Paineilma-, kaasu- ja alipainevuotojen havaitseminen JA piilotuottojen löytäminen

05-16-2019 | Energiatehokkuus

Paineilma-, kaasu- ja alipainejärjestelmät ovat tuotanto- ja teollisuuslaitoksissa tärkeitä muunnetun energian lähteitä. Kompressorit ovat esimerkiksi sähköä vaivattomampi energiantuotantotapa, minkä vuoksi ne ovat nykyään erittäin yleisiä kaikenlaisissa tehtaissa. Niiden avulla käytetään koneita, työkaluja, robotteja, lasereita, tuotteiden käsittelyjärjestelmiä ja monia muita laitteita.

Fluke- vuotoäänen paikannin

Fluke- vuotoäänen paikannin

Jos paineilma-, kaasu- ja alipainejärjestelmistä ei pidetä huolta ja ne pääsevät kulumaan, voi seurauksena olla pahin mahdollinen hukka, jatkuvat painevuodot. Vuotoja voi esiintyä piilossa koneiden takana, liitäntäpisteissä, korkealla kiinteässä putkistossa, haljenneissa putkissa tai kuluneissa letkuissa. Hävikkiä kertyy nopeasti ja se voi aiheuttaa jopa tuotantoseisokkeja.

Kallista hukkailmaa

Yhdysvaltojen energiaministeriön mukaan paineilmaletkussa oleva yksittäinen 3 mm:n kokoinen vuotoalue voi aiheuttaa vuodessa yli 2 500 dollarin kustannukset. Keskimääräinen tehdas, jonka kunnossapitoa on laiminlyöty, voi hukata vuotojen takia jopa 20 % tuottamastaan paineilmasta. Uuden-Seelannin hallitus on arvioinut osana kestävyyshankettaan, että järjestelmässä esiintyvät vuodot voivat syödä peräti 30–50 % paineilmajärjestelmän kapasiteetista. Paineilma-, kaasu- ja alipainevuotojen nopea havaitseminen on eräs piilotuottojen lähde. Paineilmavuodot voivat johtaa myös pääomakuluihin, uudelleenkorjauksiin, tuotantoseisokkeihin tai laatuongelmiin sekä huoltokustannusten kasvamiseen.

Vuotojen aiheuttamat painehäviöt pyritään usein "ylikompensoimaan" hankkimalla tarvetta suurempi kompressori, mikä aiheuttaa merkittäviä pääomakustannuksia sekä aiempaa suurempia energiakustannuksia. Järjestelmän vuodot voivat aiheuttaa myös paineilmasta riippuvaisten laitteiden vikaantumisen alhaisen järjestelmäpaineen vuoksi. Tämä voi johtaa tuotannon viivästyksiin, ennakoimattomiin katkoksiin, laatuongelmiin, käyttöiän lyhenemiseen sekä huoltotarpeiden lisääntymiseen kompressorien tarpeettoman käyttämisen vuoksi.

Erään amerikkalaisvalmistajan kunnossapitopäällikkö kertoo esimerkkinä, että liian alhainen ilmanpaine yrityksen paineilmakäyttöisissä momenttityökaluissa voi mahdollisesti johtaa tuotevikoihin. ”Jos tuotteen kiristysmomentti on liian suuri tai liian pieni, voi seurauksena olla takaisinvetoja. Se taas tarkoittaa ylimääräisten työtuntien käyttämistä prosessiin, jonka periaatteessa pitäisi olla hyvin yksinkertainen”, huoltopäällikkö toteaa. ”Menetetyt tuotot ja menetetyt yksiköt ovat rahan heittämistä hukkaan. Pahimmassa tapauksessa myös asiakkaat kaikkoavat, koska emme ole pystyneet toimittamaan haluttua tuotetta.”

Ei ole siis mikään ihme, että tehtaat, teollisuus ja hallitus näkevät paineilmajärjestelmät mahdollisena kustannussäästöjen lähteenä. Vuodot aiheuttavat hukkaa. Kun vuodot korjataan, säästyy rahaa, eikä tarvitse hankkia lisää paineilmakapasiteettia.

Vuotojen paikantaminen ja korjaaminen ei ole helppoa

Useissa tehtaissa ja laitoksissa ei ole käytössä vuodontunnistusohjelmaa. Vuotojen paikantaminen ja korjaaminen ei ole helppoa. Hukan ja kustannusten suuruuden määrittäminen edellyttää energia-asiantuntijoita tai -konsultteja, jotka käyttävät paineilmajärjestelmien tarkastamiseen energia-analysaattoreita ja -loggereita. Laskemalla järjestelmällisesti vuotojen ehkäisemisen vuotuiset kustannussäästöt he pystyvät perustelemaan, kuinka hankkeessa kannattaa edetä.

Paineilmajärjestelmien energiatarkastukset suoritetaan usein teollisuuden, hallituksen ja kansalaisjärjestöjen (NGO) kumppanuusohjelmilla. Compressed Air Challenge (CAC) on yksi näiden ryhmien vapaaehtoinen yhteistyöhanke. Sen ainoana tavoitteena on tarjota tuoteneutraalia tietoa ja koulutusmateriaaleja eri teollisuudenaloille, jotta paineilmaa tuotettaisiin ja käytettäisiin mahdollisimman kestävästi.

Miksi vuotojen havaitseminen ultraäänen perusteella on tehotonta?

Yleisesti käytössä olevat vuotojen tunnistuskeinot ovat valitettavasti melko alkukantaisia. Ikivanha keino on kuunnella, kuuluuko laitteesta sihisevää ääntä, mikä on monissa ympäristöissä käytännössä mahdotonta. Toinen keino on sumuttaa saippuavettä epäillylle vuotoalueelle, mikä taas on sotkuista ja saattaa aiheuttaa liukastumisvaaran.

Nykyään yleisin työkalu kompressorin vuotojen paikantamiseen on akustinen ultraääni-ilmaisin – kannettava elektroninen laite, joka tunnistaa vuotoihin liittyvät korkeataajuiset äänet. Tyypilliset ultraääni-ilmaisimet auttavat kyllä paikantamaan vuodot, mutta niiden käyttö on aikaavievää ja huoltohenkilöstö voi usein käyttää niitä vain suunniteltujen tuotantokatkosten aikana, vaikka tällaisina hetkinä muiden kriittisten laitteiden huoltaminen on yleensä tärkeämpää. Näiden laitteiden käyttö edellyttää myös sitä, että käyttäjä on lähellä laitteistoa, josta vuotoa etsitään. Tämä vaikeuttaa vuodon etsimistä vaikeapääsyisistä paikoista, kuten katosta tai muiden laitteiden takana olevasta kohteesta.

Sen lisäksi, että vuotojen etsiminen saippuavedellä tai ultraäänitunnistimilla vie aikaa, voi näiden menetelmien käyttäminen aiheuttaa turvallisuusriskejä, mikäli vuoto sijaitsee korkealla tai laitteiden alla. Tikkaille nouseminen tai laitteiden ympärillä ryömiminen voi olla vaarallista.

Paineilmavuotojen havaitseminen on merkittävässä käännekohdassa

Mitä jos olemassa olisi vuodontunnistustekniikka, jolla vuodon tarkka sijainti voitaisiin paikantaa jopa 50 metrin päästä meluisassakin ympäristössä ja laitteistoa sammuttamatta? Fluke on kehittänyt teollisuuskäyttöön tarkoitetun kameran, jolla kaikki tämä on mahdollista. Teollisuudessa työskentelevät kunnossapitopäälliköt kutsuvat Fluke ii900 -vuotoäänen paikannuskameraa mullistavaksi keksinnöksi paineilmavuotojen etsimisessä.

Tämä uusi vuotoäänen paikannuskamera – joka kykenee havaitsemaan laajemmat taajuusalueet kuin perinteiset ultraäänilaitteet – käyttää uutta SoundSight™-tekniikkaa, joka tuottaa paineilmavuodoista edistyksellisen visuaalisen kuvan samaan tapaan kuin lämpökamerat havaitsevat kuumia kohtia.

ii900-kamerassa on pienikokoisia, erittäin herkkiä akustisia mikrofoneja, jotka tunnistavat sekä ääni- että ultraääniaallot. Kamera tunnistaa äänilähteen mahdollisessa vuotopaikassa ja käyttää sitten patentoitua algoritmia, joka tulkitsee äänen vuodoksi. Tuloksista muodostuu SoundMap™-kuva – värillinen kartta valokuvan päällä – joka näyttää tarkalleen, missä vuoto on. Tulokset esitetään 7-tuumaisessa LCD-näytössä kuvana tai reaaliaikaisena videona. ii900-kamera voi tallentaa 999 kuvatiedostoa tai 20 videotiedostoa dokumentointia tai vaatimustenmukaisuuden varmistamista varten.

Suuret alueet voidaan skannata nopeasti, mikä auttaa paikantamaan vuodot paljon muita keinoja nopeammin. Laitteella on myös mahdollista suodattaa tuloksia voimakkuuden ja taajuusalueiden mukaan. Hiljattain eräässä tuotantolaitoksessa paikannettiin 80 paineilmavuotoa yhden päivän aikana käyttämällä kahta ii900-prototyyppiyksikköä. Kunnossapitopäällikön mukaan perinteisillä menetelmillä tuollaisen vuotomäärän paikantaminen olisi vienyt viikkoja. Kun vuodot löydettiin ja korjattiin nopeasti, säästyttiin mahdollisilta tuotantokatkoksilta, jotka tässä laitoksessa voivat arvioiden mukaan maksaa jopa 100 000 dollaria tunnissa menetettynä tuotantona.

Mistä vuotoja löytyy:

  • Liitännät
  • Letkut
  • Putket
  • Putkiliittimet
  • Putkien kierreliitokset
  • Pikaliittimet
  • Suodattimen, säätimen ja voitelulaitteen yhdistelmät
  • Lauhdeputket
  • Venttiilit
  • Laipat
  • Tiivisteet
  • Paineilmasäiliöt

Kuinka paljon hukkaat paineilmaa?

Ensimmäinen askel paineilma-, kaasu- ja alipainejärjestelmien vuotojen hallintaan on vuotomäärän arviointi. Jonkin verran vuotoa (alle 10 %) voidaan odottaa. Kaikki ylimenevä on hukkaa. Ensimmäiseksi on määritettävä nykyinen vuotomäärä, jotta sitä voidaan käyttää mittapuuna parannusten vertailuun.

Paras keino vuotomäärän arviointiin on ohjausjärjestelmän hyödyntäminen. Jos järjestelmässä on käynnistys- ja pysäytyspainikkeet, käynnistä kompressori, kun järjestelmä ei tarvitse sitä – joko työpäivän päätteeksi tai työvuorojen välissä. Suorita useira mittauksia, jotta pystyt määrittämään keskimääräisen ajan, joka kuluu paineen alenemiseen paineistetussa järjestelmässä (ennenkuin kompressori taas käynnistyy). Kun mikään laite ei ole käytössä, järjestelmän paineen purkautuminen johtuu vuodoista.

Vuoto (%) = (T x 100) ÷ (T + t) T = paineen nostoon kulunut aika (minuuttia), t = paineen laskuun kulunut aika (minuuttia)

Monimutkaisemman ohjausstrategian järjestelmissä vuotomäärä voidaan arvioida asettamalla painemittari säiliön (V, kuutiojalkaa) sekä toissijaisten säiliöiden, pääjohdon ja jakeluputkien jälkeen. Kun järjestelmässä ei ole toimintaa vuotoa lukuun ottamatta, nosta järjestelmä tavalliseen käyttöpaineeseen (P1, psi). Valitse toinen paine (P2, noin puolet P1-arvosta) ja mittaa aika (T, minuuttia), joka järjestelmältä kuluu P2-paineen saavuttamiseen.

Vuoto (ilmaa kuutiojalkaa minuutissa normaalissa ilmanpaineessa) = [(V x ( P1 – P2) ÷ (T x 14,7)] x 1,25

Kerroin 1,25 korjaa vuodon normaaliin järjestelmäpaineeseen, jolloin otetaan huomioon se, että vuodon määrä vähenee järjestelmän paineen laskiessa.

Vuotojen tehokas korjaaminen voi auttaa paineilmasta riippuvaisia yrityksiä vähentämään kustannuksia merkittävästi. Kun vuodot korjataan, energiaa säästyy, minkä lisäksi myös tuotantomäärät kasvavat ja laitteiden käyttöikä pitenee.