Anlauf eines kalten Gasmotors: Steuersequenz und Bedingungen für einen sicheren Start

Der Anlauf eines kalten, mit Biogas betriebenen Gasmotors ist eine genau festgelegte Sequenz, in der die Steuerung zuerst die Sicherheitsbedingungen prüft, dann den Motor vorbereitet (Schmierung, Erwärmung, Spülung) und erst danach das Gas öffnet und das Gemisch zündet. Nach dem Start steigt die Last mit zunehmender Temperatur schrittweise an. Die folgenden Grundsätze beschreiben die Logik einer typischen Sequenz; die genauen Parameter, die Reihenfolge und die Einstellungen ergeben sich aus der Herstelleranleitung und der Anlagendokumentation, und die Inbetriebnahmearbeiten sind Aufgabe befugten Personals. Dies ist keine Anleitung für eigenständiges Handeln.

Warum der Kaltstart besonders ist

Bei niedriger Temperatur ist das Öl zähflüssiger, die Spiele sind anders als im Betriebszustand, und das Gemisch zündet schlechter. Biogas ist zudem ein feuchtes Gas und enthält Verunreinigungen (Schwefelwasserstoff, Siloxane), sodass an kalten Oberflächen Wasser mit gelösten sauren Verbindungen kondensiert. Daher strebt die Steuerung an, die Betriebstemperaturen ohne große Last möglichst schnell zu erreichen, und vor dem Start wird häufig das Kühlwasser und das Öl vorgewärmt. Den Einfluss des Gases auf den Verschleiß beschreiben die Beiträge zu Schwefelwasserstoff und zur Wartung von BHKW-Motoren.

Typische Logik der Sequenz

Was aus Sicherheitssicht kontrolliert wird

Dichtheit der Gasstrecke. Die Absperrventile sind in der Regel doppelt ausgeführt, mit der Möglichkeit der Dichtheitsprüfung. Undichtes Ventil: Gas kann in den Motor gelangen, bevor die Zündung bereit ist.

Belüftung vor der Zündung. Ziel ist es, unverbranntes Gas aus dem Brennraum und dem Abgassystem zu entfernen. Gas im Abgassystem ist gefährlich, weil eine eventuelle Zündung das System beschädigen und Menschen gefährden kann. Deshalb überwacht die Steuerung Zeit und Bedingungen der Spülung und begrenzt die Zahl der misslungenen Versuche.

Gasqualität und Gasdruck. Die Steuerung vergleicht Zusammensetzung und Druck mit dem zulässigen Bereich. Ein zu niedriger Methangehalt (siehe Schwankungen der Biogaszusammensetzung) verursacht Zündprobleme, und das Vorhandensein von Luft oder Verunreinigungen beeinflusst Sicherheit und Verschleiß.

Lüftung und Detektion im Raum. Der Motorraum hat Lüftung und Gasdetektoren, und ihre Blockierung verhindert den Start. Explosionsgefährdete Zonen und Anforderungen an Geräte ergeben sich aus dem Explosionsschutzdokument; siehe ATEX in der Biogasanlage.

Notsystem. Der Not-Halt-Taster, die Absperrventile auf der Gasseite und die Überdrehzahlsicherungen sind Anforderungen der Maschinensicherheit (Richtlinie 2006/42/EG) und dürfen nicht übergangen werden.

Lastaufbau

Nach der Zündung läuft der Motor zunächst im Leerlauf oder mit geringer Last, dann erhöht die Steuerung die Leistung gemäß der Herstellerkennlinie. Die Last wird begrenzt, bis die Wasser- und Öltemperaturen erreicht sind, denn der Betrieb eines kalten Motors unter Volllast erhöht den Verschleiß und das Risiko klopfender Verbrennung, besonders wenn das Gas eine niedrige Methanzahl hat.

Typische Ursachen misslungener Starts

• Zu niedrige Wasser- oder Öltemperatur bei fehlender Vorwärmung.
• Gas mit zu niedrigem Druck oder zu niedrigem Methangehalt.
• Verschlissene Zündkerzen oder Zündsystem.
• Gasventile, die nicht öffnen oder nicht schließen.
• Falsche Einstellung des Gemischs (Folge einer Änderung der Gaszusammensetzung).
• Hilfsstromversorgung, z. B. durch Frost geschwächte Anlasserbatterien.

Verhaltensgrundsätze im Betrieb

1. Bei ausbleibendem Start diesen nicht endlos wiederholen; die Ursache anhand der Steuerungsprotokolle untersuchen.
2. Schutzeinrichtungen, Sicherheitseingänge und Sensoren nicht umgehen oder blockieren.
3. Nach einem Stillstand, einer Instandsetzung oder dem Austausch von Gaskomponenten das Anfahren gemäß dem Verfahren des Herstellers und durch befugte Personen durchführen.
4. Vor dem Winter Vorwärmung, Batterien, Öl, Raumheizung und die Funktion der Detektion prüfen.
5. Ein Protokoll der Starts und Ereignisse führen, das es erlaubt, zunehmende Probleme zu erkennen.

Die winterliche Wärmebilanz beeinflusst die Startbereitschaft des Systems (die Motorvorwärmung nutzt Kessel oder Netz); siehe Wärmebilanz der Biogasanlage im Winter.

Was der Betreiber ohne Eingriff in das System beobachten kann

Der Betreiber verändert keine Einstellungen der Schutzeinrichtungen, beobachtet aber, ob die Sequenz erwartungsgemäß abläuft: Dauer der Vorwärmung, Öldruck vor dem Drehen, Zeit bis zur Zündung, Drehzahlstabilität nach dem Start und Tempo des Temperaturanstiegs. Abweichungen vom üblichen Ablauf (längere Vorwärmung, mehrere Startversuche, Drehzahlschwankungen) sind eine Information für den Service, auch wenn der Motor schließlich gestartet ist. Eine gute Praxis ist der Vergleich der Aufzeichnungen mehrerer Wintertage und die Meldung des Trends, bevor eine Störung das Aggregat stoppt.

Warum die Sequenz nicht verkürzt werden sollte

Die Versuchung, die Spül- oder Vorwärmzeit zu verkürzen, entsteht, wenn das Aggregat schnell wieder in Betrieb gehen soll, zum Beispiel nach einem Netzausfall. Die Verkürzung dieser Schritte erhöht den Verschleiß und das Risiko unverbrannten Gases im Abgassystem und gefährdet im Extremfall die Sicherheit von Menschen und Geräten. Die Lösung ist eher, die Vorwärmung aufrechtzuerhalten, was die Bereitschaftszeit ohne Eingriff in die Schutzeinrichtungen verkürzt, sowie eine Hilfsstromversorgung für die Steuerung. Alle Änderungen an Sequenz, Einstellungen und Sensoren nimmt ausschließlich der befugte Service in Abstimmung mit dem Hersteller vor.