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Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit den Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit Kolbenkompressoren, welche in der Öl- und Gasindustrie zum Einsatz kommen und wie diese reduziert werden können. Die Kompressoren weisen teilweise Antriebsleistungen von mehreren Megawatt bei Laufzeiten von durchschnittlich 8000 h jährlich auf. Jedoch ist nicht nur der Energiebedarf ein Umweltfaktor, sondern auch Leckage der zu verdichteten Gase, welche bei deren Verdichtung auftritt. In den Anlagen befinden sich meist mehrere Maschinen im Parallelbetrieb, sogenannte Kompressorflotten. Zurzeit werden bei Servicetätigkeiten nur die einzelnen Maschinen gesondert betrachtet. Um die Performance der ganzen Anlage zu verbessern, muss jedoch die gesamte Flotte mit der Wechselwirkung aller Maschinen analysiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es die relevanten Faktoren hinsichtlich ihres Umwelteinflusses zu bestimmen, zu bewerten und Verbesserungsmaßnahmen zu finden. Es kommt hierbei zu Energieemissionen durch den Energieverbrauch und flüchtigen Emissionen aufgrund Gasaustritts. Da die Betriebsweise einen erheblichen Einfluss auf sowohl Energie- als auch flüchtige Emissionen hat, wurde zusätzlich eine Kategorie betriebsbedingte Emissionen gebildet. Dementsprechend wurden die einzelnen Komponenten im Kompressor analysiert und Berechnungsmöglichkeiten für ihre Emissionsbilanz erstellt. Darauf basierend konnten die möglichen Maßnahmen zur Verbesserung ermittelt werden. So können Energieemissionen durch effizientere Komponenten, insbesondere moderne Ventile, reduziert werden. Flüchtige Emissionen lassen sich durch Upgrades auf modernere Dichtungssysteme vermindern. Den größten Faktor zur Emissionsreduzierung bildet jedoch eine Anpassung des Betriebes der Flotte mittels geeigneter Regelung. Dadurch können die Kompressoren aufeinander abgestimmt arbeiten und unnötige Stopps vermieden werden. Dies führt zur erheblichen Reduktion des Energieverbrauchs und Erhöhung der Bauteilzuverlässigkeit. Die Analyse einer realen Anlage zeigt die Wirksamkeit der einzelnen Maßnahmen. Da die Emissionen aufgrund von EU-Klimaschutzmaßnahmen bepreist werden, bietet ein ökologisches Upgrade auch ökonomische Vorteile. Anhand einer Wirtschaftlichkeitsrechnung der Anlage wird dies bestätigt. Wenngleich der Haupt- Motivationsfaktor zur Verbesserung noch die Einsparung aufgrund der Energiekosten ist, wird die steigende Bepreisung der Treibhausgase in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen. This master thesis deals with the greenhouse gas emissions related to reciprocating compressors used in the oil and gas industry and how they can be reduced. Some of the compressors have a power of several megawatts with average operating times of 8000 hours a year. Not only the energy consumption is an environmental factor, but also leakage of the compressed gases. These gases are either burned via a flare or released directly into the atmosphere. The systems usually contain several machines in parallel operation, so-called compressor fleets. Currently only the individual machines are analyzed separately for service activities. To improve the performance of the overall system the entire fleet, with the interaction of all machines, must be analyzed. The aim of this work is to determine and evaluate the relevant factors regarding their environmental impact and to find improvement measures. The emissions can be categorized in energy emissions, due to energy consumption, and fugitive emissions, due to gas leakage. Since the operation has a significant impact on both energy and fugitive emissions, an additional category for operational emissions was formed. The individual components in the compressor were analyzed and calculation methods for their environmental impact were created. Based on these values, actions for improvement could be determined. Energy emissions can be reduced by using more efficient components, especially modern valves. Fugitive emissions can be reduced by upgrading to more modern sealing systems. The biggest factor in reducing emissions, is adapting the operation of the fleet by means of suitable controlling systems. As a result, the compressors can work in a coordinated manner and unnecessary stops can be avoided. This leads to a significant reduction in energy consumption and increased component reliability. The analysis of a real plant shows the effectiveness of the individual actions. Since the emissions are priced due to EU emission trading system an ecological upgrade also offers economic advantages. This is confirmed based on a cost calculation for the fleet. Although the main motivating factor for improvement is still the saving due to energy costs, the increasing pricing of greenhouse gases will play an increasingly important role in the future. Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2023 |
