. Beim Standard­kasten würde die Explosion an die Umgebung weiter­gegeben werden, was die Ent­zündung des Gas­gemischs in der Umgebung zur Folge hätte. Druck­feste Kästen sind so konstruiert, dass über den Gewinde­spalt oder den Flach­spalt am Deckel die Zündung abkühlt bzw. erlischt. So besteht keine Gefahr für die Umgebung. 1926, vor genau 90 Jahren, hat STAHL CraneSystems mit der Entwicklung explosions­geschützter Krane und Steuerungen begonnen. Seither hat sich technisch viel getan – an der Wirkungs­weise und Bedeutung des Explosions­schutzes hat sich jedoch nichts geändert.

Die Ex-Steuerungen von STAHL CraneSystems sind überwiegend in der Zünd­schutzart „druck­feste Kapselung“ und „Erhöhte Sicherheit“ (Ex de) ausgeführt. Der Unterschied zwischen Standard-Steuerungs­kästen und Kästen in druck­fester Ausführung für Zone 1 besteht in der stabileren und massiveren Ausführung – bewährt haben sich schwere Aluminium­guss- und Stahl­gehäuse. Auch das Installations­material wie Leitungen, Verschraubungen und Kabel­einführungen müssen den Normen und Richtlinien entsprechen und entsprechend geprüft und zertifiziert sein. Außerdem verwendet STAHL CraneSystems bei Kunst­stoff­gehäusen eine antistatische Lackierung. Bei den meisten Hebe­zeugen wird ein zweites, separates Gehäuse als Anschluss­kasten montiert, der aus Stahl- oder Edel­stahl­blech besteht. Beide Gehäuse werden über explosions­geschützte Ader­leitungs­durch­führungen verbunden. Mit Spezial­hebezeugen und explosions­geschützter Kran­technik hat sich STAHL CraneSystems als einer der führenden Hersteller international einen Namen gemacht und ist von Europa über Amerika, den arabischen Raum, Australien bis nach China ein gefragter Partner für Kran­technik im Industrie- und LNG-Bereich.

Seil­trommel für Rechen­künstler
Case-Study Shenzhen, China

Ortswechsel: Das neue LNG-Terminal in Shenzhen besteht aus vier 160.000 Kubikmeter fassenden Flüssig­gas­tanks und wurde Ende 2015 in Betrieb genommen. Auf jedem LNG-Tank befindet sich ein Kran, um die Flüssig­gas­pumpe am Grund des Tanks zu montieren und bei Wartungs- oder Reparatur­arbeiten wieder ins Freie zu befördern. Aufgrund der potenziellen Explosions­gefahr durch verdunstendes Gas müssen auf den chinesischen Tanks sämtliche elektrischen Komponenten explosions­geschützt ausgeführt werden, was auch die eingesetzte Kran­technik betrifft. Rund 12.000 Kilometer süd­östlich von Finnland sind die Anforderungen an den Kran­bauer andere: Die Spezifikationen für LNG-Seilzüge in chinesischen Anlagen schreiben ein Verhältnis zwischen Seil­durchmesser und Seil­trommel­durchmesser (D/d-Verhältnis) vor, das mit einem Standard­hebezeug nicht zu realisieren ist. Die Entwickler von STAHL CraneSystems haben deshalb speziell für diese LNG-Seilzüge Seil­trommeln mit größerem Durchmesser entwickelt und diese in den vergangenen Jahren bereits erfolgreich auf den Gas-Tanks von Ningbo LNG und Tianjin LNG eingesetzt.

Das fest mit der LNG-Pumpe verbundene Seil hat einen Durchmesser von 13 mm. Der Trommel­durch­messer des Seilzugs SH 6 beträgt serienmäßig 356 mm. Auf diese Standard­trommel wird von STAHL CraneSystems eine Trommel der größeren Seilzugserie AS 7 aufgeschweißt und so das gute D/d-Verhältnis deutlich erhöht, ohne die Konstruktion des Serien­hebe­zeugs aufwändig zu modifizieren. Gleichzeitig kann durch die Verwendung von Standard­trommel und Standard­rahmen die Forderung des Kunden nach einer zusätzlichen Seil­trommel­bremse auf Basis des bewährten Bau­kasten­systems der SH-Serie problemlos erfüllt werden. So profitiert auch der chinesische Betreiber trotz umfangreicher Modifikationen von einer ausgereiften, wirtschaftlichen Lösung.

Internationale Team­arbeit zwischen EPC-Contractor und Lieferanten
Nach Ningbo und Tianjin ist Shenzhen LNG bereits das dritte chinesische LNG-Terminal des Anlagen­bauers TGE Gas Engineering, für das STAHL CraneSystems die explosions­geschützte Kran­technik geliefert hat. Die erfolgreiche Zusammen­arbeit der beiden deutschen Firmen hat sich bereits bei zahl­reichen weiteren LNG- und Gas-Anlagen in Europa und Asien bezahlt gemacht. Während TGE und STAHL CraneSystems seit Jahr­zehnten zusammen­arbeiten war es für den spanischen EPC-Contractor FCC Industrial das erste gemeinsame Projekt mit den deutschen Kran­technik-Spezialisten. Auf der Suche nach explosions­geschützten Hebe­zeugen stieß er auf die spanische Tochter­gesellschaft von STAHL CraneSystems, die FCC Industrial schließlich von ihrer Lösung überzeugen konnte.

Der erfolgreichen Inbetrieb­nahme des finnischen LNG-Kranes ging intensive Planungs- und Team­arbeit der beteiligten Firmen voraus. Die Produktion des Seilzugs, des Strom­kastens und aller Elektronik- und Steuerungs­systeme erfolgte im Werk in Deutschland. Die Herstellung des Schwenk­krans mit den dazugehörigen Antrieben sowie die Vormontage mit dem Seilzug übernahm Vetter in seinem Werk in Siegen. Dort erfolgte vor der Auslieferung nach Finnland auch schon ein erster Funktions­test – noch ohne Last. Die Montage auf dem LNG-Tank übernahmen Techniker von der finnischen Firma Erikkila unter Anleitung von STAHL CraneSystems. Die Inbetrieb­nahme und der Überlast­test wurden vom STAHL-CraneSystems-Werks­kunden­dienst durchgeführt und von der un­ab­hängigen, außen­stehenden Firma Inspecta zertifiziert.

Zuverlässig im Zeitplan
Das erste Angebot für den finnischen Schwenk­kran wurde im Januar 2015 abgegeben, der Auftrag erfolgte im April. Der Auftrags­vergabe gingen Technik-Besprechungen und unzählige Telefonate voraus. Technische Kompetenz, profes­sionelle Beratung und der enge, ständige Kontakt zwischen den beteiligten Firmen führte zum Auftrag und schließlich zum erfolg­reichen Abschluss des Projektes. Als Lieferdatum wurde der 3.11.2015 vereinbart. So betrug die Lieferzeit-Vorgabe für den Seilzug und alle elektrischen Kom­po­nenten für STAHL CraneSystems fünf Monate. Kran­bauer Vetter blieben sechs Monate für die Fertig­stellung des gesamten Krans, um den vereinbarten Montage­termin einhalten zu können. Die Produktion der Kran­technik verlief reibungslos, doch durch Verzögerungen beim Bau des Tanks verschob der Kunde die Lieferung auf März 2016. Die Montage erfolgte im Zeitplan, trotz schwieriger Wetter­bedingungen – der starke Wind an der Küste machte den Kran-Experten immer wieder einen Strich durch die Rechnung. Bei Wind­geschwindig­keiten von 14 m/s und Böen bis 19 m/s musste der Last­test um einige Tage verschoben werden, bis der Wind wieder in den als sicher eingestuften Bereich unter 8 m/s gefallen war.

Fazit (Conclusion)
Sowohl Betreiber als auch EPC-Contractoren von LNG-Anlagen sind an langfristig zuverlässigen, sicheren und zugleich wirtschaft­lichen Kran­anlagen interessiert. Wie auch die übrige Technik im explosions­gefährdeten Bereich sind Krane und Hebe­zeuge im Anlagen­bau meist mit aufwändigen, individuell für das jeweilige Projekt und Land entwickelten Sonder­lösungen verbunden. Gleichzeitig stellen die Doku­mentation und der Nachweis vor­geschriebener Zertifikate eine Hürde dar, die nur wenige Zulieferer im internationalen Wettbewerb zuverlässig meistern können. Durch die große Erfahrung von STAHL CraneSystems konnte der EPC-Contractor FCC Industrial seinem Kunden Skangas einen Spezial­kran liefern, der optimal auf den Außen­einsatz auch bei sehr tiefen Temperaturen ausgelegt ist. Auch TGE Gas Engineering setzt seit Jahr­zehnten auf die intensive Beratung und die Explosions­schutz-Kompetenz, mit der sich STAHL CraneSystems immer wieder auszeichnet. Durch intelligente Konstruktion war es sowohl in Finnland als auch bei den LNG-Tanks in China möglich, unter Einhaltung aller (Explosions­schutz-)Vorgaben eine zuverlässige und wirtschaftliche Lösung anzubieten.

Bilder

Case Study: Pori, Finnland.
Case-Study: Shenzhen, China.