Resultatdiskussion
Redan beräkningarna av veckomedelvärden av k-värdet visade en fallande tendens.
Genom filtreringen som har gjorts till höga pumpflöden har dessa värden samtidigt en relativt smal standardavvikelse. Medelvärden kan därför användas som en indikator för när rengöringsåtgärder är nödvändiga. Det som återstår för företaget är att bestämma kritiska nivåer på k-värdet och följa medelvärdenas utveckling i ett styrdiagram med lämpliga styrgränser.
Då vi jämfört plattvärmeväxlarens kyleffekt i början och slutet av studien visade resultatet att effekten minskat med cirka 20 %. Förlusten i kyleffekt hos
plattvärmeväxlaren är direkt kopplad till den möjliga återvinningseffekten hos värmepumpen på den kalla sidan. En noggrannare uppföljning av foulingsnivån hos plattvärmeväxlaren ger möjlighet att optimera för maximal energiåtervinning.
Minskad kyleffekt innebär också att tidsintervallet för att nå rätt temperatur i
anodiseringsbadet ökar inför nästa anodiseringsbad. Detta kan utgöra ett problem om anläggningens nyttjandegrad är nära sin maxkapacitet.
På det ekonomiska planet kan man väga möjligheten till ökade intäkter genom effektivare energiåtervinning kontra ökade servicekostnader för tätare
rengöringsintervall. I beaktande bör också tas ökade energikostnader när pumpar producerar höga flöden för att motverka den minskade kyleffekten hos systemet.
Dessa beräkningar har inte ingått inom ramen för denna studie men skulle kunna vara en intressant uppgift för framtida utredningar.
Den teoretiska ansatsen som tillämpats på våra mätdata och som tar hänsyn till stokastiska förlopp verkar uppfylla målet att kunna förutsäga systemets framtida tillstånd. Utifrån de tre modellerna som jämförts har funktioner kunnat tas fram som kan användas för att beräkna foulingsgraden vid ett senare tillfälle.
Den linjära modellen, alternativt den exponentiella modellen, verkar vara bäst på återspegla de plottade tendenserna. Den logaritmiska modellen visar ett felaktigt uppförande i början av mätserien och ligger för högt i slutet. Dock har den en tendens till utplanande lutning i slutet som delvis verkar återspeglas i de plottade värdena.
Det bör tilläggas att förändringen av k-värdet sker långsamt över tid och i förhållande till det är studiens mätserier relativt korta. Därför kan inte någon av modellerna uteslutas ännu. Genom att fortsätta dataloggningen och anpassa funktionerna till längre mätserier kommer någon av modellerna att utkristallisera sig tydligare. Fler datapunkter kommer också att öka funktionens förmåga att beräkna framtida foulingsnivåer.
Studiens approach har varit att nysta ut en matematisk modell bakvägen. Med statistiska data har målet varit att vaska fram en av tre möjliga funktioner. En annan möjlig väg skulle kunna vara att få bättre kännedom om vilka kemiska ämnen som skapar fouling i detta fall och vilken typ av kemiska bindningar som spelar in. Som
nämnts i teorin beror valet av lösning till Kern-Seaton ekvationen på vilken
mekanism som dominerar vid fouling. Mekanismerna som skulle kunna vara aktuell i detta fall kan kopplas till antingen utfällning, korrosion eller sedimentation.
I teorin har det presenterats olika åtgärder för att förebygga fouling.
Under vecka 12 hade pumpen på den varma sidan ett intervall där flödeshastigheten varit större. Samtidigt ökade plattvärmeväxlarens k-värden. Det antyder att
förändrade driftsförhållanden skulle kunna vara en metod för att minska
foulingansamlingen och därmed förlänga rengöringsintervallen. Detta skulle vara intressant att undersöka närmare. Då produktionsanläggning står stilla mellan lördagar och söndagar skulle det finnas möjlighet att programmera in pumpcykler som plötsligt ökar flödet eller som pulserar flödet under ett rengöringsprogram som minskar foulingansamlingen.
Designen av värmeväxlaren har också stor betydelse. Påverkar ökade eller pulserande flöden en minskning av fouling, kan det också vara en idé att förebygga fouling genom att vid produktionsuppehållen ändra flödesriktningen på den varma sidan.
Detta skulle kunna uppnås genom att installera bypassrör.
En annan aspekt av designen är att den värmeväxlare som används är dimensionerad för dubbelt så stora flöden jämfört med de som uppnås vid drift. En överdimen-sionerad plattvärmeväxlare kan medge större marginaler när fouling byggs upp. Men å andra sidan innebär det lägre flödet jämfört med det dimensionerade att turbulensen mellan plattorna minskar och att foulingstakten därmed ökar. För att undersöka om serviceintervallen kan förlängas med en annan dimensionering av plattvärmeväxlare skulle det vara möjligt att ta bort några plattor i taget ur plattvärmeväxlaren vilket skulle leda till att flödet måste ökas.
Metoddiskussion
Systemet som har undersökts har flöden som varierar över tid, speciellt på den varma sidan. Vid varje uppehåll i flödet visar vår inledande analys att k-värdena har ett flödesberoende vid uppstart. Hur k-värdet beror på flödet har inte undersökts, men för att öka validiteten och reliabiliteten i studien har mätvärdena filtrerats efter de högsta platåerna för pumpen för varje vecka. Flödesberoendet visar sig inte alls lika tydligt enligt de diagram som tagits fram för höga flöden.
Vid modellering av de matematiska funktionerna så har det rena k-värdet (𝑘𝑟) från fabrik saknats. I modelleringen har därför 𝑘𝑟 varit ytterligare en parameter som approximerats och det påverkar så klart hur pass optimalt algoritmerna konvergerar till de sökta funktionerna. Men de värden på 𝑘𝑟 som approximerats ligger inom ett acceptabelt intervall, strax ovanför de värden på 𝑘𝑠 som mätningarna visade i början av studien.
Längden på mätperioden har varit begränsad till nio veckor. Mer har inte kunnat inrymmas inom ramen för kursen examensarbete för maskinteknik. Längre mätserier hade kunnat ge ett tydligare utslag på vilken av de tre modellerna som testats som passar bäst för systemet. Som metod har dock approachen visat sig vara tillämpbar,
och i dagsläget är det enbart fråga om att fortsätta samla in mätdata för att få en tillförlitlig modell.