Energianalys av tryckluftsystem
-Så kan Billerud Skärblacka AB spara energi på tryckluft
Jörgen Boström
Per Hagäng
Fluid och mekanisk systemteknik
Abstract
Compressed air is a low efficiency media, and is thus very expensive to produce. This thesis work began by mind mapping how to create savings on the compressed air system at Billerud Skärblacka AB. Certain issues have been chosen for further studies.
In order to identify the consumption of compressed air at PM 8 and 9, several
measurements were made. At PM 8 there were not found any pressure drop, only large pressure variations for short periods of time. The causes of these pressure variations were not established. At PM 9 a registered pressure drop of around 1 bar was found. The cause of the pressure drop at PM9 was not found. A solution for the pressure drop was
presented, which also could give an opportunity to reduce the nominal pressure in the compressed air system. An idea for improvement of the compressed air system structure has also been presented.
A search for leakages on the compressed air system was carried out both at PM 8 and PM 9. Leakages at PM8 seem to be lower than at PM9. The search for leakages pointed out that those leakages on the compressed air system reduces the efficiency of the
compressed air system.
There are some large scale consumers of compressed air at Billerud, for example one function at PM8 and the cleaning function of timber trucks. One idea for reducing electrical consumption is to replace compressed air with a high pressure fan at PM8. In the report more suggestions for saving electrical energy regarding the other large scale consumers are presented.
Sammanfattning
Tryckluft har låg verkningsgrad och är därför väldigt dyr att producera. Examensprojektet började med att ta fram frågeställningar och idéer hur besparingar i tryckluftsystemet på Billerud Skärblacka AB kan göras. Kring vissa av frågeställningar har fördjupningsarbete gjorts.
För att kartlägga tryckluftsystemet vid PM 8 och 9, gjordes mätning av trycket på utvalda platser. Vid PM 8 kunde det konstateras att det inte fanns något tryckfall, endast stora tryckskillnader under kortare tidsperioder. Vid PM 9 registrerades ett tryckfall på cirka 1 bar, orsak till tryckfallet är okänd. Förslag för att avhjälpa detta tryckfall samt möjliggöra en sänkning av det nominella trycket i systemet har tagits fram.
Läckagesökningar genomfördes både vid PM 8 och 9. Läckagen vid PM 8 uppfattas vara mindre än vid PM 9. Läckagesökningen visar hur stora läckageförlusterna är på
tryckluftsystemet.
Remsblåsare på PM 8, som ser till att kantremsan åker ner till hydrapulpern, är en stor förbrukare av tryckluft. I det förslag som presenterats ersätts tryckluft med en
högtrycksfläkt.
Andra stora förbrukare på Billerud är bandtvättarna och renblåsningen av timmerbilar. Till bandtvättar föreslås en nyinvestering av en lågtryckskompressor, vilket resulterar i en minskad energiförbrukning. För renblåsning av timmerbilar föreslås en bufferttank som monteras vid rengöringsstationen och att utgående tryck reduceras ner. Dessutom har en ny utformning på munstyckeföreslagits. Resultatet blir i detta fall ett lägre flödesuttag, vilket också minskar energiförbrukningen hos kompressorerna.
Förord
Som den sista delen av utbildningen till kandidatexamen i maskinteknik vid Linköpings tekniska högskola, har vi haft möjlighet att genomföra examensprojekt på Billerud Skärblacka AB. Arbetet utfördes på avdelningen för processutveckling.
Examensprojektet pågick under tio veckor med start i september 2009.
Vi vill tacka Ola Åkesson för den handledning och stöd som vi fick under projektet. Vi riktar också ett tack till Eva-Lena Strömberg för möjligheten att genomföra projektet, samt till de personer på Billerud som hjälpt oss med mätutrustning och information till vårt arbete.
Stort tack till Karl-Erik Rydberg vår examinator och handledare från Linköpings tekniska högskola. Naturligtvis vill vi tacka familj och vänner för allt stöd under studietiden.
Innehållförteckning
1 Inledning ... 11 1.1 Syfte ... 11 1.2 Mål ... 11 1.3 Avgränsningar ... 11 2 Skärblacka bruk ... 13 2.1 Processen ... 13 2.2 Papperstillverkning ... 143 Skärblacka bruk tryckluftssystem... 17
3.1 Centrifugalkompressor ... 18 3.2 Deplacementkompressorer ... 18 3.3 Högvoltmaskin ... 18 3.4 Torkning av luft ... 19 3.5 Översiktsystem ... 19 4 Teori ... 21
4.1 Teori för beräkning av flöde genom munstycke ... 21
4.2 Formler för verkningsgradberäkningar av kompressorer ... 22
4.3 Tryckfallsberäkning för dimensionsövergångar i rör ... 23 4.4 Tryckluftens kvalitet ... 24 5 Metod ... 25 5.1 Kartläggning av tryckfall ... 25 5.2 Tryckluftsläckage... 26 5.3 Dimensionsövergångar ... 28
5.4 Övriga stora förbrukare ... 28
6 Resultat och feldiskussion ... 29
6.1 Trycklogg ... 29 6.2 Verkningsgrader för kompressorer ... 32 6.3 Läckage PM8 ... 34 6.4 Läckage PM9 ... 37 6.5 Timmerbilar ... 38 6.6 Bandtvättar ... 39
6.7 Tryckfall vid dimensionsövergångar ... 40
6.8 Förslag till uppbyggnad kompressorcentral och nät ... 40
7 Slutsats ... 45
8 Referenser ... 47
1 Inledning
Billerud Skärblacka AB, hädanefter kallat Billerud, är ett pappersbruk med stor energiintensitet. Billerud producerar papper dygnet runt, 51 veckor per år.
Produktionsåret 2008 förbrukade Billerud 465 GWh, vilket motsvarar 18,6 miljoner villor á 25 000 kWh/år och villa. I energibesparingstider är det viktigt att se över kostnaderna på många områden. Tryckluftsystem med sin låga verkningsgrad är exempel på en stor energiförbrukare. En LCC-analys (livscykelkostnad) för en kompressor visar att energikostnaderna är cirka 70 % av den totala kostnaden.
I en av kompressorcentralerna på Billerud finns fem stycken kompressorer, där två av kompressorerna är reservkompressorer. I dagsläget täcks behovet av tryckluft med hjälp av tre kompressorer. Den tredje kompressorn går långa stunder avlastad, vilket medför stora energikostnader.
På en pappersmaskin och dess kringutrustning finns ett stort antal förbrukare av tryckluft. Existerande nät är gammalt som under åren har byggts om och i många fall även byggts ut. Tryckluftnätet är bristfälligt dokumenterad och saknar mätning av flöde och tryck på strategiska platser.
1.1 Syfte
Syftet med examensarbetet är att hitta besparingsåtgärder, i största mån kartera delsystem samt ge förslag på förbättringar i tryckluftsystemet under rådande avgränsningar.
Förbättringar ska vara av den typen att de med lätthet kan åtgärdas eller att återbetalningstiden är mindre än tre år.
1.2 Mål
Målet med examensarbetet är att ta fram förslag på åtgärder som kan sänka förbrukningen av tryckluft. Förhoppningsvis kan åtgärderna leda till att
kompressorsystemet klarar sig med enbart två kompressorer i kontinuerlig drift, mot dagens läge då tre kompressorer är i drift näst intill kontinuerligt.
1.3 Avgränsningar
Avgränsningen på tryckluftsystemet har satts till att behandla kompressorcentralen i sodahuset, samt tryckluftsystem för arbets- och instrumentluft på pappersmaskinerna PM8 och PM9. Även storförbrukare av tryckluft på Billerud kommer att undersökas.
2 Skärblacka bruk
Billerud ligger i Östergötland ca två mil utanför Norrköping i samhället Skärblacka. Bruket har tre massalinjer, fyra papperslinjer och en torkmaskin för avsalumassa. Tillverkningen är inriktad på brunt säckpapper, vitt MG-papper och fluting. Slutprodukterna är säckar, bärkassar, påsar, omslag och medicinska förpackningar. Skärblacka bruk byggdes redan 1871 och Ljusfors bruk byggdes 1896. Nuvarande bruk är en sammanslagning av Ljusfors pappersbruk och Skärblacka pappersbruk vilka slogs ihop 1918. Under årens lopp har ett flertal företag bedrivit verksamhet på Skärblacka bruk. Billerudkoncernen bildades 2001 genom en hopslagning av bruk från AssiDomän och Stora Enso. [1]
Billerud har en produktionskapacitet på 400 000 ton säck, kraftpapper, fluting och avsalumassa. Antalet anställda uppgår i dagsläget till cirka 625 stycken. Billerud Skärblacka AB:s årliga omsättning är ungefär 2,1 miljarder kronor.
2.1 Processen
Figur 1: Visar överskådligt processen för att tillverka pappersmassa och papper.
(1) Timmer lastas av i renseriet där det rengörs och avbarkas. Barken återvinns i form av bränsle i biobränslepannan som är en av brukets ångproducenter. Veden huggs till flis och fortsätter till de två kokerilinjerna för sulfatmassatillverkning. (2) Där kokas flisen i vitlut och cellulosafibrer frigörs. Cirka hälften av den inkommande veden bildar massa. (3) Den förbrukade kokvätskan så kallad svartlut tvättas bort. (4) Därefter silas massan för att bli fri från fasta föroreningar.
I svartluten finns förutom förbrukade kokkemikalier också utlöst vedsubstans och lignin. (7) Svartluten indunstas för att höja torrhalten, och bränns i sodapannan. Av kemikalierna bildas en smälta som löses i vatten och bildar grönlut. Efter kaustiseringen har grönluten
bildat ny kokvätska, så kallad vitlut. Filtratet, mesa, från den kaustiserade grönluten omvandlas till kalk, via en återvinningsprocess.
I de två kokerilinjerna finns sex satsvisa kokare och en kontinuerlig kokare. Massan från den kontinuerliga linjen används vid oblekt säckpapperstillverkning.
(5) I de sex satsvisa kokarna tillverkas massa som har korta fibrer från lövmassa samt långa fibrer ifrån barrmassa. Massan blir vit genom blekning med syrgas, klordioxid och väteperoxid. Den blekta massan går vidare till två pappersmaskiner för
pappersproduktion samt till en torkmaskin. [2]
2.2 Papperstillverkning
Efter att massan tillverkats kommer den till massatornen och pappersbruket. I pappersbruket finns fyra pappersmaskiner. I figur 2 illustreras processen där massa omvandlas till papper.
(6) Första steget i processen är mäldberedningen. Där tillsätts processkemikalier och massan bearbetas i en eller flera kvarnar. Detta steg kröker fibrerna och ruggar upp dess yta. Efter mäldberedningen förs massan till maskinens inloppslåda. Lådans funktion består i att fördela ut massan jämt över virapartiet.
Virapartiet består av en filterduk som går runt i en loop. Syftet med viran är att höja torrhalten i massan till cirka 20 %. I presspartiet passerar banan mellan två valsar som pressar arket och torrhalten höjs till cirka 40 %. Den vätska som blir över efter virapartiet och presspartiet kallas för bakvatten. Bakvattnet transporteras tillbaka till
mäldberedningen.
Arket fortsätter in i torkpartiet där det med hjälp av ånguppvärmda cylindrar torkas till cirka 92-95 % torrhalt.
Vissa papperskvaliteter kalandreras för att slutligen rullas upp. Kalandrering innebär att arket slätas ut mellan två valsar som ger en jämnare tjocklek. Därmed är pappret färdigt och kan transporteras till rullningsmaskinen, där pappret skärs till och rullas om enligt kundens behov. [3]
(8) Det färdiga pappret levereras till kunden via tåg, bil eller båt. Ungefär 80 % av produkterna exporteras [2].
3 Skärblacka bruk tryckluftssystem
Vid bruket finns två kompressorcentraler för tillverkning av tryckluft. Denna rapport behandlar kompressorcentral och det tryckluftsnät som försörjer pappersbruket och sulfatfabriken med tryckluft. I centralen finns fem oljefria kompressorer, varav två är i drift konstant. Den tredje ligger på standby för att hjälpa till när trycket blir för lågt. De två övriga kompressorerna används är reservkompressorer, där kompressor nummer tre i tabell 1 måste startas manuellt. Oljefria kompressorer används vid anläggningar som kräver stor renhetsnivå.
Kompressorerna i tabell 1 är listade kronologiskt efter den ordning maskinerna arbetar efter.
Tabell 1: Sammanställning över kompressorer och driftdata.
Tillverkare och beteckning Elmotor Kompressor 1) Ingersoll-Rand Centac Umat = 6 kV p = 6,9 bar
Imärk = 82 A q = 100 m3/min Pin = 852,1 kW
5) Atlas Copco ZR4 Umat = 400 V q = 35 m3/min Imärk = 445 A ppå = 6,6 bar (på) Pin = 250 kW pav = 6,9 bar (av) 4) Atlas Copco ZR500VSD Umat = 400 V q = 21-79 m3/min
Imärk = variabelt p = 6,8 bar (bör) Pin = 525 kW (max)
2) Atlas Copco ZR5-52 Umat = 6 kV q = 56 m3/min Imärk = 52 A ppå = 6,5 bar (på) Pin = 462 kW pav = 7,0 bar (av) 3) Atlas Copco ZR5/ARP Umat = 6 kV q = 56 m3/min
Imärk = 44,5 A p = 6,9 bar Pin = 402,3 kW
Maxflöde som kompressorcentralen kan leverera är 372 m3/min och maxtrycket är 7,5 bar. I dagsläget är uttaget ca 150 m3/min och trycket ligger på 6,9 bar.
När luften komprimerats torkas den. Luften torkas med hjälp av ett medel som absorberar fukt. Daggpunkten som anger vid vilken temperatur luften fäller ut vatten, är cirka -50° C i tryckluftsystemet.
Ute i fabriken finns tryckluftbehållare utplacerade. Deras främsta uppgift är att jämna ut tryckvariationer i nätet, samt att fungera som buffert vid stora uttag i tryckluftsnätet.[4] På Billerud finns ingen klar skillnad på stamnät och distributionsnät, se figur 3. Till och ombyggnationer har under åren lett till att det är svårt att skilja instrument- och arbetsluft. Kompressorcentralen levererar tryckluft av samma kvalitet i båda systemen.
Figur 3: Grovskiss seriekopplat system.
3.1 Centrifugalkompressor
Baskompressorn är av märket Centac som tillverkas av Ingersoll-Rand. Kompressorn är en centrifugalkompressor med en maximal flödeskapacitet av 150 m3/min och maxtryck 7,5 bar [5].
Centrifugalkompressorn eller turbokompressorn är en maskin som arbetar med variabel flödeskapacitet och konstant tryck. Denna typ av kompressor är utmärkt för stora luftflöden [6].
3.2 Deplacementkompressorer
Övriga maskiner är oljefria skruvkompressorer. De har en konstant flödeskapacitet och ett variabelt tryck. Kompressor nummer fyra är varvtalstyrd, en så kallad VSD-funktion. Varvtalstyrning används för att klara av uttagsvariationer på systemet. De övriga
kompressorerna arbetar med konstant varvtal. [6]
3.3 Högvoltmaskin
Kompressor med benämningen nummer två se tabell 1, drivs av en 6 kV motor och startas genom en så kallad ”direkt start” [7]. Direkt start betyder att maskinen vid startögonblicket kopplas på elnätet utan mellanliggande motstånd. Då uppstår en ström som är cirka sex gånger större än märkströmmen, vilket genererar en stor mängd värme i
3.4 Torkning av luft
Torkningen av luften sker i absorptionstorkar. I dessa finns ett absorptionsmedel som drar åt sig fukten i luften. För att torka absorptionsmedlet används tolv stycken värmeelement i varje torn. I centralen finns det två stora torn samt två mindre torn. I de stora tornen är värmeelementen på 4 kW styck och i de mindre tornen är det nio stycken på 4 kW och tre stycken på 3 kW.
Vid normal drift går torktornen på hygrometerstyrning. Det innebär att daggpunkten styr när det är dags att skifta torn. När daggpunkten stigit till -30° C sker skifte av torn. Torktiden av adsorptionsmedlet ligger på 270 min under en period av sex timmar. När tornen går på hygrometerstyrning förlängs perioden och torkningen av medlet sker inte lika ofta. Det som avgör hur lång perioden blir, är en rad olika faktorer. Bland annat hur bra efterkylning på kompressorer fungerar samt vilken luftfuktighet det är i lokalen. Om det uppstår problem går det att tvångsstyra torktornen med ett programverk. Då skiftas torn i ett intervall på 6 timmar, oavsett vilken temperatur daggpunkten ligger på. [4]
3.5 Översiktsystem
Figur 4 är ett screenshot taget från fabriksdatasystemet WinMOPS. I programmet går det med lätthet överskåda de olika processerna och deras värden runt om i bruket. På bilden syns enbart kompressorerna och deras placering i centralen. Numreringen har ingen kronologisk ordning efter hur kompressorena arbetar. Numreringen är endast till för identifiering.
4 Teori
4.1 Teori för beräkning av flöde genom munstycke
För att beräkna volymflöde genom ett öppet munstycke, måste först massflödet beräknas, för att sedan konverteras till volymflöde [9].
Det går att bestämma effektförbrukningen för beräknat flöde genom att multiplicera flöde med 0,11 kWh/Nm3 [19].
Ekvationer för flöde genom munstycke
049 , 0 1 2 1 1
R K (1) 1 N för 1 0 1 0 p p p p 1 1 0 1 2 p p (2) 555 , 0 1 2 1 N K T A C p m d 1 0 1 (3) Teckenförklaring: : isentropexponent [kg/s] massflöde : m [K] temperatur : T 0 A : munstyckets area [ 2 m ] d C : flödeskoefficient 1p : tryck i ledning [kPa]
0
p : atmosfärstryck [kPa]
: densitet för luft vid +20 °C och 101 kPa [kg m3]
N: Tryckparameter 0<1 [kPa/kPa] R : Gaskonstant r : radie på munstycke [m] K : konstant : q volymflöde [m3/s] Givna data: 6 , 0 d
C ; median mellan 0,5 och 0,7 [9]
3 0 1,2 m kg K T1 293 kgK J R 287 25 , 1
4.2 Formler för verkningsgradberäkningar av kompressorer
Att bestämma verkningsgrader för kompressorer är mycket svårt. Då ingen konkret formulering finns för centrifugal- eller skruvkompressorer, måste en rad förhållanden tas i beaktning. Det som går att bestämma med trovärdigt resultat är volymetrisk
verkningsgrad för kolvkompressorer samt luftens termiska verkningsgrad. Kompressorer med konstant flöde är mycket svåra att bestämma.
Systemverkningsgraden
Då hela kompressorflödet för flerstegskompressor tas ut som fulltryckseffekt ifrån trycknivån p2 till p1: Elmotor nät Tv v S
(4)Volymetrisk verkningsgrad (kolvkompressor)
Centrifugal och skruvkompressorer antas vara likvärdiga med kolvkompressorer. Detta för att ge en uppfattning om luftens volymetriska verkningsgrad då den komprimeras [9]. Upskattade värden:
Kv = 0,96; skattning i litteraturen [9].
ε = 0,09; skattas i litteratur mellan 0,06 och 0,12 [9]. n = 1,25; skattas för polytropisk process [9].
1 1 1 0 1 n p p Kv v
(5)Termisk verkningsgrad (luftens verkningsgrad)
Den termiska verkningsgraden, är en kvot mellan utnyttjat arbete och tillförd värme [9].
n n atm Tv p p T n n p p T 1 1 1 0 2 1 1 1 (6)
Teckenförklaring: [kPa] ryck atmosfärst : [kPa] t tryck komprimera : [J/kgK] 287 gas ideell t Gaskonstan : exponent polytrop : volymen fria relativa : ten inloppsluf av g uppvärmnin och luster ventilför av beror som faktor en är : grad verknings : 0 1 p p R n Kv [kg/s] massflöde : 2 , 1 [s] tid : [K] temp eratur : 3 0 m m kg t T Tryckluftnätets verkningsgrad
Kompressorers totala verkningsgrad är helt beroende av hur tryckluftnätet levererar. Är till exempel nätet utsatt för en större mängd läckage, minskar mängden komprimerad luft som kan utföra arbete [9].
in ut in in ut in nät q q q p p p 1 1 (7) Teckenförklaring: [kPa] tälle förbrukars tryck vid : [kPa] k bufferttan i tryck : ut in p p ] / [m tälle förbrukars vid volymflöde : ] / [m k bufferttan från volymflöde : 3 3 s q s q ut in
4.3 Tryckfallsberäkning för dimensionsövergångar i rör
För att ta reda på hur dimensionsövergångar i rör påverkar trycket i systemet, används begrepp och formler från termodynamiken [10].
Beräkning av dimensionsminskning: 2 . min min 2 1 u parea skning area sk
(8) 2 1 2 . min 0,4 1 A A sk area (9) 2 r A 2 A q u (10)
1 1 2 Beräkning av dimensionsökning: 2 2 1 u pareaökning areaökn (11) 2 1 2 . 1 A A areaökn (12) Teckenförklaring radie r [m] area A [m] volymflöde q [m3/s] densitet luftens
[kg/m3] Figur 5: Skiss över dimensionsövergång
n lustfaktor engångsför [m2/m2] area genom 2 , 1 3 ighet flödeshast u m kg f p = tryckförlust [bar]
4.4 Tryckluftens kvalitet
Den kvalitet som tryckluft har, beskriver mängden olja och partiklar i luften samt hur bra torkad den är. Eftersom Billerud använder oljefria kompressorer i centralen medför detta att luftkvaliteten är hög. Dessutom har Billerud en mycket låg daggpunkt på sin tryckluft. Daggpunkten bestäms av det torkmedel som används i torkarna. Tabell 2 visar vilken kvalitetsklass som krävs för olika användningsområden. [11]
5 Metod
För att på ett effektivt sätt komma igång med examensarbetet gjordes en lista med frågeställningar som ifrågasätter hur tryckluften används på olika ställen. Följande frågeställningar har varit grunden för examensarbetet:
Hur är verkningsgraderna på de olika kompressorerna? Är det en bra investering att byta ut någon eller några kompressorer?
Behöver daggpunkten ligga på den nivån som den gör idag eller går det att sänka daggpunkten något?
Hur påverkas trycket i nätet av dimensionförändringar på rör?
Vilken kvalitet håller den producerade tryckluften, behövs den, kan den sänkas? Kan trycket sänkas vid vissa uttagspunkter eller alternativt sänka trycket totalt? Hur mycket läcker systemet? Normalt läckage är cirka 10-25% [6].
Finns det uttagspunkter som inte behöver vara trycksatta dygnet runt? Skulle det vara möjligt att sätta in automatiska avstängningsventiler?
Vad finns det för alternativ till tryckluft för vissa av dagens tryckluftsförbrukare?
5.1 Kartläggning av tryckfall
För att kartlägga tryckfall på pappersmaskiner monterades mätutrustning upp på utvalda instrumentskåp runt maskinerna. Valet av instrumentskåp gjordes genom att lokalisera tryckluftsystemet både på ritning och på plats vid de olika pappersmaskinerna.
Utrustningen bestod av en loggmaskin, dator med loggprogramvara och fem tryckgivare. Tryckgivarna monterades i instrumentskåpen för att kopplas ihop med loggmaskinen i pappersmaskinens korskopplingsrum där den slutligen kopplades till datorn. Programet som användes heter Winlog 2000 version 1.54.
I programmet anges hur många kanaler som ska läsas ifrån loggmaskinen och vilken typ av data som ska visas. Efter utsatt tidsperiod sparas mätningen i en fil och en ny mätning startas omedelbart. Resultat från mätningarna plottas i diagram.
PM8
Loggmaskinen var aktiverad under sju dygn. Tidsperioden för mätningarna är sex timmar. Mätpunkter valdes ut för att täcka så mycket som möjligt av maskinen. De utvalda instrumentskåpen runt pappersmaskin 8 är följande:
KS58192 Källare (arbetsluft) KS58109 Vakuumpumpar KS58111 Under mälderiet KS58196 Mälderi
Instrumentskåpet KS58192 är kopplat med arbetsluft, övriga instrumentluft. Anledningen till att detta skåp valdes, var att få ett värde på arbetsluft.
PM9
Mätpunkter på pappermaskin 9 har valts ut enligt samma princip som för PM 8. Endast fyra mätpunkter valdes ut. Anledningen är att fyra punkter räckte för att täcka maskinen. Mätning på stammen för arbetsluft var dock inte möjligt. Följande punkter har loggats:
KS59243 Rullmaskinpulper KS59196 Långsida källare KS59177 Mälderi
KS59178 Mälderi maskinplan
5.2 Tryckluftsläckage
Alla tryckluftsystem läcker mer eller mindre. Med läckor menas luft som oavsiktligt slipper ut på grund av till exempel ett hål i en slang eller kopplingar som inte är täta. Atlas Copco, som är leverantör av tryckluftsutrustning, menar att normala system läcker mellan 10-25%. Det innebär om anläggningen läcker ut 25 % komprimerad luft, släpps en fjärdedel av luften ut i atmosfären utan att utföra något arbete [6]. Tabell 3 visar Billeruds energiförbrukning för kompressorcentralen år 2008. I tabellen visas hur mycket energi 10-25 % läckage förbrukar.
Tabell 3: Exempel vad läckage kostar i energi för Billerud 2008. [12]
Energiförbrukning tryckluft 2008: 7 400 000 kWh Läckförlust vid 25 % läckage: 1 850 000 kWh Läckförlust vid 10 % läckage: 740 000 kWh
I tabell 4 illustreras effektförbrukningen för olika storlekar på läckande hål. Uppgifterna i tabell 3 gäller för ett tryck på 6 bar, vilket ligger mellan de nivåer som registrerats i Billeruds fabrik.
Utrustning
Den här läckagesökningen har genomförts med hjälp av en ultraljudsmikrofon och läckagespray. Metoden går ut på att, med hjälp av hörlurar kan lyssna sig fram och bestämma var ett eventuellt läckage finns. Utrustningen är av märket EP-343 och består av en ultraljudsmikrofon samt ett par hörlurar. Mikrofonen är så känslig att det går att höra ett brusande ljud på avstånd upp till tio meter i bra förhållande. I fabriken med full produktion är avståndet något kortare. Medlet sprayas på området med misstänkt läckage och bildar genast bubblor om läckage finns.
Poängsystem
För att få en uppfattning av läckagets storlek har ett poängsystem skapats, se tabell 5. Arbetet börjar med att hitta en referenspunkt. Referens väljs till ett känt läckage där storlek är lätt att mäta eller skatta. Därefter uppskattas funna läckor efter referensen. Poängtabellen återkopplas sedan till tabell 4 för att kunna visa hur mycket luft som läcker ut.
Tabell 5: Poänglista med motsvarande uppskattning på läckagets storlek
Poäng Uppskattad storlek på läckaget
1 1 mm 2 3 3 mm 4 5 5 mm .
Observera att det är användarens personliga uppskattning som avgör vilket poäng läckaget får. Detta är svårt eftersom läckorna nästan aldrig är geometriska cirklar, utan mer som sprickor eller glapp i till exempel gängade kopplingar.
PM 8
Sökningen planerades till ett underhållsstopp, då ljudnivån i lokalen är lägre vilket underlättar läckagesökningen. Avgränsningarna sattes till, på och runt maskin, vid mälderiet, rullmaskinen samt längs stamlinjen i källaren.
Vid upptäckt läckage markerades läckaget med röd tejp och noterades enligt
poängsystemet. Läckorna markerades också på ritning för att underlätta arbetet med att täta läckagen.
På grund av schemaläggningen för PM8’s underhållstopp, var det möjligt att undersöka läckage vid två olika tillfällen. Till det andra tillfället fanns även läckagespray POL-DYNAMIC tillgänglig. Användande av läckspray resulterar i att fler små läckor hittas (se tabell 6 och 7).
PM 9
Sökningen var även denna gång planerad till ett underhållsstopp, då ljudnivån är mycket låg. Den låga ljudnivån underlättar arbetet med att lokalisera läckage. Avgränsningen sattes till att följa tryckluften på och runt maskinen, vid mälderiet, rullmaskinen samt längs stamlinjen i källaren.
Läckage markeras med röd tejp och noteras enligt poängsystemet, väldigt små läckor medräknas inte i poängtabellen därför att de inte kan måttbestämmas. Läckorna markeras också på ritning som kan användas för att åtgärdas vid lämpligt tillfälle.
5.3 Dimensionsövergångar
Det är känt från fluidmekanik att dimensionsövergångar i ledningssystem orsakar tryckfall. Därför är det intressant att undersöka hur stort tryckfall som uppstår vid övergångar i tryckluftsnät. Eftersom luft har en väldigt låg viskositet, som innebär låg inre friktion, är det möjligt att dimensionsförändringar på systemet inte har någon inverkan på trycket. [13]
I kapitel 6.5 följer ett räkneexempel på vilket tryckfall som uppstår vid en dimensionsförändring.
5.4 Övriga stora förbrukare
Renblåsning av timmerbilar
Efter att timmerbilar lastat av måste de rengöras från bark, grenar och annan smuts. Till detta används tryckluft från kompressorcentralen som finns vid Ljusfors. Trycket är 6,6 bar och munstycket utgör ingen strypning. Innermåttet på munstycket mäter 20 mm. Det kommer mellan 150 och 170 bilar per dygn. Renblåsningen får användas, måndag till fredag mellan klockan 06:00 och 22:00. Uppmätt genomsnittstid som bilarna använder tryckluft är 2 minuter.[14]
Bandtvättar
På Billerud finns två stycken bandtvättar. Syftet med tvättarna är att skölja massan med vatten för att få bort svartlut. Massan följer med genom maskinen med hjälp av en duk som massan ligger på. På duken strömmar vattenmassor med hög temperatur som tar med sig svartluten från massan.
Tryckluften används för att få massan att släppa ifrån duken. Därefter transporteras massan vidare i processen. Tryckluften vid bandtvättarna reduceras ner från 6,6 bar till ungefär 2 bar, som är ett mintryck för att funktionen ska fungera. Reduceringen sker via manuella ventiler. Daggpunkten ligger på ca -50˚ C och är inte nödvändigt för denna
6 Resultat och feldiskussion
6.1 Trycklogg
PM8
Efter att data från loggning på PM 8 studerats kunde följande konstaterande göras: Tryckgivare i arbetsluftskåpet registrerar ett medeltryck på 6,5 bar, med variation på ungefär 0,4 bar. I övriga tre skåp registreras ett medeltryck på 5,6 bar med variationer på 0,66 bar, se figur 6 . En intressant iakttagelse är att de registrerar ett längre tryckfall på 0,5 bar som varar i snitt 600 sekunder. Dessa ”dippar” uppträder tre eller fyra gånger på nästan varje mätperiod. Vissa perioder så många som tio dippar medan andra bara en eller ingen alls. Efter undersökning är en trolig förklaring att det är spolrobotar som orsakat detta. Spolrobotarna är sekvensstyrda och används för att spola rent i massatornen till PM7 och 8.
Ventilationsutrymmet har ett medeltryck på 5,3 bar med variation på 0,85 bar. Figur 6 visar att ett tryckfall på cirka 0,5 bar har uppstått någonstans innan instrumentskåpet i ventilationsutrymmet. Utifrån de ritningar som funnits tillgängliga, har det antagits att det skåp som finns i mälderiet (KS58196) ligger längst ut på ledningen. Enligt figur 6 är lägst tryck registrerat i ventilationsutrymmet. Det skåpet kan då antas ligga sist i systemet.
4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 0 5000 10000 15000 20000 Tid [s] T ryc k [b ar ]
58192 Källare (Arbetsluft) 58109 Vacuumpumprum 58107 Ventutrymme 58196 Mälderi 58111 Under mälderi
PM9
Resultat från mätningen presenteras i figur 7 och 8. Diagrammen visar två olika tillstånd, i figur 7 är aktiviteten större (orolig) och i figur 8 är aktiviteten jämn (lugn). Båda
figurerna visar på ett tryckfall på cirka 1,1 bar i mätpunkten källare långsida, KS59196.
Trycklogg PM9 4,5 5 5,5 6 6,5 7 0 3600 7199 Tid [s] T ryc k [b ar ]
KS59196 Källare långsida KS59243 Rullmaskinpulp KS59178 Mälderi maskinplan KS59177 Mälderi
Figur 7: Resultat från första tryckloggningen vid PM 9.
I figur 8 ligger tryckvariationerna vid varje mätpunkt väldigt stabilt, vilket också är skillnaden mellan första och andra mätningen. Även i detta diagram är det tryckfallet på 1,1 bar som är det anmärkningsvärda.
Trycklogg PM9 5 5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,4 6,6 6,8 7 0 3600 7200 Tid [s] T ryc k [b ar ]
KS59196 Källare långsida KS59243 Rullmaskinpulp KS59178 Mälderi maskinplan KS59177 Mälderi
Figur 8: Resultat från andra tryckloggningen vid PM 9.
Tryckfall
Det registrerade tryckfallet på 1,1 bar, har grovlokaliserats till maskinens drivsida i närheten av ledningens fortsättning till TM1, PM7 och 8. Punktmätningar har genomförts på närliggande utrustning till skåpet KS59196 där tryckfallet registrerades. Mätningarna visade att trycket var cirka 5,6 bar i området kring KS59196. I figur 9 markerar röd cirkel den ungefärliga positionen för tryckfallet.
Figur 9: Skiss över dragningen för instrumentluft vid PM9. Röd cirkel markerar ungefärlig position för tryckfall.
I undersökningarna påträffades även ett avbrott på ledningen strax intill där luften kommer in från kokeriet. Figur 10 visar den ungefärliga platsen för avbrottet.
PM9
Mot TM1, PM7 och 8.
Figur 10: Nuvarande schema på instrumentluften för PM9. Ledningen utgör idag både stam- och distributionsledning.
I ett första förslag, föreslås en sammankoppling av avbrottet se röd markering i figur 11. Avsikten är att skapa en sluten cirkel på distributionsledningen runt maskinen. På så sätt borde tryckfallet avhjälpas och trycket 6,6 bar kunna levereras till TM1, PM7 och 8. Vid ihopkopplingen av distributionsledningen monteras en ventil som möjliggör avstängning ifall lösningen inte skulle fungera. Visar det sig att funktionen kraftigt försämras kan ventilen enkelt stängas och funktionen återgår som till det var innan.
PM9 PM9
Mot TM1, PM7 och 8.
Serviceledning till mälderi
Serviceledning till mälderi
från kapitel 4.2 ges systemverkningsgrad för kompressorerna i anläggningen.
Beräkningen väntas ge en trovärdig bild av tryckluftanläggningens prestanda. Här viktas termiska, volymetriska och mekaniska verkningsgrader mot tryckluftnätets
verkningsgrad.
För att ge en så rättvis bild som möjligt av tryckluftsnätets verkningsgrad, har
beräkningar och mätningar gjorts på olika punkter i nätet. Eftersom det saknas tryck och flödesmätare på strategiska punkter i fabriken har insamling av data varit svår. I
pappersbruket har en flödesmätning med loggutrustning genomförts. Dock enbart på instrumentluft som förser PM 7 och 8. På instrumentluften vid PM 7 har skattningar gjorts på läckage, med läckagesökningen vid PM 8 som grund. Efter genomförd trycklogg vid PM 8 har det säkrats att inget tryckfall existerar, därför beror verkningsgraden enbart på volymflödet.
Det ger en verkningsgrad på instrumentluft för PM7 och 8:
%
74
750
555
750
1
1
1
1
8 , 7
in ut in in ut in nätq
q
q
p
p
p
PM
För att ge helheten läggs verkningsgraden för PM7 och 8 samman med verkningsgraden för tryckluftsnätet i massablocket. Den har beräknats med hjälp av tidigare utplacerade mätare. De har ställts i relation till vad bandtvättarna i massabruket förbrukar. Även här har det med säkerhet inget tryckfall uppstått. Verkningsgraden visas därmed genom att ställa upp volymflöden.
% 90 1670 1512 1670 1 1 1 1 in ut in in ut in nät q q q p p p MASSA
% 82 2 74 , 0 9 , 0 nät Centac baskompressorBeräkningarna gäller för baskompressorn i kompressorcentralen. Centac är en turbokompressor och angivna värden är inställda börvärden.
% 4 , 18 95 , 0 K 293 K 288 kPa 690 kPa 101 2 1 0 Elmotor atm S T T p p Cen ta c
ZR4 A% 17 83 , 0 K 293 K 288 kPa 660 kPa 101 2 1 0 4 Elmotor atm S T T p p ZR
ZR500 VSD topplastkompressorBeräkningarna gäller för kompressor 4 i anläggningen, som är av typen
deplacementkompressor med variabelt varvtal. Värden gäller för 70 % av maxkapacitet. Eftersom ingen mätning varit möjlig på maskinen, uppskattas elmotorns verkningsgrad till 85 %. % 8 , 16 85 , 0 K 293 K 288 kPa 680 kPa 101 2 1 0 5 0 0 Elmotor atm S T T p p VS D ZR
ZR5-52 BackupBeräkningarna gäller för kompressor 2 i anläggningen, som är av typen deplacementkompressor. Värden gäller för startmomentet.
% 4 , 16 79 , 0 K 293 K 288 kPa 660 kPa 101 2 1 0 5 2 5 2 Elmotor atm S T T p p ZR
Mälderi
I pappersmaskinens mälderi finns många kvarnar och pumpar. Till dessa kvarnar och pumpar finns en stor mängd pneumatisk utrustning. Även här gick avsökningen snabbt och endast ett fåtal små läckor påträffades.
Källare
I källaren följdes distributionsledningen och dess serviceledningar till instrumentskåp, dock undersöktes inte alla skåp. Distributionsledningen går som en cirkel runt
pappersmaskinen nere i källaren. I cirkeln finns en stor mängd elmotorer, kvarnar och pumpar som är utrustade med pneumatisk utrustning. De områdena har inte undersökts. Utrymmet i källaren som ligger under mälderiet har inte tagits med i undersökningen. Resultat läckagesökning PM8
I tabell 6 visas antal läckor som spårats och markerats i första sökomgången. Tabell 7 visar resultatet av sökomgång två.
Tabell 6: Registrerat antal påträffade läckage i första undersökningen på PM8.
Poäng Uppskattad storlek på hål Antal hittade punkter
1 1 mm 10 st
2 2 mm 8 st
3 3 mm 2 st
4 4 mm 2 st
5 5 mm 1 st
Tabell 7: Registrerat antal påträffade läckage i andra undersökningen på PM8.
Poäng Uppskattad storlek på hål Antal hittade punkter
1 1 mm 20 st
2 2 mm 9 st
3 3 mm 5 st
4 4 mm 2 st
5 5 mm 1 st
I tabell 8 har beräkningar gjorts som visar effektbehovet för håldiameter 2- och 4 mm. Trycket antas vara samma i alla läckagepunkter, vilket medför att läckagets storlek som bestämmer läckflödet. Av den anledningen har areaförhållande tagits fram med
håldiameter 3 mm som utgångsvärde. Därefter har areaförhållande för håldiameter 2 och 4 mm multiplicerats med utgångsvärdets effektbehov.
Tabell 8: Modifierade värden ifrån tabell 3. För att åskådliggöra effektbehov för poäng två och fyra.
Hålets diameter,
[mm] Luftmängden, [l/s] Area, [mm2] Förhållande mot 3
mm-area Extra effektbehov, [kW] 1 1 0,79 0,111 0,3 2 3,14 0,444 1,4 3 10 7,07 1 3,1 4 12,57 1,778 5,51 5 27 19,64 2,778 8,3
Energiförbrukning under 1 h: 41 kWh/h Energiförbrukning under ett år prod: 265 600 kWh/år Pneumatisk utrustning
Under sökarbetet har läckor spårats vid gamla ventiler, kopplingar och rör. Ett större antal läckor har påträffats på eller vid pneumatisk utrustning. Enligt
intrumentavdelningen och annan underhållspersonal ska viss utrustning släppa ifrån sig en mindre mängd luft [16]. Det finns dock inga data på vilken utrustning som ska läcka, eller hur mycket luft det egentligen rör sig om. Därför har endast läcksökning gjorts på slanganslutningar och gängade kopplingar som med säkerhet inte ska läcka.
Energiförbrukning på antal slangkopplingar är:
Antal undersökta ventiler med läckage: 5 st
Energiförbrukning under 1 h: 2 kWh/h
Energiförbrukning under ett års produktion: 17 136 kWh/år
De fem platserna har för enkelhetens skull approximerats med ett läckage på 1 mm vardera även om de kanske var något mindre i verkligheten.
Remsblåsning
Vid remsskärningen på PM 8 finns fyra öppna munstycken, dessa blåser ner remset till en hydrapulper som finns under pappersmaskinen. Hydrapulpern är en sorts
återvinningsbalja för pappret, där pappret löses upp till massa igen. Remset är ytterkanterna på pappret som skärs bort när pappret passerar torkcylindern. Observera att remsblåsaren har fyra munstycken. Nedan följer en beräkning på
flödesmängden tryckluft som passerar ett munstycke vid fullt öppen ventil. Ventilen antas att vara konstant fullt öppen även om möjlighet till reglering finns.
Lösning
Energiåtgång för remsblåsaren under ett år: 1 628 600 kWh/år
Alternativ till remsblås vid PM8
För att spara på energiförbrukningen vid remsblåsningen på PM8 har en alternativ lösning tagits fram. Lösningen bygger på att funktionen kopplas bort från tryckluftsnätet och istället monterar en fläkt.
Den principiella funktionen kvarstår. Hastighet och riktning på kantremsan styrs av ett luftflöde. Flödet är av sådan storlek att det med lätthet kan följa pappersmaskinens hastighet. Efter samtal med EKB-Produkter bör en maskin som klarar friblåsning väljas, eftersom inget motstånd är kopplat på fläktens utblås. Därför föreslås följande fläkt, CA 172-2T-10 att användas istället för dagens remsblåsfunktion. [17]
Fläkten är en så kallad radiell högtrycksfläkt se figur 12. Det innebär att den skapar en stor luftström i radiell led. Fläkten möter kraven på flödeshastighet.
Data radiell högtrycksfläkt CA 172-2T-10:
LxBxH: 818x492x923 Normalflöde: 1700 Nm3/h Normaltryck: 0,0063 bar Spänning: 400 Volt Maxeffekt: 7,5 kW Energiåtgång: 64 260 kWh/år Katalogspris: 26 900 kr
Figur 12: EKB Högtrycksfläkt CA 172-2T
Den här fläkten har hög prestanda vad gäller luftflöde. Trots detta är energiförbrukningen under en timma för båda sidor låga 15 kWh/timme, och totalt 64 260 kWh/år.
Energibesparingen jämfört med dagens konstruktion är 96 %.
6.4 Läckage PM9
Pappersmaskin och tork
Vid läckagesökning på pappersmaskin och tork vid drivsidan påträffades ett fåtal läckor. Ett stort läckage var i torkens cluepakparti och var av sådan storlek att det rapporterades för åtgärd omedelbart.
Vid pappersmaskinens förarsida hittades ett stort antal läckor. Ett antal av dessa läckage var av sådan storlek att de var tvungna att åtgärdas omgående.
På torkens förarsida hittades ett stort antal läckor i magnetventiler och pneumatiska cylindrar. Dessa märktes inte ut på grund av värmen i torken. I slutet på torkpartiet innan mätramen, hittades ett stort läckage på en slang som åtgärdades under stoppet.
Rullmaskin
På rullmaskinen påträffades ett antal mindre läckage vid hylsinmataren. Ett stort underhållsarbete pågick vid rullmaskinen, vilket begränsade sökytan.
Källaren
Även här följdes distributionsledningen till instrumentskåp och pneumatisk utrustning. Inga instrumentskåp har varit föremål för läckagesökning.
Vid bufferttankar till arbetsluften och dess filter påträffades ett stort antal läckor, trots att många ventiler är utbytta till nya. På filtren och deras svetsfogar uppskattades läckorna till 14 stycken 1-poängare.
Resultat läckagesökning PM9
Tabell 9 visar sammanställning av läckagen från PM 9 enligt framtaget poängsystem.
Tabell 9: Registrerat antal påträffade läckage i undersökningen på PM9.
Poäng Uppskattad storlek på hål Antal hittade punkter
1 1 mm 22 st
2 11 st
3 3 mm 5 st
4 8 st
5 5 mm 5 st
För att visa hur mycket extra energi tryckluftläckage kräver utnyttjas tabell 8,
Energiförbrukning under 1 h: 90 kWh/h
Energiförbrukning under ett år: 770 000 kWh/år
De slangar som ersattes direkt under stoppet har approximerats till 4 st hål med 5 poäng, 4*8,3 = 33,2 kW. Den omedelbara energibesparingen i extra effektbehov är således 796,8 kWh/dygn.
Åtgärd läckage
Att tryckluftsystemet släpper ifrån sig outnyttjad tryckluft på grund av läckage står klart. Förslag är att se över rutiner för hur det förebyggande arbetet går till. En bra början vore
min 18 300 3 , 0 01 , 1 6 , 6 5 , 78 10 3 3 0 1 2 0 m eller s l s m bar p bar p mm A mm r m q
Genom att multiplicera med 0,11 kWh/Nm3 ges energiförbrukningen: Energiförbrukning under ett års drift: 213 760 kWh/år
Åtgärd timmerbilstvätt
För att minska belastningen på kompressorcentralen vid Ljusfors föreslås montera en bufferttank på 5-6 Nm3. Bufferttanken ska placeras i anslutning till rengöringsstationen för timmerbilarna. Dessutom ska en reducerventil monteras in på utgående ledning. Med hjälp av reducerventil sänks trycket från 6,6 bar till 3 bar.
Samtidigt bör munstyckena förlängas till cirka två meter med en böj längst fram. Detta leder till att det blir lättare att komma åt vid rengöring. Munstycket ska dessutom vara av ejektortyp. Ejektormunstycke får med sig omgivande luft och därmed ökar volymflödet.
6.6 Bandtvättar
För att beräkna volymflödet beräknas först massflödet m med hjälp av ekvation (3) i kapitel 4.1. Därefter bestäms volymflödet q:
s kg bar p bar p mm A mm r m 0,1686 01 , 1 0 , 2 9 , 490 5 , 12 0 1 2 0 min 8,4 140 14 , 0 3 eller m3 s l s m m q
Flödet 8,4 m3/min gäller för varje munstycke som sitter på bandtvättarna. Totalt flöde för alla tre munstyckena: qtot = 25,2 Nm3/min = 1 512 Nm3/h
För att bestämma energiförbrukningen för volymflödet q, multipliceras 1512 Nm3/h med 0,11 kWh/Nm3. Detta ger 1 422 288 kWh/år, som är energiförbrukningen vid
bandtvättarna under ett år. Åtgärd bandtvättar
Som förslag rekommenderas att räkna på möjligheterna att ersätta nuvarande system med en lågtryckskompressor. Tanken är då att lågtryckskompressorn enbart ska försörja bandtvättarna. Det gamla systemet ska finnas kvar som reserv vid underhållsstopp på kompressorn eller vid eventuellt haveri. Detta system ska kunna fjärrstyras från manöverrummet.
6.7 Tryckfall vid dimensionsövergångar
Vid genomgång av systemet påvisades en dimensionsövergång från diameter 150 mm till 80 mm för att efter 3 meter gå upp till dimension 150 mm igen. För att visa hur dessa dimensionsövergångar påverkar systemet har ekvation (8) och (11) från kapitel 4.3 använts. Vilket resulterar i följande tryckförändring:
0,0084bar 0049 , 0 0035 , 0 515 , 0 368 , 0 66 , 125 283 , 0 min . min 1 2 bar p bar p s m u A A p areaökning skning area areaökn sk area Slutsatsen är att dimensionsförändringar påverkar lufttrycket negativt.
6.8 Förslag till uppbyggnad kompressorcentral och tryckluftnät
Billeruds system är från början uppbyggt runt principen att tryckluften ska komprimeras till två olika kvalitéer, instrument- och arbetsluft. Den komprimerade luften i dagens system håller dock en och samma kvalitet. Nätet är dessutom konstruerat så att luften måste passera varje enskild maskin innan den kommer till sista punkten i systemet, se figur 3 kapitel 3. För en pappersmaskins underhållsstopp kan tryckluften inte stängas av, eftersom efterföljande pappersmaskiner i systemet drabbas, vilket medför att reparationer på tryckluftskomponenter enbart kan genomföras då bruket har sitt årliga stopp. I
pappersbruket har ett tryckfall på 1 bar registrerats genom tryckloggning, vilket troligtvis beror på denna ”serie-” koppling av tryckluftnätet. Ett förslag har tagits fram för att avhjälpa tryckfall samt möjliggöra separat avstängningsfunktion till PM 9.
Samtidigt som nätet modifieras monteras tryck- och flödesmätare in på strategiska punkter i systemet. Detta är en självklarhet för att snabbast möjligt kunna avhjälpa fel. Strategiska mätningar ger även möjlighet till uppsikt över hur mycket tryckluft varje pappersmaskin förbrukar. Kontrollmätare bör vara av den sorten att de kan kontrolleras på distans, av underhållspersonal på Billerud.
Figur 13: Schematisk bild över hur stamnät med distributionsnät bör byggas. Pilar visar tryckluftens flödesriktning.
Nydragning av huvudstam till pappersbruket
För att avhjälpa tryckfallet på instrumentluften samt möjliggöra separat
avstängningsfunktion för PM 9 har ett förslag tagits fram. Förslaget medför också att struktur mer efterliknar den önskade i figur 13. Ytterligare fördel med nydragningen till pappersbruket är en ökad leveranssäkerhet av tryckluft till förbrukarna.
Ombyggnaden av nätet kräver att den gamla stamledningen mellan kokeriet och PM 9 demonteras. Istället dras en ny stamledning i dimension 150 mm till pappersbruket direkt från kompressorcentralen. Ledningen dras in i byggnaden till PM 9 ovanför porten bakom rullmaskinen. Därefter följer den i möjligaste mån befintliga rörgator tills den slutligen kopplas samman med PM 9’s distributionsledning och stamledning för PM 7,8 och TM 1. Detta område är vid bufferttankarna vid pelare G-21. Vid sammankopplingen monteras samtidigt avstängningsventiler till både PM 9 samt en gemensam till TM 1, PM 7 och 8 in i systemet. Detta skulle medföra att det går att stänga av luften till båda
avdelningarna separat utan att störa varandras produktion. Se figur 14.
Den befintliga serviceledningen till mälderiet ska demonteras och avbrottet som idag finns på distributionsledningen vid PM9 ska monteras samman med en
avstängningsventil. Serviceledningen till mälderiet kopplas istället samman med distributionsledningen som går runt PM9 .
Filtren som finns vid pelare G-21 demonteras. Dessa fyller idag ingen funktion, utan orsakar endast ett tryckfall eftersom det är dimensionsändringar och läckage kring utrustningen.
Komp. Central
Figur 14: Nydragning av stamledning för instrumentluft. Figuren visar att näten skiljs åt. Den tjocka linjen utgör nu stamledning och den tunna linjen är distributionsledning.
Priserna för nydragningen kommer från YIT´s stycklista, se tabell 10, och inkluderar både material och arbetskostnad. När det gäller ihopkoppling och insvetsning av rördelar ligger det utanför kostnaden enligt listan och tas upp separat. Även håltagning och hyra av skylift tas upp separat. Ett lämpligt material är syrafast stål 2343.
Tabell 10: YIT`s stycklista
Dimension(mm) Del À-pris(SEK) Antal Kostnad (SEK)
150 Rakt rör 1 222 160 195 520 150 Böj (90) 1 742 10 17 420 150 Klammer 460 30 13 800 50 Rakt rör 535 3 1 605 50 T-rör 1 840 3 5 520 150/50 Kona 2 265 1 2 265 50 Ventil med svetsändar 3 776 3 11 328 PM9 Serviceledning till mälderi
Insvetsning på befintlig stam kommer att ske när luften kan brytas under ett planerat stopp. Allt annat arbete med rördragningen kommer att ske innan stoppet. YIT uppskattar att det krävs tre stycken montörer som kopplar samman systemet under driftstopp. Total arbetstid för tre stycken montörer, 15 timmar à 400 kr ger en total arbetskostnad på 6 000 kr.
Hyra av två stycken skylift under en vecka kostar 50 000 kr. Kostnad för håltagning i vägg tillkommer, dels vid kompressorcentralen samt vid PM9. YIT uppskattar att priset för håltagning är 5 000 kr/hål.
Totalkostnaden för nydragning blir 307 458 kr enligt beräkning. För mer exakt pris måste offerter begäras in.
Nydragningen av 150 mm stamledning har en buffertvolym på 2,83 m3 komprimerad luft, detta kan jämföras med diameter 200 mm som har en buffertvolym på 5,03 m3. Om rördragningen ska utnyttjas som buffertvolym måste det monteras betydligt större rördimension. Fördelen med större rördimension innebär att tryckförluster minskar. Istället rekommenderas investering i fler bufferttankar.
Kompressorcentral
I befintlig central avvecklas CENTAC (baskomp.) och ZR5 A (nr 3 reserv). Övriga blir kvar som reservkompressorer. Anledningen till att dessa två ska avvecklas, är att de är föråldrade. Nya maskiner innebär att den senaste tekniken utnyttjas, vilket medför att systemverkningsgraden ökar. Tekniken har förbättrats under de 20 år som de har varit i drift. Ytterligare fördel är att installerad motoreffekt blir lägre.
Kompressorer ska installeras med tillhörande torkutrustning och optimeras för ett tryck i systemet på 5,5 bar och ett flöde av 100-150 m3/min. Med hjälp av experter har ett antal maskiner valts ut:
Baskompressor: maxflöde 108 Nm3/min, motoreffekt 750 kW Topplastkompressor: maxflöde 14-43 Nm3/min, motoreffekt 250 kW Backup kompressor: maxflöde 28 Nm3/min, motoreffekt 160 kW
Kompressorcentralen utrustas även med ett styrsystem. Fördelen med styrsystem är att det kontinuerligt optimerar driften av kompressorer. Optimerad drift betyder att systemet ser till att köra den kompressor som ger bäst verkningsgrad. Det ser dessutom till att hålla ner antalet drifttimmar.
7 Slutsats
Tryckluft är väldigt energikrävande att producera. Energibesparingspotentialen på Billerud är hög. Alternativ som fläktar och lågtryckskompressorer ger stora besparingsmöjligheter.
Läckage
Rutiner när det gäller förebyggande arbete på ledningssystem måste förbättras. Läckor och dåligt fungerande filter sänker systemverkningsgraden på kompressorer avsevärt. Även tryckfall och flödesförluster kan avhjälpas, och funktioner i systemet kan förbättras om underhållspersonal jobbar mer rutinmässigt med tryckluftsnätet.
Nydragning av stam
De förslag som presenteras i kapitel 6.1 och 6.8 leder fram till möjligheten att sänka börvärdet på trycket i tryckluftsystemet med 1 bar. Besparing som genereras av 1 bar trycksänkning är 7 % av tillförd effekt [19]. Räkneexempel för Centac och ZR4 A visar storleken på en sådan besparing:
Centac 389 800 kWh/år Uppskattad drift 650 kWh/h ZR4 A 149 900 kWh/år Uppskattad drift 250 kWh/h Summa: 539 800 kWh/år
Besparingen på enbart dessa två kompressorer uppgår alltså till 539 800 kWh/år. Tillsammans med förslaget om nyinvestering av kompressorer borde den totala energibesparingen bli större.
Remsblås
Genomförs förslaget kan tryckluftsförbrukningen minska och enbart två kompressorer behövas i konstant drift. Dock kräver ersättningsmaskinen effekt. I remsblåsarens fall är energibesparingen hela 96 % jämfört med befintlig konstruktion, och borde därför betala sig väldigt snabbt.
8 Referenser
[1] Helen Sjunesson och Thomas Wahlberg (2003), Papper och massa i
Östergötland, Westerås media produktion
[2] Billerud: www.billerud.se/sv/Environment/Rapporter/2008, 2009-10-01
[3] Hans Theliander, Magnus Paulsson och Harald Brelid (2002), Introduktion till
massa och pappersframställning, Chalmers tekniska högskola, Göteborg.
[4] Jan-Owe Wiklund. Muntlig referens. Servicetekniker, Atlas Copco, 2009. [5] Johan Agnell. Muntlig referens. Regional Manager Direct Sales, Ingersoll Rand
Industrial Technologies, 2009.
[6] Atlas Copco (1998), Trycklufthandboken, Jörn Thomsen Offset A/S, Danmark [7] Robert Gyllander. Muntlig referens. Projekt och underhåll, Billerud, 2009. [8] Thomas Franzén och Sivert Lundgren (2002), Elkraft teknik, Studentlitteratur,
Lund.
[9] Karl-Erik Rydberg (1997), Basic theory for pneumatic system design,
Linköpings Universitet, institutionen för fluid och mekanisk design, Linköping. [10] Karl Storck, Matts Karlsson, Ingrid Andersson och Dan Loyd (2005),
Formelsamling i termo- och fluiddynamik, Linköpings Universitet, institutionen
för konstruktions- och produktionsteknik.
[11] Statens energimyndighet (1999), Programkrav Tryckluft, Alfa Print, Sundbyberg. [12] Ola Åkesson. Muntlig referens. UI. Billerud, 2009
[13] Olof Olsson, Karl-Erik Rydberg (1993), Kompendium i hydraulik, Linköpings Universitet, Institutionen för konstruktions- och produktionsteknik.
[14] Clas Jonsson. Muntlig referens. Vedmätningskontor, Billerud, 2009. [15] Glenn Norrman. Muntlig referens. Massablock, Billerud, 2009.
[16] Nils-Åke Hallgren. Muntlig referens. Projekt och underhåll, Billerud, 2009. [17] EKB: http://www.ekb.se/fans_radial_hogryck.html, 2009-11-02.
8.1 Figur och tabellkällor
Figur (1) Billerud: www.billerud.se/sv/Environment/Rapporter/2008, 2009-10-01
Figur (2) Hans Theliander, Magnus Paulsson och Harald Brelid (2002), Introduktion
till massa och pappersframställning, Chalmers tekniska högskola,
Göteborg.
Figur (4) Billerud: WinMops processöverskådningsprogram Figur (10) EKB, Högtrycksfläkt
Tabell (1) Atlas Copco (1998), Trycklufthandboken, Jörn Thomsen Offset A/S, Danmark
Tabell (2) Statens energimyndighet (1999), Programkrav Tryckluft, Alfa Print, Sundbyberg.
Tabell (3) Ola Åkesson. Muntlig referens. UI. Billerud, 2009
Tabell (4) Statens energimyndighet (1999), Programkrav Tryckluft, Alfa Print, Sundbyberg.
