1. No category

 Bachelorprojekt ”Energioptimering af delstrømsanlæg” Søren Mølgaard Nielsen Rene Breinholdt Svanborg Clausen Fredericia Maskinmesterskole TVIS – Trekantens Varmetransmissions Selskab 1. Titelblad Titel: Energioptimering af pumpestation Problemformulering: Hvordan kan vi reducere på driften og derved nedsætte energiforbruget af delstrømsrensningen på P53 og Skærbækværket, uden at det sker på bekostning af den korrekte vandkvalitet, som fortsat skal opretholdes? Forfattere/studie nr.: Clausen, René Breinholdt Svanborg (E20121020) Nielsen, Søren Mølgaard (E20121032) Antal anslag: 84005 Afleveringsdato: Onsdag den 27. maj 2015 Uddannelsessted: Fredericia Maskinmesterskole Opgavetype: Afsluttende bachelor projekt Vejleder: Esben Stehr [email protected] 2 2. Abstract The purpose of this Bachelor thesis is to investigate the possibilities for optimising a partial flow system installed on the pump station of a Multicity District Heating transmission system. Partial flow systems maintain water quality by monitoring and adjusting pH levels, particle content and vacuum-­‐degassing, which is important to ensure the water within the system is corrosion-­‐
neutral with respect to the steel pipework and fittings. The partial flow treatment consists of two partial flow systems, which are located at Skærbækværket and pump-­‐station P53 in Fredericia Southern Jutland, Denmark The transmission system is filled continuously with desalinated water, whose pH is raised to 9.8 by the addition of ammonia solution and vacuum degassing to <20 ppb/l. O2. This project will also investigate the effect that changing the water has on the water quality in the transmission system and measure the effect that vacuum-­‐degassing has on the partial flow system. Water samples and trends from the Supervisory-­‐Control and Data-­‐system, will be analysed at Trekantområdets Varmetransmissionsselskab I/S (“TVIS”). Further; this paper has investigated the effectiveness of the partial flow system in operation at TVIS, and also assessed the possibilities for optimising the system to reduce power consumption, without compromising water quality. This analysis has utilised established theories and equations on corrosion and water chemistry contained in ‘Fjernvarme Vejlederen’.( Fælleskemikeren, feb. 2000’). The results suggest that the vacuum-­‐degassing is not operating as efficiently as possible and it is recommended that TVIS corrects this fault and subsequently takes new measurements of the vacuum–degassing system. Additionally this research concludes that the partial flow system P53 can be placed on standby, based on the assumption that no impurities are added and that the system water is replaced about every 4-­‐5 years. 3 3. INDHOLDSFORTEGNELSE 1. Titelblad ................................................................................................................................. 2 2. Abstract .................................................................................................................................. 3 4. Forord ..................................................................................................................................... 6 5. Indledning ............................................................................................................................... 7 5.1 Opgavetekst ................................................................................................................................... 7 5.2 Læsevejledning ............................................................................................................................... 8 5.3 Problemstilling ................................................................................................................................ 9 5.4 Problemformulering ....................................................................................................................... 9 5.5 Projektafgræsning .......................................................................................................................... 9 5.6 Hypotese ...................................................................................................................................... 10 5.7 Metode ......................................................................................................................................... 10 5.8 Teori ............................................................................................................................................. 11 5.8.1 Definition af begreber. .................................................................................................................. 11 5.8.2 ”Korrosion” ................................................................................................................................... 12 5.8.3 Materiel og komponenter ............................................................................................................. 13 5.8.4 Fjernvarmevandet kemiske sammensætning. .............................................................................. 14 5.8.5 Ilt og luft. ....................................................................................................................................... 14 6. Generel redegørelse .............................................................................................................. 14 6.1 Nettets opbygning ........................................................................................................................ 14 6.2 Vandkvalitet ................................................................................................................................. 16 6.3 Måleinstrumenter på P53 ............................................................................................................. 17 7. Redegørelse af delstrømsanlæg på P53 ................................................................................. 18 8. Redegørelse af Skærbækværkets delstrømsanlæg ................................................................ 21 8.1 Mekanisk filter .............................................................................................................................. 22 8.2 Spædevand ................................................................................................................................... 22 9. Vedligehold af fjernvarmevand på transmissionsnettet ........................................................ 23 10. Analyse ............................................................................................................................... 26 10.1 Summering af redegørelsen ........................................................................................................ 26 10.2 Vandbalance ............................................................................................................................... 27 10.2.1 Spædevand ................................................................................................................................. 28 4 10.2.2 Tab af fjernvarmevand ................................................................................................................ 30 10.2.3 Opsummering ............................................................................................................................. 31 10.3 Analyse af effektiviteten på aflufteren. ....................................................................................... 32 10.3.1 Metode for målinger på delstrømsanlægget .............................................................................. 32 10.3.2 Analyse af måleresultater ........................................................................................................... 33 10.3.3 Måleresultater: ........................................................................................................................... 34 10.3.4 Opsummering måleresultat ........................................................................................................ 36 10.4 Analyse vandprøver .................................................................................................................... 37 10.4.1 pH-­‐værdi ..................................................................................................................................... 41 10.4.2 Opsummering vandanalyse ......................................................................................................... 41 10.5 Besparelses potentiale ................................................................................................................ 41 10.5.1 Metode for måling af energiforbrugene ..................................................................................... 41 10.5.2 Besparelses potentiale ................................................................................................................ 42 11. Konklusion .......................................................................................................................... 45 12. Anbefalinger til TVIS ........................................................................................................... 47 13. Kilder og kildekritik ............................................................................................................. 50 14. Perspektivering ................................................................................................................... 52 15. Litteraturliste ...................................................................................................................... 53 16. Bilag .................................................................................................................................... 54 Bilag 1 -­‐ Projektskabelon .................................................................................................................... 54 Bilag 2 – Vandanalyser ........................................................................................................................ 57 Bilag 3 – Spædevands opgørelse ......................................................................................................... 59 Bilag 4 – Anlægstegning A3 ................................................................................................................. 59 Bilag 5 – Trendkurve fra SRO-­‐anlæg .................................................................................................... 60 Bilag 6 – Energiforbrug ....................................................................................................................... 63 Bilag 7 – Kontrakt mellem TVIS og Skærbækværket samt udtalelser ................................................... 65 Bilag 8-­‐ Flow og temperatur ............................................................................................................... 74 Bilag 9 -­‐ Mail korrespondance ............................................................................................................ 75 Bilag 10 –Vandkvalitets krav fra TVIS .................................................................................................. 75 5 4. Forord Dette projekt er et afsluttende bachelorprojekt, som led i maskinmesteruddannelsen på Fredericia Maskinmesterskole. Projektets to skribenter, René og Søren, vil indledningsvist gerne rette en stor tak til TVIS for et godt praktikophold, hvor der er blevet taget imod os med åbenhed og stor interesse fra alle virksomhedens medarbejdere. Vi vil i den forbindelse særligt rette en stor tak til følgende personer ved TVIS: •
Vedligeholdelseschef: Tommy Hermann •
Driftschef: Finn Junker •
Driftsmester: Per Søjberg •
Driftsmester: Niels Muurholm •
Driftsmester: Poul Fournaise •
Driftsmester: Brian Skovrup •
Driftsmester: Jonny Borgen Derudover vil vi også gerne rette en stor tak til vores vejleder fra Fredericia Maskinmesterskole, Esben Stehr, som har givet en god og konstruktiv kritik i forbindelse med projektet. 6 5. Indledning 5.1 Opgavetekst Trekantområdets Varmetransmissionsselskab I/S (TVIS) blev grundlagt i december 1982 som følge af aftaler mellem Trekantområdets kommuner. Virksomheden er i dag en varmetransmissions-­‐
virksomhed, som forsyner Trekantområdet med fjernvarme. TVIS’ tracé1 løber fra Kolding over Fredericia, med en gren til Middelfart og herefter videre til Vejle. TVIS er en grossistvirksomhed, der Figur 2 -­‐ Traceet fra Kolding over Middelfart til Vejle opkøber CO2-­‐ neutral overskudsvarme ved Trekantområdets industrivirksomheder som SHELL Raffinaderiet, Skærbækværket, Energnist2 og Carlsberg. Overskudsvarmen distribuerer TVIS herefter videre til fjernvarmeselskaberne i Figur 1 -­‐ Traceet fra Vejle til Kolding med en gren til trekantsområdet. Middelfart Fjernvarmevandet i tracéet cirkuleres af pumper på 5 pumpestationer og kan suppleres med varme fra 10 kedelstationer, som bliver styret og overvåget fra TVIS’ kontrolrum, der er placeret på Tonne Kjærsvej i Fredericia. Vores projekt startede med at være fokuseret på energioptimering af pumpestation P53, idet TVIS havde observeret et energiforbrug, der var over det dobbelte af, hvad de tilsvarende stationer brugte. Det blev kortlagt, hvilke forhold, der var anderledes, og som adskilte sig fra de øvrige stationer. I kortlægningen konstaterede vi, at forskellen lå i henholdsvis et delstrømsanlæg og et trykholderanlæg. Da trykholderanlægget alene er et backup-­‐anlæg, som af den grund ikke er meget i drift, blev fokus afgrænset til delstrømsanlægget. 1
2
Ledningsnet som transporterer varme Energnist hed tidligere Trekantområdets Affaldsforbrænding A/S (TAS) 7 Ved en nærmere undersøgelse af transmissionssystemet blev det kortlagt, at Skærbækværket også delstrømsrenser i vinter perioden på fjernvarmevandet samt producere vand til transmissionssystemet. Yderligere blev der sat spørgsmålstegn ved, om man kunne slukke eller reducere driften og derved energioptimere driften af delstrømsanlægget på P53, hvilket er hovedproblemstillingen i dette projekt. 5.2 Læsevejledning Med henblik på at give et overblik over projektet er nedenstående en beskrivelse og en illustration af projektets nærmere opbygning. Indledning • Problemstilling • Problemformulering • Hypotese • Metode • Afgrænsning Vedligehold af transmissionssystemet Analyse -­‐ Vandbalance Analyse – Måling af effektiviteten af vakuumafluftning Generel beskrivelse • Transmissionssystemet • Vandkvalitet Analyse – Skærbækværkets slukkeperiodes indflydelse
Redegørelse af delstrømsanlægget på P53 • Funktion • Krav Analyse – Besparingspotentiale Konklusion Redegørelse af delstrømsanlæg på Skærbækværket Metode for implementering Den første del af projektet udgør en indledning, herunder nærmere bestemt en problemstilling, en problemformulering, en hypotese, et metodeafsnit samt et teoriafsnit. I teoriafsnittet vil vi afklare forskellige begreber, som vi anvender i projektet. 8 Herefter har vi udarbejdet en generel redegørelse, hvori historik over TVIS’ transmissionssystem vil blive inddraget. Dernæst har vi beskrevet kravene til vandkvaliteten hos TVIS’ transmissionssystem, ligesom vi redegør for, hvorledes anlægget drives henholdsvis på Skærbækværket og ved pumpestation P53. Ydermere vil vi til sidst i redegørelsen sætte fokus på vedligehold af transmissionssystemet. Efterfølgende afsnit består af fire analyser, hvoraf den første har fokus på, i hvilke tilfælde der er risiko for forskellige former for indtrængning af urenheder og vand i TVIS’ transmissionssystem. Herefter har vi – via målinger på delstrømsanlægget – udarbejdet en analyse af effektiviteten af vakuumaflufteren. De to sidste analyser belyser effekten af delstrømsrensningen på Skærbækværket og pumpestation P53 samt behandle spørgsmålet om, hvilken eventuel besparelse der vil være i forbindelse med at slukke for delstrømsanlægget på P53. Afslutningsvist indeholder projektet en konklusion og en perspektivering samt en vejledende metode til at kunne sikre og overvåge vandkvaliteten i transmissionssystemet. 5.3 Problemstilling TVIS ønsker at få undersøgt, om det er muligt at ændre driften af delstrømsrensningen på henholdsvis Skærbækværket og ved TVIS’ pumpestation, P53. 5.4 Problemformulering Hvordan kan vi reducere på driften og derved nedsætte energiforbruget af delstrømsrensningen på P53 og Skærbækværket, uden at det sker på bekostning af den korrekte vandkvalitet, som fortsat skal opretholdes? 5.5 Projektafgræsning I projektet vil det i sagens natur ikke være muligt at ændre metoderne for delstrømsrensningen på Skærbækværket. Projektet vil derfor kun foreslå ændringer til delstrømsrensningen på P53, TVIS. Det vil ikke være muligt, at anskaffe dokumenterede vandprøver fra Skærbækværket, pga. implementeringen af vandprøveregistrering ikke er afsluttet. Vandprøver skulle bruges til at dokumentere, det spædevand Skærbækværket levere til transmissions systemet. 9 Under praktikperioden vil der ikke blive slukket for delstrømsanlægget P53. Det skyldes, at dødtiden4 i fjernvarmesystemet vil medføre, at det ikke vil ændre vandkvaliteten eller skabe brugbar data for analyse af vandkvaliteten. Det vil i projektet ikke være muligt, at dokumentere eventuelle mikroorganismer i transmissionssystemet, da det vil kræve en åbning af systemet, for at kunne undersøge en eventuel tilvækst. En medarbejder ved TVIS vurderer, at det ikke er en relevant risiko. 5.6 Hypotese Det forventes, at delstrømsrensningen på P53 vil kunne stoppes i den periode, hvor delstrømsrensningen kører på Skærbækværket. 5.7 Metode Med henblik på at kunne kortlægge den krævede vandkvalitet vil vi udarbejde en redegørelse samt en historisk opbygning af TVIS’ transmissionsnet. Det vil ske via undersøgelse af PI-­‐
diagrammer, projekteringsgrundlag og via observationer på pumpestationer. For at opretholde den nuværende driftsikkerhed redegør vi for, hvilke krav TVIS har til vandkvaliteten. Kravene, der består af pH -­‐værdi, ledningsevne samt iltindhold, vil blive dokumenteret via projekteringsgrundlaget. Vi redegør for mængden af fjernvarmevand, som årligt påfyldes anlægget for at kortlægge udskiftningen af fjernvarmevandet. Det vil blive dokumenteret ud fra spædevandsopgørelse af tilført fjernvarmevand til transmissionssystemet. Til redegørelsen af delstrømsanlægget på Skærbækværket har vi til projektet indsamlet viden fra interne medarbejdere i form af anlæggets opbygning og pumpernes driftsperiode. På grund af manglende vandprøver fra Skærbækværkets spædevand benytter vi kontraktudkastet på vandkvaliteten som dokumentation for sammensætningen af spædevandet. Endvidere anvender vi udtalelser fra medarbejdere på Skærbækværket. 4
Periode før en ændring registreres 10 For at vurdere risikoen for påvirkning af transmissionssystemet vil der være fokus på vedligehold og en kortlægning af dette. Til brug for kortlægningen har vi indsamlet data, og på baggrund af disse data undersøger vi proceduren efter reparation af transmissionssystemet. Formålet er at vurdere på indtrængende urenheder ved åbning af systemet. Med henblik på at analysere anlæggets indflydelse på vandkvaliteten vil vi i projektet udarbejde en forudgående redegørelse for delstrømsanlægget P53. For at sikre de nødvendige data vil vi indsamle et PI-­‐diagram på delstrømsanlægget og en anlægsbeskrivelse. Projektet indeholder en analyse omkring vandkvalitet. For at kunne konstatere, hvorvidt vandkvaliteten vil blive opretholdt ved et eventuelt stop af delstrømsrensningen på P53, har vi foretaget målinger på effektiviteten af vakuumaflufteren. Ligeledes har vi undersøgt, om kvaliteten på fjernvarmevandet opretholdes i perioden, hvor delstrømsanlægget på Skærbækværket er stoppet. Undersøgelsen bygger på en sammenligning af vandprøver foretaget ved TVIS samt information fra SRO-­‐systemet. I projektet har vi udarbejdet en analyse af forbruget til driften af delstrømsanlægget P53, og til dette har vi foretaget energimålinger samt en opgørelse over omkostninger til delstrømsanlægget. På baggrund af analyserne har vi afslutningsvist i projektet vurderet hvorvidt det er en fordel for TVIS at foretage ændringer i driften på delstrømsanlægget P53 i forhold til en uændret driftssikkerhed. Endelig vurderer vi, hvilke anlægsændringer TVIS kan foretage med henblik på at overvåge vandkvaliteten ved eventuelle ændringer af delstrømsdriften. 5.8 Teori 5.8.1 Definition af begreber. I dette afsnit definerer vi nogle af de nøglebegreber, som vi benytter i projektet i forbindelse med vandbehandlingen. Afsnittet omhandler den grundlæggende teori omkring vandets sammensætning og indvirkning på materiel. Det er særdeles vigtigt i forhold til forståelsen af vandbehandling. 11 5.8.2 ”Korrosion” Dette afsnit omhandler en nærmere definition af begrebet ”korrosion”, herunder korrosion i vandige miljøer. Korrosion defineres som en nedbrydning af materiel ved reaktion med omgivelserne5. Korrosion i forbindelse med vandige miljøer er oftest en elektrokemisk korrosionsproces. En elektrokemisk korrosionsproces består af to kemiske delreaktioner, henholdsvis en anodereaktion (+pol) og en katodereaktion (-­‐Pol) 6 Ved en anodereaktion er der et underskud af O2. Det giver en oxidationsproces, som opløser metallet og omdanner det til metalioner. Ved en katodisk reaktion er der et overskud af ilt. Ilten vil reagere med metalioner og skaber rust (magnetit). I en elektrokemisk korrosion vil der være en ligevægt mellem anodisk og katodisk reaktion. Ved dannelse af et oxidlag passiviserer man den anodiske reaktionen7, og dermed stopper man korrosionsprocessen. Alle metaller har forskellige spændingsrækker, som er metallets potentiale for at afgive elektroner i forbindelse med korrosion. Metallets omgivelser altså vandmiljøet er betydningsfulde i forhold til korrosion. Den mest udbredte form for korrosion sker ved reaktion mellem ilt/syre, vand og metal. Mangler en af disse elementer, går processen i stå. Der er en del faktorer, der udgør vandmiljøet, f.eks. pH-­‐værdi, ledningsevne, iltniveau, partikelindhold mv. Forhold der har indflydelse på vandmiljøet: pH-­‐værdi pH-­‐værdien har stor indflydelse på korrosion Det optimale pH-­‐område for stålkomponenter er 9,5 til 10 Ledningsevne • Ved lav pH-­‐værdi stiger korrosionen • Ved høj pH-­‐værdi passiviserer nogle metaller og andre korroderer Ledningsevne skyldes primært opløste salte, som har en indflydelse på iontransporten. Ved en forøgelse af salte, øges korrosionen. Måles i [µS/cm] 5
Jansen, Piet, 3. udgave, 2007. Pumpeståbi, side 325 Jansen, Piet, 3. udgave, 2007. Pumpeståbi, side 325 7
Jansen, Piet, 3. udgave, 2007. Pumpeståbi, side 325 6
12 Iltniveau Ilt8 har den kemiske betegnelse O₂. Mætningskoncentrationen i vand ved atmosfæretryk er 5-­‐10 mg O₂/l. Tilstedeværelsen af ilt i vand og luft er nødvendig for, at den væsentligste katodereaktions proces af korrosion i metaller er mulig. I iltfrie miljøer er korrosion af metaller udelukket. Det gør sig også gældende for en del metaller i basiske miljøer, og således opnår metallet fuldt resistens mod korrosion. Partikelindhold Kan have en slibende effekt, der kan nedbryde, det passive lag lokalt, og derved kan det give grubetæringer eller galvanisk korrosion. Salte og ioner Salte9 øger ledningsevnen i vand. Salte som klorid, sulfat, fluorid, karbonat, nitrat m.fl. betegnes som aggressive ioner. De er medvirkende til at danne korrosionsprodukter som opløste metalsalte. De passiverende ioner virker korrosionshæmmende med en effekt optil 95-­‐100%. 10
Tabel 1 Vandmiljøets indflydelse på korrosion 5.8.3 Materiel og komponenter Materiel og komponenter som pumpehjul, rør, varmevekslere mm. i TVIS -­‐systemet er konstrueret af ulegeret stål samt rustfrit stål. Rustfrit stål har en generelt god korrosionsbestandighed over for vandige miljøer11. Der er fire hovedtyper, hvor der hovedsageligt er benyttet autentisk stål i fjernvarmesystemer, da det er velegnet til formgivning. Som beskrevet i det ovenstående, afhænger rustfri ståls korrosionsbestandighed af miljøet. For rustfri stål er der dog specielt fire faktorer, der har indflydelse herunder nærmere bestemt kloridkoncentrationen, pH, korrosionspotentialet og temperatur.12 Den væsentligste forebyggelse imod korrosion ved ulegeret stål er iltfrit miljø (<0,2mg/l), basisk miljø (9,8±0,2) og minimering af belægningsdannelser og aflejringer. 8
Håndbog for maskinmestre, 1999, side 204 Håndbog for maskinmestre, 1999, side 202 10
Håndbogen for Maskinmestre 1999, bind 1, 9. udgave, side 202 11
Jansen, Piet m.fl., Force instituttet, Rustfrit stål i fjernvarmesystemer 98. 12
Jansen, Piet m.fl., Force instituttet, Rustfrit stål i fjernvarmesystemer 98. 9
13 5.8.4 Fjernvarmevandet kemiske sammensætning. Fjernvarmevandets sammensætning skaber det vandige miljø i transmissionsnettet. En af metoderne for at lave et basisk miljø er tilsætning af ammoniak. Ammoniak13 har den kemiske betegnelse NH₃ med et kogepunkt på -­‐33,4 °C ved 760 mm Hg. Ammoniak er meget letopløseligt i vand, H₂O. Der kan opløses ca. 700 dm³ NH₃-­‐gas i 1 dm³ vand ved 20 °C og 760 mm Hg. Ved tilsætning af ammoniak øger man pH-­‐værdien, som er en måling af H+ -­‐ioner, der er i vandet. Samtidig øges ledningsevnen, idet ammoniakken spaltes14. Ledningsevnen er en god metode til at regulere vandets pH -­‐værdi. 5.8.5 Ilt og luft. Ilt har som nævnt tidligere betegnelsen O2, hvor luft er en blanding af 21% ilt, 78% nitrogen og den sidste procent er en blanding af forskellige gasarter. Nitrogen er et kvælstof og går ikke i forbindelse med metaller, men danner i stedet luftlommer. Hvor meget ilt, der kan være i vandet, afhænger af tryk og temperatur. Ved højere tryk kan opløses mere luft (Henrys lov), der frigives igen ved lavere tryk. Ilten vil typisk i fjernvarme installationer fjernes ved korrosion i anlægget. 6. Generel redegørelse 6.1 Nettets opbygning Transmissionsnettet hos TVIS er bygget af flere omgange. Først med et tracé fra Skærbækværket til Kolding og en tracé fra SHELL Raffinaderiet til Børkop, Fredericia og Middelfart. Der opstod således et behov for to delstrømsanlæg, helholdsvis på Skærbækværket og pumpestation P53, TVIS. Delstrømsanlæggene skulle producere fjernvarmevand og rense vandet samt opbygge en vandkvalitet, der ville resultere i, at der ikke forekom tæringer. I 1987 blev forbindelsen mellem Kemigrundbog for Teknikere Dennis Hansen, 1997, side 84 SK energi, Valg af spædevand og vandbehandling, temadage 1998. 13
14
14 Skærbækværket og Shell Raffinaderiet anlagt, og der skete samtidig en udbygning til Bredballe over Vejle. TVIS havde i opstartstiden udfordringer med at opretholde vandkvaliteten og det var derfor nødvendigt at rense det. I dag er fjernvarmevandet dog meget rent, og der ses ikke at være nogen nævneværdige problemer med tæringer og urenheder. Det er særdeles vigtigt for projektet at opretholde, således at driftssikkerheden forbliver intakt. Transmissionssystemet er tilnærmelsesvis et lukket cirkulationssystem, hvor der kun kan fyldes fjernvarmevand på Skærbækværket og fra pumpestation P53. Pumpestation P53 er rent geografisk placeret ca. midt på transmissionssystemet, og Skærbækværket er placeret i den sydlige del af systemet. Derudover er de andre pumpestationer og ventilstationer fordelt ud over traceen. I Traceen er der ca. 30.000 m3 vand og under normale driftsforhold drives det med et tryk på 11 bar ±4bar15. TVIS opererer med et højere tryk end deres forbrugere. Temperaturen i fjernvarme systemet er mellem 90-­‐110 ℃ i fremledningen og 45-­‐60 ℃ i returledningen. I alle pumpestationer er der indbygget filtre før og efter pumperne, så der er mulighed for at fange eventuelle større partikler og for at beskytte pumperne og rørsystemet. Derudover er der monteret luftudladere på pumpestationerne og vekslerstationer, som er placeret efter alle pumper og vekslere. Formålet er at fange eventuelle luftlommer, som endnu ikke er optaget i vandet. Til at beskytte fjernvarmerørene mod korrosion, henholdsvis mod indvendig og udvendig tæring, benyttes der tre metoder. Til beskyttelse mod indvendig tæring anvendes metoden omkring korrekt vandmiljø, og for så vidt angår beskyttelse mod udvendig tæring anvendes der alarmtråde og katodisk beskyttelse. 15
TVIS, projektdokumentation, rørteknik 2.562.T53.22. Faneblad 1, side 2 15 Der benyttes to forskellige rørtyper til tracéen. De er opbygget efter to forskellige principper herunder ”stål i stål” og ”stålrør med et isolerende lag og en beskyttelseskappe i plastik”. Udskiftningen af vandet i transmissionsnettet sker løbende i løbet af året og skyldes utætheder og salg af vand til fjernvarmeselskaber og SHELL Raffinaderiet. Det fremgår af bilag 3. Flowet i systemet er betinget af forbruget af varme og kan henledes til vejret. I sommerperioden er flowet relativ lavt og i vinterperioden relativt højt. Bilag 8 illustrerer flowet over en periode på 2 år. 6.2 Vandkvalitet I delstrømsanlægget på P53 er det måling af pH-­‐værdi, partikler i vandet(ppb)16 samt ledningsevnen, som sendes til SRO-­‐ anlægget hos TVIS. Det er bemandet 24 timer i døgnet. I projekteringen af vandkvaliteten er der følgende retningslinjer, som også gør sig gældende for kontrakten mellem TVIS og Skærbækværket. De samme krav gøre sig gældende for TVIS til vandkvalitet på transmissionsnettet ud fra projekteringsgrundlaget. Se i den forbindelse bilag 7 & 10 pH-­‐værdi 9,8±0,2. Ledningsevne ved 25°c 20-­‐25 µs/cm ved 60°c 25-­‐35 µs/cm Ved 100°c 35-­‐50 µs/cm Iltindhold < 0,02 mg/l Jernindhold < 100 µg/l Tabel 2 Krav til vandkvaliteten Vandkvaliteten måles på P53 via et flow fra returledningen eller kan omstilles til selve delstrømsanlægget for at måle, hvor effektivt anlægget behandler delstrømsmængden. 16
Parts per US billion -­‐ 𝑚𝑔/𝑙 16 Målingerne foretages tre forskellige steder på delstrømsanlægget og en måling foretages på en såkaldt buffertank ”T500”. Den første af de tre målinger er monteret efter udtaget på returledningen, som måler den vandkvalitet, der er på returledningen (figur 4). De sidste to målinger er monteret henholdsvis før ammoniaktilførelsen og efter ammoniaktilførelsen. Ved den første måling kan man måle effektivitet af vacuumaflufteren, og ved den sidste måling kan man måle og styre tilførelsen af ammoniak. Udover de faste målinger bliver der også udtaget vandprøver hver 7. uge til overvågning af kvaliteten af fjernvarmevandet. Der udtages prøver 5 forskellige steder. Vandprøverne17 tages efter en fast procedure. Prøverne sendes ind til ”Force”18 til analyse. Resultaterne af prøverne giver et øjebliksbillede af tilstanden og sammenlignes med måleudstyret for verificering af instrumenterne. 6.3 Måleinstrumenter på P53 På P53 bliver der målt på ledningsevnen, pH-­‐værdien og iltindholdet. Til brug for disse målinger anvendes tre forskellige instrumenter. Med henblik på at måle ledningsevnen bruges der en Yokogawa SC40219, som er designet til overvågning, måling og kontrol af industrielle processer og har en 4-­‐ledet transmitter. Instrumentet kan have en afvigelse på ≤0,5%. Ledningsevnemåleren skal normalt ikke kalibreres, idet det almindeligvis kun er ved erosion eller aflejringer, at dette kan være en nødvendigt. Samtidig kræver den minimal vedligeholdelse. Instrumentet til at måle pH -­‐værdien er ligeledes et instrument fra Yokogawa. Modellen hedder XT45020, og pH-­‐måleren har et spænd, der ligger mellem -­‐2 til 16 pH, med en afvigelse på 0.01pH. Derudover er måleren temperaturkompenseret og vil dermed ikke give en fejlvisning på grund af 17
Se Bilag 2 Force Technology's miljølaboratorium 19
Se litteraturliste – hjemmeside 1 20
Se litteraturliste – hjemmeside 2 18
17 ændringer af temperaturen, eftersom pH-­‐værdien er temperaturafhængig. PH-­‐måleren skal – ifølge producenten21 – kalibreres 1 gang om måneden, men udover kalibreringen, er der ikke andet nødvendigt vedligehold. Til at måle iltindholdet benyttes der en ”Oxyguard DO trace analyser”22, som har en afvigelse på ± 2 ppb ved en kalibrering i atmosfærisk luft. Derudover er den produceret til ikke at skulle kalibreres eller vedligeholdes. Disse tre instrumenter er monteret til at måle og overvåge delstrømsanlæggets tilstand, og samtidig kan de – ifølge Jonny Borgen23 – bruges til at analysere effektivitet af delstrømsanlægget. 7. Redegørelse af delstrømsanlæg på P53 Delstrømsanlægget er opbygget som et cirkulationssystem, hvor delstrømspumperne cirkulerer en delmængde af det returvand, der passerer gennem pumpestationen P53. Delstrømsanlægget er dimensioneret til at rense ca. 20 m3/h, hvilket svarer til en rensning af transmissionssystemets fjernvarmevand 2 gange årligt. Delstrømsanlægget kan opdeles i 4 processer som er bygget ind i en proceslinje: 1. Mekanisk filter 2. Afsaltningsanlæg 3. Vakuumaflufter 4. NH4OH Tilsætning Anlægget kan køres på forskellige måder alt efter behov. I normal drift cirkuleres vandet gennem det mekaniske filter, bypasses over afsaltningsanlægget for at cirkulere gennem vakuumaflufteren, hvor der afslutningsvis tilsættes ammoniakvand for at blive pumpet ind på returledningen igen. 21
Se litteraturliste – hjemmeside 3 Se litteraturliste – hjemmeside 4 23
Maskinmester ved TVIS 22
18 Efter udtaget fra returledningen er der monteret en trykreduceringensventil, der reducerer trykket til 4-­‐5 bar24 og et magnetitfilter (filteret er eftermonteret og ikke illustreret på anlægstegningen, se figur 2). Yderligere er der monteret et mekanisk filter (Se figur 2) på 5 mikron, der har til formål at filtrere mindre urenheder og overskydende magnetit. Filtrene er monteret for at fjerne magnetit samt for at rense fjernvarmevandet, så det ikke laver tilstopninger i delstrømsanlægget. Delstrømmen tages fra bunden af returledningen, hvor et roligt laminart flow forventes. Filteret kan bypasses, hvis differenstrykket overstiger 1,8 bar, hvilket indikerer, at filteret skal renses. Rensningen sker ved hjælp af en modstrømsskylning, der kan startes manuelt. Efterfølgende er afsaltningsanlægget (Se figur 2) installeret. Det afbrydes automatisk og bypasser delstrømsmængden forbi afsaltningsanlægget, når det 1) regenerer, 2) når temperaturen overstiger 60℃ eller 3) når ledningsevnen har en acceptabel værdi ved tilgangen af anlægget. Afsaltningsanlægget fjerner alle salte, der kan forekomme i fjernvarmevandet, og gør det markant mindre aggressivt i forhold til korrosion. Kationbytteren fjerner alle elementer med positive ladninger og bytter dem med brint (H+) ioner. Anionbytteren fjerner alle de elementer, der har negative ioner og bytter dem med hydroxylioner (OH-­‐). Kation-­‐ og anionbytteren regenereres henholdsvis med saltsyre og lud. Afsaltningsanlægget er i drift ved produktion af fjernvarmevand. Produktionen af fjernvarmevandet er en backup til brug i situationer, hvor Skærbækværket ikke kan producere fjernvarmevand. Afsaltningsanlægget har ifølge Poul Fournaise25 ikke været i drift i længere tid. Til sidst er afluftningsanlægget installeret, og herefter er ammoniakken tilføjet. Afluftningsanlægget (Se figur 2) arbejder under vakuum med et tryk på ca. 0,15 bar absolut. Delstrømsmængdens temperatur hæves via en varmeveksler til 55°C, hvilket svarer til væskens damptryk. I vakuumbeholderen sprøjtes delstrømmen ind via dysen i beholderen, hvilket sker med henblik på at skabe en stor overflade, således at eventuelle ilt-­‐bobler, gaslommer, nitrogen og 24
25
TVIS, projektdokumentation, rørteknik 2.562.T53.22. Faneblad 1, side 3 Maskinmester ved TVIS 19 kulsyre vil kunne blive frigivet. Vandtilgangen styres af en såkaldt svømmer, som regulerer en pneumatisk reguleringsventil i tilgangen. Efter vacuumaflufteren(Se figur 2) er der 2 delstrømspumper, som er monteret parallelt, hvoraf den ene er en reservepumpe. Pumpen leverer – ifølge flowmåleren, der er installeret i systemet – 19,5 m3/h med en medietemperatur aflæst ved 55°C. Efter delstrømspumperne bliver der tilført NH4OH26 (Se figur 2). For at få en effektiv blanding bruges der en statisk blander. Mængden af NH4OH styres manuelt og doseres ud fra ledningsevnen. Der bliver tilføjet ammoniakvand til fjernvarmevandet for at få en pH-­‐værdi på 9,8±0,2. Ammoniaktilførelsen er en 18% blanding af NH3 og vand, som opbevares i en åben tank, hvor der er fri luftadgang. Det bidrager til en luftmættet ammoniakblanding. Der bliver tilsat mellem 2,7 og 3,6 m3 ammoniakvand om året til delstrømsmængden. På P53 er der en buffertank (T500) på 1000 m3, som – ifølge TVIS’ medarbejder, Jonny Borgen – får spædet mellem 3-­‐5 m3 til om dagen, og ledes retur på delstrømssystemet igen. Fjernvarmevandet ledes til ovenstående buffertank fra de kontinuerlige vandprøver, der bliver målt på P53 samt fra vandet til vakuumpumpen. Vandet genbruges for at nedsætte spildet af fjernvarmevand. Redegørelsen af delstrømsanlægget afgrænses til kun at dreje sig om det mekaniske filter, afsaltningsanlægget, aflufteren samt ammoniaktilsætningen. Afgrænsningen kan ses nedenfor. Hele anlægstegningen fremgår af Bilag 4. 26
NH4OH – Ammoniakvand 20 Mekanisk filter Afsaltningsanlæg, Kation og anion filter Vakuumaflufter og delstrømspumper
Ammoniak-­‐ dosering
Figur 2-­‐ Anlægstegning og afgrænsning 8. Redegørelse af Skærbækværkets delstrømsanlæg På Skærbækværket er delstrømsanlægget delt op i to systemer; mekanisk filterrensning og spædevandstilførelse. Spædevandet tilføres kontinuerligt over hele året, hvilket ses af spædevandsopgørelsen (bilag 3) Det mekaniske filter på Skærbækværket er i drift fra oktober -­‐ juni og stoppes i sommermånederne som følge af et lavt flow i TVIS´ transmissionssystem. Spædevandet, der tilføres transmissionssystemet, skal have en kvalitet i overensstemmelse med kravene i kontrakten mellem Skærbækværket og TVIS. Idet der ikke er nogen dokumentation for målinger foretaget på Skærbækværket, vil netop denne kontrakt blive brugt som vejledning af vandkvaliteten (se tabel 2) 21 8.1 Mekanisk filter På Skærbækværket bliver fjernvarmevandet renset via et mekanisk filter, som kan rense ca. 150 m3/h. Det svarer til en rensning af vandet mellem 15 og 16 gange årligt afhængigt af flowet over filterene. Maskestørrelsen på det mekaniske filter er 5 my. Der tages vandprøver på Skærbækværket en gang i måneden. Der foretages i den forbindelse målinger af NH4OH, pH og ledningsevne. Observeres der uregelmæssigheder, udtages der prøver efter behov. Prøverne bliver udført med håndholdt måleudstyr og ifølge, Henrik Larsen27, dokumenteres prøverne ikke. 8.2 Spædevand I forbindelse med tilførslen af vand til TVIS-­‐nettet, pumpes der råvand op fra Skærbækværkets egne boringer, der pumpes igennem kationbyttemasse, CO₂ risler, anionbyttemasse samt mixedbed filter. Kationbyttemassen fjerner mineralerne i råvandet, Na+, Ca++, Mg++ og ledes videre til CO₂ risler, der driver kulsyren ud. Det sker ved, at vandet falder ned gennem toppen af beholderen og ved at luft samtidig blæses for at fjerne mest muligt CO₂ ud. Efterfølgende ledes deionatet28 gennem anionbyttemassen, først gennem en svag anion for herved at fjerne Cl-­‐ og SO4-­‐ og efterfølgende videre til en stærk anion, der fjerner CO₂ og SiO₂ fra deionatet. Til sidst ledes deionatet gennem mixedbed filteret, som er bestående af en stærk anion-­‐ og kationmasse. Formålet med dette er, at fjerne de sidste forureningsstoffer gennem vekselvirkning for optimal rensning. Derved opnås der et lavt saltindhold i deionatet. Når råvandet har passeret kation, anion samt mix-­‐bed filteret, er ledningsevnen på ca.0,06 µS/cm. Mix-­‐bed filteret går automatisk i skyl ved en ledningsevne over 0,08 µS/cm. Den skyller i ca. 10 27
28
Driftmester ved Skærbækværket Deionat -­‐ Afsaltet vand 22 min., hvorved den forsøger at bringe ledningsevnen ned under 0,08 µS/cm. for derefter at gå i normal drift igen. Ledningsevnen hæves senere ved tilsætning af ammoniak. Lavt iltindhold opnås ved opvarmning af deionat, hvor ilts opløselighed falder i takt med stigende temperatur. Efterfølgende dyses vandet ud for at skabe en stor overflade på vandet. Processen behandles i en beholder med vakuum, hvor ilten undslipper væsken. Det bemærkes, at samme proces sker på pumpestation P53, TVIS. Før vandet pumpes i akkumuleringstanken på Skærbækværket, behandles vandet med ammoniakvand altafhængig af ledningsevnen. Baggrunden er, at man ønsker at opnå en korrekt pH-­‐værdi på 9,8±0,2. Der tilføres mellem 2,5-­‐10mg/L NH4OH. Akkumuleringstanken fungerer som en buffertank og er på 25.000m3. Tanken er hele tiden i drift, og oplader samt aflader for hele tiden at konditionere vandet. Opladning og afladning sker ved, at der bliver tilført varmt fjernvarmevand, hvor der så opbygges en kapacitet af varme, som kan bruges, når Skærbækværket ikke producerer varme. For ikke at få ilt i vandet er der over vandet i tanken opbygget et svagt tryk med en damppude. 9. Vedligehold af fjernvarmevand på transmissionsnettet Generel vedligehold: Vedligeholdet af TVIS´ transmissionssystem er forebyggende vedligehold, hvor større vedligeholdelsesopgaver udføres i sommermånederne, når systemet delvist kan stoppes, uden at påvirke transmissionen af fjernvarmevandet. I vinteråret benyttes visuel kontrol af pumper, veksler mv., hvor observationer for vandlækage og ændringer i lyde er daglig rutine på stationerne. Beskyttelse mod korrosion er hovedårsagen til vedligehold af fjernvarmevandet og opretholdelse af vandkvaliteten, der er af stor betydning for forsyningssikkerheden og for driften af TVIS´ fjernvarmenet. 23 Den overskydende ilt, der er i fjernvarmevandet, bevirkede, at der i opstartsfasen af TVIS-­‐nettet opstod en svag korrosion på transmissionsrørene, og at der derfor opstod dannelse af et magnetitlag. Magnetitlaget beskytter mod videre korrosion af rørsystemet. For at stabilisere magnetitlaget på stålrørene og andet materiel er iltniveauet i fjernvarmevandet i dag under de projekteringsbestemte grænseværdier Som en del af overvågningen af vandkvaliteten og vurderingen af, hvornår der skal vedligeholdes på vakuumaflufteren og materiel, der arbejder under vakuum, er iltmåleren et vigtigt redskab for forebyggende vedligehold. I den forbindelse fremgår følgende af DFF -­‐vejledningen29: ”Ved kontrol af iltindholdet i fjernvarmevandet kan de positioner og driftsforhold der giver anledning til forøget iltindhold lokaliseres. Udfra dette kan der fortages anlægsforbedringer således at iltindholdet i fjernvarmevandet kan reduceres/fjernes". Iltmåleren er normalt indstillet til at måle på delstrømmen fra fjernvarmereturvandet før aflufteren på P53 og registreres i SRO-­‐systemet, hvor iltniveauet kontrolleres af driftsmesteren, der har vagten. Vedligeholdelsen og kalibreringen af iltmåleren udføres af driftsmesteren på P53 og udføres efter behov. En forhøjet koncentration af ilt i fjernvarmevandet resulterer ifølge teorier om vandbehandling i korrosion af materiel og fældning af magnetit. Fjernvarmevandets renhed for magnetit er vigtig for akseltætningen og for pumpehjul, således at der ikke sker slibeslid og tilstopninger. Mindre iltindhold i vandet betyder også mindre forekomst af magnetit. I systemet bliver større materiale fanget under drift af en filtersi, som er placeret før pumperne i pumpestationerne. De mindre partikler fanges af de mekaniske filtre på delstrømsanlæggene. Ifølge driftsmester Poul Fournaise blev de mekaniske filtre i opstartsfasen udskiftet jævnligt, idet de tilstoppede med magnetit og andre urenheder, der cirkulerede med vandet i transmissionssystemet. 29
Danske fjernvarmeværkers forening, Semina, Om vandbehandling, oktober 1999, side 120 24 I de første 10 år af delstrømsanlæggets levetid foretog man en kontinuerlig filterudskiftning på P53. I dag er partikelniveauet minimeret og en returskylning af filterne hver syvende uge er derfor tilfredsstillende. Filterudskiftningen foretages i dag på tilstandsbasseret vedligehold. TVIS benytter ammoniakvand til at justere pH-­‐værdien og for at gøre vandet basisk. Det basiske vand gør, at den magnetit, der er dannet på overfladen af stålet, består, og opløseligheden af magnetiten er meget lav. Derfor er det vigtigt at holde pH-­‐værdien indenfor en snæver margin, så overfladen passiviseres. Den målte pH-­‐værdi kontrolleres og justeres efter behov af driftsmesteren med ændring i doseringsmængden af ammoniakvand. Som følge af grovheden i skalaen er pH-­‐værdien en vanskelig skala at dosere ud fra. TVIS benytter ledningsevnen af fjernvarmevandet som bestemmelse for doseringen af ammoniakvand. Under rutinevedligehold af delstrømsanlægget ændrer driftsmesteren løbende på doseringen af ammoniakvandet, såfremt ledningsevnen vurderes til at afvige mere, end hvad der er tilladt. Det sker for at modvirke den korrosion, der ifølge korrosionsteorier kan opstå som en følgevirkning ved for lav eller for høj pH-­‐værdi. Korrosion kan også opstå ved brud af plastickappen og vand kan passere gennem isoleringslaget til stålrøret. Ifølge driftsmester Jonny Borgen kan en skade f.eks. opstå, hvis Skærbækværket falder ud og en væskeprop på 1 km af koldt vand på omkring 30 °C opstår i fremløbet og sejler afsted gennem systemet. Hvor normalt vand er ca. 100 °C, opstår der – ifølge Jonny Borgen – store spændingskræfter, der trækker og hiver i rørene, som kan resultere i, at plastkappen beskadiges og indtrængning af udefrakommende vand bliver mulig. Som følge heraf kan der starte en udvendig korrosion på stålrør. Ved vandindtrængning eller hvis fjernvarmevand lækker til isoleringen, har fjernvarmerørene indstøbt alarmtråde i isoleringen. Alarmtrådene er et værktøj, som benyttes til at konstatere overgangen mellem alarmtråden og fjernvarmejernrøret. En overgangsfejl sendes til SRO-­‐anlægget og den pågældende maskinmester, der er på vagtovervågning, kan reagere på alarmen og iværksætte nødvendig udbedring. Under vedligehold og reparation af transmissionsnettet, hvor åbning af systemet er nødvendigt og fjernvarmevand aftappes, vil der indtrænge luft i systemet, der skal bortledes igen. Ved påfyldning 25 af fjernvarmevand følges en påfyldningsprocedure, hvor der afluftes samtidigt med påfyldning af returvand. Returvandet benyttes som følge af den relativt lave temperatur på ca. 45 °C. Luftlommen i røret ledes af vandet mod luftudladerne på strengen og overskydende luft ender på et minimum. Vandprøverne, som TVIS samler og indsender til Force, er et vigtigt redskab i relation til kvaliteten og verificeringen af instrumenterne, der måler på delstrømmen. Vandprøvemetoden er beskrevet i ovenstående afsnit ”vandkvalitet”. 10. Analyse 10.1 Summering af redegørelsen På baggrund af redegørelsen omkring P53 og Skærbækværket kan der uddrages følgende hovedpunkter: •
NH3 – ammoniak •
Vakuumaflufteren •
Mekanisk filter •
Udskiftning af vandet på Skærbækværket På baggrund af disse 4 hovedpunkter vil vi i det følgende analysere, hvilke påvirkninger hovedpunkterne giver i transmissionssystemet. Af redegørelsen fremgår, at foruden på P53, tilsættes der kun ammoniak til spædevandet på Skærbækværket. I de efterfølgende analyser vil vi fokusere på vigtigheden af tilførelsen af ammoniak på delstrømsanlægget på P53. Det eneste sted der er kontinuerlig vakuumafluftning i transmissionssystemet, er på delstrømsanlægget på P53. Det er effektiviteten af denne vi vil analysere. Ved at der hele tiden er en udskiftning af vandet, vil der i analysen blive udarbejdet en estimering af effekten af, hvilken indflydelse, udskiftningen har på fjernvarmevandet. 26 Rensning med finfilter sker henholdsvis på Skærbækværket og på P53. Der vil blive analyseret på, om der er en ændring i vandkvaliteten, i forhold til når Skærbækværkets delstrømsrensning er i drift eller ikke er i drift. 10.2 Vandbalance Med henblik på en analyse omkring udskiftning af vandet vil vi vurdere, hvilken indflydelse det har på vandkvaliteten, at der hele året rundt bliver spædet vand fra Skærbækværket til TVIS systemet. Samtidig vil der blive analyseret på, hvilke andre forureninger, der er risiko for, vil kunne indtrænge i transmissionssystemet. Ved vandudskiftningen vil man kunne se på, om der er en tilvækst af forurening ved udskiftningen af fjernvarmevandet. Derudover vil der også være forureninger ved åbninger af systemet. Delstrømsanlægget er ikke med i denne analyse, selvom det renser fjernvarmevandet, idet effektiviteten af delstrømsanlæggene, vil blive analyseret i punkt 10.3 og 10.4. Analysen er udarbejdet som en balance mellem, hvad der bliver tilført transmissionssystemet, og hvad der fjernes fra systemet. T500 Spædevand ind. Forurening ved åbning af systemet Ammoniak Fjernvarmevand Tab/salg af fjernvarmevand 𝑇𝑖𝑙𝑣æ𝑘𝑠𝑡 𝑎𝑓 𝑓𝑜𝑟𝑢𝑟𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔 = 𝑆𝑝æ𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 + Åbning af system + Ammoniak + T500 − Tab/salg af vand. 27 10.2.1 Spædevand Skærbækværket tilfører hele året fjernvarmevand via deres buffertank. Der er i de sidst tre år tilføjet omkring 13.000 m3 om året30, hvilket svarer til ca. halvdelen af, hvad der er i transmissionssystemet. Det er dog ikke alle 13.000 m3 vand, som TVIS sælger, idet der også tabes fjernvarmevand i løbet af året. Fjernvarmevandet, der er i transmissionssystemet, og som bliver udtaget til vandprøver, er stort set et resultat af det vand, der bliver tilføjet fra Skærbækværket, da det – ifølge Jonny Borgen – er det eneste sted, der kan pumpes fjernvarmevand ind i systemet. Som det fremgår af redegørelsen, vil det vand, som bliver tilføjet fra Skærbækværket blive behandlet og være fuldstændig afsaltet og have lavt iltindhold. Det samme ville gøre sig gældende for vandet på pumpestation P53, hvis backupfunktionen blev anvendt. For at analysere, hvilken indflydelse det vil have, at Skærbækværket fylder fjernvarmevand på TVIS-­‐systemet, herunder med de værdier som er beskrevet i kontrakten, er der lavet en forholdsberegning, som tager udgangspunkt i iltindholdet. Forholdsberegningen er udarbejdet ud fra iltindholdet, som er målt på P53. Iltindholdet er målt som en gennemsnitsværdi over et døgn. Derudover er der regnet med 55.000 m3 total fjernvarmevand i TVIS-­‐systemet, herunder 30.000m3 i transmissionssystemet og 25.000 m3 i akkumuleringstanken, som hele tiden konditioneres. 𝐼𝑙𝑡!" er beregnet ud fra følgende formel: 𝐼𝑙𝑡!" =
𝐹𝑗𝑒𝑟𝑛𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑
= 𝑝𝑝𝑏 𝐹𝑗𝑒𝑟𝑛𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 − 𝐹𝑗𝑒𝑟𝑛𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 !"#$ø!"
𝐹𝑗𝑒𝑟𝑛𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 !"#$ø!"
+ 𝐼𝑙𝑡
𝐼𝑙𝑡!"#$ø!" Fjernvarmevand= Den totale mængde fjernvarmevand i systemet = 55.000m3 Fjernvarmevandtilført= Dem månedlige tilførte mængde Ilt = nuværende ilt niveau Ilttilført = 20 ppb fra kontrakten 30
Se Bilag 3 -­‐ Spædevandstilførelse 28 Iltindholdet i TVIS systemet er målt til 10.29 ppb. Samtidig leverer Skærbækværket fjernvarmevand på <20ppb, hvilket er i overensstemmelse med kravene fra TVIS. Denne beregning er lavet ud fra, at der ikke bliver tilført eller fjernet ilt fra systemet, altså at ilten ikke bliver optaget i stålet, og der ikke kører nogen afluftere i systemet. Beregningerne er lavet ud fra den spædevandstilførelse af fjernvarmevandet, der har været fra 2012 til 2014. Forøgelse af iltindhold Iltindhold -­‐ ppb 25,00 20,00 Påfyldning fra SKV med 20 ppb over 3 år 15,00 Aftale på 20 ppb 10,00 5,00 0,00 Figur 3 Spædevandsanalyse Det ses i ovenstående figur 3, at inden for 3 år vil iltindholdet ikke kunne komme op over den grænseværdi, der er aftalt indbyrdes mellem TVIS og Skærbækværket. Det fortæller også, at en ændring i forhold til de nuværende værdier er en lang proces og således en stor dødtid. Dødtiden gør sig også gældende, når vandet skal renses. Hvis der skulle ske en ændring af vandet, vil der også være en stor dødtid i relation til at rense vandet med f.eks. et delstrømsanlæg. Der er kun lavet beregning på ilten, da det – ifølge analysen i afsnit 10.3 – er det eneste, der afviger i målingerne i forhold til aftalen mellem TVIS og Skærbækværket. Det fremgår endvidere af den vedlagte kontrakt (bilag 7 ) mellem TVIS og Skærbækværket. Der vil ikke ske nogen ændring, når der påfyldes fjernvarmevand med samme pH-­‐værdi eller samme ledningsevne, da den nuværende vandkvalitet lever op til ovenstående krav. 29 Akkumuleringstanken er som regel et risikofyldt område i et fjernvarmesystem31, idet der er lav strømningshastighed, begrænset vandudskiftning samt kontakt med en gasoverflade. Den lave strømning kan medføre bundfald, og den begrænsede vandudskiftning kan bevirke et fald i pH-­‐
værdien og en stigning i iltindhold. Derudover bør fjernvarmevandet, der er i kontakt med en gaspude, opfylde renhedskravene med hensyn til ilt og CO2. Som belyst i redegørelsen, er der en akkumuleringstank på Skærbækværket, en buffertank på pumpestation P53 (T500) samt et trykholderanlæg på P53, som alle kan forsyne TVIS-­‐systemet. Akkumuleringstanken på Skærbækværket er den største på 25.000 m3. Tanken er hele tiden konditioneret ved dens op-­‐ og afladninger, hvor der suges i toppen og fyldes i bunden. Ved at den suger i toppen, vil det begrænse antallet af urenheder, der kan drives med videre, eftersom de fleste vil bundfælde. Derudover er den også i drift, når der tilføres spædevand, hvilket fremgår af kontraktens bilag 7. Tanken er coated og holder tryk med en damp-­‐pude. Begge tanke på pumpestation P53 er backup anlæg og har derved ikke den store indflydelse på TVIS-­‐systemet. 10.2.2 Tab af fjernvarmevand TVIS er et varmetransmissionsselskab, der driver deres transmissionssystem med et højere tryk end fjernvarmeselskaberne, som aftager varmen fra TVIS. Det højere tryk gælder også ved varmeproducenterne, henholdsvis Skærbækværket og ved Energisten, hvor trykket er henholdsvis 6 og 2 bar, samtidig med, at det er behandlet kedelvand, som er afsaltet og har et minimalt iltindhold. Hvis trykket ved varmevekslerne ved Shell kommer under 8 bar i TVIS-­‐systemet, vil det give en alarm til SRO-­‐anlægget. Det gøres for at være sikker på, at der ikke kan trænge vand ind andetstedsfra. Indtrængningen af udefrakommende væsker/vand er derfor umulig, samtidig med at trykket og vandkvaliteten overvåges af driftsmestrene. Ved åbning af systemet i forbindelse med vedligehold eller reparationer af f.eks. vekslere, pumper, rensning af filtre mv. vil der kunne forekomme urenheder og luft i systemet, men det er minimalt. Ved alle reparationer bliver systemet udluftet før igangsætning. Mængden af den luft, der er 31
Daucik, Karol mm., fælleskemikerne, 1 februar 2000, side 12 30 tilbage i den åbnede strækning er minimal, og det, der ikke siver ud, vil blive opfanget ved den første mekaniske luftudlader, som – ifølge TVIS-­‐medarbejder Jonny Borgen – er monteret på alle pumpestationer. Urenheder vil kunne forekomme efter reparationer/åbninger herunder i form af beskidte overflader, støv og snavs. Der er dog ikke tale om urenheder af nogen særlig betydning og ej heller noget, der vil kunne måles ud fra målinger på P53. Større urenheder opsamles af filtre ved transmissionspumperne. Problemet med større urenheder er, at disse kan bryde magnetitlaget, der er i transmissionsrørene og give grubetæringer. Ifølge TVIS’ medarbejder Jonny Borgen, er det dog ikke noget, de anser som et problem. Tank 500 tilfører ca. 1.825 m3 fjernvarmevand om året, hvilket er en meget lille del af den samlede mængde fjernvarmevand. Effekten af det tilførte vil ikke kunne ses af målinger i analysen omkring effektiviteten af delstrømsanlægget. Tilsætningen af vandet fra T500 medfører ingen ændringer af pH-­‐værdi og ledningsevne. Ammoniaktilføringen er en 18 % blanding af vand og ammoniak. Der tilsættes omkring 2,7 -­‐ 3,6 m3 om året. Vandet og ammoniakken vil være mættet med luft, da tanken er med fri tilgang til atmosfæren. Det vurderes, at det ikke vil have nogen indflydelse på iltindhold, da mængden er så lille i forhold til fjernvarmevandet i transmissionssystemet. 10.2.3 Opsummering TVIS har et sikkert transmissionsnet, forstået på den måde, at indtrængning i systemet er stort set umulig. Det er med til at give dem en god driftsikkerhed. 𝑇𝑖𝑙𝑣æ𝑘𝑠𝑡 𝑎𝑓 𝑓𝑜𝑟𝑢𝑟𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔 = 𝑆𝑝æ𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑 + Åbning af system + Ammoniak + T500 − Tab/salg af vand. På baggrund af vores analyse vurderer vi, at tilførelsen og iltindholdet i ammoniakken ikke har nogen indflydelse på systemet. Det medfører, at i ovenstående formel, vil man kunne sætte disse to variabler til 0. 31 Det fjernvarmevand, som er i systemet, og som er et resultat af det spædevand, der kommer fra Skærbækværket, er lig med det vand, der bliver taget/tabt i systemet. Vil man på baggrund af dette kunne sige, at ved de åbninger, som TVIS har i systemet i løbet af året, vil en brøkdel af det tilførte ilt og urenheder blive skyllet ud, med det vand, som TVIS taber eller sælger videre til SHELL og Trefor. Samtidig vurderer vi, at ilt og urenheder i forbindelse med åbninger af systemer er minimalt. Selvom Skærbækværket skulle øge iltindholdet med det dobbelte af, hvad indholdet i transmissionssystemet er nu, vil der umiddelbart gå mere end 5 år, før det er nået til den i kontrakten omtalte grænseværdi. Samtidig skal der tilføres ilt andetsteds fra, før den kan komme over grænseværdien. Derudover vil det tage lang tid at registrere en ændring, og ændringen vil derfor også først efter noget tid kunne registreres ved målinger. Tilvæksten af forurening vil være minimal. 10.3 Analyse af effektiviteten på aflufteren. 10.3.1 Metode for målinger på delstrømsanlægget I forbindelse med målinger på delstrømsanlægget, er måleværdierne, der har betydning for vakuumaflufteren undersøgt nærmere. Instrumenterne er sammensat til en målebro, hvor det manuelt er muligt at ændre på, hvor der måles. Det gøres ved at ændre ventilindstillingerne, der giver mulighed for at aflæse delstrømsvandet før og efter behandlingen med vakuumaflufteren via de benyttede målepunkter P1-­‐P3 (figur 4). For at vurdere på effekten af vakuumaflufteren og med henblik på at fremskaffe brugbar data, er der i projektet benyttet følgende fremgangsmåde: 1. For at måle kvaliteten af delstrømsvandet, som udtages fra fjernvarmereturledningen, har projektet registreret, hvad indholdet af ilt, ledningsevne og pH-­‐værdi er før behandlingen med vakuumaflufteren. (Målepunkt P1 på pi-­‐diagram figur 4) 32 2. For at undersøge iltindholdet og ledningsevnen efter vakuumbeholderen og effekten af denne er der afbrudt for tilførslen af ammoniak til delstrømmen. (Målepunkt P2 på pi-­‐
diagram figur 4) 3. For at måle vandkvaliteten på delstrømmen før det pumpes ind på returstrengen igen, registreres værdierne efter behandlingen med vakuumaflufteren og tilførslen af ammoniak. (Målepunkt P3 på pi-­‐diagram figur 4) 4. Denne måling er som udgangspunkt opstillet som fremgangsmåde 3. Forskellen er, at ventilen til vandtank T500 er åbnet og blandes med delstrømmen før vakuumbeholderne. Formålet er at måle, om T500 påvirker vandkvaliteten på delstrømmen før den pumpes ind på returstrengen igen. (Målepunkt P3 på pi-­‐diagram figur 4) Figur 4 udsnit Pi –diagram delstrømsanlæg P53 10.3.2 Analyse af måleresultater I Analysen af måleresultaterne vil projektet henvise til metoderne 1-­‐4 beskrevet i afsnittet ”Metode for målinger på delstrømsanlæg”. Ligeledes henvises til registrerede trendkurve fra SRO-­‐
anlægget. (Samtlige trendkurver er placeret i bilag 5) 33 10.3.3 Måleresultater: 1. (Figur 5) Ud fra en analyse af ovenstående trendkurver, ses pH-­‐værdien, iltindholdet og ledningsevnen. De meget jævne kurver er et billede af fjernvarmevandets stabilitet og vandkvalitet ude i tracéen(P1). Aflæsningen af iltindhold på 9,3 µg/l, ledeevnen på 28 µS og pH-­‐værdien på 9,3 er alle gennemsnitsværdier over et døgn. Udsvinget i kurverne opleves dog ikke til at være mere end ± 0,3. pH-­‐værdien der registreres, måles til mindre end de indsendte vandprøveresultater (se bilag 2), der generelt måles til en pH-­‐værdi på 9,8 – 10. Det kan indikere, at pH-­‐måleren skal kalibreres for at være retvisende. Projekter vurderer, at pH-­‐måleren kan benyttes til analysearbejdet , som følge af at den stadig registrerer ændringer i fjernvarmevandet. Den målte iltværdi ligger ca. 10 µg/l under grænseværdien af, hvad der anbefales for, at kvaliteten på fjernvarmevandet overholdes. Figur 5 Trendkurve af returfjernvarmevand 2. (Figur 6) Trendkurven for ilt viser en markant stigning af ilt i vandet efter ændring af målepunktet, hvor iltniveauet ændres til ca. 30 µg/l, ledeevnen på 26,5 µS og pH-­‐værdien på 9,2. Det vurderes, at stigningen i iltindholdet er uhensigtsmæssig, fordi den teoretisk skulle være faldet yderligere i forhold til målemetode 1. Svingningen på iltkurven dæmpes også. Det kan skyldes afbrydelsen af det iltmættede ammoniakvand, der ikke påvirker iltmåleren mere. 34 pH–værdien er svagt faldende, hvor sammenhængen opstår i den manglende ammoniakvands tilførsel og aflufterens effekt på afkogningen af ammoniakken i det gennemstrømmede fjernvarmevand. Figur 6 Trendkurve efter aflufter uden ammoniak tilsætning 3. (Figur 7) Målingen er fortaget inden delstrømmen pumpes retur på tracéen. Den analyserede ændring i forhold til målemetode 1 er følgende. Det registreres i kurven, at pH-­‐værdien er lidt faldende, hvilket indikerer, at ammoniakvandtilsætningen skal justeres op i dosis for at hæve værdien af ledeevnen (pH-­‐værdi). Svingningerne på den målte ilt er tilbagevendt og underbygger teorien om, at ammoniakvandets iltindhold påvirker iltmåleren. Iltniveauet er stadig højere end den anbefalede grænseværdi for ilt i fjernvarmevandet. Figur 7 Trendkurve Delstrømmen retur til tracéen 35 4. Åbningen af ventilen til T500 viser ikke en visuel ændring i trendkurverne. Projektet konstaterer, at den lille tilstrømning fra T500 på 0,2 m3/h ikke kan aflæses på trendkurven. 10.3.4 Opsummering måleresultat Iltmåleren gennemgik kort før projektets målinger en kalibrering, og målingerne betragtes som værende retvisende. Ledningsevnemåleren vurderes til at være tilfredsstillende for analysen af aflufterbeholderen. PH-­‐målerne bør kalibreres for at måle korrekt, men vurderes til at være tilfredsstillende i relation til måling af forskellen ved de forskellige målemetoder. I analysen af måleresultaterne ses den mest markante måling at være stigningen af iltniveauet efter aflufteren. Spørgsmålet om, hvorvidt den øgede mængde af ilt er skadelig eller ej, vil vi ikke vurdere i projektet. Efter analyse af aflufteren kan vi dog konstatere, at der er indtrængende luft til vakuumsystemet for så vidt angår fjernvarmevandet. Den indtrængende luft er sandsynligvis på et sted, hvor fjernvarmevandet er på vej ud af aflufteren. Det er begrundet i det forhold, at den indtrængende luft fanges af vandflowet og ledes væk fra aflufteren. At en vakuumbeholder kan suge luft ind, bekræftes i Håndbog for maskinmestre, side 187, hvoraf fremgår følgende: ”Vakuumafiltere kan være vanskelige at drive, idet utætheder ved f.eks. flangesamlinger og pakdåser ikke kan ses pga. undertrykket. Utæthederne kan medføre, at der suges luft ind i det afluftede vand. Det er derfor vigtigt at anvende kontinuert overvågning af iltindholdet i vandet efter en vakuumafilter. Efter en velfungerende vakuumafilter er iltindholdet reduceret til ca. 10 μg/l.” Som følge af indtrængning af luft i beholderen vurderer vi, at aflufteren har en negativ evne til at minimere iltniveauet ,og vi vurderer, at den på nuværende tidspunkt ikke bidrager som forventet. Afkogning af ammoniak analyseres til at være uundgåelig, hvis afluftningen af ilt ønskes og stemmer overens med teorien om, at ammoniak koger ved -­‐33,4 °C ved 1 bar atmosfærisk tryk. Trykket i vakuumaflufteren er 0,15 bar. Ved dette tryk koger ammoniakken ved ca. -­‐66 °c. og en tilførsel af ammoniakvand til delstrømmen efter aflufteren er en nødvendighed for at opnå ønsket ledningsevne og dermed anbefalet pH-­‐værdi for fjernvarmevandet. 36 Figur 8 Damptabel – Ammoniak 10.4 Analyse vandprøver TVIS har gennem hele levetiden af transmissionsnettet foretaget vandanalyser. Analyserne er nødvendige for at kontrollere tilstanden på fjernvarmevandet. Tidligere blev prøverne foretaget på Skærbækværket, nærmere bestemt af deres laboratorium, placeret over vandbehandlingsanlægget. Her kunne de direkte tappe fra vandproduktionen og fra fjernvarmesystemet på udvalgte punkter, hvor de ønskede at måle tilstanden af vandet. Der foretages ifølge Leon V. Nielsen32 ikke længere daglige målinger. I dag tages målingerne efter behov og med håndholdt måleudstyr. Vi har efterlyst vandprøver foretaget af Skærbækværket. Det har dog ikke været muligt at fremskaffe. Årsagen er, at de på nuværende tidspunkt ikke laver systematisk dokumentation på de målinger, som foretages. Vi ønskede at benytte vandprøverne for at sammenligne med de rutineprøver, der foretages hos TVIS. Prøverne ville have skabt et mere retvisende billede af kvaliteten på fjernvarmevandet under de forskellige driftbetingelser, som transmissionsnettet drives under set over en periode på et år. Endvidere ville prøverne have vist, hvilken vandkvalitet Skærbækværket leverer til TVIS-­‐nettet. 32
Driftsassistent på Skærbækværket 37 I mangel af vandprøver er sammenligningsgrundlaget derfor baseret på kontrakten33 mellem TVIS og Skærbækværket og på laboratorievandanalyser foretaget af TVIS på P53. Der er i den forbindelse i projektet en særlig opmærksomhed på, at de faktiske værdier kan være afvigende fra kontrakten. Kontraktens specifikke krav til vandkvaliteten er oplyst i tabel 2 under afsnittet ”Vandkvalitet”. De rutinevandanalyser, som TVIS foretager på P53 har projektet undersøgt nærmere og fundet en sammenhæng i begrundelsen for, hvorfor Skærbækværket stopper deres delstrømsrensning i sommerperioden. Ligeledes er der konstateret en mulig begrundelse for, at TVIS kan gøre det samme i forhold til mekanisk filterrensning på P53. 400 200 0 350 237 9 185 82 1 47 89 83 6 5 65 2 32 29 17 270 266 250 180 223 173 11 19 73 1 8 162 45 5 32 57 115 6 Jan. Jul. Feb. Apr. Maj. Jun. Sep. Okt. Dec. Apr. Jun. Nov. Feb. Jun. Dec. Feb. Mar. 2011 2011 2012 2012 2012 2012 2012 2012 2012 2013 2013 2013 2014 2014 2014 2015 2015 Flow kg/s Fe -­‐ug/l Figur 9 Flow og måle magnetit indhold Flowet over P53 og indholdet af magnetit er sammenlignet i diagrammet på figur 9 herunder over en længere periode. Flowet er udtaget af SRO-­‐systemet samme dag, som målingen af vandanalyser er foretaget. I figur 10 ses det tydeligt, at der nærmest opstår et spejlbillede af flowet og temperaturen udendørs. Når temperaturen falder, stiger flowet i fjernvarmesystemet, idet varmebehovet tiltager hos aftagerne. I starten af juni måned er flowet på P53 en overgang i en såkaldt dødzone, hvorefter flowet går i minus. Overgangen indikerer perioden, hvor overskudsvarmen hovedsageligt leveres af SHELL Raffinaderiet og Skærbækværkets varmeforsyning. Skærbækværket er i den forbindelse kun aktivt, hvis forbruget overstiger, hvad SHELL Raffinaderiet kan levere. 33
Kontrakten for vandkvalitet se bilag 7 38 Frem til dødzonen har flowets retning over P53 været mod Vejle. I perioden hvor flowet ”står stille” skyldes det, at flowet fra Skærbækværket og P53 er ens og udligner hinanden. Gradvist overtager P53 kontrollen, idet Skærbækværket sænker deres flow. Flowet i flowmeteret registrerer nu modsatrettet flow mod Skærbækværket, som registreres i SRO-­‐systemet med et minus. Figur 10 Flow og udetemperatur over 2år I den periode, hvor Skærbækværkets delstrømsrensning er stoppet, hvilket ifølge kontrakten er fra den 1. juni til den 1. oktober, er der et lavt flow hos Skærbækværket. Yderligere ses det, at der er et relativt lavt flow i transmissionsnettet over P53. Det lave flow medfører, at partikler som eksempelvis magnetit bundfælder i fjernvarmerørene, og at delstrømsrensningen på Skærbækværket ikke fanger urenheder af betydning. Endelig medfører det, at energiforbruget til delstrømspumperne er ringe udnyttet. Det konstateres også i laboratorieanalyserne34, at magnetit35, som måles på P53, er meget lavt, og at flowet samtidig er lavt i de måneder, hvor Skærbækværkets delstrømsrensning er stoppet. 34
35
Vandanalyser bilag 2 Fe –µg/l 39 Afbrydelsen af mekanisk filterrensning begrundes også i en mail fra Karol Daucik36. Af mailen fremgår følgende: ”Det viste sig, at stigningen var meget langsom, og filtreringseffektiviteten af de mekaniske filtre var om sommeren også lav, idet det lave flow tillod partiklerne at bundfælde i forskellige gemmesteder, så der var for lidt at filtrere. Når man også skar ned på analysefrekvensen, så fandt vi den periodiske brug af delstrømsanlægget synkron med vejret. ” Projektets vandprøveanalyse er koncentreret omkring P53’ vandprøver, men udtages også på andre udvalgte steder. Bl.a. P51-­‐prøverne indikerer samme tendens, nemlig at indholdet af magnetit – som følge af flowet i rørsystemet – varierer med årstiden. Vandprøverne, som sendes til analyse, foretages efter en bestemt procedure. Prøven bliver foretaget på det cirkulerede fjernvarmevand og ikke på vand, der har været samlet i aftapningsrørene siden sidste prøveudtagning. Proceduren er beskrevet efterfølgende. Vandprøveprocedurer: 1. Vandprøverne fortages på P51, P53, L77F, L77K, T500. 2. Vandprøveudtaget åbnes, og fjernvarmevandet løber i 10-­‐15 min for at skylle eventuelle urenheder væk. 3. Flaske og hætte skylles 2-­‐3 gange. 4. Vandprøve tages og lukkes og sendes ind til analyse. Prøverne viser større forekomst af magnetit i fjernvarmevandet efter sommerperioden fra omkring november måned. Det, der konstateres som værende bundfaldet magnetit, ophvirvles og transporteres herefter med flowet rundt igen. Målingen af magnetit aftager igen efter december måned, selvom flowet bibeholdes. Det er i overensstemmelse med oplysninger fra Leon V. Nielsen, der bemærker, at han returskyller de mekaniske filtrer mindre, efter de har været i drift nogle måneder efter stilstandsperioden over sommeren. 36
Tidligere ansat kemiingeniør på Skærbækværket 40 10.4.1 pH-­‐værdi I analysen af vandprøverne ser projektet ingen nævneværdig udsving i pH-­‐værdien over perioden, hvor prøverne er registreret og indsat i diagram for analyse. Prøverne viser, at pH-­‐værdien ligger meget stabilt og overholder de tolerancer, som projekteringsgrundlaget foreskriver. pH-­‐værdi 10,5 10 9,5 9 8,5 10 10 9,9 10 10 9,8 9,9 10 9,9 10 10 9,8 P51 9,9 10 9,9 10 10 9,8 P53 10 10 9,9 10 10 L77 F 9,8 L77 K 25. november 2013 12. februar 2014 4. juni 2014 18. december 2014 5. februar 2015 27. marts 2015 9,6 9,5 9,5 9,4 9,4 9,2 T500 Figur 11 pH værdi fra 2013 -­‐ 2015 10.4.2 Opsummering vandanalyse Vandprøverne viser tydeligt, at magnetitindholdet i fjernvarmevandet stiger og påvirker vandkvaliteten med store udsving i sammenhæng med flowet. Projektet ser en fordel i at have aktivt delstrømsrensning i vinterperioden, hvor flowet er højt over pumpestation P53. Ifølge teorier om korrosion og magnetit, opstår magnetit, hvis der er ilt tilstede i fjernvarmevandet. Hvis en minimering af magnetitindholdet ønskes, er det nødvendigt, at reducere ilten i vandet. Den mest fordelagtige metode vil være, at det fjernvarmevand, der påfyldes transmissionsnettet, er mest mulig iltfattigt, og at vakuumaflufteren på P53 er effektiv. 10.5 Besparelses potentiale 10.5.1 Metode for måling af energiforbrugene Vi har til projektet foretaget måling af energiforbruget på delstrømspumperne, kompressoranlægget og vakuumpumpen målt med en Fluke 43537 Series II Power Quality and Energy Analyzer. Instrumentet måler spændinger, strømme og cos𝜑. 37
Se litteraturliste – hjemmeside 5 41 Der forventes at måle en effekt og et energi forbrug der nogenlunde stemmer overens med hvad der er angivet på mærkepladen motoren, alt efter belastningen. Målingerne fortages på klemrækken af motorende, til at kunne får den optagne effekt og energi. Motorende er monteret i trekant, hvor der kan forventes en spænding mellem faserne på 400V Spændingen måles parallelt over faserene og strømmen måles serielt med lederen, som vist på figuren herunder. Figur 12 -­‐ Energimåling -­‐ målemetode Fluke 435 har en afvigelse ved målinger på ± 0,1 % på den nominelle spænding og en afvigelse på den nominelle strøm på ±0,2%. Ved målinger af energiforbruget er der en tolerence på ±1,5 %. Instrumentet kan maksimalt klare en spænding og strøm op til 1000V og 6000A. 10.5.2 Besparelses potentiale Ved at delstrømsanlægget er i drift medfører det et energiforbrug. Energiforbruget ses både som primær energiforbruger i anlægget, og som sekundær forbruger, der forsyner delstrømsanlægget. De primære energiforbrugere er delstrømspumperne og vakuumpumpen. De primære energiforbrugere kører døgnet rundt, 365 dage om året og har derved det største besparelsespotentiale. Til energimålingerne på pumperne benyttede projektet et Fluke 435 i henhold til tidligere beskrevet målemetode, målt over 24 timer og beregnet med en energipris på 0,6 kr. pr. kWh. Energiforbruget af delstrømspumperne udgør: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔!"# = 𝑘𝑊ℎ · 365 · 𝑝𝑟𝑖𝑠 = 187 · 365 · 0,6 = 40953 𝑘𝑟. 𝑝𝑟. å𝑟 42 Energiforbruget af delstrømspumpen vil variere, da trykket i returstregen ændrer sig alt efter udetemperaturen og varmebehovet. Energimålingerne er foretaget på et tidspunkt, hvor returstrengen arbejdede med et tryk på ca. 9 bar. Trendkurven nedenunder viser, hvordan trykket har varieret de sidste 2 år og har gennemsnitligt ligget på ca. 11 bar. Ud fra den betragtning, er der mulighed for en yderligere besparelse. Figur 13 -­‐ Returlednings tryk -­‐ bar. Energiforbrug af vakuumpumpen udgør: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔!"# = 𝑘𝑊ℎ · 365 · 𝑝𝑟𝑖𝑠 = 29 · 365 · 0,6 = 6351 𝑘𝑟. 𝑝𝑟. å𝑟 Energiforbruget af vakuumpumpen er stabilt. Det skyldes, at forholdene, som pumpen arbejder under, er konstante og skal yde maksimalt vakuum ved drift. De sekundære energiforbrugere er kompressoranlæg, ventilationsanlæg, ammoniakforbrug og vedligehold. Energiforbruget på kompressoranlægget udgør: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔!"# = 𝑘𝑊ℎ · 365 · 𝑝𝑟𝑖𝑠 = 10 · 365 · 0,6 = 2190 𝑘𝑟. 𝑝𝑟. å𝑟 Størstedelen af kompressoranlæggets forbrugere er ventiler på delstrømsanlægget. Ventilerne, der benyttes er on/off ventiler og variable ventiler (Bleeder ventiler). On/0ff ventiler er statiske og forbruger ikke trykluft konstant, hvorimod den pneumatiske niveaureguleringsventil, forbruger konstant luft for at regulere. Vi vurderer i projektet, at ca. halvdelen af den energi, som kompressoren optager, er i forbindelse med den pneumatiske reguleringsventil. Derudover skal 43 der tages hensyn til andre forbrugere, som ikke er kortlagt, herunder inklusiv utætheder fundet under gennemgang af trykluftsystemet. Energiforbrug af Ventilationsanlæg: Når delstrømsanlægget er i drift, er der en varmeafgivelse fra rør og vekslere. Temperaturen på delstrømmen er mellem 45 og 55 grader, og rumtemperaturen er på 20-­‐25 grader. Projektet ser et stort energi tab i varmeafgivelse. Til at beregne energitabet skal det vides, hvor stort areal, der afgiver varme samt en varmetransmissionskoefficient på de materialer, der er i systemet. I projektet vurdere vi, at der kunne være et besparelsespotentiale i ventilationsanlæggets energiforbrug, men der vides ikke hvor meget. Foruden ventilationsanlægget er der udluftning til det fri i taget. Hvor meget ventilationsanlægget aftager og hvor meget, der ryger ud i det fri, er ikke beregnet i projektet. Derfor er der ikke fortaget målinger på ventilationsanlægget, da vi i projektet vurdere, at resultatet ikke vil give noget brugbart resultat, og samtidig vurderes det også, at det ikke er der, den største besparelse ligger. Ammoniak forbrug: Vi har i projektet ikke haft mulighed for, at måle hvor meget ammoniak, der bliver kogt af vakuumaflufteren, som beskrevet i tidligere analyse. Hvis ammoniaktilsætningen afbrydes et år, vil besparelsen ligge i ca. 2,7-­‐ 3,6 m3 om året. Afbrydelsen vil skabe en besparelse på mellem 14.400 og 19.900 kr. årligt. I projektet regnes der med 14.400 kr., da dette udgør minimumsforbruget. Forbruget er afhængig af doseringen, som ændres for at opretholde den korrekte ledningsevne. Vedligehold: Vedligeholdelsesomkostninger er ikke medtaget i besparelsespotentialet, idet en opgørelseskonti af, hvad der specifikt bliver brugt på vedligehold af delstrømsanlægget, ikke benyttes af TVIS. Af samme årsag er vedligeholdelsesomkostninger ikke modregnet de fremtidige vedligeholdelsesomkostninger, ved en ændret drift. Driftsbetingelserne er medbestemmende for vedligeholdelsesomkostningerne, men en nedsætning af driften, vil nedsætte slid, nedbrud og besparelse på mandetimer. 44 Den samlede besparelse er ikke den korrekte besparelse, men er derimod vejledende, da der er en del faktorer, som ikke kan måles ellers beregnes. Beregningen er lavet som en minimumsberegning, såfremt der slukkes for delstrømsanlægget i et år. Derudover kan der, alt efter hvordan driften kommer til at køre på delstrømsanlægget, hentes tilskud til energibesparelsen. Hvis det f.eks. ændres til at køre efter behov, altså kun starter, når vandkvaliteten ændrer sig eller hvis det skal slukkes, når de renser nede på Skærbækværket, vil der kunne søges om tilskud. Den samlede besparelse udgør: 𝑆𝑎𝑚𝑙𝑒𝑡 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔!"# + 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔!"# + 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔!"# + 𝐴𝑚𝑚𝑜𝑛𝑖𝑎𝑘 = 𝑆𝑎𝑚𝑙𝑒𝑡 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 40953 + 6351 + 2190 + 14400 = 63894 kr pr år 11. Konklusion Vi vil i dette afsnit af projektet konkludere, hvorvidt at delstrømsanlæggets drift skal ændres eller holdes kørende? Oprindeligt var anlægget dimensioneret til at producere vand og rense fjernvarmevand for urenheder i Fredericiaområdet. I dag er det et backup-­‐anlæg, som kun producerer fjernvarmevand, hvis der ikke kan produceres fjernvarmevand på Skærbækværket. Vandet i transmissionssystemet er i dag rent og lever op til de krav, der er fra TVIS. Delstrømsanlægget på P53 renser således rent og iltfattigt fjernvarmevand. I analysen vedrørende vandbalancen vurderes det, at urenheder og luft ikke kan indtrænge i transmissionssystemet, hvilket også er et resultat af det rene vand, der er i systemet. Såfremt systemet reelt er så sikkert, som det er konstateret i analysen, vil der ikke kunne komme nogle forureninger ind. Medmindre det kommer ind med reparationer og vedligehold, vil der ikke kunne ske ændringer af kvaliteten af fjernvarmevandet. Derudover skal vandkvaliteten fra Skærbækværket også opfylde kravene i henhold til kontrakten. 45 På baggrund af analysen omkring effektivitet af delstrømsanlægget, vurderes det, at anlægget holder gang i sig selv. Ud fra målingerne kan man se, at der er en stigning i iltindholdet, efter vakuumbeholderen, så det må antyde en indtrængning af luft omkring vakuumbeholderen. Den øgede iltmængde vil som beskrevet i teoriafsnittet ”spise” metallet, altså skabe mere magnetit. Ved at der bliver lavet mere magnetit, bliver der også mere at opsamle via det mekaniske filter. I samme analyse vises der også et fald i pH-­‐værdien efter aflufteren. Det betyder, at der bliver afkogt ammoniak, idet ammoniak har et kogepunkt på -­‐33,4℃. Og tilføjet igen efterfølgende, vi konkludere i projektet at delstrømssystemet bør stoppes indtil vakuumaflufterens effektivitet er genoprettet. Af projektets redegørelse fremgår det, at der både er et magnetitfilter, der fjerner det værste magnetit samt et mekanisk filter, der tager de sidste rester af det magnetit, der passere magnetitfilteret. Samtidig er der også en delstrømsrensning af fjernvarmevandet ved Skærbækværket, som renser et flow, der er ca. 7,5 gange større end delstrømsanlægget på P53. Ud fra analysen om fjernelse af magnetit viser det sig, at lige som det er tilfældet på Skærbækværket, er flowet i sommerperioden på pumpestation P53 så lavt, at der ikke er den store effektivitet ved en rensning af magnetit. På trods af at flowet vender, er der i sommerperioden – ifølge vandprøverne – ikke meget magnetit i vandet. Ifølge vores hypotese ” Det forventes, at delstrømsrensningen på P53 vil kunne stoppes i den periode, hvor delstrømsrensningen kører på Skærbækværket. ” altså i vinterperioden. vurdere vi i projektet til ikke at være relevant, idet flowet er stort i vinterperioden og netop her er mulighed for at opsamle magnetit. Såfremt der slukkes for delstrømsanlægget på P53, på baggrund af besparelses potentialet er der konkluderet, at den konkrete besparelse vil udgøre en minimumsbesparelse på ca. 63.000 kr. årligt. Denne besparelse er selvfølgelig ikke væsentlig, hvis der stoppes for delstrømsanlægget, og det har en negativ effekt på vandkvaliteten i forhold til de udgifter en tæring vil medføre. TVIS’ vedligeholdes strategi omkring forbyggende vedligehold kommer til udtryk ved driften af delstrømsanlægget samt i redegørelsen omkring deres vedligehold. Dette ses blandt andet ved at TVIS generelt er på forkant for så vidt angår opretholdelse af vandkvalitet og ved at der hele tiden 46 ønsker at supplere til det rigtige vandmiljø, såfremt anlægget kører, som det skal. En tæring på et rør vil være en katestrofe for TVIS, og derfor er en tæring ikke acceptabel. Det er således yderst vigtigt, at der ikke kan komme tæringer, hverken indefra eller udefra. Dødtiden i transmissionssystemet er relativ stor, og en påvirkning af vandkvaliteten er langtid om at vise sig. Det vil også betyde, at delstrømsanlægget vil være i drift og rense vandet længe før en genoprettelse er opnået. Hvis man derimod bibeholder driften aktiv på delstrømsanlægget på P53 kan TVIS være på forkant og behandle vandet bedst muligt. For så vidt angår spørgsmålet om, hvorvidt anlægget skal slukkes eller ej, kan der på baggrund af projektets nuværende analyse ikke findes nogle argumenter for, at anlægget skal være i drift hele året. Denne vurdering er foretaget på baggrund af de foretagne målinger og analysen generelt. Tager man dog den analyserede besparelse i betragtning, bør det internt hos TVIS overvejes, om man er villig til at slukke for anlægget. Der henvises i den forbindelse til nedenstående afsnit ”anbefalinger til TVIS”. 12. Anbefalinger til TVIS På baggrund af konklusion og analyser, har vi i forbindelse med projektet udarbejdet en række anbefalinger til TVIS, som vurderes anvendelige for virksomheden med henblik på at skabe overblik over, hvorvidt anlægget skal slukkes eller ej. Anbefalingen skal af TVIS ikke ses som en projektplan, men mere et værktøj, som de kan anvendes før beslutningsfasen og inden valg af endelig løsning. Ud fra konklusionen og analysen om at aflufteren er utæt, anbefales det at undersøge vakuumaflufteren nærmere. Overordnet er der nogle tiltag, som er nødvendige for at undersøge effektiviteten af vakuumaflufteren, herunder bør utætheden på vakuumaflufteren udbedres og en ny analyse/måling på effektiviteten af vakuumaflufteren bør udføres. Projektet har opstillet nogle forslag til lokalisering af utætheden på vakuumbeholderen, hvilket fremgår af nedenstående to metoder. 47 Metode 1 for lokalisering af utætheden er følgende: Lokalisering med ultralytter. Der bør udarbejdes en afspærring af vakuumbeholderen sammen med de komponenter, der arbejder på vakuumsiden af beholderen. Vakuumpumpen sættes i drift for at opbygge vakuum i beholderen og i tilhørende komponenter. Samtidig anbefales det, at andet unødvendig mekanisk støj elimineres. En ultralytter kan benyttes for lokalisering af luftindtrængningen. Metode 2 for lokalisering af utætheden er følgende: Lokalisering af vandlæk. Der bør afspærres på vakuumbeholderen sammen med de komponenter, der arbejder på vakuumsiden af beholderen. Ligeledes bør vakuumbeholderen fyldes med vand og trykket i beholderen bør forøges gradvist mod det maksimal tilladte tryk. På samme tid bør der observeres efter utætheder ved samlinger og komponenter. Det er herefter muligt, at utætheden vil vise sig som læk af vand. Det anbefales, at metode 1 afprøves først, da metoden ikke ændrer mærkbart på forholdene, som vakuumbeholderen og tilhørende komponenter arbejder under ved normal drift. Utætheden vil formentlig kun vise sig under betingelser, der minder om normal drift af vakuumbeholderen og derfor anbefales det at afprøve metode 1 først. Den første anbefaling omhandler vakuumaflufteren og en eventuel ændring af denne. Efter vakuumaflufteren er repareret, skal der fortages nye målinger på delstrømsanlægget. De nye målinger af effektiviteten vil vise, om aflufteren har en effekt på afluftning af ilt af delstrømmen. Her bør TVIS overveje, om de ønsker den effekt, i forhold til beregningen på årlig udskiftning af fjernvarmevand, om iltniveauet i transmissionsnettet kan stige til mere end, hvad Skærbækværket aflufter spædevandet til før påfyldning på transmissionsnettet samt besparelsen ved at afbryde vakuumpumpen og ammoniaktilførelsen. Der skal vurderes på, om aflufteren skal afbrydes og stilles på standby. Ved afbrydelse af aflufteren er det nødvendigt, at etablere et bypass over vakuumbeholderen for stadigt at kunne delstrømsrense med mekaniskfilter, hvis det vurderes, at der er behov for mekanisk filterrensning, 48 Hvis det besluttes, at vakuumaflufteren stoppes, og nu skal være standby, bør der overvejes, hvordan målingerne af vandkvaliteten bør fortages. På nuværende tidspunkt udtages der en mængde fjernvarmevand, der tappes på delstrømmen for at registrere ilt, pH-­‐værdien og ledningsevne. Aftapningen ledes til T500 for så igen at blive pumpet ind på fremløbet til aflufteren. Ved denne metode undgås tab af vand til måleinstrumenter. Hvis vakuumaflufteren stoppes, er det nødvendigt, at ændre på, hvor udtaget og retur-­‐pumpning af målevand til måleinstrumenterne gøres. Projektet foreslår at en direkte aftapning af fjernvarmevand på returledningen, til måleinstrumenterne og pumpe det direkte ind på returledningen igen. Anbefaling 2. Den mekaniske filterrensning på P53 kan stoppes i sommerperioden, hvilket er analyseret af vandprøver og fastslået i den afsluttende konklusion. Ud fra den betragtning vurderer vi i projektet, at et større fokus bør rettes mod vandanalyser. Der bør foretages en systematisk registrering af Fe3O4 –magnetit i de vandanalyser der rutinemæssige tappes, for at sikre, at vandkvaliteten overholdes. 3. Anbefaling. Såfremt at TVIS vurdere at delstrømsanlægget skal stoppes, vil vi anbefale to metoder til drift af delstrømsanlægget. Vi anbefaler henholdsvis at anlægget køres efter sommer/vinter drift eller idriftsættes efter behov. Vi vil i projektet anbefale at der tilføres flere målesteder, for at kunne overvåge vandkvaliteten. Ved at vurdere på vandkvaliteten vil målingerne kunne bruges til starte anlægget op hvis en eventuel ændring af vandkvaliteten registreres, via den løsning vil anlægget ikke være i drift unødvendigt. Ved ændring af driften af anlægget anser projektet det som et minimum at der måles i ydrepunkterne på transmissionssystemet, altså i Vejle, Middelfart og Kolding. Det vurderes at de ekstra målinger, vil kunne bruges til begge metoder, da målingerne giver en overvågning af vandkvaliteten i forhold til driftsikkerhed. 49 Vi vil i projektet anbefale TVIS, at vurdere på hvor lille en afvigelse TVIS ønsker grænseværdierne skal registrere til før en opstart af delstrømsanlægget iværksættes. I overvejelserne af hvordan grænseværdierne skal bestemmes, skal TVIS vurdere på dødtiden i transmissionssystemet, for at kunne iværksætte genoprettelse at vandkvaliteten tidligst muligt. Målinger kan udføres som beskrevet i anbefaling 2 altså pumpe fjernvarmevandet ind på systemet igen, for ikke at have et vandforbrug ved målingerne af vandkvalitet. Udover målingerne på transmissionssystemet, bør der også være målinger fra skærbækværkets spædevand samt det fjernvarmevand der tilføres, så der kan registres hvilken vandkvalitet der påfyldes TVIS systemet. 4. Test af delstrømsanlægget. Delstrømsanlæggets mekaniske filter returskylles på nuværende tidspunkt hver 7. uge, hvor vandanalyseprøver også fortages. Såfremt anlægget skal slukkes eller behovstyres, vil de rutiner kunne blive udvidet til at kunne sikre, at anlægget vil kunne startes op, hvis Skærbækværket ikke kan producere spædevand til TVIS-­‐ systemet. Hver 7. uge vil der kunne fortages afprøvning af delstrømsanlægget for at motionere anlægget og for at opretholde en sikkerhed, hvis anlægget på et senere tidspunkt skal i drift til delstrømsrensning af fjernvarmevand 13. Kilder og kildekritik Den viden projektet har modtaget via TVIS, herunder pi-­‐diagrammer, trendkurver, vandanalyser og dialog, anser projektet som pålidelig. Kundskaben er frembragt via indspirerendene samtale med maskinmester på TVIS og blevet bekræftet på tværs af mesterne. Kortlægningen og analyserne er konstruerede ud fra analyser af trendkurver, målinger og samtale med maskinmester og teknikker på TVIS. Projektet ser ingen grund til at betvivle informationen, der er overdraget til projektet af TVIS, idet projektets konklusion og anbefalinger er til TVIS´ egen fordel. Litteraturen der er benyttet til undersøgelse af teorier vedørende vandbehandling og kemi, er lærebøger fra maskinmesteruddannelsen og vejledninger fra Fælleskemikerne og DFF. Projektet anser naturligvis disse teoretiske lærebøger for troværdige. Litteraturen fra Fælleskemikeren og 50 DFF er skrevet og tolket som en vejledning til fjernvarmeværker og fjernvarmecentraler. De forholder sig også objektivt samt udfra erfaringer, til forholdne i et fjernvarmesystem, uden at have kommiciel interesse og anses derfor ligeledes som pålidelig litteratur. Informationerne fra Skærbækværket i form af mails og mundtlige oplysninger fra driftassistent Leon V. Nielsen og driftmester Henrik Larsen, vurderes til at være korrekte og i overensstemmelse med oplysningerne fra TVIS. Måleinstrumenetet, som er benyttet med henblik på energimålinger af elforbrug til primære-­‐ og sekundære forbrugere er en ”Fluke 43538 Series II Power Quality and Energy Analyzer”. Fluke instrumentet er til professionel brug og er af høj kvalitet med en tolerence på ±1,5 % ved energimåling, hvilket er acceptabelt for målingen. Faktorer som returledningstrykket, der variere med årstiden i transmissionsystemet vil også ændre på energimålingen af delstrømspumperne, og gøre at en 1,5 % afvigelse i måleinstrumentet ikke får konsekvenser for det samlede billede. De 3 fastinstallerede måleinstrumenter til måling af lednignsevne, pH-­‐værdien og iltindhold til registereing af værdier på delstrømsvandet, har projektet benyttet til måleresultaterne i analysen. Før projektet benyttede iltmålerne, blev den kalibrerret og vurderes derefter til at være retvisende. Ledingsevnemålerne beskrives af producenten som vedligeholdelsesfri og betragtes som i tilfredstillendene tilstand. Måleresultaterne indikerede også samme værdier som indsendte vandanalyser. pH-­‐målerne har en fejlvisning sammenlignede med vandanalysen, hvilket indikerer, at den skal kalibrerres og renses. Vi mener fortsat, at pH-­‐måleren kan benyttes til denne analyse af vakuumbeholderen, idet den stadigt registrerede ændringer i pH–værdien på delstrømmen, blot er afvigendene fra vandanalyserne, analyseret af Force. De udregninger vi har lavet i analyse ”Vandbalance” ses kun, at være vejlende og er ikke et fast resultat, fordi der er nogen forbehold der ikke har været muligt at måle, som f.eks hvor meget ilt der optages i stålet. Beregningerne på på besparelsen vurdere vi til at at være sandfærdige. 38
Se litteraturliste – hjemmeside 5 51 14. Perspektivering Ved at TVIS køber CO2-­‐Netrualvarme og derved har fokus på energirigtig varme, kunne det i fremtiden være et fokuspunkt, at energioptimere igennem hele deres system. Ved at gennemgå de forskellige processer samtidig med at se på, hvad der er på markedet af forskellige energirigtige løsninger, hvor de stadig kan opretholde deres driftsikkerhed, kan TVIS energioptimere på TVIS-­‐nettet generelt. Det kan indføres med nøgletal (kpi’er=Key points indikators), herunder med henblik på at styre, om der er en fremgang og ikke mindst med henblik på at undersøge, hvordan TVIS ligger i forhold til andre lignende virksomheder. Samtidig kan det give være en motivation for medarbejderne. Det vil hjælpe TVIS i relation til at blive en grønnere virksomhed, og til at imødekomme de krav, der hele tiden forventes overholdt og som ses at blive skærpet. Derudover kan der også anvendes den såkaldte PDCA-­‐cirkel (Plan-­‐do-­‐check-­‐act). Denne vil kunne bruges som et værktøj til at styre de energitiltag, som bliver vedtaget, således at der ikke arbejdes efter intuition, men mere bevidst og mere rationelt. Samtidig vil værktøjet også kunne bruges i andre sammenhænge i virksomheden. Hvis der ikke ønskes at slukke for delstrømsanlægget på TVIS, vil vi anbefale, at man prøver at få genetableret frekvensstyring, som anlægget er projekteret med. Dette burde gøres for at bevare fokus på energioptimering. Andre energitiltag, som vi vurderer, at TVIS kan arbejde med er ventilationsanlæggene på de forskellige pumpestationer, ventilationen til de store transmissionspumper, lys og lysstyring mv. Der skal naturligvis fortsat være fokus på driftssikkerhed og god kvalitet i relation til arbejdsforholdene på pumpestationerne. 52 15. Litteraturliste Bøger/vejledninger 1. Jansen, Piet, 3. Udgave 2007. Pumpeståbi 2. Håndbogen for Maskinmestre 1999, Bind 1 udgave 9. 3. Jansen, Piet m.fl., Force instituttet, Rustfrit stål i fjernvarmesystemer 98. 4. Kemigrundbog for Teknikere Dennis Hansen 1997 5. TVIS, projektdokumentation, rørteknik 2.562.T53.22. Faneblad 1 side 2 6. TVIS, projektdokumentation, rørteknik 2.562.T53.22. Faneblad 1 side 3 7. Fælleskemikerne / Eksemplar 2000-­‐02-­‐059, 1.februar 2000 Hjemmesider 1. http://cdn2.us.yokogawa.com/SC402_IM_06.pdf 8/5-­‐2015 2. http://cdn2.us.yokogawa.com/product_PH450G_IM_Japan_04.pdf 8/5-­‐2015 3. http://cdn2.us.yokogawa.com/TNA0916.pdf 8/5-­‐2015 4. http://www.w-­‐m-­‐t.com/Products/Oxyguard/PPB_Portable.php 8/5-­‐2015 5. http://www.fluke.com/fluke/dkda/effektmetre/3-­‐faset/fluke-­‐435-­‐series-­‐ii.htm?PID=73939 8/5-­‐2015 53 16. Bilag Bilag 1 -­‐ Projektskabelon Emne Energioptimering af delstrømsanlæg Skribenter Rene Clausen Stud. nr. E20121020 Søren Nielsen Stud. nr. E20121032 Projektvirksomhed TVIS – Trekantsområdets varmetransmissionsselskab Tonne Kjærsvej 11 7000 Fredericia Kontaktperson Vedligeholdelseschef Tommy Hermann [email protected] Vejleder Fredericia Maskinmesterskole Esben Stehr [email protected] Problemstilling TVIS ønsker at få undersøgt, om det er muligt at ændre driften af delstrømsrensningen på henholdsvis Skærbækværket og ved TVIS’ pumpestation, P53. Problemformulering Hvordan kan vi reducere på driften og derved nedsætte energiforbruget af delstrømsrensningen på P53 og Skærbækværket, uden at det sker på bekostning af den korrekte vandkvalitet, som fortsat skal opretholdes? Hypotese Det forventes, at delstrømsrensningen P53 vil kunne stoppes i den periode, hvor delstrømsrensningen kører på Skærbækværket. Metode Med henblik på at kunne kortlægge den krævede vandkvalitet vil vi udarbejde en redegørelse samt en historisk opbygning af TVIS’ transmissionsnet. Det vil ske via undersøgelse af PI-­‐diagrammer, projekteringsgrundlag og via observationer på pumpestationer. 54 For at opretholde den nuværende driftsikkerhed redegør vi for, hvilke krav TVIS har til vandkvaliteten. Kravene, der består af pH -­‐værdi, ledningsevne samt iltindhold, vil blive dokumenteret via projekteringsgrundlaget. Vi redegør for mængden af fjernvarmevand, som årligt påfyldes anlægget for at kortlægge udskiftningen af fjernvarmevandet. Det vil blive dokumenteret ud fra spædevandsopgørelse af tilført fjernvarmevand til transmissionssystemet. Til redegørelsen af delstrømsanlægget på Skærbækværket har vi til projektet indsamlet viden fra interne medarbejdere i form af anlæggets opbygning og pumpernes driftsperiode. På grund af manglende vandprøver fra Skærbækværkets spædevand benytter vi kontraktudkastet på vandkvaliteten som dokumentation for sammensætningen af spædevandet. Endvidere anvender vi udtalelser fra medarbejdere på Skærbækværket. For at vurdere risikoen for påvirkning af transmissionssystemet vil der være fokus på vedligehold og en kortlægning af dette. Til brug for kortlægningen har vi indsamlet data, og på baggrund af disse data undersøger vi proceduren efter reparation af transmissionssystemet. Formålet er at vurdere på indtrængende urenheder ved åbning af systemet. Med henblik på at analysere anlæggets indflydelse på vandkvaliteten vil vi i projektet udarbejde en forudgående redegørelse for delstrømsanlægget P53. For at sikre de nødvendige data vil vi indsamle et PI-­‐diagram på delstrømsanlægget og en anlægsbeskrivelse. Projektet indeholder en analyse omkring vandkvalitet. For at kunne 55 konstatere, hvorvidt vandkvaliteten vil blive opretholdt ved et eventuelt stop af delstrømsrensningen på P53, har vi foretaget målinger på effektiviteten af vakuumaflufteren. Ligeledes har vi undersøgt, om kvaliteten på fjernvarmevandet opretholdes i perioden, hvor delstrømsanlægget på Skærbækværket er stoppet. Undersøgelsen bygger på en sammenligning af vandprøver foretaget ved TVIS samt information fra SRO-­‐systemet. I projektet har vi udarbejdet en analyse af forbruget til driften af delstrømsanlægget P53, og til dette har vi foretaget energimålinger samt en opgørelse over omkostninger til delstrømsanlægget. På baggrund af analyserne har vi afslutningsvist i projektet vurderet hvorvidt det er en fordel for TVIS at foretage ændringer i driften på delstrømsanlægget P53 i forhold til en uændret driftssikkerhed. Endelig vurderer vi, hvilke anlægsændringer TVIS kan foretage med henblik på at overvåge vandkvaliteten ved eventuelle ændringer af delstrømsdriften. Problemafgrænsning I projektet vil det i sagens natur ikke være muligt at ændre metoderne for delstrømsrensningen på Skærbækværket. Projektet vil derfor kun foreslå ændringer til delstrømsrensningen på P53, TVIS. Det vil ikke være muligt, at anskaffe dokumenterede vandprøver fra Skærbækværket, pga. implementeringen af vandprøveregistrering ikke er afsluttet. Vandprøver skulle bruges til at dokumentere, det spædevand Skærbækværket levere til transmissions systemet. Under praktikperioden vil der ikke blive slukket for delstrømsanlægget P53. Det skyldes, at dødtiden i fjernvarmesystemet vil medføre, at det ikke vil ændre vandkvaliteten eller skabe brugbar data for analyse af 56 vandkvaliteten. Det vil i projektet ikke være muligt, at dokumentere eventuelle mikroorganismer i transmissionssystemet, da det vil kræve en åbning af systemet, for at kunne undersøge en eventuel tilvækst. En medarbejder ved TVIS vurderer, at det ikke er en relevant risiko Bilag 2 – Vandanalyser pH-­‐værdi 10,2 10 9,8 9,6 9,4 9,2 9 8,8 10 10 9,9 10 10 9,8 9,9 10 9,9 10 10 9,8 9,9 10 9,9 10 10 10 10 9,8 9,9 10 10 9,8 9,6 9,5 9,5 9,4 9,4 9,2 P51 P53 L77 F L77 K T500 25. november 2013 12. februar 2014 4. juni 2014 18. december 2014 5. februar 2015 27. marts 2015 Ledningsvevne µS/cm 110 110 110 120 89 100 80 66 60 40 26 27 25 24 26 21 26 27 26 26 26 21 26 27 23 26 28 22 39 26 27 26 26 26 21 20 0 P51 P53 L77 F 25. november 2013 12. februar 2014 L77 K 4. juni 2014 18. december 2014 5. februar 2015 27. marts 2015 T500 57 NH3 -­‐ mg/L 40 30 31 21 20 11 11 10 9,8 9,8 10 29 28 26 7,3 11 11 10 9,9 9,5 7,5 11 11 10 9,8 9,2 7,4 11 11 10 11 9,8 14 7,6 0 P51 P53 L77 F 25. november 2013 12. februar 2014 L77 K 4. juni 2014 18. december 2014 5. februar 2015 27. marts 2015 T500 Fe -­‐µg/L 300 50 0 180 200 150 100 260 250 130 37 7 31 P51 53 8 8 5 32 67 57 6 34 44 8 3 6 22 9 4 32 18 8 3 10 7 9 11 P53 L77 F L77 K T500 25. november 2013 12. februar 2014 4. juni 2014 18. december 2014 5. februar 2015 27. marts 2015 58 Bilag 3 – Spædevands opgørelse m3 Fjernvarmevand tilført transmissionsnettet 18.000 16.000 14.000 12.000 8.000 6.000 2012 10.000 2013 2014 4.000 2.000 -­‐ Jan. Feb. Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec I alt 2012 1.682 1.894 812 1.045 1.427 972 965 2.373 2.115 1.093 970 1.074 16.42 2013 1.383 1.010 681 424 1.115 1.618 1.286 1.508 515 2.029 811 1.036 13.41 2014 645 584 1.544 917 1.701 1.738 827 1.357 893 837 1.383 1.703 14.12 Bilag 4 – Anlægstegning A3 Se næste side. 59 Bilag 5 – Trendkurve fra SRO-­‐anlæg 60 61 62 Bilag 6 – Energiforbrug Delstrøms pumpe Vakuumpumpe 63 Kompressoranlæg. 64 Bilag 7 – Kontrakt mellem TVIS og Skærbækværket samt udtalelser 65 66 67 68 69 70 71 72 Fra: Leon V. Nielsen [mailto:[email protected]] Sendt: 17. april 2015 10:50 Til: René B.S. Clausen Emne: RE: FJV.Delstrømfiltrering på Skærbækværket Hej igen Se nedenstående mail, fra Monika Nielsen (vores Kemiingeniør) Hilsen Leon Hej Leon Der stilles nedenstående kvalitetskrav til spædevandet forhold til den nye aftale med TVIS: •
Ledningsevne < 2 µS/cm (før pH-justering/konditionering) •
pH = 9,8 ± 0,2 / NH3 = 2,5 - 10 mg/l. •
O2 < 0,02 mg/kg
Håber dette er svar nokJ Fra: Henrik Larsen [mailto:[email protected]] Sendt: 30. marts 2015 11:46 Til: René Breinholdt Svanborg Clausen Cc: [email protected]; Bjarne Elverhøj Emne: RE: Vandanalyse TVIS Hej Søren & René! Som i ved, har vi Leon til at passe henholdsvis vandbehandling og smøring på Skærbækværket. Han har iht. instruks kontrolleret fjervarmevandet, hvilket bl.a. har bestået i at starte ledningsevne måleren op 1 gang i måneden for at kontrollere den sure ledningsevne. Hvis denne har ligget under grænseværdi, har han ikke foretaget noget, og hvis den har ligget over, har han påbegyndt rensning. Samme filosofi har også været tilfældet for NH3! Der har ikke været foretaget registrering -­‐ Dvs., vi har ikke nogen dokumentation for vandprøver foretaget på fjernvarmevandet! Der er ved at blive iværksat et nyt måleprogram for fjernvarmevand i forbindelse med indgåelse af den ny spædevandskontrakt, som skulle være tæt på at blive underskrevet Dong/Tvis imellem. Her vil månedlige fastsatte måleværdier på fjernvarmevandet, fremmedrettet blive indlagt i DE` s databasesystem. Måleprogram vil blive udført af Force Technology, som DE er ved at fastsætte rammerne sammen med. DE` s Bjarne Elverhøj, tlf.nr. 99556912, står for at implementere ovenstående. Hvis i har spørgsmål vedr. dette, er i velkommen til at kontakte ham. Med venlig hilsen Henrik Larsen Thermal Power, Skærbækværket DONG Energy Tlf. +45 99 55 68 89 73 Bilag 8-­‐ Flow og temperatur 74 Bilag 9 -­‐ Mail korrespondance From: Karol Daucik [mailto:[email protected]] Sent: Monday, March 23, 2015 6:53 PM To: Leon V. Nielsen Subject: Re: FJV.Delstrømfiltrering på Skærbækværket Hej Leon, Oprindelig blev delstrømsrenseanlæg kørt efter kvaliteten af det cirkulerende vand. Dvs. når sur ledningsevne i det cirkulerende fjernvarmevand faldt under en værdi (jeg kan ikke huske værdien, men mener at det var 1 eller 2 µS/cm) så stopede man den kemiske del af delstrømsrensning, men bibeholdt de mekaniske filtre i drift. Den sure ledningsevne derefter langsomt steg -­‐ meget langsomt. Når den så nåede op på en bestemt værdi (min hukomelse er igen ud og svømme, men det foresvæver mig, at det var 3 -­‐ 5 µS/cm), så idriftsatte man ionbytningsanlægget igen. Det viste sig, at stigningen var meget langsom, og filtreringseffektiviteten af de mekaniske filtre var om sommeren også lav, idet det lave flow tillod partiklerne at bundfælde i forskellige gemmesteder, så der var for lidt at filtrere. Når man også skar ned på analysefrekvensen, så fandt vi den periodiske brug af delstrømsanlægget synkron med vejret. Med hilsen og endnu en tak for glimrende samarbejde. Karol Bilag 10 –Vandkvalitets krav fra TVIS 75