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- Herausgeber: GRIN Verlag
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2014
Diplomarbeit aus dem Jahr 2013 im Fachbereich BWL - Handel und Distribution, Note: 1,7, Verwaltungs- und Wirtschafts-Akademie Köln, Sprache: Deutsch, Abstract: Erdöle bzw. Rohöle werden seit Mitte des 19. Jahrhunderts kommerziell gefördert. Der Bedarf nach diesem knappen Gut ist synchron mit der Industrialisierung angestiegen. Es wird zur Herstellung verschiedener Endprodukte genutzt (Kraftstoffe, Heizöle, Schmieröle, Schmierfette, Kunststoffe und Reifen). Schmieröle und Schmierfette bilden den Bereich der Schmierstoffe und werden unterteilt in Industrie- und Automotivschmierstoffe. Der automotive Sektor ist der mengenmäßig größere Bereich. Diese Diplomarbeit befasst sich mit den Industrieölen, im Speziellen mit Turbinenölen. Turbinen gehören zu den größten entwickelten Anlagen. Es handelt sich um Strömungsmaschinen, die mit Gas oder einer Flüssigkeit betrieben werden. In dieser Diplomarbeit werden Turbinen und die damit verbundenen Turbinenöle behandelt. Die Standzeiten dieser Industrieöle haben sich in den letzten Jahren reduziert. Es werden die Ursachen gesucht, aus welchen Gründen sich die Lebensdauer der Turbinenöle verkürzt haben. Beide Bereiche werden im ersten Teil der Arbeit separat voneinander betrachtet und theoretisch erläutert. Der erste Teil dient zum grundsätzlichen Verständnis der Ölzusammensetzung und der Turbinentechniken. Der zweite Abschnitt stellt den praktischen Einsatz und Umgang mit Turbinen und Turbinenölen dar. Die Problemstellung und Zielsetzung sind aufgeführt. Es wird dargestellt, welche Konsequenzen die verkürzten Standzeiten der Turbinenöle für alle Beteiligten haben. Der Beitrag des dritten Teils ist der Kern der Arbeit. Die einzelnen Schritte aus dem zweiten Abschnitt werden detailliert beschrieben. Die Ursachen werden herausgefiltert. Möglichkeiten zur Beseitigung oder Reduzierung der Probleme bilden den Abschluss der Arbeit.
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INHALT
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Einleitung
1 Öl – Das schwarze Gold
1.1 Rohölvorkommen und Zusammensetzung
1.2 Grundöle als Basis für Schmierstoffe
1.3 Das fertige Produkt: Schmierstoffe
1.4 Tribologie
2 Turbinen – die Giganten der Maschinen
2.1 Turbinenarten
2.2 Wirkungsgrade und Einsatzgebiete
3 Problem und Ziel
3.1 Darstellung des Problems
3.2 Zielsetzung
4 Turbinen und Turbinenöle im Zusammenspiel
4.1 Typische Kennwerte von Turbinenölen
4.2 Turbinenölsorten und deren Einsatzbereiche
4.3 Die einzelnen Schritte der Schmierstoffversorgung
5 Ursachenforschung der Problemstellung
5.1 Rohölförderung und Rohölsorten
5.2 Raffination und Grundöle
5.3 Additive und das fertige Produkt
5.4 Abfüllprozess und Transportweg
5.5 Lagerung von Turbinenölen
5.6 Befüllung und Ölwechsel an einer Turbine
5.7 Kontrolle und Pflege des Turbinenöls im Einsatz
5.8 Moderne Turbinen
6 Zusammenfassung der Problematik
7 Lösungsansätze in den angesprochenen Bereichen
7.1 Die Grundöle
7.2 Moderne Turbinen
7.3. Kontrolle und Pflege des Turbinenöles im Einsatz
7.4. Die Logistikprozesse
7.5. Das Turbinenöl
7.6. Lagerung von Turbinenölen
7.7 Befüllung und Ölwechsel an einer Turbine
8 Schlussbetrachtung
Literaturverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
(Abbildung 1.1.1 Ölvorkommen 2011 laut der EIA, eigene Darstellung)
(Abbildung 1.1.3 Normal-Paraffin, eigene Darstellung)
(Abbildung 1.3.2 Viskositätsverhalten unter Temperatureinfluss, eigene Darstellung)
(Abb. 1.4.1 Trockenreibung mit Verschleißpunkten, eigene Darstellung)
(Abb. 1.4.2 Schmierstoff als Reibungsstopper, eigene Darstellung)
(Abbildung 2.1.1 Darstellung einer Gasturbine; Quelle: www.bdew.de)
(Abbildung 2.1.2 Darstellung einer Dampfturbine; Quelle: www.bdew.de)
(Abbildung 4.2.1 Monitor eines Turbinenreglers, Quelle: www.wassi.at)
(Abbildung 4.3.1 Die Schritte der Turbinenbefüllung, eigene Darstellung)
(Abbildung 5.1.1 Aufwand und Preisübersicht von Rohölen, eigene Darstellung)
(Abbildung 5.1.2 Rohölpreisentwicklung des WTI, eigene Darstellung)
(Abbildung 5.2.1 Mischbarkeiten von Grundölen, Quelle: www.oelcheck.de)
(Abbildung 5.2.3 Ungesättigte und gesättigte Kohlenwasserstoffe, eigene Darstellung)
( Abb. 5.3.1 Aufbau eines modernen Schmieröls, eigene Darstellung )
(Abbildung 5.4.1 Befüllung einer Turbine per Tankwagen, eigene Darstellung)
(Abbildung 5.4.2 Befüllung einer Turbine per Gebindeware, eigene Darstellung )
(Abbildung 5.4.3 Marktübliche Gebinde für Turbinenöle, Quelle: www.denios.de)
(Abbildung 5.4.4 Sicherheitsdatenblatt, Quelle: www.aral.de)
(Abbildung 7.1.1 Vergleich der Grundöle in Bezug auf den TOST, eigene Darstellung)
(Abb. 7.3.1 Unterschiedlicher Verlauf der Ölzersetzung, eigene Darstellung)
(Abbildung 7.3.2 Tragbarer Partikelzähler, Quelle: www.hydrotechnik.com)
(Abbildung 7.3.5 Varnish an verschiedenen Stellen, Quelle: Varnish in Turbinenölen)
(Abbildung 7.3.6 Entwässerungsgeräte, Quelle: www.westo.de)
(Abbildung 7.3.7 VMU-Elemente der Firma Hydac, Quelle: www.hydac.com)
(Abbildung 7.3.8 Wirkung des VMU-Systems, Quelle: www.hydac.com)
(Abbildung 7.3.9 Dielektrophoresefalle, Quelle: www.itwm.fraunhofer.de)
(Abbildung 7.3.10 ELC-Reiniger der Firma Kleentek, Quelle: www.kleentek.eu)
(Abbildung 7.3.11 Elektrostatische Reinigung, Quelle: www.kleentek.eu)
(Abbildung 7.4.2 European Cleaning Document, Quelle: www.iat.dk)
(Tabelle 1.1.2 Die vier Gruppen von Kohlenwasserstoffen, eigene Darstellung)
(Tabelle 1.2.1 Grundölgruppen nach API, eigene Darstellung)
(Tabelle 1.3.1 Übersicht der ISO-Viskositätsklassen, eigene Darstellung)
(Tabelle 1.3.3 Öltypen und entsprechender Viskositätsindex, eigene Darstellung)
(Tabelle 3.1.1 Kostensteigerung der Standzeitverkürzung, eigene Darstellung)
(Tabelle 4.1.1 Anforderungen an Turbinenöle nach der DIN, eigene Darstellung)
(Tabelle 4.2.2 Schmierstoffe für Turbinenanlagen, eigene Darstellung)
(Tabelle 5.2.2 Anteil gesättigter Kohlenwasserstoffe im Grundöl, eigene Darstellung)
(Tabelle 5.3.2 Turbinenöle im Vergleich, eigene Darstellung)
(Tabelle 5.7.1 Untersuchungsumfang für Turbinenöle, eigene Darstellung)
(Tabelle 7.1.2 Kosten-Nutzenvergleich der Grundölsorten, eigene Darstellung)
(Tabelle 7.3.3 Wartungsplan für Laboruntersuchungen, eigene Darstellung)
(Tabelle 7.3.12 Kostenrechnung der Reinigungsmethoden, eigene Darstellung)
(Tabelle 7.4.1 Wartungs- und Reinigungsplan von Lagertanks, eigene Darstellung)
(Tabelle 7.4.3 Kostenvergleich der Transportwege, eigene Darstellung)
(Tabelle 7.5.1 Fragen- und Maßnahmenkatalog zur Turbine, eigene Darstellung)
Einleitung
Erdöle bzw. Rohöle werden seit Mitte des 19. Jahrhunderts kommerziell gefördert. Der Bedarf nach diesem knappen Gut ist synchron mit der Industrialisierung angestiegen. Es wird zur Herstellung verschiedener Endprodukte genutzt (Kraftstoffe, Heizöle, Schmieröle, Schmierfette, Kunststoffe und Reifen).
Schmieröle und Schmierfette bilden den Bereich der Schmierstoffe und werden unterteilt in Industrie- und Automotivschmierstoffe. Der automotive Sektor ist der mengenmäßig größere Bereich. Diese Diplomarbeit befasst sich mit den Industrieölen, im Speziellen mit Turbinenölen.
Turbinen gehören zu den größten entwickelten Anlagen. Es handelt sich um Strömungsmaschinen, die mit Gas oder einer Flüssigkeit betrieben werden.
In dieser Diplomarbeit werden Turbinen und die damit verbundenen Turbinenöle behandelt. Die Standzeiten dieser Industrieöle haben sich in den letzten Jahren reduziert. Es werden die Ursachen gesucht, aus welchen Gründen sich die Lebensdauer der Turbinenöle verkürzt haben.
Beide Bereiche werden im ersten Teil der Arbeit separat voneinander betrachtet und theoretisch erläutert. Der erste Teil dient zum grundsätzlichen Verständnis der Ölzusammensetzung und der Turbinentechniken.
Der zweite Abschnitt stellt den praktischen Einsatz und Umgang mit Turbinen und Turbinenölen dar. Die Problemstellung und Zielsetzung sind aufgeführt. Es wird dargestellt, welche Konsequenzen die verkürzten Standzeiten der Turbinenöle für alle Beteiligten haben.
Der Beitrag des dritten Teils ist der Kern der Arbeit. Die einzelnen Schritte aus dem zweiten Abschnitt werden detailliert beschrieben. Die Ursachen werden herausgefiltert.
1 Öl – Das schwarze Gold
1.1 Rohölvorkommen und Zusammensetzung
Die Statistiken über das Ölvorkommen werden in verschiedenen Regionen der Welt gesammelt und publiziert. Wettbewerbsbranchen, bspw. die Solarenergie, sieht den Vorrat an Erdöl in sieben Jahren aufgebraucht. Die Ölförderer sprechen von regelmäßig neu entdeckten Ölfeldern und effizienteren Methoden zur Erdölgewinnung. Der britische Energiekonzerns BP sieht die Versorgung für die nächsten 54 Jahre (vgl. BP Statistical Review of World Energy June 2012) gesichert.
Bei der Bewertung von Statistiken muss unterschieden werden in Reserven und Ressourcen. Erst genannte sind technisch und wirtschaftlich förderbar. Ressourcen sind nachgewiesene Mengen, welche aber aktuell nicht gewinnbar sind. Die aktuellen Reserven werden auf ca. 217 Milliarden Tonnen geschätzt. Die Ressourcen liegen bei ca. 410 Milliarden Tonnen. Der jährliche Ölbedarf liegt bei knapp 4 Milliarden Tonnen.
Die Internationale Energie-Agentur (EIA) veröffentlichte 2011 folgende Zahlen (siehe Abb. 1.1.1) der 10 größten Ölreserven weltweit. Die angegebene Einheit Barrel entspricht einer Ölmenge von ca. 159 Ltr.
(Abbildung 1.1.1 Ölvorkommen 2011 laut der EIA, eigene Darstellung)
Die Statistik der EIA dient als eine der Hauptprognosen über die zukünftigen Ölreserven. Das genaue Ölvorkommen ist nicht genau messbar. Kriege, Energiekrisen und politische Umwälzungen in den Ölförderungsländern führen regelmäßig zur Verknappung der verfügbaren Ölmengen.
Die genaue Zusammensetzung des Rohöls hängt von der Herkunft ab. Hauptbestandteil sind Kohlenwasserstoffe[1]. Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff sind weiterhin im Molekül[2] enthalten. Kohlenwasserstoffe werden in vier Gruppen eingeteilt (siehe Tabelle 1.1.2).
(Tabelle 1.1.2 Die vier Gruppen von Kohlenwasserstoffen, eigene Darstellung)
Schmieröle benötigen eine stabile Basis. Es eignen sich zur Herstellung die nachfolgend erläuterten Kohlenwasserstoffe.
Paraffine bezeichnet man als gesättigte Verbindungen. Dies bedeutet, dass sie keine zusätzlichen Wasserstoffatome mehr aufnehmen können. Es handelt sich um einfache Verbindungen. Sie enthalten bereits die größtmögliche Anzahl von Wasserstoffatomen. (siehe Abb. 1.1.3)
(Abbildung 1.1.3 Normal-Paraffin, eigene Darstellung)
Iso-Paraffine haben ein wesentlich besseres Kälteverhalten wie Normal-Paraffine. Sie reagieren kaum mit anderen Stoffen und sind äußerst alterungsstabil.
Naphtene sind gesättigte Verbindungen mit einem noch besseren Kälteverhalten.
Aromaten und Olefine sind ungesättigte Verbindungen. Sie eignen sich vorwiegend zur Herstellung von synthetischen[3] Schmierstoffen.
1.2 Grundöle als Basis für Schmierstoffe
Erdöl ist die Basis für Grundöle. Sie sind das Ergebnis eines Destillationsprozesses. Raffinerien gewinnen aus Erdöl verschiedene Produkte, z.B.: Benzin, Diesel, Schmierstoffe, Kerosin, Heizöle und Bitumen.
Grundöle gibt es in verschiedener Art und Weise. Sie unterscheiden sich in Bezug auf Viskosität[4], Temperaturverhalten, Farbe, Alterungsstabilität, Mischbarkeit, biologische Abbaubarkeit und Produktionskosten.
Die Produzenten stellen auf Basis der Grundöle verschiedene Flüssigkeiten her. Das Prinzip ist stets in drei Hauptprozesse eingeteilt. Das Erdöl wird zuerst nach den unterschiedlichen Viskositäten getrennt. Die Konversion (Umwandlung oder Hydrocracken[5]) ist der zweite Schritt. Die Raffination entfernt nicht gewünschte Bestandteile und verbessert die Farbe und den Geruch.
