Was Sie bei der Spezifizierung von Hochleistungsverbindungen für CNG-/LNG-Anwendungen beachten müssen

Was Sie bei der Spezifikation von CNG-/LNG-Rohrverbindungen beachten müssen

Chuck Hayes, Lead New Product Development Engineer

Fahrzeughersteller weltweit setzen zur Einhaltung strenger Emissionsanforderungen zunehmend auf komprimiertes (CNG) und verflüssigtes Erdgas (LNG) als praktikable und saubere Kraftstoffalternativen.

Um das enorme Geschäftspotenzial von CNG und LNG bestmöglich zu nutzen, müssen hochwertige Systemlösungen für die Kraftstoffversorgung auf allen Ebenen entwickelt werden, von der Kraftstoffquelle bis hin zum Fahrzeug. Die in diesen Systemen verbauten Komponenten, darunter vorgebogene Kraftstoffleitungen, Ventile, flexible Schläuche, Messgeräte und insbesondere Rohrverbindungen, sollten sorgfältig ausgewählt und spezifiziert werden, um einen langfristig sicheren Systembetrieb zu gewährleisten.

Hersteller (OEMs), die an der Produktion von CNG-/LNG-Fahrzeugen sowie der dafür erforderlichen Infrastruktur zur Betankung beteiligt sind, müssen daher bestimmte Rohrverbindungen verwenden, die die Leistungskriterien dieser Anwendungsbereiche erfüllen. Einige dieser Kriterien werden wir uns im Folgenden etwas genauer anschauen:

Dichtheit

CNG und LNG werden teilweise bei Drücken von über 275 bar (4000 psi) gelagert. Jede noch so kleine Leckage kann ein erhebliches Sicherheitsrisiko für Bediener darstellen. Gerade an Tankstellen muss alles fehlerfrei funktionieren – denn hier wollen normale Endverbraucher ihre Tanks sicher und einfach wiederauffüllen. An hochwertigen Komponenten führt hier kein Weg vorbei.

Um auch unter schwierigen Bedingungen Leckagen sicher zu vermeiden, ist eine gasundurchlässige Dichtung erforderlich. Konventionelle Schneid- und Klemmringverschraubungen (sowohl mit einem als auch zwei Klemmringen), eignen sich zwar für viele allgemeine industrielle Anwendungen, erfüllen jedoch in anspruchsvolleren Transportanwendungen ggf. nicht ganz den gewünschten Zweck. Eine Verbindung, die eine Gasdichtung entlang mehrerer Kontaktstellen erzeugt, bietet einen besseren Schutz vor Leckagen und sorgt sowohl bei der Betankung als auch bei den Anschlüssen am Fahrzeug für eine höhere Sicherheit.

Vibrationsbeständigkeit

Verbindungen für CNG- und LNG-Anwendungen müssen kontinuierlichen Vibrationen standhalten, die z. B. durch Fahrzeugbewegungen, virtuelle Rohrleitungen und Verdichterstationen verursacht werden. Aus diesem Grund müssen die Komponenten absolut vibrationsbeständig sein.

Eine Rohrverbindung mit zwei Klemmringen und Scharnier-Spann-Effekt bietet die bei Transportanwendungen erforderliche Vibrationsbeständigkeit. Die Verschraubung mit zwei Klemmringen stellt durch den doppelten mechanischen Halt eine besonders feste Verbindung her und verringert selbst bei ständiger Vibration im Betrieb die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Verbindung löst. Darüber hinaus ist dank der Konstruktion ein geringer Bewegungsspielraum der Verbindung gegeben, ohne dabei hinsichtlich Klemmfestigkeit und Haltekraft einzubüßen. Diese Bewegung wird auch als „Zurückfedern“ bezeichnet und bietet eine hohe Vibrationsbeständigkeit. Damit ist sie ideal für den Einsatz in Fahrzeugen sowie in Infrastrukturkomponenten für die Betankung geeignet.

Thermische Leistungsfähigkeit

CNG- und LNG-Kraftstoffsysteme sind mit inhärenten thermodynamischen Herausforderungen verbunden. So sind die CNG-Drücke bei der Lagerung beispielsweise deutlich höher als auf dem Weg zwischen Tankstation und Fahrzeugtank. Durch den Druckabfall bei der Betankung fällt die Gastemperatur infolge des Joule-Thomson-Effekts deutlich ab. Ein solcher Temperaturabfall kann auch auftreten, wenn CNG oder LNG beim Fahren vom Fahrzeugtank in den Motor gelangt.

Alle Systemkomponenten müssen diesen plötzlichen Temperaturschwankungen standhalten können, allen voran die Rohrverbindungen. Materialien mit geringerer Qualität können sich aufgrund der Temperaturunterschiede ausdehnen oder zusammenziehen, was wiederum zu Leckagen oder anderen Ausfällen führen kann.

Korrosionsschutz

CNG- und LNG-Fahrzeuge und die erforderliche Infrastruktur zur Betankung sind vielen unterschiedlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die Korrosionsschäden nach sich ziehen können. Aus diesem Grund sollten Hersteller alles daran setzen, korrosionsbedingte Ausfälle proaktiv zu vermeiden. Hierzu bietet es sich zum Beispiel an, alle Komponenten eines CNG- oder LNG-Systems aus hochwertigen Materialien zu fertigen.

Herkömmlicher Kohlenstoffstahl ist beispielsweise sehr anfällig für inneres Rosten. CNG- und LNG-Kraftstoffen werden in der Regel Odoriermittel beigemengt, damit Anwender Leckagen anhand des Geruchs besser erkennen können. Diese Odoriermittel enthalten jedoch oftmals Schwefel, der in Kraftstoffsystemen zu vorzeitiger Korrosion und Rostbildung führen kann. Darüber hinaus hat Erdgas naturgemäß einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, der Korrosionsprozesse fördert und in nasseren und wärmeren Regionen zu erheblichen Problemen führen kann. Da Innenkorrosion bei allgemeinen Instandhaltungsprüfungen nicht so leicht mit bloßem Auge zu erkennen ist, können damit schwerwiegende Sicherheitsrisiken verbunden sein.

Hochwertiger Edelstahl mit einem höheren Nickel- und Chromgehalt kann effektiv zur Reduzierung von Korrosionsschäden beitragen. Edelstähle geringerer Güte mit niedrigem Nickel- und Chromgehalt sind hingegen anfälliger für solche Korrosionsprobleme.

Montage und Verfügbarkeit

Da die Nachfrage nach CNG- und LNG-Mobilitätslösungen zunehmend steigt, sollten sich OEMs darauf einstellen, in kurzer Zeit zuverlässige Produkte bieten zu können. Die Konstruktion hochwertiger und zuverlässiger Systeme innerhalb kurzer Zeit kann jedoch eine echte Herausforderung darstellen. Gerade CNG-Systeme mit ihrer Komplexität können sehr anspruchsvoll sein, besonders wenn die Techniker nicht über ausreichend Erfahrung mit Rohrverbindungen verfügen. Einfache Installationsprozesse sind ein wichtiger Faktor bei der Auswahl von Rohrverbindungen.

Rohrverbindungen, die speziell für seriengefertigte Kraftstoffleitungen entwickelt wurden, können zu einer konsistenten und leckagefreien Installation beitragen und halten Vibrationen deutlich besser stand als alternative Technologien. Hierbei ist auch zu beachten, dass es bei der Serienproduktion um mehr geht als nur eine einfache Montage. OEMs mit aggressiven Produktionsplänen sind auf Anbieter angewiesen, die einen lokalen Bestand an Komponenten anbieten und die sich die Zeit nehmen, um die Produktionsanforderungen der OEMs zu verstehen und sich danach zu richten. Diese lokale Verfügbarkeit von Teilen gibt OEMs auch Zugang zu Sicherheitsbeständen, mit denen sie Nachfrageschwankungen besser ausgleichen können.

Eine ideale Verschraubung für CNG- und LNG-Anwendungen

Um auf dem CNG- und LNG-Markt erfolgreich zu sein, führt für OEMs kein Weg an Rohrverschraubungstechnologien vorbei, die die anspruchsvollen Leistungsanforderungen von Kraftstoffsystemen erfüllen.

Eine Lösung, die speziell für die Anforderungen alternativer Kraftstoffsysteme entwickelt wurde, sind die Swagelok^® Assembly-by-Torque-Verschraubungen (AbT). Die patentierte Verschraubung mit ihrer fortschrittlichen Geometrie und dem Scharnier-Spann-Effekt am hinteren Klemmring ermöglicht eine Montage nach Drehmoment, mit der ein leckagefreies Leistungsverhalten erzielt wird. Die AbT-Verschraubungen können schnell und einfach installiert werden und liefern auch nach wiederholter Wiedermontage eine herausragende gasundurchlässige Abdichtung, Rohrerfassung und Beständigkeit gegenüber Schwingungsermüdung.

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