TITEL-THEMA



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Formiergas statt Helium​

Nachhaltige Emissionsprüfung von Ventilen

Die Welt dreht sich um Ventile. In vielen Branchen sind Ventile äußerst kritische Komponenten, zum Beispiel in Raffinerien, in denen täglich giftige Chemikalien eingesetzt werden. Undichte Ventile in solchen Fabriken sind schädlich für die Umwelt, gefährlich für die Anwohner und können sogar eine Katastrophe verursachen. Das Deepwater-Horizon-Unglück im Golf von Mexiko vor einigen Jahren ist ein anschauliches Beispiel dafür. 

VENTIL Test Equipment B.V.

Um solche Undichtigkeiten zu verhindern, muss jedes Ventil vor der Inbetriebnahme einer Reihe von Tests, einschließlich einer Emissionsprüfung, unterzogen werden. Diese werden seit Jahren mit Helium durchgeführt. Durch Zufall entdeckte das niederländische Unternehmen Ventil Test Equipment, spezialisiert auf den Bau von Prüfgeräten für Ventile, eine kostengünstige Alternative zu diesem Medium: Formiergas. Formiergas bezeichnet leicht reduzierend wirkende Gasgemische aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2).

Die Deepwater Horizon war eine Bohrplattform für die Erdölexploration im Golf von Mexiko. Die Firma Transocean stellte sie 2001 in Dienst und betrieb sie im Auftrag des Leasingnehmers BP, um damit Ölbohrungen in rund 1500 Meter tiefen Gewässern durchzuführen. Am 20. April 2010 kam es infolge verschiedener schwerer Versäumnisse zu einem Blowout, bei dem die Plattform in Brand geriet und infolgedessen zwei Tage später unterging. Elf Arbeiter kamen ums Leben. Ihre Leichen wurden nie gefunden. 87 Tage lang strömten etwa 800 Millionen Liter Öl ins Meer, was zur Ölpest im Golf von Mexiko führte, der schwersten Umweltkatastrophe dieser Art in der Geschichte.

Quelle: Wikipedia

Alternatives Produktionskonzept 

Der Maschinenbauer Ventil Test Equipment beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit dem Bau von Prüfanlagen für druckführende Geräte aller Art, insbesondere für Ventile. Vor etwa 3 Jahren wurde Ventil Test Equipment von einem renommierten Ventilhersteller gebeten , über ein neues Produktionskonzept nachzudenken, um große Mengen an Ventilen in extrem kurzer Zykluszeit zu produzieren. Emiel Lechevallier , KMU- Wasserstoff , technische Lösungen und CNC- Druck Tests bei Ventil berichtet: „Ziel dieses Kunden war es, deutlich Material- und Energieeinsparungen zu erreichen, ohne Abstriche bei der Qualität der Ventile zu machen. Der Hersteller wollte seine Marktposition für diesen speziellen Ventiltyp verbessern. Da er seit einiger Zeit mit einem vollautomatisierten Produktionsprozess ohne menschliches Eingreifen arbeitet, war dies eine enorme Herausforderung. Um von diesem vollautomatisierten Prozess profitieren zu können, waren wir gezwungen, die Lösung in anderen Testmedien zu finden und damit die Grenzen der Physik zu verschieben. Beispielsweise haben wir beim „ Proof of Concept“ geprüft, ob der Ventiltyp dieses Herstellers auch mit Formiergas anstelle von Wasser oder Luft getestet werden kann und ob wir so die gewünschte Zykluszeit erreichen können. Die Idee erwies sich nicht nur als realisierbar, es gelang uns auch, die Testzeit um mehr als 70 Prozent zu reduzieren.“

Alternative zu Helium

Während der Valve World Messe in 2022 führte Ventil Test Equipment Gespräche mit Mitarbeitern von Shell Global Solutions über das oben beschriebene Projekt zum Einsatz von Formiergas als Medium zur Durchführung von Emissionstests. Weil dies eine gute Alternative zum immer knapper werdenden Helium zu sein schien, war das Interesse von Shell geweckt. Da kaum Informationen über Tests mit Formiergas vorlagen, wurde beschlossen, Ventil Test Equipment ins Shell-Büro einzuladen. Lechevallier sagt: „Als Unternehmen hatten wir bereits Erfahrung im Umgang mit Formiergas und verfügten auch über Testgeräte, die mit diesem Medium arbeiteten.“

Bis dahin verlangte Shell Global Solutions von seinen Lieferanten, immer Emissionstests auf Basis von Helium durchzuführen, das einen enormen Kostenfaktor darstellt. Helium ist als Medium nicht nur sehr wertvoll, sondern wird auch immer knapper. Dieses Medium ist ein Naturprodukt, das in bestimmten Erdgasquellen vorkomm, die derzeit nur in 5 Ländern der Welt (einschließlich Russland) existieren. Helium wird jedoch in vielen Anwendungen in der Wissenschaft, der Medizin sowie der Leicht- und Schwerindustrie eingesetzt. Es ist daher nicht verwunderlich, dass im Falle eines Heliummangels Prioritäten gesetzt werden, wo das Medium eingesetzt werden kann und wo nicht. Selbstverständlich haben kritischste Anwendungen, wie zum Beispiel Anwendungen in Krankenhäusern, immer Vorrang.

Soziale Verantwortung

Für weniger kritische Anwendungen, etwa die Dichtheitsprüfung von Ventilen, ist es daher schwieriger ausreichend Helium zu beschaffen. Grund für Shell Global Solutions, aktiv nach einer sinnvollen Alternative zu suchen, um in naher Zukunft nicht mehr auf eine Quelle mit begrenztem Vorrat angewiesen zu sein. Formiergas ist eine solche Alternative. Mit diesem Medium lassen sich nicht nur erhebliche Kosteneinsparungen erzielen, sondern es ist auch aus ethischer Sicht eine interessante Alternative. Wenn große Akteure wie Öl- oder Gasunternehmen nicht mehr von einer „kritischen“ Quelle abhängig sind, übernimmt ein solches Unternehmen auch soziale Verantwortung. Ventil Test Equipment wurde daher von Shell gezielt gebeten, schnellstmöglich zu prüfen, ob Formiergas eine sinnvolle Alternative zu Helium sein könnte. Wenn ja, dann wollte Shell seinen Standard ändern und die Vorteile des Testens mit Formiergas nutzen.

Vom Labor zur Praxis

Lechevallier fährt fort: „Obwohl sich das alles für unser Unternehmen vielversprechend anhörte, war es wichtig, realistisch zu bleiben. Wenn wir über Emissionen sprechen, die nur mit sehr spezieller Ausrüstung sichtbar gemacht werden können und mit bloßem Auge nicht mehr sichtbar sind, ist es von größter Bedeutung, sich darüber im Klaren zu sein, was man tatsächlich tut, und das braucht Zeit. Shells Initiative, Formiergas noch im selben Jahr in seine Standards aufzunehmen, erwies sich als zu optimistisch. Wir empfohlen Ihnen daher, zunächst eine gründliche Untersuchung in einer Laborumgebung durchzuführen. Wir konnten daraufhin mit finanzieller Unterstützung und Materialien von Shell weiterarbeiten. Die theoretische Recherche dauerte einige Monate und dann folgte die praktische Ausführung und das erste Ventil konnte bei uns im Haus validiert werden. Nach Abschluss der Validierung wurden die entsprechenden Ventile den Shell-Experten zur Verfügung gestellt, die nach eigener Recherche zum gleichen Schluss kamen wie wir. Sie fanden außerdem heraus, dass Formiergas eine hervorragende Alternative zu Helium und zudem deutlich günstiger ist.“

Kosteneinsparungen

„Durch die Verwendung von Formiergas anstelle von Helium zur Durchführung von Emissionstests an Ventilen könnten die Gaskosten um einen Faktor 7 bis 10 gesenkt werden. Für einen durchschnittlichen Ventilhersteller , der jährlich Helium im Wert von etwa 30.000 bis 50.000 Euro verbraucht, bedeutet dies eine erhebliche Kostenersparnis. „Der Einsatz von Formiergas hat sowohl technisch als auch für die Qualität der Emissionstests nur Vorteile“, rechnet Lechevallier vor. 

Die Basis für die Technologie stammt ursprünglich von einer schwedischen Universität. Ventil Test Equipment hat darauf basierend Forschung auf eigene Initiative durchgeführt, um zu untersuchen, was in dem Bereich möglich ist. Das Ziel war sicherzustellen, dass unsere Ergebnisse reproduzier sind, auch wenn sie möglicherweise von anderen angezweifelt werden. Ventil Test Equipment hat gemeinsam mit Shell auf einer Konferenz in Houston die Technologie gepitcht und gleichzeitig den ersten Standard für Wasserstoffventile am American Petroleum Institute (API) in Form eines kommerzieller Standards eingebracht.

Benutzerdefinierte Shell- DEPs

Shell hat nun die sogenannten Shell DEPs (Shell-Standards) angepasst und alle ihre Lieferanten dürfen nun Emissionstests wahlweise mit Helium oder Formiergas durchführen. Eine Idee, die im Zuge der API-Standardisierung nun auch von Gasunie, einem bedeutenden, niederländischen Unternehmen des Energiesektors, übernommen wurde . Diese Organisation hat dies auch in ihre Standards aufgenommen und die Absicht geäußert, in den nächsten 2 bis 3 Jahren in eine Übergangsphase einzutreten, um schlussendlich Helium vollständig durch Formiergas ersetzen zu können. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend.

Der Maschinenbauer Ventil Test Equipment beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit dem Bau von Prüfanlagen für druckführende Geräte aller Art, insbesondere für Ventile. Ihre erste Produktgruppe besteht aus Standardprüfgeräten und -maschinen. Dies reicht von Standard-Tests bis hin zu kompletten Spannstationen, die eine Kraft von 4500 Tonnen erzeugen können, um Ventile mit Durchmessern von über 3 Metern abzudichten. Für diese Testanlagen wurde das modulare Softwarepaket CRS (Computer Registration Software) im eigenen Haus entwickelt, um konkrete Testergebnisse im eigenen Prüfstand zu generieren. Bei der zweiten Produktgruppe „ Engineered Solutions“ beginnen Projekte buchstäblich bei Null, um eine kundenspezifische Lösung zu entwickeln, wobei alle notwendigen Komponenten in der Zentrale entwickelt werden. Sobald die verschiedenen Teile fertiggestellt sind, werden sie an andere Standorte verschifft, wo die Installation abgeschlossen und vom Kunden abgenommen wird.

Ventil Test Equipment stellt auch auf der Messe Valve World in Halle 3 / E53 vom 3. - 5. Dezember in Düsseldorf aus.

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Autorinnen




Henriette van Norel



Constanze Schmitz

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