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Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Damit Biogasmotoren problemlos laufen

Motorkühlung fit für steigende Temperaturen?

Motorkühlung fit für steigende Temperaturen?

11. März 2019 by Michael Wentzke

Noch sind die Außentemperaturen so tief, dass Motoren eigentlich keine thermischen Probleme haben sollten. Die Praxis vor Ort spricht dagegen in vielen Fällen eine andere Sprache. Wenn zu dieser Jahreszeit Motoren schon an den Grenzwerten für Kühlmittel- und Gemischtemperaturen kratzen, lohnt es sich, auf die Ursachen zu schauen. Die Motorkühlung hängt von mehreren Faktoren ab:

  • Zustand der Wärmetauscher
  • Raumluftwechsel
  • Zustand des Kühlmittels
  • Parametrierung der Regelventile
  • Zustand des Schmierölkühlers
  • Kühlmitteldrücke in den Kühlkreisläufen
  • Luftseitige und wasserseitige Kühlflächen der Notkühler

Gute Motorkühlung reduziert den Verschleiß

Hochbelastete Biogasmotoren beanspruchen Zylinderköpfe und Zündkerzen sowie Laufbuchsen, Kolben und Kolbenringe. Häufig kühlen Ölspritzdüsen die Kolbenbodenunterseiten. So leistet das Schmieröl auch seinen Beitrag zur Motorkühlung und führt diese Wärme über den Schmierölkühler an den Motorkühlkreislauf ab. Manche Motoren koppeln die Schmierölwärme auch direkt aus und machen die Wärme für Heizwärme direkt nutzbar. Ein ausreichend großer Schmierölkühler, der regelmäßig gereinigt wird, ist dann auch ein Garant für Schmieröltemperaturen, die den Additiven eine lange Standzeit ermöglichen. Temperaturen um 100°C und mehr zeigen eine hohe thermische Belastung an, die die Additive rasch „in die Knie gehen“ lassen.

Die Standzeiten von Zylinderköpfen und Zündkerzen hängen direkt von ihren Betriebstemperaturen ab. Je tiefer diese sind, desto geringere thermische Belastungen wirken als verschleißfördernder Stress auf diese Bauteile.

Niedriger Kühlmitteldruck als Schadenstreiber

Materialabtrag durch Kavitation im Kühlkreislauf

Die Kühlmitteldrücke bewegen sich unterhalb des Radars vieler Betreiber. Solange noch Kühlmittel im Kühlkreislauf ist, scheint alles in Ordnung. Für die Motorkühlung ist auch ein ausreichender Kühlmitteldruck sehr wichtig, da sich anderenfalls Dampfblasen bilden, die nicht kühlen. Und die unangenehme Eigenschaft haben, Material von Laufbuchsen und vom Motorblock wegzufressen: Kavitation bedingt durch implodierende Dampfblasen führt so zu teuren Motorschäden.

Kühlmitteldrücke von einem bar und weniger sind absolut zu gering. Mindestens 1,5 bis 2,5 bar geben erst den Schutz vor unerwünschter Dampfblasenbildung. Die Kühlmitteldrücke sind in den Kühlkreisläufen nicht überall gleich hoch, aufgrund der Strömung des Kühlmittels und der Strömungswiderstände durch Ventile oder enge Radien gibt es nämlich Druckabfälle, die den am Manometer angezeigten Druck deutlich reduzieren können.

Kühlmittel sind keine Lebensdauerfüllung für Motoren

Schmierölwechsel stehen viel stärker im Bewustsein von BHKW-Betreibern als Kühlmittelwechsel, da deren Wechselintervalle ja auch wesentlich kürzer sind. Trotzdem sollte man dem Kühlmittel die Aufmerksamkeit im Rahmen der Instandhaltung schenken, die es für eine gute Funktion benötigt. Das heißt, eine jährlich Überprüfung und Anlyse einer Kühlmittelprobe ist kein Luxus, sondern wirksamer Schutz, um die Leistungsfähigkeit der Motorkühlung zu erhalten.

Ein Beispiel einer Kühlmittelanalyse erhalten Sie über diesen Link. Der Aufbau ähnelt einer Schmierölanalyse und gibt dem Servicepartner wie auch dem Betreiber ein zutreffendes Bild über den Verschleißzustand des Kühlmittels und besondere Belastungen aus dem Einsatz im Kühlktreislauf.

Motor als Wärmequelle unterschätzt

Die Strahlungswärme des Motors – bei einem 500 kW-Motor immerhin ca. 95 kW – heizt den Betriebsraum auf und führt zum Ansteigen der Raumlufttemperatur. Steigt die Temperatur über 35°C wird es nicht nur dem Service- und Bedienpersonal zu warm, sondern auch dem Motor. Es droht dann nämlich ein Anstieg der Gemischtemperatur in Richtung Klopfgefahr. Dies bedeutet für den Gemischkühlkreislauf harte Arbeit, um die Gemischtemperatur in gesunden Grenzen zu halten.

Die Strahlungswärme lässt sich nur wenig reduzieren, indem abgasführende Teile wie Sammelrohre und Abgasturbolader wärmeisoliert oder wassergekühlt werden. Ein Grund mehr also auf eine gute Fitness der Motorkühlung zu achten. Damit wird ein wichtiger Beitrag geleistet, die Kondition des Biogasmotors zu verbessern und vorzeitigem Verschleiß vorzubeugen.

Anlagenoptimierung, Betriebsführung, Betriebsmittel, Kühlmittel, Wartung Tagged: Gemischkühlung, Kühlmittel, Motorkühlung, Notkühler, Parameter, Raumlüftung, Regler, Wärmetauscher

Nachlese Fachsymposium Biogasmotoren Teil 1

Nachlese Fachsymposium Biogasmotoren Teil 1

17. September 2018 by Michael Wentzke

Fachsymposium Biogasmotoren 5.9.2018 .
Vorträge 1 bis 4

Das Fachsymposium Biogasmotoren greift aktuelle, technische Schwerpunktthemen für den Betrieb eines BKHWs auf. Diese werde von den Referenten in kurzen Vorträgen von 15 Minuten Dauer sehr pointiert dargestellt. Die Herausforderung besteht darin, das gewählte Thema möglichst eng zu begrenzen, damit die Expertise sich gut vermittelt. So lautet das Konzept des Fachsymposiums.

Ein langer Vortrag ist einfacher in der Vorbreitung, ein kurzer, knapper dagegen für 15 Minuten Dauer durchaus eine anspruchsvolle Übung. Nach den Rückmeldungen der Teilnehmer ist dies den Referenten in der zurückliegenden Veranstaltung gut gelungen. Dem zur Folge haben sich alle Teilnehmer über den perfekt eingehaltenen Zeitplan gefreut. Wer seine Themen aus Teilnehmerperspektive vertiefen wollte, hatte dazu in den Pausen gute Gelegenheit.

Teil 1 der Nachlese Fachsymposium Biogasmotoren beleuchtet nun die ersten vier Fachvorträge. Es geht in diesem Teil um

  • die Tücken komplexer Regelungstechnik,
  • Motorprobleme wegen des Kühlmittels,
  • Unterstützung des BHKW-Betriebes durch Gasmesstechnik und um
  • das Monitoring von Gasmotoren

Ohne fachkundige Unterstützung in der Regelungstechnik ist der Biogasanlagenbetrieb hoch riskant

Quelle: 8.2. Consulting AG

Den Reigen der Vorträge eröffnete Joachim Kohrt von der 8.2 Consulting AG. Die Schaltanlagen auf Biogasanlagen sind harten Einsatzbedingungen ausgesetzt. Außerdem erfahren diese mit der Zeit Erweiterungen und Aktualisierungen. Das Zusammenspiel von bis zu 20 Schaltanlagen ist dabei durchaus komplex. Damit wird auch eine Fehlersuche bei Ausfall einzelner Komponenten erschwert.

Neben den direkten Schäden und den dadurch verursachten Betriebsunterbrechungen droht auch der Verlust der Vergütung, wenn die Einstellung der Schutzgeräte und der Parameter nicht mehr den Anforderungen des Netzbetreibers entspricht.

Den Betreibern hilft nur eine peinlich genaue Dokumentation ihrer Anlagen einschließlich der eingesetzten Softwarestände. Von großer Bedeutung ist eine Überprüfung der Einstellungen alle vier Jahre und nach jeder Arbeit an der Regelungstechnik.

Aufmerksame Kühlmittelpflege und Inspektion der Kühlkreislauf-Komponenten verhindern gravierende Motorschäden

Quelle: ATEX Compressors GmbH

Lars Freyer von der ATEX Compressors GmbH berichtete aus seiner Gutachterpraxis über Motorschäden, die auf Mängel des Kühlmittels zurückzuführen waren. Der übermäßige Verschleiß des Kühlmittels sorgt in der Folge durch die Überhitzung der betroffenen Motorteile für Ausfälle durch Fressen der Bauteile. Dabei sind insbesondere Kolben, Kolbenringe und Laufbuchse hiervon betroffen.

Die Ausfallursachen des Kühlmittels sind vielfältig: sie reichen von Abgas im Kühlkreislauf über Leckagen bis hin zu defekten Entlüftern und zu niedrigem Kühlmitteldruck. Es besteht die Gefahr, dass sich Hitzenester in an den thermisch hochbelasteten Stellen bilden. Dadurch kommt es auch zu chemisch Veränderungen des Kühlmittels. Der ph-Wert des Kühlmittels sinkt und Dichtungen im Kühlkreislauf erfahren einen „sauren Angriff“. Die Abbauprodukte verengen in der Folge die Leitungsquerschnitte, sodass die Belastung für das Kühlmittel und die zu kühlenden Bauteile des Motors bis zum Ausfall anwächst.

Detaillierte Schadensbilder zeigten die verheerende Wirkung überlasteten Kühlmittels. Herr Freyer schloss seinen Vortrag mit Hinweisen an Betreiber, worauf diese selbst und ihre Servicepartner für intakte Motorkühlung achten sollten.

Gasmesstechnik zur Effizienzsteigerung und Prozesskontrolle

Aktivkohlefilter-Durchbruch Quelle: AWITE Bioenergie GmbH

Philipp Röhrer von der AWITE Bioenergie GmbH stellte die vielfältigen Einsatzbereiche der Gasmesstechnik in der Gärstrecke und der Gasaufbereitung einer Biogasanlage vor. Dabei geht es nicht nur um die Messung des Methan- und Schwefelwasserstoffgehaltes des Biogas. Für eine wirksame Prozesskontrolle der Gärstrecke werden auch die Wasserstoff- und Sauerstoffgehalte herangezogen, um Fehler in der Gärstrecke aufzudecken und kritische Betriebszustände zu vermeiden.

Mit der Messung der Wasserstoff- und Methangehalte lässt sich der Bedarf an Betriebsmitteln wie z.B. Spurenelementen optimieren. Automatisierte Messungen erleichtern die Dokumentation dieser Prozessgrößen. Betreiber erkennen so frühzeitig Störungen im Gärprozess und können bei Substratwechseln angemessen auf der Grundlage gemessener Werte reagieren.

Vor und hinter dem Aktivkohlefilterbehälter Schwefelwasserstoff zu messen, ermöglicht den Beladungszustand der Aktivkohle zu erfassen und schützt vor unbemerktem Durchbruch der Aktivkohle. Dies erspart teuere Schäden an allen gasführenden Motorteilen.

Umfassender Ansatz des Datenmonitorings von Biogas-BHKWs

Umfassendes Datenmonitoring
Quelle: H.G.S. GmbH

Welchen Umfang ein Datenmonitoring von BHKWs annehmen kann, zeigte Jörg Simon von der H.G.S. GmbH. Dem Unternehmen geht es nicht nur um die Darstellung der wichtigtsten Betriebsparameter eines Biogas-Aggregates, sondern auch um die Datenlage der BHKW-Peripherie einschließlich der Sicherheits- und Überwachungstechnik.

Dies schließt auch die organisatorische Unterstützung des Betreibers im Bereich

  • der Prüfpflichten,
  • der Emissionswerte und der
  • Betriebssicherheits- und Störfallverordnung

mit ein. Dieser integrative Ansatz geht damit auch über die Umsetzung betreiberbezogener Instandhaltungskonzepte deutlich hinaus.  Auf der Betreiberseite wird daher eine Vielzahl von technischen Schnittstellen notwendig, um diese Dienstleistungen nutzen zu können. Schon heute stehen Betreiber von Biogas-BHKWs vielfältigen regulatorischen Anforderungen gegenüber, die neben den technischen Anlagen-Problemen zu bewältigen sind. Dabei kann ein umfassendes Datenmonitoring Entlastung im Altag bringen, wenn die Schnittstellen von beiden Seiten bewältigt werden.

Ausblick auf Teil 2 der Nachlese Fachsymposium Biogasmotoren

Auf der einen Seite geht es mit 2 Beiträgen um die Wahl eines wirtschaftlichen Instandhaltungskonzeptes  . Auf der anderen Seite werden die Ursachen klopfender Verbrennung und der Einsatz von Retro-Fit-Maßnahmen  im Bereich der Motorsteuerung präsentiert. Auch im zweiten Stunden-Block der Nachlese Fachsymposium Biogasmotoren geht es um wirtschaftlich bedeutsame Fragen der Betriebsführung und der Technik.

Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Betriebsmittel, Fachsymposium, Instandsetzung, Kühlmittel, Schadensursachen, Wartung

Schadenprävention im Biogas-BHKW

Schadenprävention im Biogas-BHKW

7. September 2018 by Michael Wentzke

Betriebsdatenanalyse als Instrument
zur Schadenprävention Quelle Pixabay

Am 5. September 2018 fand in Hamburg das Fachsymposium Biogasmotoren statt. Betreiber von Biogasanlagen, Gutachter, Motoren- und Komponentenhersteller, Servicebetriebe  sowie Planungsingenieure trafen sich zum fachlichen Austausch und zur Diskussion. Nach wie vor ist das Thema Schadenprävention im Biogas-BHKW ein wichtiges Thema für Betreiber. Mehrere Fachvorträge beleuchteten dieses Thema aus der Perspektive eines

  • eines Wartungsunternehmens, das Motor-Betriebsdaten online auswertet,
  • eines Messgeräteherstellers zur Gasanalyse und
  • eines Unternehmens der Automatisierungstechnik, die Motorsteuerungen für Gasmotoren entwickeln.

Dass es nach wie vor ein hohes Schadensaufkommen im Betrieb von Biogas-BHKWs gibt, zeigten Beiträge zu

  • den Tücken komplexer Regelungstechnik in BHKWs,
  • den Folgen mangelnder Kühlmittelpflege und Generatorwartung sowie
  • den Ursachen klopfender Verbrennung.

Zwei Beiträge zur Flexumsetzung und Planung von BHKW-Flexibilisierungen machten auf die Reduktion von Schnittstellen im Flex-BHKW aufmerksam: ein Packager mit Systemverständnis kann das Zusammenspiel von Biogasaufbereitung und Flexbetrieb besser abstimmen, dies dient ebenfalls der Schadenprävention.

In der Planungsphase einer Flexibilisierung benötigen Betreiber Unterstützung, um Risiken der geplanten Investition ebenso zu reduzieren wie den Zeitaufwand der Koordination und Abnahme vieler einzelner Leistungen.

Hinrich Neumann hat einen ersten kurzen Bericht für top agrar zum Fachsymposium Biogasmotoren erstellt.

Anlagenoptimierung, Betriebsdatenanalyse, Betriebsführung, Betriebsmittel, Fachsymposium, Flexbetrieb, Gasanalyse, Instandsetzung, Kühlmittel, Schadensursachen, Veranstaltung, Wartung Tagged: Betriebsdatenanalyse, Flexbetrieb, Generatorwartung, Instandsetzung, Kühlmittelpflege, Schadenprävention, Schadenursachen, Wartung

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Fax: 040 60847745
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