Effektivitetsanalys av Vakuumsystemet i Pappersmaskin 1 : En del av energikartläggningen på Nymölla Bruk

Postadress: Besöksadress: Telefon: Box 1026 Gjuterigatan 5 036-10 10 00 (vx) 551 11 Jönköping

Effektivitetsanalys

av Vakuumsystemet

i Pappersmaskin 1

En del av energikartläggningen på Nymölla Bruk

HUVUDOMRÅDE: Maskinteknik

FÖRFATTARE: Leon Liljeqvist, Anton Svensson HANDLEDARE: Leif Svensson

HANDLEDARE PÅ FÖRETAGET: Per-Arne Olsson JÖNKÖPING 2019 mars

Postadress: Besöksadress: Telefon:

Box 1026 Gjuterigatan 5 036-10 10 00 (vx)

551 11 Jönköping

Detta examensarbete är utfört vid Tekniska Högskolan i Jönköping inom Maskinteknik, Industriell ekonomi och produktionsledning. Författarna svarar själva för framförda åsikter, slutsatser och resultat.

Examinator: Olof Granath Handledare: Leif Svensson Omfattning: 15 hp (grundnivå) Datum: 2019-03-24

Abstract

Nymölla Mill is a papermill in the paper division of Stora Enso. Due to its size, the company is forced by law to make energy mappings every fourth year, in order to ensure that that the company is running its business in a sustainable way. When performing an energy mapping, one is supposed to make deeper analyses of the more energy demanding functions at the company as well as a more general mapping of the entire business. The vacuum system in one of the paper machines (paper machine 1) at the mill, is a major energy consumer and is therefore required by law to be analyzed more deeply. This analysis will constitute the main focus of this bachelor thesis, which is made by two students at Jönköping’s School of Engineering, with a total of 30 credits (15 credits per student).

The purpose of this thesis is to assist Nymölla Mill in their work with the energy mapping, by making an efficiency analysis of the vacuum system in paper machine 1. The hope is that this thesis will contribute with improvement suggestions, which will make the whole business more efficient and sustainable in an energy perspective. To support this purpose two research questions was formulated, where the first one focuses on the energy losses in the vacuum system and the other on the possible improvements.

In order to get the necessary background knowledge, a literature study was made where the law entitled “Lagen om energikartläggning i stora företag” stood in the center. Available energy data has been analyzed and processed in order to form the basis of the energy mapping. In the aim of getting a nuanced picture of the focal point, own observations have been performed alongside with interviews of people who has different perspectives of the vacuum system.

The research questions were investigated through analyzing the result of the findings alongside with the literature in the theoretical background. The primary literature focus was on lean, since it was requested by the company itself. The thesis finally resulted in that energy losses were identified and that suggested actions were brought up and discussed.

Sammanfattning

Nymölla Bruk är ett pappersbruk i Stora Ensos pappersdivision. På grund av företagets storlek måste det enligt lag utföra energikartläggningar vart fjärde år. Detta för att säkerställa att man driver sin verksamhet på ett hållbart sätt. I en energikartläggning ska man främst utföra djupare analyser på de mer energikrävande funktionerna i verksamheten och en mer övergripande kartläggning av hela verksamheten. Vakuumsystemet i en av pappersmaskinerna (pappersmaskin 1) på bruket är en stor energianvändare och kräver därför enligt lag en djupare energianalys. Denna analys utgör huvudfokus i detta examensarbete som är på kandidatnivå av två studenter på Jönköpings Tekniska Högskola, med en total poängomfattning på 30 hp (15 hp per student).

Syftet med arbetet är att assistera Nymölla Bruk i deras arbete med energikartläggningen, genom att göra en effektivitetsanalys av vakuumsystemet i pappersmaskin 1. Förhoppningen är att arbetet ska kunna bidra med förbättringsförslag som gör verksamheten mer effektiv och hållbar ur ett energiperspektiv. Som stöd till detta syfte har två frågeställningar formulerats, där den första fokuserar på förluster i vakuumsystemet och den andra på förbättringsmöjligheter.

För att skapa den nödvändiga kunskapsgrunden genomfördes en litteraturstudie där lagen om energikartläggning i stora företag stod i centrum. Tillgängliga energidata har behandlats och bearbetats med syftet att utgöra grunden i energikartläggningen. I strävan efter en nyanserad bild av fokusområdet har egna observationer genomförts tillsammans med intervjuer av personer med olika perspektiv av vakuumsystemet.

Frågeställningarna utreddes genom att analysera resultatet i nulägesbeskrivningen tillsammans med den litteratur som studerats i det teoretiska ramverket. Extra fokus lades på litteraturen om lean, eftersom det var ett önskemål från företaget. Arbetet resulterade slutligen i att energiförluster identifierades och att möjliga åtgärder för dessa togs fram och diskuterades.

Innehållsförteckning

1

Introduktion

1

1.3 SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNINGAR 2

1.4 AVGRÄNSNINGAR 3

1.5 DISPOSITION 3

2

Teoretiskt ramverk

4

2.1 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH TEORI 4

2.2 ENERGI I PAPPERSINDUSTRIN 4

2.2.1 Lagen om energikartläggning i stora företag 4

2.2.2 Vägledning för energikartläggning i stora företag 5

2.3 FÖRDJUPNING VAKUUMSYSTEM 6 2.3.1 Vakuumpumpar 6 2.3.2 Avskiljare 7 2.3.3 Sugvals 7 2.4 LEAN 8 2.4.1 Grunderna i lean 8 2.4.2 Lean i processindustrin 8 2.4.3 Lean energy 9

3

Metod

10

3.1 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH METOD 10

3.2 LITTERATURSTUDIE 10

3.3 ENERGIKARTLÄGGNING 11

3.4 PRODUKTIONSKARTLÄGGNING 11

3.5 INTERVJUER 11

3.5.2 Mats Dahlqvist - Underhållsingenjör 11

3.5.3 Operatörer 11

3.6 ANALYSMETOD 12

4

Verksamhet

13

4.1 PAPPERSTILLVERKNING 13

4.2 ÖVERGRIPANDE VERKSAMHETSBESKRIVNING NYMÖLLA 14

4.2.1 Transport, Vedgård, Renseri och Flishugg 14

4.2.2 Flisstack 15

4.2.3 Kokeri 15

4.2.4 Försileri och Tvätteri 15

4.2.5 Återvinningsanläggning 15

4.2.6 Blekeri och Eftersileri 15

4.2.7 Till torkmaskin 15

4.2.8 Pappersmaskiner 15

4.2.9 Skärning, Arkning och Utlastning 15

4.3 PAPPERSMASKIN NYMÖLLA 16

4.3.1 Mäldberedning och Inloppslåda 16

4.3.2 Pressparti 16 4.3.3 Torkparti 17 4.3.4 Upprullning 17 4.3.5 Konvertering 17

5

Nulägesbeskrivning

18

5.3.1 Krav-, bör- och ärvärden 20 5.3.2 Tjuvluft 21 5.3.3 Vakuumpumparnas sammankoppling 22

6

Analys

23

6.1.2 Krav-, bör- och ärvärden 23

6.1.3 Tjuvluft 25

6.1.4 Vakuumpumparnas sammankoppling 25

6.1.5 Övriga observationer 25

6.2 FRÅGESTÄLLNING 2 26

6.2.1 Jämförelse mellan Liker och Johansson 26

6.2.2 Krav- bör- och ärvärden 26

6.2.3 Tjuvluft 26

6.2.4 Vakuumpumparnas sammankoppling 27

7

Åtgärdsförslag och diskussion

28

7.1 ÅTGÄRDSFÖRSLAG 28

7.1.1 Krav-, bör- och ärvärden 28

7.1.2 Tjuvluft 28

7.1.3 Sammankopplingar 28

7.2 DISKUSSION KRING VALIDITET OCH RELIABILITET 29

7.2.1 Diskussion metodik 29

8

Slutsatser och rekommendationer

30

8.1 SLUTSATSER 30

8.2 VIDARE ARBETE ELLER FORSKNING 30

9

Referenser

32

1

Introduktion

Avsnittet ger en introduktion till arbetet och en formulering samt nedbrytning av det problem som behandlas. Därefter beskrivs avgränsningarna och dispositionen för arbetet.

För att inte vidare bidra till den redan negativa miljöutvecklingen i världen är det viktigt att ha planetens välmående i åtanke och använda de befintliga resurserna på bästa sätt. Energi är en av flera resurser som behöver användas mer ansvarsfullt och effektivt för att vända på utvecklingen. Den tillverkande industrin är bland de största aktörerna för energianvändning, i Sverige 2016 motsvarade industrin hela 38 % av nationens förbrukning. Energibesparingar inom sektorn har därför en stor betydelse för helhetsperspektivet. Bland industrisektorns många aktörer är pappersindustrin en av de största, i Sverige 2016 stod enbart pappersindustrin för omkring 50 % av de tillverkande industriernas totala förbrukning. Arbete med energieffektivisering är därmed ett högst relevant förbättringsområde för branschen. [1] Som verktyg och hjälpmedel för arbetet med att optimera energianvändningen har en lag stiftats och en handbok publicerats av Energimyndigheten som båda behandlar energikartläggningar riktad mot stora företag. Bakomliggande syftet med detta är att hjälpa företagen och främja deras arbete med energieffektivisering. Många av företagen inom industrisektorn är ofta inte medvetna om hur mycket av energin som faktiskt går förlorad i rent slöseri och vikten arbetet med energieffektivisering har för företagen. Eliminering av energiförluster är nämligen inte enbart nödvändigt ur ett miljömässigt perspektiv utan även ur ett ekonomiskt. Stora summor kan sparas årligen på att effektivisera verksamhetens energianvändning och se över potentiella förluster. Men att effektivisera verksamheten och att identifiera samt eliminera förluster är ofta lättare i teorin än i praktiken. Eftersom förluster i företag, antingen i formen av energi eller som något annat, ofta kan spåras till något mer fundamentalt problem i organisationen. Så i jakten på förbättringar vid arbetet med effektivisering är det även viktigt att identifiera de bakomliggande orsakerna till varför det ser ut som det gör och se över vad som kan göras för att förbättra det.

1.1 Företagsbeskrivning

1.1.1 Stora Enso

Stora Enso är en leverantör och producent av trä- och biomassaprodukter [2]. Företaget grundades 1998 genom en sammanslagning mellan finska Enso Oyj och svenska Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag [3].

Stora Enso har omkring 26 000 anställda i över 30 länder, med huvudkontor i Helsingfors, Finland. Försäljningen och verksamheten är som störst i Europa, men man är även verksam i Nordamerika, Sydamerika och Asien. Omsättningen i hela koncernen var runt tio miljarder EUR år 2017 och företaget är börsnoterat på NASDAQ OMX i Helsingfors och Stockholm [4]. Koncernen är uppdelad i fem divisioner, som alla riktar sig mot olika kundsegment. De olika divisionerna är:

Consumer Board – utvecklar och säljer konsumentkartong för tryck- och förpackningslösningar.

Packaging Solutions – utvecklar och säljer fiberbaserade förpackningslösningar. Biomaterials – framtar och säljer olika pappersmassakvaliteter.

Wood Products – säljer trälösningar för bygg- och bostadsindustrin. Paper – pappersframtagning till tryckta medier och kontorsbruk. [5]

1.1.2 Nymölla Bruk

Nymölla Bruk är lokaliserat i Bromölla kommun i Skåne län. Bruket sysselsätter omkring 545 anställda och tillhör divisionen Paper i Stora Ensos koncern. Det är ett integrerat bruk, med både massa- och pappersframställning, där massafabriken har en årlig produktionskapacitet på 340 000 ton/år och pappersbruket på 475 000 ton/år. På bruket tillverkas dokumentpapper, kuvertpapper samt digitalt, med varumärken som MultiCopy, Zoom och 4CC. Dokument och

digital stod för 67 % av försäljningen år 2017, där 77 % av försäljningen antingen utgjordes av Norden eller övriga Europa. Historiskt noterbara punkter för bruket har varit:

1962 Produktionsstarten för massafabriken, som dåvarande ägdes av Nymölla AB. 1972 Tillkomsten av den första pappersmaskinen PM1, ägd av Papyrus.

1975 Pappersbruket köps upp av Nymölla AB. 1985 Nymölla AB förvärvas av AB Papyrus. 1987 Stora förvärvar Papyrus.

1988 Tillkomsten av den andra pappersmaskinen PM2. 1998 Sammanslagningen mellan Stora och Enso. [6]

1.2 Problembeskrivning

Nymölla Bruk är ett integrerat bruk, vilket innebär att man tillhandahåller hela produktionskedjan från ved till konsumentfärdiga produkter. Tillverkningsprocessen av papper är väldigt energikrävande, varpå betydande förbättringspotential inom området skulle kunna finnas. Nymölla Bruk är per definition av lag 2014:266 ett stort företag och måste därför genomföra energikartläggningar enligt Energimyndighetens direktiv. Energikartläggningar är ett verktyg som bistår till att synliggöra brister och uppmuntrar till förbättringar för företag. Enligt direktiven ska man se över alla relevanta funktioner i bolaget med energiförbrukning och presentera förbättringsförslag för att främja energieffektiviteten. Vakuumsystemet på pappersmaskin 1 (PM1) är en av flera energikrävande funktioner i pappersmaskinen och behöver därför analyseras och utvärderas som del av energikartläggningen. I en pappersmaskin förädlas pappersmassa till papper och i den processen är vakuumsystemet både en huvud- och stödprocess. Företaget har gjort antagandet att det finns energi som går förlorad i pappersmaskinen och misstänker att delar av den förlorade energin härstammar från vakuumsystemet. Hypotesen är att vakuumsystemet opererar på en mer energikrävande nivå än nödvändigt. Det finns utsatta kravnivåer eller värden som behöver uppnås för att tillfredsställa kunden. Misstankarna är att de faktiska ärvärdena är högre än kraven, varpå energi går förlorad i form av överarbete. Man misstänker även att systemet inte är fullständigt effektiviserat på alla fronter och att fler brister finns däri. Anledningen till att det kan finnas brister tros bero på flera faktorer, det kan vara bristande kommunikation, ingen väldokumenterad standard, att det finns skillnader mellan vem som opererar systemet, att man väljer att köra på onödigt höga säkerhetsmarginaler eller att man har fel prioriteringar med mera. Nymölla vill därför identifiera vilka bristerna är och reda ut hur de kan åtgärdas, dels på grund av att man måste följa lagen men också för att effektivisera den egna verksamheten och utvecklas i en positiv riktning. Energibesparingar gynnar nämligen inte bara miljön och tillfredsställer Energimyndigheten utan det gynnar även bolagets egen ekonomi och utveckling.

1.3 Syfte och frågeställningar

Syftet med arbetet är att genomföra en effektivitetsanalys av vakuumsystemet i pappersmaskin 1 för att identifiera energiförluster och förbättringsmöjligheter Därmed är studiens frågeställningar följande:

1. Vilka är energiförlusterna i vakuumsystemet?

För att fullständigt besvara detta behöver man kartlägga vakuumsystemet och sätta det i förhållande till övriga delar av bruket, vilket görs med hjälp av följande underfrågor:

a) Hur ser energianvändningen på hela bruket ut och hur ställs den i förhållande

till vakuumsystemets energianvändning?

b)

1.4 Avgränsningar

Arbetet behandlar energianvändningen i vakuumsystemet och kommer därmed primärt fokusera på energin i vakuumsystemet. Vattenhantering och dylikt associerat till vakuumsystemet men inte direkt korrelerat till energianvändningen i produktion kommer inte utforskas i detalj och lösningsförslagen kommer huvudsakligen fokusera på energirelaterade förbättringar. Eftersom arbetet är en del av energikartläggningen kommer arbetet avgränsas efter de utsatta direktiv som följer lagen och handboken. Funktioner utanför vakuumsystemet kommer inte studeras eller gås in på i detalj eftersom energikartläggningsmetodiken uppmanar att man studerar en funktion åt gången, däremot kommer övergripande data samlas in för att sätta vakuumsystemet i perspektiv till helheten.

1.5 Disposition

Rapportens första avsnitt initieras med en inledning till ämnet och en övergripande beskrivning av Stora Enso koncernen samt Nymölla. Följaktligen presenteras problemet som behandlas i arbetet i problembeskrivningen som därpå bryts ned till två frågeställningar. Slutligen i avsnittet beskrivs avgränsningarna för arbetet.

De kommande två avsnitten beskriver teorierna och metoderna som tillämpats för arbetet. Teorierna som används bidrar med den nödvändiga teoretiska grunden till arbetet och metodavsnittet tar upp både de praktiska och teoretiska metoderna som tillämpas för att både samla in nödvändig information och behandla den.

Verksamhetsavsnittet ger en beskrivning av Nymöllas papperstillverkning, vilket används som en teoretisk grund för arbetet, men också för att få en mer allmän förståelse för branschen och verksamheten.

Resultatet är uppdelat i tre delar där först en överblick över brukets energianvändning i de olika nivåerna presenteras, följt av en kartläggning av vakuumsystemet och slutligen en beskrivning av de största identifierade bristerna i systemet från arbetet.

Baserat på den teoretiska grunden analyseras sedan resultatet i rapporten för respektive frågeställning, som sedan följs av konkreta åtgärdsförslag och rekommendationer på vad som kan utföras. Arbetet rundas slutligen av med slutsatser av arbetet och förslag på vidare åtgärder.

2

Teoretiskt ramverk

I avsnittet presenteras det ramverk som används för att få den nödvändiga teoretiska grunden för arbetet.

2.1 Koppling mellan frågeställningar och teori

Teorierna i avsnittet är tänkta att ge den teoretiska grunden som krävs för att besvara frågeställningarna. De två första delarna i avsnittet är mer kopplat mot den första frågeställningen, där energi i pappersindustrin, energikartläggningar samt teknisk fördjupning av vakuumsystemets olika delar beskrivs. Tredje och sista delen är kopplad mer mot den andra frågeställningen, där lean och förbättringsarbete redogörs. Men eftersom de två frågeställningarna går mycket hand i hand så kan egentligen samtliga teorier kopplas till respektive frågeställning.

Tabell 1: Schematisk bild av kopplingen mellan frågeställningar och teori

Teori Frågeställning

Energi i pappersindustrin 1

Fördjupning i vakuumsystem 1

Lean 2

2.2 Energi i pappersindustrin

Med det ständigt försämrade tillståndet av miljön, blir det alltmer viktigt att se över de mest betydande faktorerna för miljöpåverkan i samhället, däribland energianvändningen i de tillverkande industrierna [7, pp. 1-2]. Statistik visar att den tillverkande industrin i Sverige, stod 2016 för 142,2 TWh av den totala energianvändningen på 375 TWh och pappersindustrin utgjorde 72,7 TWh (51 %) av de 142,2 TWh [1]. Pappersindustrin är alltså en stor förbrukare av energi [8, p. 2], vilket huvudsakligen beror på att tillverkningsprocessen är väldigt energiintensiv [8, p. 12]. Det är en process som blivit alltmer energiintensiv över tid, vilket kan tänkas bero på den kontinuerligt ökande vikten av kvalitet genom åren, som gjort att det krävs mer avslutande behandlingssteg [8, p. 6]. Men trots att det är en väldigt energikrävande bransch, så finns det empirisk data som påvisar att det finns förbättringar att hämta inom området [9, p. 2].

Det finns betydande långbesparingsalternativ att utforska för både bränsle- och elektricitetsförbrukningen i pappersindustrin och trots en stagnerad utveckling, finns det dessutom stora tekniska förbättringsmöjligheter i energieffektivitet att hämta inom en snar framtid [10, p. 12]. Eftersom tillverkningen i pappersindustrin är så energiintensiv, motsvarar energikostnaden för det genomsnittliga bruket lite drygt 13 % av den totala tillverkningskostnaden [10, p. 1]. Därför finns det inte enbart betydande miljöbesparingar att hämta vid reducering av energianvändningen, utan även stora ekonomiska besparingar för bruken. Både genom att tillverkningskostnaden blir lägre med reducerad energiförbrukning men också för att man inte blir lika hårt drabbad vid potentiella ökningar av energipriser [7, p. 6].

Massa- och pappersindustrin konsumerar en enorm mängd energi, så förbättringar relaterat till energieffektivitet är ett hedervärt alternativ för den hållbara utvecklingen [9, p. 7]. Ett påvisat sätt att utföra det kan vara genom att implementera miljö- och energipolicys och lagar, i Kina exempelvis har man redovisat att energieffektiviseringen har förbättrats sedan implementeringen av miljöpolicys i branschen [9, p. 9].

2.2.1 Lagen om energikartläggning i stora företag

Med miljön i åtanke har det i Sverige stiftats en lag som ämnar till att främja energieffektiviteten i större företag, lagen (2014:266) om energikartläggning i stora företag. Lagen framträdde den 1 juni 2014 och är en av de fundamentala orsakerna till varför Nymölla Bruk vill utföra en energikartläggning av vakuumsystemet på PM1. Lagen är en del av vad som måste uppfyllas för

att satisfiera de krav EU:s energieffektviseringsdirektiv, Direktiv 2012/27/EU, ställer på medlemsstaterna [11].

En energikartläggning är per definition:

Ett systematiskt förfarande i syfte att få kunskap om den befintliga energianvändningen för en byggnad eller en grupp av byggnader, en industriprocess, en kommersiell verksamhet, en industrianläggning eller en kommersiell anläggning, eller privata eller offentliga tjänster och för att fastställa kostnadseffektiva åtgärder och rapportera om resultaten. [12]

Enligt lagen har stora företag en skyldighet att utföra en sådan energikartläggning vart fjärde år, från och med senast den 5 december 2015 [12]. I energikartläggningen ska, enligt förtydligande i förordning (2014:347), både den totala energianvändningen för anordningarna, verksamheten och transporterna samt kostnadseffektiva åtgärdsförslag till energibesparingar och effektiviseringar av energianvändningen finnas med [13]. Vidare förtydligat och sammanställt i energimyndighetens föreskrifter ska energikartläggningen inkludera en övergripande kartläggning av hela verksamhetens energianvändning samt en mer detaljerad beskrivning av de energibetydande områdenas energianvändning. Efter gjorda avgränsningar och prioriteringar ska energikartläggningen ge en representativ bild av den totala energianvändningen hos företaget [14].

Lagen är enbart gällande för stora företag och ett företag är definierat som stort om det sysselsätter över 250 anställda och har en årlig omsättning på över 50 miljoner EUR, alternativt en balansomslutning på över 43 miljoner EUR årligen [12]. Stora Enso i sin helhet har över 26 000 anställda och omsätter omkring 10 miljarder EUR (2017). Vilket per definition klassificerar verksamheten som ett stort företag och blir därmed skyldig att följa lag 2014:266 [6].

Generellt behövs en certifierad kartläggare för att genomföra energikartläggningen, men om företaget antingen är certifierat i energiledningssystem ISO 50001, som uppfyller lagkraven då energikartläggningskrav redan finns med i standarden, eller är certifierade i miljöledningssystemet ISO 14001 med tilläggscertifieringen STEMFS 2014:2, har man egen befogenhet att genomföra energikartläggningen [15]. Eftersom Nymölla Bruk är både ISO 50001 och ISO 14001 certifierade är de kvalificerade till att genomföra en kartläggning på egen hand utan certifierad energikartläggare.

Färdigställda resultatet av energikartläggningen, med överblickande energianvändning och förslag på åtgärder, ska redovisas i en rapport som regering eller regeringsbestämd myndighet redogör [12].

2.2.2 Vägledning för energikartläggning i stora företag

Tillvägagångssättet för en energikartläggning ska resultera i en representativ bild av företagets totala energianvändning. Handboken ”Vägledning för Energikartläggning i Stora Företag” ger riktlinjerna för att utföra detta samtidigt som man hamnar inom ramen av lagstiftningen [11]. I energikartläggningen ska efter rimliga avgränsningar och prioriteringar en övergripande beskrivning av totala energianvändningen för företaget finnas med samt en mer detaljerad energikartläggning av något betydande energianvändande område. Följaktligen ska en rapport innehållande kostnadseffektiva åtgärder baserat på energikartläggningen göras, med åtgärdernas följdeffekter inkluderat för senare uppföljning och utvärdering [14].

2.2.2.1 Avgränsningar

Till att börja med ska företagen se över vilka möjliga avgränsningar som kan göras för arbetet inom ramen för lagen. Avgränsningarna görs huvudsakligen på områden där företaget inte har rådighet över energianvändningen, som hyrda lokaler eller inköpt transport [11].

2.2.2.2 Övergripande beskrivning av energianvändningen

Efter gjorda avgränsningar ska den övergripande energikartläggningen över hela verksamhetens energianvändning utföras. Den övergripande kartläggningen används som en utgångspunkt för att utföra nödvändiga prioriteringar till den fördjupande energikartläggningen. Kartläggningen ska involvera en översiktlig uppdelning av energibärarna och av energianvändarna. Uppdelningen ska vara tillräckligt specificerad för att avgöra vilka

delar av verksamheten som är betydande för energianvändningen. Företaget behöver alltså identifiera och kvantifiera de olika energianvändarna utifrån ett antal mätningar och beräkningar och ta fram den totala energianvändningen för energibärarna, baserat på inköpt och egenproducerad el, fjärrvärme, fjärrkyla och bränsle [11].

2.2.2.3 Prioriteringar inför den detaljerade kartläggningen

Inför den detaljerade kartläggningen kan företaget göra vissa prioriteringar efter vad som ska ingå i den. Företaget kan exempelvis välja att ta bort segment där energianvändningen inte är betydande, alltså områden där förbättringspotentialen är liten och istället fokusera på områden med stora kostnadseffektiva förbättringspotentialer [11].

2.2.2.4 Detaljerad energikartläggning med förslag på kostnadseffektiva åtgärder

Enbart den betydande energianvändningen ska finnas med i det här segmentet. Den detaljerade energikartläggningen ska vara utförd så att kostnadseffektiva åtgärdsförslag på energieffektivisering och sparande av energi kan tas fram. Energikartläggningen måste utföras på plats i företaget [11].

2.2.2.5 Resultatet – en representativ bild av företagets totala energianvändning

Den detaljerade kartläggningen med kostnadseffektiva åtgärdsförslag, tillsammans med den övergripande energibeskrivningen ska ge en representativ bild av företagets totala energianvändning och ge förslag på energieffektiviseringar. Följaktligen ska den representativa bilden lägga en grund för den slutliga inrapporteringen till Energimyndigheten [11].

2.3 Fördjupning vakuumsystem

2.3.1 Vakuumpumpar

Vakuumsystemet i PM1 drivs av vätskeringspumpar, som i sin tur drivs av elektriska motorer. Genom rörledningar är vakuumpumparna kopplade till olika sugvalsar eller suglådor i tillverkningsprocessen. Vakuumpumparna som används är av märket Nash tillhörande den klassiska 904 serien, som är en serie vilken introducerades under 80-talet och är lämpad för processindustrier som pappersindustrin, tobaksindustrin och sockerindustrin [16].

Nash 904 modellen är en vätskeringspump och är konstruerad med enbart en rörlig komponent, rotorn. Rotorns ändamål i vakuumpumpen är att dra med sig en kontinuerligt tillförsörjd vätska, ofta vatten, så att ett tomrum bildas i vilken den ingående luften ska färdas, som på grund av centrifugalkraften formas till en ring. Ringen är inte koncentrisk med rotorn eftersom pumphuset och rotorns centrumlinjer är förskjutna i förhållande till varandra. I nedre delen av cykeln kommer därför vätskeringen nästan i kontakt med konan, medan den i övre delen nästintill helt lämnat rotorn. [17]

Fundamentala syftet med att använda vakuumpumpen är att suga in luft eller gas, komprimera den till atmosfärstryck och föra ut den. För att utföra detta är pumpen uppgjord av tre sektioner inlopp, kompression och utlopp. I inloppssektionen äntrar först luften eller gasen genom pumpens inloppsfläns som vidare förs genom en kanal till konans inloppsport. Luften eller gasen förs då till rotorkamrarna och vidare till kompressionsstadiet. Då luften följer rotorns kamrar, komprimeras den allteftersom vätskeringen konvergerar med konan. Här komprimeras luften från vakuum till atmosfärstryck. Sista delen av vakuumpumpen, utloppet, består av en öppning, till vilken den komprimerade luften förs genom till den interna utgångskanalen. [18]

Figur 1: Genomskärning av vakuumpump [18]

Ett karaktärsdrag hos Nash-pumparna är att flödet hålls konstant, men att vakuumet varierar. Vilket beror på att när strömningsmotståndet ökar, ger vakuumpumpen ett högre vakuum och när strömningsmotståndet minskar sänker den det. Systemet slösar emellertid inte på energi när strömningsmotståndet är lågt, utan sätter in mer energi när motståndet ökar för att få bort vattnet i tillverkningsprocessen. Den här sortens egenskap på vakuumpump är eftertraktad i pappersindustrin eftersom permeabilitetsskillnad i såväl bana som filt är relativt vanligt förekommande. Vilket huvudsakligen beror på de olika papperskvaliteterna och filtens åldring. [17]

2.3.2 Avskiljare

För att avskilja det uppsugna vattnet i pappersbanan från luften i vakuumsystemet använder sig Nymölla Bruk av flertalet cyklonavskiljare, hydrocykloner. Cyklonavskiljarna har en cylinderutformning, där det ingående mediet förs in i toppen. Varpå de tunga partiklarna, vätskan, tvingas av centrifugalkraften ut mot manteln där de efter hand sjunker nedåt i cylindern och ansamlas i botten, medan de lättare partiklarna, luften, sugs upp i en centralt placerad utsugspunkt [19].

Figur 2: Cyklonavskiljare [19] 2.3.3 Sugvals

Sugvalsen är ett verktyg vars syfte i pappersindustrin är att antingen avvattna pappersbanan eller överföra banan till en annan vals. Den generella sugvalsen har en perforerad mantel som är rullagrad och roterar på flänsaxlarna [18]. Inuti manteln finns det en suglåda som innehåller två kammare, en högvakuumkammare och en lågvakuumkammare [21]. För att suga in vätskan sätts kamrarna i ett undertryck, vilket gör att viran och filten utmed banan utsätts för ett

Inlopp

Utlopp

vakuum [21]. Med hjälp av en vakuumreglerslider är valsen är kapabel till att jämna ut skillnaden i undertryck mellan de två kamrarna [21]. Tryckdifferensen gör att vattnet på banan sugs in genom mantelns perforeringar och vid banöverföring gör den att banan hålls i kontakt med maskinbeklädnaden [21].

2.4 Lean

2.4.1 Grunderna i lean

Sen ett par år tillbaka har man jobbat med att integrera lean i verksamheten på Nymölla. Det är därför lämpligt att analysera resultatet av detta arbete med hjälp av lean, så att arbetet blir till så stor nytta som möjligt för företaget.

Lean är ett förhållningssätt för företag. Ursprungligen var detta förhållningssätt endast tilltänkt producerande företag och introducerades som Lean Production, men med tiden har fenomenet spridit sig och applicerats av företag i många olika branscher. Därav det nu mer etablerade namnet lean. [23]

Det var Toyota som kom på och utvecklade detta i Toyota Production Systems under senare hälften av 1900-talet. Grundaren av Toyota Production Systems, Taiichi Ohno, beskriver systemet såhär:

Det enda vi gör är att titta på hur lång tid som går från det ögonblick då kunden ger oss en order till den punkt då vi får pengarna. Den tiden förkortar vi genom att ta bort det som inte tillför något värde. [23, p. 22]

Liker har tagit fram fyra grundpelare som ska förklara lean:

Filosofi – Basera ledningsbeslut på långsiktigt tänkande även om det kan kosta för de kortsiktiga målen.

Processer – Eliminera slöseri. Bland annat genom att göra processerna jämnare, standardisera arbetssätt och att låta efterfrågan styra produktionen.

Anställda och partners – Se till så att man har en verksamhet där ledningen följer filosofin och utmanar de anställda till att utvecklas samtidigt som man bygger starka relationer till leverantörerna.

Problemlösning – Var en nyfiken verksamhet där man aldrig slutar att lära sig. [21]

2.4.2 Lean i processindustrin

Nu är Lean ett väl etablerat fenomen som har spridit sig och etablerats i många olika branscher [20]. Men på grund av ursprunget i Toyotas bilproduktion [21], kan svårigheterna i implementeringen hos de branscher som skiljer sig mycket från bilbranschen vara stora. Nymölla Bruk är ett företag i processindustrin och där översätts inte alla lean-teorierna rakt av. I en indisk artikel har man undersökt dessa skillnader och huruvida lean kan skapa konkurrensfördelar i processindustrin eller ej.

Författarna menar att det finns tydliga karaktärsdrag som skiljer processindustrin från den klassiska tillverkningsindustrin. I processindustrin ser man sällan på det man producerar i enheter. Det handlar oftare om ett flöde av produkter som inte är urskiljbara från varandra. Med sådana typer av produkter är det fördelaktigt att producera i stora batcher till skillnad från den klassiska tillverkningsindustrin där batchstorlekar kan variera. Processindustri är, i jämförelse med klassisk industri, inte särskilt flexibel och kräver långa uppstartstider vid varje omställning.

Trots dessa skillnader mellan industrierna, skapar även implementering av lean i processindustrin tydliga förbättringar. Att använda lean i processindustrin ger, enligt författarna, resultat i flera områden. Det hjälper företaget att minska sitt slöseri, sina lagernivåer och antal defekter. Lean bidrar även till stabilare processer, vilket möjliggör bättre leveransprecision och högre produktivitet. Vid implementering av lean i processindustrin ser

man ofta stora förbättringar i tillverkningskostnaden. Det beror ofta på en minskad energianvändning, som i sin tur kommer ur det ökade tillgångsutnyttjandet. [25]

2.4.3 Lean energy

Per-Erik Johansson är senior consultant på konsultfirman DynaMate. Han har varit till stöd för Nymölla i deras arbete med energibesparingar, speciellt genom teorierna ”Lean energy”. Johansson har publicerat flera artiklar i området, som ska fungera som vägledning i arbetet med att bli mer energieffektiv.

Det första man måste göra är att ta kontroll över nuläget. Det är viktigt att ta fram data på vilka maskiner som används och hur mycket. Man ska alltså börja energieffektiviseringen lite mjukt utan stora investeringar och låta projektet gradvis växa fram. I detta första steg ska man undersöka om resurserna som man har ibland använts i onödan eller kanske är helt överflödiga i vissa fall. Sådana förluster beror inte bara på lathet eller okunskap hos dem som använder resurserna, utan man måste gå djupare in i problemet för att hitta grundorsaken. Orsakerna är ofta rotade i ledarskapet eller andra frågor på ledarnivå. Exempelvis brist på etablerade krav eller otillräcklig teknik som inte kan regleras för optimal energianvändning. Det är alltså ingen stor nytta i att korrigera småproblem utan en ordentlig problemlösning av grundorsaken. Det leder bara till ständig korrigering och förvirring bland medarbetarna. När man har löst problemet genom att ta itu med grundorsaken, är det mycket viktigt att se till så att denna nya standard efterlevs så att processerna blir stabila. Detta uppnår man genom att tydligt förmedla det nya nuläget i form av en standard till alla som berörs av den och se till så att träning och utbildning finns om det behövs för att standarden ska kunna följas. När läget har stabiliserats ska man jämföra nuläget med vad som egentligen krävs av det. Där är det viktigt att försöka ta fram vilka de faktiska kraven är på processerna för att kunden ska bli nöjd. Då ser man ofta att processen presterar över flera av kraven och i dessa fall finns det möjlighet att sänka energianvändningen samtidigt som man klarar att uppfylla kraven. Under hela arbetet med energieffektiviseringar ska man ha i åtanke att de stora investeringar i ny energieffektiv teknik som man ofta lockas av, ofta är onödigt stora och komplicerade åtgärder. Man bör istället fokusera på enkla och billiga lösningar och fokusera på människorna. Att tillföra det som behövs, när det behövs och inte mer än vad som krävs för att uppfylla kraven. Detta ska man göra utan att tumma på kvalitet, driftssäkerhet och andra förluster i processerna. [22]

3

Metod

Avsnittet beskriver de olika metoder som tillämpats för att utföra arbetet.

3.1 Koppling mellan frågeställningar och metod

Samtliga metoder är betydande för båda frågeställningarna. Men vissa delar kan tydligare kopplas till den ena eller andra frågeställningen. Litteraturstudien och energikartläggningen ska användas som en grund i arbetet och främst svara på första frågeställningen. För att sedan kunna svara på den andra frågeställningen kommer en kartläggning av produktionen att genomföras med extra fokus på vakuumsystemet. Intervjuer ska ge en djupare kunskap och ett bredare perspektiv av vakuumsystemet och dess användning. Slutligen kommer analysmetoden främst appliceras på andra frågeställningen eftersom den är av mer analytisk karaktär.

Tabell 2: Koppling mellan frågeställningar och metod

Metod Frågeställning Litteraturstudie 1 Energikartläggning 1 Produktionskartläggning 2 Intervjuer 2 Analysmetod 2

3.2 Litteraturstudie

För energidelen av arbetet användes en handbok för energikartläggningsmetodiken, en lag om energikartläggning och några artiklar som behandlar området energieffektivitet. Artiklarna framtogs från Google Scholar med nyckelsökorden ”Energy Efficiency” och ”Paper Industry”. Syftet med artiklarna var att få en överblick om vad andra tagit reda på vid arbete relaterat till energieffektiviseringar i pappersindustrin, för att lägga en grund till arbetet. Teorin i handboken användes som grund för att utföra det praktiska arbetet för en energikartläggning. Handboken har tagits fram från energimyndigheten och presenterar riktlinjer för utförandet av en energikartläggning. Teorin i lagen användes för att rama in vad som ska ingå i en energikartläggning och varför.

För att få den teoretiska bakgrunden till vakuumsystemet, användes teorier för de olika delarna av ett vakuumsystem: vakuumpumparna, avskiljarna, sugvalsarna och tillverkningsprocessen (presenteras i avsnitt 4 Verksamhet). För att få en generell bild av vad som ingår i en pappersindustri användes ett par artiklar och en bok om papperstillverkning. Artiklarna togs fram genom Google Scholar med nyckelsökordet ”Paper Industry” och boken kom från en rekommendation från handledaren på Nymölla Bruk. Övriga teorier är antingen internt material från Nymölla Bruk, med allt från utbildningsmaterial till miljöredovisning, eller material från leverantör, produktspecifikationer och beskrivningar.

För att få en teoretisk grund till att kunna behandla och analysera resultatet från arbetet, användes olika material kring lean. I avsnittet användes artiklar, böcker och material från en konsult med syftet att få en teoretisk förståelse till arbetet med förbättringar. För att få den grundläggande förståelsen bakom lean konceptet användes ett par böcker som rekommenderades av Nymölla. Lean i processindustrin är ett avsnitt som inkluderas för att förstå hur lean ser ut i en bransch som inte följer den typiska lean-stereotypen, huvudsökordet för artikeln var “lean processindustry” och den söktes fram genom Google Scholar. Konsulten Per-Erik Johanssons material kom också från en rekommendation av Nymölla och i hans material tas det upp hur man kan arbeta och tänka lean vid arbetet med energieffektivisering. Materialet ger ett mer praktiskt tillvägagångssätt på hur lean kan appliceras vid de olika stadierna under energikartläggningen.

3.3 Energikartläggning

I en energikartläggning enligt lag 2014:266 är den övergripande energikartläggningen en viktig del, eftersom den tydligt påvisar vilka delar som utgör betydande energianvändare i verksamheten [11]. I motsvarande kartläggning på Nymölla Bruk samlades data in kring brukets användning av olika energislag och var energin används i verksamheten. Denna data samlades in från företagets interna databaser och hos deras energileverantörer. Därefter ställdes insamlade data upp för att skapa en klar och tydlig bild av företagets energianvändning. Energikartläggningen ska även innehålla en betydande energianvändare som man fokuserar lite extra på, i detta fall vakuumsystemet på PM1. Därför ska mer detaljerade data för energianvändningen hos denna användare också tas fram tillsammans med den övergripande energikartläggningen så att man kan skapa sig en uppfattning om hur betydande den utvalda energianvändaren är i förhållande till hela verksamheten [11]. Energidata för varje enskild vakuumpump i vakuumsystemet kunde hittas i de interna databaserna.

För att energianvändningen i vakuumsystemet på PM1 skulle kunna ställas i än mer tydligt perspektiv till övriga verksamhetens användning, samlades energidata in för delnivåer i verksamheten. På det viset kommer vakuumsystemets betydelse ur ett energiperspektiv att bli tydligare.

3.4 Produktionskartläggning

På företaget finns det mängder av dokument att ta del av i den interna databasen. Därur togs bland annat processritningar för vakuumsystemet. Observationer genomfördes av vakuumsystemet i verkligheten för att komplettera ritningarna. Vakuumpumparna och dess sammankoppling var det som främst observerades i produktionen eftersom de låg i fokus för arbetet. I denna del ingick också att fastställa vakuumsystemets olika delar. Dessa kunde man finna i ritningarna, men de observerades också i verkligheten för att försäkra sig om hur det verkligen var. För att visualisera detta nuläge, användes en presentationsmetod som Nymölla rekommenderade där man kartlägger det utvalda området med hjälp av post-it-lappar (se Bilaga 1).

3.5 Intervjuer

En pappersmaskins funktioner och delar är oftast samma på alla pappersmaskiner i branschen, men vakuumsystemet kan skilja sig åt en del. Därför är intervjuer en viktig metod i insamlingen av data som rör just PM1 på Nymölla. Personer med olika positioner och erfarenheter ska intervjuas för att skapa en nyanserad bild av vakuumsystemet. Alla intervjuerna kommer ha tämligen låg grad av standardisering och struktur på grund av osäkerheten i vad intervjuobjektet har att bidra med. Förhoppningen är att intervjuerna, i takt med att arbetet fortskrider, kommer bli mer strukturerade och inriktade på tydliga sakfrågor. I intervjuer med högre struktureringsgrad har inte intervjuobjektet särskilt stor frihet i typen av svar som denne kan ge och i de med lägre struktureringsgrad kan svaren vara mer fria [23].

3.5.1 Peter Fleron – Produktionstekniker PM

Fleron är produktionstekniker på pappersmaskinerna och är en av dem som har ansvar för det dagliga arbetet med vakuumsystemet. Därför är hans bidrag till arbetet av stor vikt under flera stadier. Dels spelar Fleron en betydande roll i introduktionen av projektet där man behöver bilda sig en övergripande förståelse av vakuumsystemet. Men hans expertis är framför allt en viktig informationskälla i arbetet med identifieringen av förlusterna. När slutsatser tagits fram kan Fleron även fungera som bollplank för att utveckla dessa.

3.5.2 Mats Dahlqvist - Underhållsingenjör

Dahlqvist har en position som inte är lika direkt kopplad till vakuumsystemet som Flerons. Men han har stor insikt i vakuumpumparna, som har en naturligt viktig roll i vakuumsystemet. Dahlqvists perspektiv och specialkompetens är tänkt att ge en extra dimension av arbetet som kan leda till mer konkreta förbättringsförslag kring vakuumpumparna.

3.5.3 Operatörer

Eftersom det är operatörerna som använder vakuumsystemet i sitt dagliga arbete är det viktigt att få ta del av deras perspektiv. Denna intervju anses inte vara av stor vikt i datainsamlandet,

men ska förhoppningsvis bidra till att förbättringsförslagen blir så bra som möjligt för alla aktörer.

3.6 Analysmetod

På Nymölla Bruk har man arbetat med etablering av lean i cirka två år och man är angelägna om att fortsätta den utvecklingen. Därför har man önskat att arbetet ska kunna kopplas till lean så att det får en naturlig plats i Nymöllas förbättringsarbete. Denna inriktning kommer göras i analysen av resultatet där grundläggande och mer specialiserad litteratur inom området kommer användas för att söka svar på frågeställningarna.

4

Verksamhet

Avsnittet ger en övergripande beskrivning av tillverkningen av papper i allmänna pappersbruk och en mer detaljerad beskrivning av tillverkningsprocessen hos Nymölla Bruk från vedråvara till emballerade produkter, färdiga för leverans till kund.

4.1 Papperstillverkning

Det krävs fem generella steg för att producera papper: råmaterials förberedning, massakokning, blekning, kemisk återhämtning och själva papperstillverkningen [24, p. 1]. Fokus i rapporten ligger i det femte steget, papperstillverkningen, eftersom det är i en pappersmaskin som vakuumsystemet verkar. Papperstillverkningsprocessen är i huvudsak en lång avvattnings- eller torkprocess [25, p. 16]. Rent allmänt består ett typiskt pappersbruk av en sektion med diverse råmaterials förberedelser, ett ingående system av råmaterialet till pappersmaskinen, en inloppslåda, ett viraparti, ett pressparti, ett torkparti, en ytbehandlingssektion, ett upprullnings parti och övriga slutproduktsprocesser. [24, p. 1]. Tillverkningsprocessen initieras med att massan sprids ut på viran, där vätska förs bort av gravitationskraften. Vidare avvattnas massan med hjälp av antingen tryck eller värme och följaktligen beroende på önskad slutkvalitet appliceras en viss mängd beläggningar [8, p. 3]. Huvuddelen av avvattningen i pappersmaskinen sker mekaniskt i vira- och presspartiet. Det vatten som sedan inte kan föras bort mekaniskt avdunstas i torkpartiet. Torrhalten i massan är generellt efter virapartiet mellan 16–23 %, efter presspartiet 40–50 % och efter torkpartiet 91–95 % [25, p. 55].

4.2 Övergripande verksamhetsbeskrivning Nymölla

Figur 3: Från ved till papper, Nymölla [26]

Nymölla Bruk är ett integrerat bruk, med en massafabrik och ett pappersbruk, där man utvecklar och tillverkar pappersmassa respektive obestruket finpapper. Den högsta tillåtna tillverkningsvolymen är årligen 350 000 ton för massa och 560 000 ton för finpapper [26].

4.2.1 Transport, Vedgård, Renseri och Flishugg

Den ingående vedråvaran består av rundved och sågverksflis [26]. Rundveden, barrved och lövved, utgör 64 % av totala vedråvaran, de resterande 36 % utgörs av sågverksflis [6]. Veden lagras först på en vedgård, varpå de förs till renseriet, där barrveden och lövveden delar upp sig i två inmatningslinjer. Barrlinjen hanterar barrveden och sågverksfliset medan lövlinjen

4.2.2 Flisstack

Barrvedsflisen behöver lagras i ungefär sex veckor för att minska på andelen kåda och andra extraktivämnen [26]. Harts och extraktivämnen kan störa funktionaliteten i maskinerna samt bidra till oattraktiva pappersegenskaper. Efter lagringen är barrvedsflisen redo för att transporteras tillsammans med lövvedsflisen till kokeriet [31].

4.2.3 Kokeri

I kokeriet kokas flisen i magnesiumbisulfit (Mg(HSO3)2), där cellulosafibrerna frigörs från

lignin och andra extraktivämnen. Kokningen görs satsvis och respektive kokning tar omkring 8 timmar, varpå fliset kokats ihop till en pappersmassa [26].

4.2.4 Försileri och Tvätteri

Efter kokningen rengörs pappersmassan först från de större beståndsdelarna som kvistar och småsten i tvätteriet. Därefter frigörs den även från de mindre delarna, som barkfragment och sand, genom silning. I barrlinjen pumpas massan vidare till tvättpressar och i lövlinjen till tvättfilter. Den avskilda kokvätskan, avlut eller tunnlut, som pressats ut återvinns sedan i återvinningsanläggningen [27].

4.2.5 Återvinningsanläggning

I återvinningsanläggningen indunstas tunnluten till tjocklut, som i sin tur förbränns i två återvinningspannor. Åtminstone 95 % av alla kokkemikalierna som använts, återanvänds här för att bereda ny koksyra. Men utöver återvinningspannorna finns det även en fastbränslepanna, där rester från föregående processer eldas tillsammans med olja och gasol för att driva två mottrycksturbiner som genererar elkraft [26].

4.2.6 Blekeri och Eftersileri

I nästkommande process bleks massan med ett antal kemikalier för att få en ljusare karaktär än den gulbruna nyansen som den har vid det här stadiet. Kemikalierna som används vid blekningsprocessen är syrgas (O2), natriumhydroxid (NaOH), väteperoxid (H2O2) och

komplexbildare EDTA (etylendiamintetraättiksyra). Massan som framtas är fullständigt klorfri och är därmed en så kallad TCF-massa (Totally Chlorine Free). Blekningsprocessen varar i uppskattningsvis 8–12 timmar, och efter blekningen silas massan en sista gång innan den förs vidare till pappersbruket [26].

4.2.7 Till torkmaskin

Den betydande delen av massan som förs vidare efter blekning och silning pumpas direkt vidare genom rörledningar till pappersbruket. Men den mindre resterande delen av massan torkas och balas för vidare distribuering till extern kund [27].

4.2.8 Pappersmaskiner

Massan förs genom rörledningarna in till pappersbruket där det finns två stycken opererande pappersmaskiner, PM1 och PM2. Pappersmaskinerna producerar finpapper av pappersmassan genom stegvisa avvattnings- och kvalitetsprocesser. Där avvattningen är maskinens huvuduppgift och utgörs i tre sektioner vira-, press- och torkpartiet. Pappersbruket använder sig huvudsakligen av den barr och lövmassa som producerats fram i massafabriken, men använder också en viss del inköpt massa från annat håll som besitter vissa specialegenskaper [26].

4.2.9 Skärning, Arkning och Utlastning

I slutgiltiga delen i pappersbruket, konverteringsavdelningen, så skärs pappret först ner i antingen rullar eller önskade arkformat och paketeras därefter för att slutligen transporteras mot slutkund [26].

4.3 Pappersmaskin Nymölla

Figur 4: Schematisk bild av pappersmaskin [28]

Pappersbruket är en av de två huvudenheterna på Nymölla Bruk vars syfte är att förädla pappersmassa till papper. Det finns två opererande pappersmaskiner inne på bruket, PM1 och PM2. De två maskinerna är i princip identiska, med enbart viss prestandaskillnad, samt att PM2 inte har någon skopress [29]. Huvudfokus kommer ligga på PM1 eftersom vakuumsystemet som ska studeras opererar i den pappersmaskinen, men processen är likvärdig i PM2.

PM1 initierades 1972 och är i bruk än idag. Genom åren har maskinen gått igenom en hel del förändringar, som delvis berott på implementering av ny teknik men också av olika praktiska skäl. I PM1 produceras kopieringspapper, kuvertpapper och offsetpapper, där det kändaste varumärket som produceras är MultiCopy. PM1 har kapaciteten till att producera omkring 220 000 ton papper/år [29].

4.3.1 Mäldberedning och Inloppslåda

Massan som till huvuddel kommer in från massafabriken, med undantaget av den massa som köps in på grund av vissa specialkvaliteter, pumpas genom rörledningar in till pappersmaskinerna på bruket. Första steget i processen är att tvätta och blanda massan med fyllmedlet PCC (Precipitated Calcium Carbonate), andra kemikalier och med den kassation som uppkommit från produktion, som man späder ut med vatten. PCC är ett fyllmedel som tillsätts för att förbättra vissa av papprets egenskaper som tjockleken och opaciteten, ett färdigt papper består av ungefär 20 % PCC. Efter blandningen får man en så kallad mäld, som består av ungefär 1 % massa och 99 % vätska. Mälden förs sedan vidare till inloppslådan som fördelar upp hela blandningen jämnt över virans bredd [29]. En vira är en slags filterduk som används för filtrering och avvattning i papperstillverkning, numera generellt utgjord av polyester [30]. Innan mälden når presspartiet har en del vatten dränerats genom viran av delvis naturlig gravitation men också sugits in med hjälp av det undertryck som bildas under viran av blåslådor som sätts i vakuum [31].

4.3.2 Pressparti

När mälden anländer till presspartiet har den uppnått en torrhalt på omkring 20 %. Banöverföringen från vira- till presspartiet, görs genom att pappret sugs fast mot presspartiets bana med hjälp av det undertryck som sugvalsarna sätts i av vakuumpumparna [31]. Väl i presspartiets bana förs det våta pappret till pressnypen där vätska pressas ut både upptill och nertill, för att ge pappersarket jämnt fördelade egenskaper [29]. I pressnypen pressas pappret och all den befintliga vätskan ihop mellan två valsar. Vid nypets maximipunkt, där nypet pressar samman som mest, bildas en hastighetsökning av vätskeflödet. Ökning av vätskeflödes hastighet resulterar i en ökad torrhalt, och flödeshastigheten ökar eftersom vätskevolymen är högre än porvolymen i filten och således tvingas vätskan framåt. Efter presspartiet har en torrhalt på strax över 50 % uppnåtts, av filtarna och valsnypen [31].

4.3.3 Torkparti

4.3.3.1 Förtork

Den vätska som inte går att ta bort mekaniskt avdunstas följaktligen i torkpartiet. Pappret anländer från presspartiet med en torrhalt på omkring 50 % som efter torkpartiet ökas till 90– 95 %. Torkpartiet är, trots bara en liten del av hela avvattningsprocessen, den största energikonsumenten för en pappersmaskin [25, p. 55]. Processmässigt går pappret först genom en förtvätt, som med hjälp av ånguppvärmda cylindrar avdunstar huvuddelen av den kvarvarande vätskan i massan, så att pappret uppnår en tillräckligt hög torrhalt för de kommande ytbehandlingsstegen [18]. Ångan till de 37 torkcylindrarna genereras fram från pannhuset i massafabriken [29]. Förtorken förses med nödvändig energi av ång- och kondensatsystemet, som även ser till att torkcylindrarna uppnår korrekt yttemperatur och reglerar ångtrycket [32].

4.3.3.2 Ytbehandling och Eftertork

Innan pappret kan skäras upp och paketeras går det först igenom ett par ytbehandlingsprocesser, först en ytlimningsprocess följt därpå av ytstruktursbearbetning med kalander [29]. Vid papperstillverkning används ofta en ”surface sizing” enhet för att optimera vissa ytegenskaper innan pappret kan vidare behandlas [25, p. 47]. Ytlimmet appliceras bland annat för att förbättra egenskaper som allmän ytstyrka, styvhet, delamineringstyrka och även för att reducera bildningen av damm [33]. Ytlimmet, som innehåller kokt stärkelse (vete, majs eller potatis), appliceras av valsar och efter limningen torkas pappret av i en eftertork som består av 12 uppvärmda torkcylindrar [29]. Eftertorkningen är nödvändig för att återuppnå den slutgiltiga torrhalten på pappret på omkring 95 %, som kontamineras eftersom pappret tvingas fuktas inför ”surface sizing” till en torrnivå på omkring 65–75 % [25, p. 47]. Vidare från eftertorken förs massan till kalandern där den pressas (glättas) ihop i ett nyp mellan en hård och en mjuk vals, för att få en jämn yta på pappret [29]. Målsättningen med glättningen är bland annat att förbättra slätheten på ytan, reducera absorberingsförmågan av oljor och för att kontrollera att rätt tjocklek upprätthålls i tvärriktning [34].

4.3.4 Upprullning

Från kalandern rullas pappret upp på en maskinrulle, även kallad tambour, som har kapacitet till att hålla omkring 27 ton papper, med bredd på 6,6 m och en längd på över 50 km. I det här stadiet har pappret sin slutgiltiga fukthalt på 4–6 % [29].

4.3.5 Konvertering

Slutgiltiga steget inför utlastning är konverteringen, där pappret skärs upp efter önskad arkstorlek och packas i omgångar om 500 ark. Stansning kan utföras vid kundönskemål, men utförs innan uppskärningen av pappret. Huvudfokus ligger på A4 storleken, där man har kapacitet för att tillverka omkring 300 000 ton och kan i konverteringen generera fram 2300 A4 ark i sekunden. Inför kundleverans lagras det emballerade och packade pappret i ett färdigvarulager [29].

5

Nulägesbeskrivning

I avsnittet redovisas studiens resultat, där det först tillkommer en övergripande beskrivning av Nymöllas energiförbrukning, följt av en fördjupning av vakuumsystemet och slutligen presenteras de identifierade förlusterna i systemet.

5.1 Övergripande energianvändning

Här följer en redovisning av Nymölla Bruks energianvändning med de olika energislagen och dess användningsområden. Data är hämtad från energileverantörer och företagets interna energistatistik och har endast samlats in från 2017 eftersom man i en energikartläggning ska samla data från det senaste hela året. På grund av att vakuumsystemet endast använder el kommer extra fokus att riktas mot elanvändningen. Resultatet presenteras i gigawattimmar (GWh), för att detta är den vanligast förekomna enheten på bruket.

Tabell 3: Energikartläggning Nymölla Bruk

På bruket används tre sorters energibärare, vilka är el, ånga och bränslen. Ångan är den överlägset största av dessa och utvinns ur den egna produktionen. I verksamheten producerar man egen el genom att låta ånga som uppstår vid förbränning av restprodukter driva två mottrycksturbiner. Resterande el som behövs köps in. Bränslet kan delas upp i biobränslen och fossila bränslen. Nymölla Bruk använder till största del biobränslen, där stor del är egenproducerat. En knapp fjärdedel av bränsleanvändningen består av fossila bränslen i form av olja och gasol. I fokuseringen på elanvändningen kan man se att brukets två delar, massafabrik och pappersbruk, använder i princip lika mycket el. Pappersbruket, där vakuumsystemet verkar, delas i sin tur upp i två delar - PM1 och PM2. Fördelningen av el mellan dessa är också jämn, men med en liten övervikt på PM2. Elanvändningen på PM1 står för cirka en tredjedel av PM1:s totala energianvändning, där resterande energi kommer från ånga. Vakuumsystemet i PM1 använder endast el och utgör cirka elva procent av totala elanvändningen på PM1. Användningen av el hos de olika vakuumpumparna på PM1 år 2017, sprider sig mellan en till drygt två gigawattimmar. Det beror på att de belastades olika mycket under året och är av olika sort.

Tabell 4: El fördelning vakuumpumpar PM1

841 842 843 844 845 846 847

GWh 1,5 2,1 1,6 1,8 2,1 1,0 1,4

5.2 Fördjupning vakuumsystem

Vakuumsystemet på PM1 närvarar i vira- och presspartiet i tillverkningsprocessen, med syftet

Energi Nymölla El Ånga Bränsle

465 GWh 1 972 GWh 492 GWh

Elförsörjning Egenproducerat Köpt

181 GWh 297 GWh

Bränsleförsörjning Egenprod. biobränsle Köpt biobränsle Olja Gasol

274 GWh 102 GWh 44 GWh 71 GWh

El fördelning Massafabrik Pappersbruk

232 GWh 234 GWh

El fördelning PB PM1 PM2

105 GWh 128 GWh

Energi PM1 El Ånga

105 GWh 229 GWh

El fördelning Vakuumsystem Övrigt PM1

sugvalsar eller suglådor i undertryck, vilket leder till att vattnet i pappersmassan sugs bort utmed pappersbanan. För att generera fram undertrycket drivs vakuumsystemet av sju eldrivna vätskeringsvakuumpumpar. Undertrycket i systemet regleras antingen av ventiler eller genom att man använder vad man kallar tjuvluft, som enkelt sagt innebär att man suger in luft från omgivningen för att justera luftflödet i systemet.

5.2.1 Kartläggning

Figur 5: Schematisk bild av vakuumsystemet

Figuren är en förenklad version av de faktiska ritningarna (se Bilaga 2) av vakuumsystemet, för presentationen på företaget utfördes även en mer praktisk variant, efter en utgjord standard (se Bilaga 1).

5.2.2 Punkter i tillverkningen

Systemet verkar direkt på 16 punkter i tillverkningsprocessen som sträcker sig mellan vira- till presspartiet. De punkterna har olika prestandakrav på sig, som härrör från vad som krävs för

tillverkningen. Gemensamt för samtliga punkter är att det krävs ett visst undertryck för att utföras dess syfte. Punkterna är antingen olika suglådor eller valsar som sätts i ett undertryck för att antingen avvattna pappret, hålla pappret längs banan eller för att underhålla filten. Vissa av punkterna kräver högre undertryck än andra och vissa är känsligare angående vilka värden man kan ligga inom.

5.2.3 Avskiljare

Mellan punkterna i tillverkningen och vakuumpumparna går flödet genom en vätskeavskiljare, som avskiljer det bortsugna vattnet från luften. Vattnet går därifrån vidare till bakvattentanken (BV-tanken) och luften mot vakuumpumparna. Vira- och presspartiets avskiljare skiljer sig något från varandra både geografiskt och fysiskt. Den geografiska skillnaden beror på att avskiljarna befinner sig relativt nära var de verkar i tillverkningen och den fysiska skillnaden beror på att presspartiets avskiljare är större än virapartiets, vilket beror på att det avvattnas mer i presspartiet. Alla sugpunkterna i tillverkningen är kopplade genom rörledningar till någon av avskiljarna.

5.2.4 Flöde mellan

Systemet är sammanbundet med rörledningar, som går från punkterna i tillverkningen genom avskiljarna och slutligen till vakuumpumparna. Luften i systemet komprimeras i vakuumpumparna och släpps ut till atmosfären och vattnet går från avskiljaren till BV-tanken.

5.2.5 Vakuumpumpar

Vakuumpumparna är geografiskt placerade intill varandra, av praktiska skäl, och driver alla olika delar i tillverkningsprocessen. De går alla direkt eller indirekt till åtminstone en punkt i tillverkningsprocessen med behov av undertryck. Av de sju vakuumpumparna är sex av modell Nash Liquid Ring 904 P2 och en Nash Liquid Ring 904 S1. Båda varianterna är vätskeringspumpar från samma tillverkare i samma serie, skillnaderna mellan de är antingen i dimension eller prestanda. Bokstaven ”P” eller ”S” beskriver dimensionerna på vakuumpumpen och flödeskapaciteten, vakuumpump ”P” är mindre än ”S” och ”1” eller ”2” indikerar om vakuumpumpen är mer eller mindre lämpad för höga undertrycksnivåer (se Bilaga 3). Följaktligen för de punkterna i tillverkningen där det krävs ett högt undertryck, exempelvis guskvals hög zon 2 som kräver att man ligger mellan ett intervall på -55 till -60KPa, använder man sig av modell P2 eftersom den lämpar sig mer mot högre undertrycksnivåer. Medan punkterna i virapartiet som kräver mellan -15 till -30KPa är mer lämpade för modell S1 som kan behandla mer flöde snarare än att nå höga undertrycksnivåer.

Man hade tidigare åtta vakuumpumpar i systemet, men efter en utredning kom man fram till att man kunde ta bort en vakuumpump i utbyte mot att koppla ihop några av de andra vakuumpumparna via rörledningarna så att de kunde hjälpa varandra. Anledningen till att man gjorde det var för att reducera totala energianvändningen i vakuumsystemet.

5.3 Förluster

5.3.1 Krav-, bör- och ärvärden

Alla punkterna i tillverkningen har lite olika syften för att bidra till slutprodukten, men gemensamt för samtliga är att de kräver ett visst undertryck för att utföra sitt syfte. De hämtade undertrycksvärdena för punkterna är utryckta i -KPa eftersom det är undertryck som behandlas och för att det är den enheten som används på bruket vid tryckmätningar. Ärvärdena har framtagits ur ett medelvärde vid normal kontinuerlig drift under en period på sex månader, där avvikande värden i systemet som exempelvis vid produktionsavbrott inte inräknats i medelvärdet. Börvärdena är de önskade värden som satts för punkterna under mätperioden. Kravvärdena är hämtade från företagets egna erfarenheter och har satts som ett intervall med ett spektrum på 5KPa. Att hamna utanför ett kravvärde resulterar antingen i att avvattningen vid punkten blir för stor eller liten, att pappret inte kommer hålla sig på banan eller att filten inte kommer ha rätt egenskaper. Det är viktigare för tillverkningen att vissa punkter håller sig inom gränserna än andra, som för exempelvis guskvals hög zon 2 där överföringen mellan vira- till presspartiet utförs samt även en stor del av avvattningen.

Tabell 5: Krav-, bör- och ärvärden Område Kravvärde

(kPa) Börvärde (kPa) Ärvärde (kPa) Syfte

Skimmer -5,52 Pappersegenskaper

Duoformer zon 1 ~-13 -11,55 Pappersegenskaper Duoformer zon 2 -15 -15,14 Pappersegenskaper Separationslåda -25 till -30 -29 -27,57 Banhållning Suglåda 2 -20 till -25 -19 -19,40 Avvattning Suglåda 5 -25 till -30 -25 -24,51 Avvattning

Guskvals låg zon 1 -61,42 Avvattning, Banhållning Guskvals hög zon 2 -55 till -60 -60 -65,28 Avvattning, Banhållning

Pick-up vals -70 -55,37 Banhållning

Pressugvals låg zon 1 -70 -52,85 Avvattning Pressugvals hög zon 2 -65 -64,46 Avvattning 1:a Pressfilt -25 till -30 ~-27 -33,17 Filtunderhåll 3:e Pressfilt -20 till -25 ~-30 -32,30 Filtunderhåll Pick-up filt suglåda ~-46 -41,10 Filtunderhåll Pick-up filt suglåda 2 -20 till -25 -27,93 Filtunderhåll Transfersugvals -20 till -25 ~-25 -28,88 Filtunderhåll

Som tabellen visar så har ärvärden identifierats hos samtliga 16 punkter i tillverkningen med behov av undertryck, bland dem har också 13 börvärden samt åtta kravvärden identifierats. Det saknas alltså bör- och kravvärden på vissa av platserna i tillverkningen. Ett kravvärde kan antingen saknas för att man inte fullständigt vet vad kravet är, för att punkten saknar krav eller att ett krav är ansett som relativt irrelevant för punkten. Anledningen till att ett börvärde saknas beror på att man inte har något önskat börvärde för punkten. Bland de 13 börvärdena i tabellen är vissa mer korrekt definierade än andra, vilket beror på att en del är väldigt varierande i tillverkningen och följer vissa trender (de med ~ framför), andra värden är satta mycket högre än vad man faktiskt ligger på (de på -70KPa) vilket beror på att man satt ett värde som systemet aldrig kommer att nå, men ett som systemet arbetar mot att uppnå, vilket medföljer att man får ett så högt ärvärde som möjligt på platsen.

5.3.2 Tjuvluft

För att uppnå rätt undertrycksnivåer för det aktuella tillståndet i produktionen, använder man sig av vad man kallar tjuvluft. Med tjuvluft syftar man på den luft man suger in från omgivningen för att reglera vakuumnivåerna. Tjuvluften sugs in genom ventiler som är placerade i olika områden av tillverkningen. I vakuumsystemet lokaliserades tre ventiler, en vid guskvals hög zon 2, en vid 1:a pressfiltsuglåda och en vid 3:e pressfiltsuglåda. Ventilerna hade under en period på 6 månader en genomsnittlig öppningsgrad på 21 %, 27 % respektive 22 %. Öppningsgraden innebär hur stor andel av ventilen som är öppen, så om öppningsgraden är på 100 % är ventilen helt öppen och om den är på 0 % är den helt stängd.

Tabell 6: Tjuvluftsventilernas öppningsgrad Område Öppningsgrad

Guskvals hög zon 2 21 % 1:a Pressfilt suglåda 27 % 3:e Pressfilt suglåda 22 %