[BACHELORPROJEKT OM TRYKLUFTANLÆG]

Transkript

1 2013 Elopak Danmark Anders Warming [BACHELORPROJEKT OM TRYKLUFTANLÆG] Aarhus Maskinmesterskole

2 Forfatter: Studienummer: Opgavetitel: Optimering af trykluftanlæg Projekttype: Bachelorprojekt Placering i uddannelsesforløbet: 6. semester Projekt start: 28/02/2013 Afleverings dato: 04/06/2013 Antal tegn: Antal normalsider: 29,13 sider a 2400 tegn Uddannelsesinstitution: Aarhus Maskinmesterskole Praktiksted: ELOPAK DANMARK A/S 2

3 Vejledere: Marc Bæk Nielsen Aarhus Maskinmesterskole Jesper Vange Hansen ELOPAK DANMARK A/S Signatur: 3

4 Abstract This bachelor project is made as a result of my 4 month of work experience on completion of my studies as bachelor in marine engineering and technologic management. It took place at Elopak Denmark in Lystrup, near Aarhus, at the maintenance department. This project will focus on optimizing and mapping the compressed air system at Elopak. The subject of this project is a request from Elopak, since they have no knowledge of the actual amount of air they are consuming and at what cost. Elopak is also facing an expansion of the production with one more printing line. In that context it is important for them to know if the compressor central can handle such an increase in air flow. The quality of the compressed air is also a topic in this project During the time at Elopak there has been an information gathering where the flow has been measured for each printing line and other main consumers. The purpose hereof is to make an analysis of each machine s air consumption and identify leaks and come up with suggestions for improvements. For a valid analysis of the compressor central there have been two external companies have been measuring and calculate if the compressors are the most suitable for Elopaks needs. The project will make comments on each companies evaluation and point out the advantages and disadvantages and make a recommendation of wish solution to choose. A thorough examination of different types of filtration and treatment will be done and finally a conclusion will be made if Elopak if they comply with ISO (2010). 4

5 Indhold Nomenklaturliste... 8 Forord... 9 Indledning Problemformulering Metode Afgrænsning Virksomhedsprofil Anlægsbeskrivelse Kompressorer Kompressorstyring Efterbehandlingsudstyr Køletørre Filtre Dræntank Trykluftstrengen Beskrivelse af forbrugere Forbruger oversigt Converter Converter Converter Flamesealer, færdigvarelager og wrapper Coating Plastmaskiner bars system Kommende maskineri Måleteknink Baggrund for måling Valg af målesensor In-line

6 Probe Måleudstyr Sensor Logger Reliabilitet Måledata Converter Converter Converter Flamesealer, færdigvarelager og wrapper Coating Plastmaskiner Oversigtstabel Forbedringsforslag Generelt Converter Converter Converter Flamesealer, færdigvarelager og wrapper Coating Plastmaskiner Kompressoranlæg Analyse af kompressorcentral Eksisterende anlæg Muligt nyt anlæg Økonomi Luftkvalitet Luft Efterbehandling Indhold og konsekvenser

7 Faste stoffer Olie Vand Generelle betragtninger Konklusion Perspektivering Tabeloversigt Figuroversigt Litteraturliste Bilagsoversigt

8 Nomenklaturliste Board Coate Converter Flameseal Gummidug Kliche Windows maskine Pappet der trykkes på. Det bliver leveret på store ruller med omkring 1500 m/rulle. Coatingen består af en tynd PE film der valses på boardet. Dette gøres både for at skabe en tæt barriere mellem væsken og pappet, men det gør det også nemmere at trykke på, da det skaber en bedre overflade for farven at hænge fast på. Professionel betegnelse for en trykmaskine. En proces der varmer en del af PE belægningen op, og svejser på den måde kartonerne samme på den lange led. Gummidugen er det, der bære det mønster, der skal trykkes videre på boardet En kliche er et rør hvor mønsteret der skal trykkes er præget på. Dette rør skiftes ved hver ny ordre. En maskine der stanser huler i kartonerne og limer et vindue på således, at man kan se niveauet af det resterende indhold 8

9 Forord Rapporten er udfærdiget som led i min uddannelse til maskinmester på Aarhus maskinmester skole. I den forbindelse vil jeg gerne takke Elopak, og specielt Ole Brok Møller og Jesper Vange Hansen for at tage mig ind som praktikant, og give mig en indholdsrig praktikperiode med mange udfordringer. Emnet til rapporten kom frem efter samtale med Ole og Jesper, der kunne fortælle, at Elopak står for, at skulle udvide, og i det hele taget er en virksomhed der arbejder med at reducere deres CO2 udslip. I den forbindelse ville det være interessant, at få lavet en analyse af virksomhedens trykluftcentral for, at kunne vurdere mulighederne for en effektivisering af anlægget. Rapporten er en systematisk gennemgang af trykluftsystemet, og bør derfor læses fortløbende, ikke at miste helhedsforståelsen. Der skal lyde en stor tak til: Thomas Hjarnø Pedersen, Granzow a/s, for at tage sig tid, og hans store hjælp i forbindelse med rapporten. Brian Pedersen, Kaeser kompressorer, skal have tak for hans samarbejde, og hans hjælp i forbindelse med forståelse af trykluftsystemer. Henrik Vedel, Elopak Danmark, for tage sig tid til at svare på mine spørgsmål omkring trykluftcentralen. CS-INSTRUMENTS for lån af måleudstyr. For at læse rapporten vil det anbefales at have kendskab til trykluft og dens anvendelse, være maskinmester, ingeniør eller lignede. 9

10 Indledning Emnet for denne rapport vil være, at skabe en forståelse for hvilken kompressorcentral der vil være den optimale, samt at give et overblik over trykluftens anvendelse hos Elopak. I den forbindelse også prøve at finde mulige optimeringsmuligheder. Det overordnede formål med dette vil være, at reducere trykluftforbruget og dermed energiudgiften til fremstilling af trykluft. Mine forventninger til resultatet af denne rapport er, at der sandsynligvis er mulighed for optimering, da der er sket meget på kompressorområdet de seneste år, blandt andet frekvensstryring, og et stort fokus på varmegenvindingen. Hvor stort optimeringspotentialet vil være, vil rapporten afdække. 10

11 Problemformulering Efter samtale med den tekniske ledelse på ELOPAK, har de udtryk ønske om, at jeg kunne kigge på virksomhedens trykluftsystem. Deres tanker går på om den løsning, der findes på virksomheden, er den rigtig for dem, eller om der kunne optimeres på anlægget således, at der kan opnås et stabilt og driftsøkonomisk anlæg. Da virksomheden står overfor en snarlig udvidelse af produktionen, ønskes der ligeledes et overblik over om det eksisterende anlæg kan håndtere denne udvidelse. Virksomheden har valgt, at sigte efter en høj luftkvalitet. Derfor er der gjort meget ud af, at sikre kvaliteten ved, at placere kul og partikelfilter foran hver trykmaskine, udover de filtre der er opsat i kompressorrummet. Det ønskes kortlagt om det er nødvendigt med den høje kvalitet i hele systemet, eller om der findes andre løsninger der kan sikre den ønskede luftkvalitet, hvor der er behov for den. Projektet vil i punktform arbejde med følgende punkter: Skabe overblik over systemets udbredelse Skabe overblik over luftforbrug hvor og hvornår Vurdering af den valgte kompressorsammensætning Luftkvalitet Økonomi Alternative løsninger 11

12 Metode I forbindelse med tilblivelsen af denne rapport er der søgt viden i skrevne medier, og via samtale med specialister på området. For at kunne kommentere på Elopaks trykluftcentral, og forbrug anvendes en hypotetisk-deduktiv metode, hvor der opstilles hypoteser, antagelser, som der tages en deduktiv slutning på. På den måde anvendes både empiri og logik 1. I forbindelse med praktikforløbet vil der, blive observeret på trykluftsanlægget, og indsamlet informationer omkring det udstyr, der er installeret i virksomheden. Der vil blive lavet flowmålinger på trykluft til de enkelte stor forbrugere. Denne indsamling af empiri bliver foretaget for, at kunne have et ordentligt grundlag for, at lave en deduktiv slutning til brug for forbedringsforslag, og anbefalinger senere i rapporten. Afgrænsning Der vil ikke medtages noget om de eksisterende kompressorers levetid, eller om udgifter til vedligeholdelse. For at holde fokus på opgaven, vil der ikke tages højde for om det er realistisk, at gennemføre de optimeringsforslag der måtte komme frem. Ligeledes vil de miljømæssige konsekvenser ved en optimering ikke blive behandlet. I det omfang det er muligt vil der kigges på alternative løsninger til, at reducere luftforbruget, men det vil ikke være et hovedmål med rapporten. 1 Torsten, T, Videnskabsteori for begyndere s

13 Virksomhedsprofil Elopak er en trykkerivirksomhed, der producere et bredt udvalg af papkartoner til fødevareindustrien. Det kan være til mejeriprodukter, juice, saft eller flydende madvarer. Desuden produceres der plastikflasker til blandet andet drikkeyoghurt. Der leveres til store dele af Europa, og Elopak er en del af en koncern, der har trykkerier i flere steder i Europa Foruden papkartoner, coates der board, som anvendes i produktionen. Der produceres omkring 1,8 milliarder kartoner på årsbasis Virksomheden beskæftiger omkring 250 medarbejdere på adressen i Lystrup, hvor af cirka 30 er direkte beskæftiget med vedligeholdelse. Anlægsbeskrivelse Trykluftsystemet hos ELOPAK anvendes til flere forskellige formål. Det er alt lige fra friskluftforsyning ved arbejde med skadelige stoffer, til converternes mangeartede bevægelser, pakkeafdelingens håndtering af færdige pakker, plastmaskinernes brug af luft i fremstillingen af plastikflasker og arbejdsluft. Systemet har et arbejdstryk på ca. 7.5 bar, og bliver ført rundt på virksomheden i et 2 rør, hvorfra der fordeles ud til samtlige forbrugere, og udtag til arbejdsluft. 13

14 Figur 1 Anlægs oversigt På figur 1 ses en skitse af kompressorcentralens opbygning. En forklaring på numrene kan ses herunder. 1. Kompressor 2. Kompressor 3. Kompressor 4. Kompressor 5. Vandudskiller 6. Køletørre 7. Filtre 8. Trykluftbeholder Kompressorer Trykluftcentralen hos ELOPAK er bygget op af 4 kompressorer af forskellige størrelser. Fælles for alle kompressorerne er, at de er relæstyret. Dette er en meget uøkonomisk måde, at drive anlægget på. Det skyldes at en aflastet kompressor ikke levere luft til systemet, men forbruger stadig omkring halvdelen af fuldlast strømmen, på at cirkulere luft gennem kompressoren for, at køle den af. 14

15 Model Størrelse [kw] Type Antal Flow ved 7,5 bar [m 3 /h] MONSUN 22 AIR-E MONSUN 55 AIR-E HURRICAN 37 DD Tabel 1 Oversigt over kompressorer (datablad for kompressorerne) Kompressorerne bliver styret af en enhed der søger for at skifte mellem de forskellige kompressorer, således at der er et lige slid på alle kompressorer. Se mere under afsnittet kompressorstyring. Alle kompressorer er skruekompressorer og er leveret af RENO-FF, som også har vedligeholdelsen af dem. Kompressorstyring Styringen er en ENERCON SX, der sørger for at skifte mellem de forskellige kompressorer alt efter hvordan behovet er på et givent tidspunkt. Der er en base-load kompressor, som i ELOPAKs tilfælde er MONSUN 55, som dækker hovedparten af forbruget. Når den ikke er tilstrækkelig, bliver de andre koblet ind, efter et system det ikke har været muligt at finde frem til. Der er ingen dokumentation over, hvordan styringen er programmeret. Dette er ikke hensigtsmæssigt i forbindelse med vedligeholdelse, eller andet arbejde, der kan involvere arbejde på kompressorerne, eller ændringer i rækkefølgen på disse. 15

16 Efterbehandlingsudstyr Køletørre Der er opstillet to køletørrer til trykluften, hvoraf den ene er reserve i tilfælde af nedbrud eller vedligeholdelse. Model Kølemiddel Fyldning [kg] Trykdugpunkt [ C] Kapacitet [m 3 /min] DE 110 R22 2,58 +3 NA MG 037/A R407c 4, Tabel 2 køletørre data. (MTA brugermanual, MTA folder 2 ) Formålet med køletørren er, at kondensere den vanddamp i trykluften, som naturligt vil være der pga. luftfugtigheden, i den luft der komprimeres. Efter kompressorerne vil vanddampen være en del af trykluften, og hvis trykluften ikke bliver tørret, vil denne vanddamp blive båret med ud i systemet. Her kan man så risikere, at vanddampen fortætter, når temperaturen falder under trykdugpunktet i trykluftledningen, og der kan dannes vanddråber, som i værste fald kan ende med, at ødelægge eller stoppe udstyr. Da en del af trykluften anvendes uden døres, kan vanddråberne også fryse i vinterhalvåret, og derved stoppe ventiler, eller andet udstyr. For at undgå denne problematik, køler, og derved tørrer, man den luft, der kommer fra kompressorerne, før den bliver distribueret ud i systemet. Filtre Inden trykluften sendes ud i systemet, er der fire filtrationstrin. Det første er en vandudskiller til at fange frie vanddråber og større partikler. Den er monteret for, at skåne køletørren, der sidder lige umiddelbart efter udskilleren. Næste filtertrin er et forfilter, K330 AO, som tager partikler ned til 1 μm, hvilket vil sige næsten alle almindeligt forekommende faste partikler. Se figur herunder

17 Figur 2 partikelstørrelser (Granzow a/s, Den lille grønne om trykluft) Forfiltret er installeret for, at opsamle de største partikler i luften, og for at aflaste, og skåne det efter siddende mikrofilter, K330 AX TS. Dette filter kan filtrer partikler ned til 0,01 μm, hvilket betyder, at stort set alle partikler bliver opfanget her. Den rest af oliedampe, der måtte være, vil for største parten blive fanget her. Sidste trin er et kulfilter der fjerne de sidste kulbrinter, stoffer der kan udvikle lugtgener, og andre skadelige stoffer. Filterne bliver skiftet hver 6. måned, uanset tilstanden af filteret. Placering Type Filtrering (partikler) Filtrering (Max olie tilbage) Udskiller Kompressor rum WS045HBFX Vanddråber Filter Kompressor rum K330 AO >1 μm 0,6 mg/m 3 Filter Kompressor rum K330 AX TS >0,01 μm 0,01 mg/m 3 Filter Kompressor rum K330 ACS N/A N/A Tabel 3 Oversigt over hovedfiltre. (Egne notater og filterdatablad) Denne filter sammensætning giver, sammen med køletørren,, en filtreringskode der hedder iht. ISO (2010). 17

18 Første ciffer fortæller noget om hvor stor en andel af faste stoffer/støv der er i luften, og hvilken størrelse de har. Figur 3 Klasseinddelling af partikelindhold (Kaeser katalog) Andet ciffer fortæller, hvilket trykdugpunkt trykluften har. Det har betydning for, hvor meget vand luften indeholder. Se mere om betydningen af dette i afsnittet om køletørrer. Figur 4 Klasseindelling af dugpunkter (Kaeser katalog) Tredje ciffer fortæller, hvor meget olie der er i luften. 18

19 Figur 5 Klasseindelling af olieindhold (Kaeser katalog) ISO (2010) har opdelt, hvert område i trin alt efter, hvor ren luften er, og koblet det sammen med forskellige industrier. Det er gjort ud fra, at der ikke stilles samme krav til renheden luften, hvis den skal bruges til sandblæsning, som hvis den skal bruges i levnedsmiddelindustrien. I henhold til ISO (2010), er den opnåede filterkode 1-4-1, i tråd med, hvad der bliver forskrevet i standarden, når det forudsættes, at Elopak er en virksomhed, der hører ind under kategorien for nærings- og levnedsmiddelproduktion. For denne kategori er filterkoden Det skal dog bemærkes, at en del af trykluften anvendes til friskluftforsyning, og derfor skal overholde kravene fra Arbejdstilsynet, som stiller krav om, at overholde renhedsklasse 4 for vand ifølge AT vejledning D

20 Dræntank Der er opstillet en dræntank, der har til formål, at opsamle den væske der drænes af køletørren, filtre og kompressorerne. Figur 6 Dræntank hos Elopak. Dette indsamles, da det ikke er tilladt, at udlede olie direkte til spildevandsnettet. Der vil altid forekomme olie i væsken, og derfor bliver det indsamlet i en beholder til formålet. Trykluftstrengen Hovedstrengen, der udgår fra kompressorrummet, er et 2 rør, hvorfra der fordeles ud til de forskellige forbrugere via mindre dimensioner. Bilag 1 viser oversigt over anlæggets udbredelse. Systemet er et ét strengs system, hvilket betyder at der kun går et hovedrør, fra centralen og ud i den anden ende af fabrikken. Der har tilladende ikke været en overordnet plan for rørføringen, og systemet bærer tydelige præg af, at der har været ombygget og flyttet maskiner flere gange. 20

21 Beskrivelse af forbrugere For at kunne skabe et overblik over forbruget rundt i virksomheden, har det været nødvendigt, at dele virksomheden op i flere mindre afdelinger. De herunder nævnte områder er hovedområderne, og dermed også den inddeling der afgrænser måleområderne. Udover disse er der også værkstederne og diverse arbejdsluft. Det vurderes, at disse ikke har nogen betydning, og medtages derfor ikke. Forbruger oversigt Converter 7 Maskine er fra 2007, men opsat på ELOPAK i 2012, da den oprindeligt stammer fra en søsterfabrik i Finland. Converteren anvender princippet offset ved trykning, Converteren anvender blandt andet luften til, at styre forskellige valser igennem maskinen, og andre pneumatiske formål i processen. Liste over brugsgenstande Stempler til valser Håndtering i stakke området Arbejdsluft Converter 9 Maskine er fra 2006, og anvender UV farve til trykket. Denne type farve tørrer ikke, før det bliver belyst med UV lys. Der er derfor installeret kassetter med UV rør efter hvert trykværk. På converter 9 bruges luften til flere formål. Herunder er en kort liste over nogle af de brugssteder der er på maskinen. Dette er dog kun et udpluk, da det er en komplekst opbygget, og ombygget, maskine. 21

22 Liste over brugsgenstande Stempler til valser Vibratorer i stakke området 10 bars system (se senere afsnit) Arbejdsluft Converter 10 Denne maskine er fra 1998, og bruger farve baseret på opløsningsmidler, hovedsagligt spritfarve. For at tørre farven passere boardet flere tørre paneler igennem maskinen. Figur 7 Klichevalse uden kliche Luften anvendes blandt andet til skift af klicher. Her anvendes 10 bars systemet til at løsne klichen fra valsen. Det gøres ved, at der blæses luft ud af nogle små huller i valsen. Dette gør det nemmere, at få klichen på valsen. Figur 8 Klichevalse med kliche 22

23 Liste over et udsnit af brugsgenstande Stempler til valser Vibratorer i stakke området 10 bars system (se senere afsnit) Arbejdsluft Flamesealer, færdigvarelager og wrapper I denne afdeling af virksomheden anvendes luften i forbindelse med håndteringen og indpakningen af færdige kartoner. Der er blandt andet en maskine, der anvendes til, at vikle de færdigpakkede paller ind i folie. Windows maskinen hører også til under denne afdeling. Maskinen bruger luft flere steder, blandt andet til et stempel der skiller dårlige kartoner fra. Færdigvarelagret hører også til dette afsnit. Her bliver luften brugt til løfteborde, hvor de færdigpakkede paller skal køres i en anden retning på transportbåndet. Liste over brugsgenstande Vakuumpumper Stempler Omskiftere Blæseluft til at fjerne fnuller fra de færdige kartoner Arbejdsluft 23

24 Coating Coating maskinen er en ny del af virksomheden, hvor der coates rå board til produktionen. I denne proces bruges luften til diverse stempler, der styrer valser og andre funktioner i processen. Liste over brugsgenstande Stempler Aktuatorere Arbejdsluft Plastmaskiner Plastmaskinerne er nogle af de helt store forbrugere af luft. Det skyldes, at når der fremstilles plastflasker, kommer der en strømpe af blød plastik ned i en form, hvor der blæses luft ind for, at puste strømpen ud i formen. Den indblæste luft kommer fra trykluft systemet. Figur 9 Strømpe på vej ud Processen er sammensat af flere trin. Første trin er, når strømpen kommer ud af maskinen, og løber ud, indtil den har den rette længde. Længden har noget at sige, i forhold til om det er 350 ml. eller 500 ml. flasker, der fremstilles. Derefter kommer formen frem, og griber plasten, samtidig med at den bliver klippet af maskinen. I formen bliver der indsat en probe, der blæser strømpen ud i formen. Næste trin er, at de færdige flasker bliver placeret i en holder, der afklipper det overskud, der er i top og bund af flasken. Herefter køre flasken ud af maskinen via et transportbånd. Inden de færdige flasker bliver pakket, skal de gennem en trykprøvning, hvor der blæses trykluft ind i flasken. 24

25 Figur 10 Færdige flasker Ud af den ovenfor beskrevne cyklus kommer der 14 flasker per maskine. Hver cyklus tager 10 sekunder. 10 bars system Det fremgår, at der er et 10 bars system på converter 9 og 10. Dette system tager luft fra 7,5 bars systemet, og pumper det op til 10 bar. Dette system bliver dog ikke brugt ret tit, kun i forbindelse med kliche skift, og man har derfor kun en lille kompresser til, at øge trykket. Kommende maskineri I løbet af den nærmeste fremtid vil der blive installeret i del nyt maskineri på ELOPAK. Det kommer til at dreje sig om en extruder til at ligge aluminium på board, en ny converter og en slither, som er en maskine, der skære store boardruller i smallere ruller. Alt dette er en del af ELOPAKs nye brik linje. Det forventede luftforbrug er beregnet til omkring 5 m 3 /min, hvilket svare til 300 m 3 /h. 25

26 Måleteknink Baggrund for måling For at kunne fastslå, hvilket forbrugsmønster de enkelte maskiner har, er det nødvendigt, at lave en flowmåling på hver maskine. Denne fremgangsmåde er valgt frem for, at finde et samlet flow fra kompressorerne. Tanken med dette er, at få et nuanceret billede af, hvordan forbruget er over en given periode, og samtidig få et overblik over hvilke maskiner der er storforbrugere. Ved at kortlægge forbrugsmønstret er hypotesen, at det bliver nemmere, at målrette optimeringsforslag på de enkelte maskiner, og derved opnå en besparelse på udgifter til trykluft. Valg af målesensor I begyndelsen af projektet var udgangspunktet, at der skulle fortages flowmåling med et såkaldt clamp-on apparat, hvor der hverken skal skilles noget ad, eller indsættes noget i det pågældende rør. Dette har vist sig ikke, at være muligt efter, at have forhørt flere leverandører af måleudstyr. Leverandørerne fortalte alle, at der skulle måles inde i røret for, at måle flow på trykluft. Der findes umiddelbart to løsninger på opgaven. En in-line og en probe model. In-line For dette måleprincip gælder, at instrumentet er fabriksmonteret på et rørstykke, og derfor kalibreret fra fabrikken til, at måle midt i røret. Det giver den fordel, at der ikke opstår usikkerhed omkring placering af sensoren i røret. Ulempen ved denne type sensor, til denne opgave er, at systemet skal skilles ad to gange. Ved montering og demontering. Det kan give nogle planlægningsmæssige problemer i forhold til, at finde et tidspunkt, hvor det er passende, at skifte rundt. Der kan desuden komme nogle ekstra udgifter i forbindelse med montering og demontering, hvis der anvendes eksterne håndværkere. 26

27 Probe For dette måleprincip gælder, at sensoren kan indsættes i et rør, hvor der er et ½ gevind. Det kan være en rørstuds eller en kugleventil. Nogle modeller kan monteres under tryk, dette forudsætter montering via en kugleventil. Nogle af disse probe sensorer kan monteres på rør fra ½ til 12, hvilket gør den mere alsidig. Måleudstyr Til dette projekt har det været muligt, at låne en målesensor med tilhørende logger fra firmaet CS- INSTRUMENTS, der er specialister inden for udstyr til trykluft og gas måling. Sensor Som sensor er valgt en VA400 flowsensor, der er en probe sensor, som kan måle hastighed, flow og akkumuleret forbrug. Den anvender kalorimetrisk måling, hvilket betyder, at sensoren prøver at opretholde en bestemt temperatur i en varmetråd. Luftens strømning forbi tråden afkøler denne, og sensoren prøver at kompensere for afkølingen. Det øgede strømforbrug til varmetråden, omdannes til et 4-20 ma signal, som kan behandles af loggeren. Figur 11 VA400 flowsensor monteret på kugleventil Sensoren kan indsættes i et hvilken som helst størrelse rør fra ½ til 12, via en ½ kugleventil. Sensoren kan desuden måle på flere forskellige gasser. For at indstille sensoren er det nødvendigt at koble den til en logger. Det giver mulighed for, at konfigurer sensoren efter det behov man måtte have. 27

28 Måleusikkerheden på sensoren er ±4 %, hvilket man skal holde sig for øje når der kigges på dataen efterfølgende. Brugermanual kan ses i bilag 2 Logger Som logger er valgt en mobil løsning fra CS-INSTRUMENTS. Det er en alsidig logger, der kan håndtere de fleste signaler, men som samtidig er tilpasset CS-INSTRUMENTSs sensorer. Den kan logger op til en million værdier, med intervaller fra ét sekund til en time. Det er muligt at måle tryk, dugpunkt, flow, hastighed, ampere, temperatur. Det er desuden muligt at tilslutte andet udstyr med 4-20 ma signal. Loggeren giver mulighed for, at indstille sensoren til det pågældende rør og medie der måles på. Brugermanual kan ses i bilag 3 Reliabilitet Da der er valgt en probe løsning, har det betydning, om sensoren er monteret rigtigt i røret i forhold til flow og center af røret. For at minimere risikoen for en fejlplacering, er der fortaget omhyggelige opmålinger af rør og sensor for at sikre korrekt montering. Der vil dog stadigvæk være en usikkerhed omkring dette, men det vurderes at den skadelige virkning er minimal. Læseren bør dog stadig se kritisk på de målte værdier. Sensoren er opsat efter fabrikantens anvisninger, med korrekt minimums tilløbsstykke og ligeså for stykket efter sensoren. Derfor bør, man kunne se bort fra turbulens som fejlkilde. Der vil dog opstå noget turbulens omkring indføringsstedet, men da det er den måde fabrikanten foreskriver, at sensoren skal monteres, må det antages, at der er taget forholdsregler mod den slags turbulens. 28

29 Måledata Det gælder for alle målinger, at de er fortaget på tilgangen til maskinen, og at perioden der måles i er cirka 24 timer. Dette afsnit behandler kun de indkomne data fra måleudstyret, og prøver, at give en forklaring på forbrugskurverne i henhold til stoptidsregstreringen i bilag 4. Forbedringer vil blive behandlet i et senere afsnit. Converter 7 Målingen er foretaget fra d april 2013, og kan ses i bilag 5. Der ses nogle spidser på diagrammet, som man ud fra stoptidsregistreringen delvist kan forklare. Usikkerhed omkring registreringen kan tilskrives, at der ikke er sikkerhed for at alle start/stop bliver noteret. Der er dog en hvis sammenhæng mellem den første spids, og at der foretages et skift af gummidug. Ved skift dugen skal trykværket køres ud af maskinen, og i den forbindelse bruges der en del luft, blandt andet til den luftmotor der køre trykværket ud. Faldet umiddelbart før den første spids skyldes, at der har været et maskinstop pga. problemer med, at boardet var kørt fast et sted i maskinen. Det samme fald ses igen omkring kl , hvor der er en periode med lavt flow. Ifølge stoptidsregistreringen skyldes det et problem med et af trykværkerne, og de holder stille helt indtil der afrigges og lukkes for maskinen. Det fremgår af grafen, at der er en periode, hvor converteren har et lavt forbrug. Det skyldes, at maskinen har holdt stille i perioden fra omkring kl. 23 til kl. 06 næste morgen. Den forbrugte luft kan må derfor kunne tilskrives lækager. 29

30 14:11:18 15:13:48 16:16:18 17:18:48 18:21:18 19:23:48 20:26:18 21:28:48 22:31:18 23:33:48 00:36:18 01:38:48 02:41:18 03:43:48 04:46:18 05:48:48 06:51:18 07:53:48 08:56:18 09:58:48 11:01:18 12:03:48 13:06:18 Flow (m 3 /h) Bachelorprojekt om trykluftanlæg Converter ,0 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 50,0 25,0 0, : Flow(m³/h) 1: Consumption(m³) Figur 12 Graf over forbrug for converter 7. Efter samtale med flere af trykkerne, der betjener converteren, fremgår det, at de slukker helt ned for converteren inden de går hjem. Det indikerer, at forbruget på ca. 76 m 3 kan forklares som lækager. Converteren bliver startet op omkring kl , hvilket også fremgår meget tydeligt af grafen. Det højere forbrug, der kan ses frem til omkring kl skyldes, at der køres med trykværkerne, og der er reparation på et trykværk. Derefter falder flowet til det normale. Den sidste ændring, der ses på grafen, hænger sammen med, at man har stoppet converteren i forbindelse med udbedring af en el fejl. Det varer ca. 30 minutter før man startede op igen. Det samlede forbrug i den målte periode ender på 983 m 3. Dette kan dog umiddelbart nedsættes med den mængde der forbruges om natten. Se mere om dette under afsnittet forbedringsforslag. 30

31 14:06:52 15:09:22 16:11:52 17:14:22 18:16:52 19:19:22 20:21:52 21:24:22 22:26:52 23:29:22 00:31:52 01:34:22 02:36:52 03:39:22 04:41:52 05:44:22 06:46:52 07:49:22 08:51:52 09:54:22 10:56:52 11:59:22 13:01:52 Flow (m 3 /h) Bachelorprojekt om trykluftanlæg Converter 9 Målingen er foretaget fra d april 2013, og kan ses i bilag 6. Det er ikke umiddelbart til at danne sig et overblik over, hvad de spidser, man ser på grafen, kommer af. Den mulighed, der lå ligefor, var, at det hænger sammen med et kliche skift. Converter ,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0, : Flow(m³/h) 1: Consumption(m³) Figur 13 Graf over forbrug for converter 9. Selvom der ikke er en umiddelbar sammenhæng med stoptidsregistreringen, er der dog en vis sandsynlighed for, at spidserne hænger sammen med, at 10 bars systemet starter, og dermed et kliche skift. Trykkerne ved converterne kan dog have skrevet forkerte tidspunkter i registreringen. Foruden spidserne er der et rimeligt jævnt forbrug hen over døgnet, hvilket indikerer, at der har været kørt igennem uden stop. Det samlede forbrug i den målte periode ender på 454 m 3. Converter 10 Målingen er foretaget fra d april 2013, og kan ses i bilag 7. Ved at sammenholde stoptidsregistreringen med grafen, kan der skabes et overblik over de enkelte udsving. 31

32 10:19:43 11:26:43 12:33:43 13:40:43 14:47:43 15:54:43 17:01:43 18:08:43 19:15:43 20:22:43 21:29:43 22:36:43 23:43:43 00:50:43 01:57:43 03:04:43 04:11:43 05:18:43 06:25:43 07:32:43 08:39:43 09:46:43 10:53:43 12:00:43 Flow (m 3 /h) Bachelorprojekt om trykluftanlæg Det første udsving skyldes en fejl i stakker området, og for at rette op på den har det været nødvendigt at anvende flere pneumatiske dele på samme tid, hvilket normalt ikke vil ske under normal drift. Det næste interessante udsving ses omkring kl Her er der et stop for, at udbedre endnu en fejl i stakker området. Det interessante er, at converteren står stille i det tidsrum hvor der arbejdes. Det viser et tomgangsflow som ligger på ca. 19 m 3 /h 4. Herfra er der et rimeligt stabilt forbrug til næste morgen, hvor de næste store udsving viser sig. Disse udsving fremkommer i de tilfælde, hvor trykkerne har farve skift, eller der er skift af stanseværktøj. I begge tilfælde kræver det, at der køres henholdsvis med trykværkerne og stanseværktøjerne. Det samlede forbrug i den målte periode ender på 664 m ,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Converter Flow(m³/h) Consumption(m³) Figur 14 Graf over forbrug for converter Bilag 5, converter 10 32

33 14:05:19 15:07:49 16:10:19 17:12:49 18:15:19 19:17:49 20:20:19 21:22:49 22:25:19 23:27:49 00:30:19 01:32:49 02:35:19 03:37:49 04:40:19 05:42:49 06:45:19 07:47:49 08:50:19 09:52:49 10:55:19 11:57:49 13:00:19 Flow (m 3 /h) Bachelorprojekt om trykluftanlæg Flamesealer, færdigvarelager og wrapper Målingen er foretaget fra d april 2013, og kan ses i bilag 8. Som det ses på grafen, har der været udfald på måleudstyret eller loggeren. Dette er selvfølgelig en fejl, og jeg har snakket med CS-INSTRUMENTS om fejlen tidligere. CS-INSTRUMENTS har dog ikke kunnet afhjælpe fejlen, så det har været nødvendigt, at leve med de mangler der er i målingen. På trods af udfaldene, giver det dog et fint billede af hvordan forbruget er. Det kan også udelukkes, at udfaldene skyldes, at der lukkes ned for afdelingen, da der køres døgnet rundt. 450,0 425,0 400,0 375,0 350,0 325,0 300,0 275,0 250,0 225,0 200,0 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 50,0 25,0 0,0 Flamesealer Flow(m³/h) Consumption(m³) Figur 15 Graf over forbrug for flamesealer afdeling. Det har ikke været muligt, at sammenholde stoptidsregistreringen med grafen, og dermed bestemme hvad de forskellige udsving skyldes. Det kan hænge sammen med, at registreringen ikke er særligt detaljeret, men også, at der er et massivt forbrug på denne streng, og det derfor er svært at adskille, hvad der udløser et udsving på grafen. 33

34 11:18:46 12:21:31 13:24:16 14:27:01 15:29:46 16:32:31 17:35:16 18:38:01 19:40:46 20:43:31 21:46:16 22:49:01 23:51:46 00:54:31 01:57:16 03:00:01 04:02:46 05:05:31 06:08:16 07:11:01 08:13:46 09:16:31 10:19:16 Flow (m 3 /h) Bachelorprojekt om trykluftanlæg Det samlede forbrug, i den målte periode ender på 3742 m 3. Dette er uden det forbrug der ville have været i de tre perioder, hvor der har været udfald. Ved udregning af et middelminut forbrug, fås det estimerede manglende forbrug til 1462 m 3. Det estimerede samlede forbrug ender på 5204 m 3. Coating Der er foretaget målinger fra d april 2013, og kan ses i bilag 9. Målingen er foretaget op mod en weekend, hvor det var planlagt, at coating linjen skulle holde stille. Dette var der ikke gjort opmærksom på, inden målingen begyndte. Det visser dog noget interessant, da man stopper maskinen. Da man stopper maskinen omkring kl lørdag den 20. april, lukkes der ikke for luften til maskinen, og den står derfor med, hvad man kan kalde tomgangsforbrug. Dette forbrug løber op i 450 m 3 hen over weekenden, med et middel flow på 10,1 m 3 /h. 250,0 225,0 200,0 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 50,0 25,0 0,0 Coating Flow(m³/h) Consumption(m³) Figur 16 Graf over forbrug for Coatinglinjen. Ved gennemgang af stoptidsregistreringen for coating maskinen, kan de fleste af de forekommende spidser forklares. I registreringen ses det, at der har været problemer omkring de spidser, som vises 34

35 på grafen. Det betyder, at der er en sammenhæng mellem at man stopper maskinen ned, og ændringer i luftforbruget. Det samlede forbrug for perioden ender på 364 m 3. Plastmaskiner Der er foretaget målinger fra d april 2013, og kan ses i bilag 10. Der føres ikke stoptidsregistrering på plastmaskinerne, derfor er det efterfølgende kvalificerede antagelser. Den første del af grafen viser luftforbruget for en af plastmaskinerne, da den ene maskine er ude, på grund er ombygning på dette tidspunkt. Omkring kl går operatørerne hjem, og dermed slukker for maskinerne. Hvad luften herefter bruges på, har ikke været muligt, at opklare via samtale med operatørerne, men ved at kigge nærmere efter, ses en vis regelmæssighed i forbruget. Det kan tænkes, at det er en ventil, der åbner og lukker, muligvis i det system, der forsyner de to plastmaskiner med plastgranulat. Dagholdet møder omkring kl , hvor de starter begge maskiner op. Det ses ved, at forbruget nu er væsentligt højere end dagen før. Det ser ud til, at der har været stoppet ned et par gange i løbet af dagen på den en maskine. Efter kl bliver den ene af maskinerne slukket igen. 35

36 16:00:01 17:02:31 18:05:01 19:07:31 20:10:01 21:12:31 22:15:01 23:17:31 00:20:01 01:22:31 02:25:01 03:27:31 04:30:01 05:32:31 06:35:01 07:37:31 08:40:01 09:42:31 10:45:01 11:47:31 12:50:01 13:52:31 14:55:01 15:57:31 Flow (m 3 /h) Bachelorprojekt om trykluftanlæg 400,0 375,0 350,0 325,0 300,0 275,0 250,0 225,0 200,0 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 50,0 25,0 0,0 Plastmaskiner : Flow(m³/h) 1: Consumption(m³) Figur 17 Graf over forbrug for plastmaskinerne. Det samlede forbrug i den målte periode ender på 2618 m 3, hvor af der bruges 83 m 3 om natten. Oversigtstabel Dette afsnit har til formål at opsummere de indsamlede data i skemaform. Middelforbrug Maks forbrug Akkumuleret m³/h m³/h m³ Converter 7 62, Converter 9 19,2 159,2 454 Converter 10 24,7 144,9 664 Flamesealer 304,3 411, Coating 12,2 234,9 364 Plast 237,1 366, Time forbrug i alt 660,4 Beregnet årsforbrug Figur 18 Forbrugsfordeling Informationerne i skemaet stammer fra de enkelte målingers bilag, og middelforbruget er udregnet for perioder med maksimalt forbrug. 36

37 Forbedringsforslag Generelt Som udgangspunkt for hele virksomheden, bør der foretages regelmæssig gennemgang af trykluftsystemet. Da der allerede findes et vedligeholdelsessystem, hvor der gennemføres planlagte stop af maskiner for vedligeholdelse, bør en gennemgang af trykluftsystemet implementeres i dette system. Desuden skal der en holdningsændring til hos operatørerne af maskinerne, således at de føler et større medejerskab af maskinen, og derved vedligeholder den bedre. Fordelen ved det er, at de færdes på maskinerne hele tiden, og derfor har mulighed for at opdage lækager og defekte komponenter hurtigt. Ved at gribe ind tidligt, undgår man, at fejlen udvikler sig til et uplanlagt stop, og et muligt havari. For at øge driftsikkerheden på systemet, kunne man overvejer at installer en ringledning. Det ville have flere fordele. Ved en ringforbindelse øger man fleksibiliteten af anlægget således, at der kan lukkes af for dele af anlægget i tilfælde af fejl eller skader. Man vil desuden få en lavere lufthastighed i røret, og derved opnå en økonomisk gevinst pga. mindre trykfald i systemet. Som installationen er på nuværende tidspunkt, er der flere steder, hvor forbrugere er koblet efter hinanden. Dette er uhensigtsmæssigt, af hensyn til driftsikkerhed og vedligeholdelse. Derfor vil det være anbefalelsesværdigt, at dele systemet op således, at alle forbruger er direkte koblet på hovedstrengen. Converter 7 Som nævnt tidligere er der et forbrug i løbet af natten på denne converter. Dette forbrug kunne fjernes helt, hvis man undersøgt til bunds, om det ville have nogen indflydelse på converteren, hvis man lukkede helt for luften, når man stoppede for converteren. Det har ikke været muligt, at fastslå dette på grund af manglende dokumentation for maskinen. Den enkleste løsning ville være, at sætte en magnetventil på tilgangen, som styres af et stopsignal fra hoved PLCen, således at hver gang der afgives et stopsignal, vil man også afbryde for luften. 37

38 Det er en simpel løsning, som kan udføres af elektrikerne på stedet, og derfor uden de store omkostninger. Ved at kigge på middelforbruget for kørsel og stilstand ses det, at tomgangsforbruget er omtrent det halve af forbruget ved drift. Det virker umiddelbart som en stor forskel, og et højt niveau for tomgang, derfor vil det anbefales, at gennemgå hele converteren for lækager. Med en kostpris 5, oplyst af KAESER, på 0,1176 kr./m 3 bliver natteforbruget til minimum 3200 kr. på årsbasis. Converter 9 Ved at kigge nærmere på de målte værdier ses det, at der er et basis flow på minimum 10 m 3 /h, det indikere, at selv når converteren holder stille, vil den altid have dette forbrug. Det må antages, at dette til dels skyldes lækager, men muligvis også er til brug i maskinen. Da der er denne usikkerhed omkring, hvad luften bliver brugt til, opfordres der til at gennemgå converteren for lækager. For at spare yderligere på luften, bør man overveje, at ombygge stakkerdelen, så der ikke anvendes luftvibratorer, men i stedet går over til elvibratorer. Converter 10 Som nævnt tidligere er der et basis flow på ca. 19 m 3 /h når converteren holder stille. Det virker som et forholdsvist højt flow i betragtning af, at maskinen holder stille. Det bør undersøges, om der er et formål med luften, eller om det skyldes lækager. Det mest sandsynlige er, at det er en blanding, og derfor bør converteren gennemgås for lækager. Flamesealer, færdigvarelager og wrapper På denne streng er der et massivt forbrug, da der forsynes flere storforbrugere. Her vil det give mening, at adskille de enkelte forbrugere sådan, at de hver især bliver forbundet til hovedstrengen. På nuværende tidspunkt er der lufthastigheder mellem 100 og 130 m/s, hvilket ville kunne reduceres ved at dele forbrugerne op. 5 Bilag 12 KAESER KOMPRESSORER, Analyse af ELOPAK 38

39 I skrivende stund er de første forbedringstiltag allerede begyndt for en del af denne afdeling. For flamesealer afdelingen er man begyndt, at finde og udbedre lækager, og det har været overraskende, hvor mange steder der har været lækager, og hvor nemt det er at udbedre igen. Baseret på denne gennemgang, er et forsigtigt estimat, at man vil kunne sænke forbruget med op mod 10% på flamesealerne, når alle lækager og fejl er rettet. I det hele taget bør man overveje om der findes alternativer til, at løse nogle af de opgaver, som nu bliver udført via trykluft, og om man bruger trykluften på den rigtige måde, det rigtige sted. Færdigvarelagret og wrapper bør også efterses for lækager, da der utvivlsomt også findes lækager her. Coating Som det fremgår af målingerne, er der over weekenden et tomgangsforbrug på coating maskinen. Dette flow kan skæres væk ved at montere en afspærringsventil til maskinen. Da maskinen holder stiller hver anden weekend, er der gode mulighed til, at lokalisere eventuelle lækager. Plastmaskiner Som udgangspunkt virker det til, at plastmaskinerne er fri for lækager. Det begrundes med, at efter maskinerne er stoppet af, er der ikke noget, der indikere, at de er lækager. Det er nævnt tidligere, at det forbrug, der er i løbet af natten, kunne være en ventil, der åbner og lukker. Det bør undersøges om der skulle være noget til hindre for, at lukke af til den ventil, og dermed stoppe forbruget helt. Kompressoranlæg Analyse af kompressorcentral For at kunne vurdere på om sammensætningen af kompressorer, er den rigtige, og om der er behov for udvidelse på sigt, har det været nødvendigt, at alliere sig med en specialist på området. I dette tilfælde er valget faldet på GRANZOW og KAESER, som er leverandører af kompressorløsninger til alle formål. 39

40 De foretager, hver en analyse af centralen, hvor de måler på strømoptaget og trykluftefterspørgslen. Ud fra dette kommer de med en analyse af centralen. De to firmaer gør selvfølgelig dette for, at komme med et tilbud på en ny central, men det giver også en idé om, hvordan virkeligheden ser ud. Deres analyser bliver taget med i denne rapports betragtninger i forhold til optimeringsmuligheder. I det efterfølgende vil alle tal og informationer om de to firmaers løsninger komme fra deres tilbud. Ser mere i bilag 11 og 12. Eksisterende anlæg Det eksisterende anlæg forbruger samlet omkring 1 million kwh per år. Det indbefatter alle kompressorer, køletørrer og ventilation af rummet. Ifølge KAESERs beregninger forbruger kompressorerne alene kwh/år, og GRANZOWs målinger viser et årsforbrug på kwh/år. Disse resultater er de kommet frem til ved lidt forskellige metoder. Deres målinger er foretaget på forskellige tidspunkter, men der har været nogenlunde samme forbrugsmønster i de målte perioder. GRANZOW har målet strømoptaget ved last og aflast, ved hjælp af et tangamperemeter på hver kompressor. KAESER har målt hvor ofte aflastventilen er aktiv. De optagede data bliver behandlet i et program, som udregner, hvordan anlægget kører. Disse data har desværre ikke været tilgængelige for denne rapport. Da deres måle metoder har været forskellige, kommer de også frem til vidt forskellige total volumener af anvendt trykluft. KAESER kommer frem til ca. 6 mil. m 3 på årsbasis, hvorimod GRANZOW ligger noget lavere med 5 mil. m 3. Det kan man udregner ved at tage GRANZOWs tal fra deres målerapport. Regnestykket ser således ud: m m m output m / år h[ timer] 3 [ ] ,95 / år *24* ,1 / år

41 Muligt nyt anlæg De to firmaer er kommet frem til lidt forskellige løsninger. Fælles for dem er dog, at der er en betydelig fordel ved, at sætte et nyt anlæg op. Der er flere parametre, der gør det til en god idé at købe nyt. Først og fremmest er der en forholdsvis stor besparelse på strøm ved at skifte. Det skyldes, at man vælger, at fjerne de gamle relæ styrede kompressorer, og i stedet bruger frekvensstyrede kompressorer, som regulere sig ind efter det gældende forbrug. KAESER har dog valgt en løsning, hvor de kombiner en relæstyrede (CSD 85 T) med en frekvensstyrede kompressor (CSD 125 T SFC). Den relæstyrede bliver en baseload kompressor, der tager grundlasten, og den frekvensstyrede tager sig af den varierende del af forbruget. Den løsning kan der godt være fornuft i, men der er tider, hvor basis forbruget er mindre end det relæ kompressoren levere. På de tidspunkter bliver den stoppet, og den frekvensstyrede tager over. Derved undgår man ikke aflast perioderne helt, som er der, hvor de store besparelser er ved at få en ny central. Ifølge KAESERs egne tal forbruger CSD 85 T 12,90 kw ved aflasntning. Ved den valgte løsninger har KAESER beregnet en besparelse på kwh/år. GRANZOW har valgt en løsning med én kompressor på 110 kw(compair L110RS-13), som kan reducere strømoptaget med kwh/år. Fordelen med én frekvensstyret kompressor er, at man slipper for aflaststrøm, og at man har en kompressor, der altid kører ved drift temperatur. Ved at anvende en frekvensstyret kompressor har man mulighed for bedre at have kontrol med sit trykbånd, som ifølge GRANZOW ligger på 1 bar, svingende fra 6,90 bar til 7,92 bar. Ved at sænke trykket 0,5 bar, kan man opnå en energibesparelse på omkring 4 % 6. En anden fordel ved, at skifte ud vil være, at det bliver muligt, at få kompressorer med varmegenvinding. Med denne løsning kan man bruge den varme, der opstår ved kompressionen og friktion mellem rotorer og rotorhuset, som bliver optaget af smøreolie. Hovedparten af den varme, der kan anvendes til genvinding, kommer fra opvarmning af olien, der smører rotorerne. 6 Det er almenkendt i branchen at en sænkning af trykket på 1 bar vil give en besparelse på 8 % 41

42 Resten af varmen går til opvarmning af omgivelserne. Det er realistisk, at genvinde omkring 70% af den optagene el energi. Figur 19 Energifordeling i en kompressor. (GRANZOW A/S, den lille grønne om tryluft) Hvis der er varmegenvinding på en relæstyret kompressor, som kobler ind og ud en gang imellem, vil man gå glip af noget varme, da kompressoren først skal nå sin driftstemperatur, før varmen fra den kan udnyttes. KAESERs beregninger viser, at der kan genvindes omkring 70 % af energien, hvilket svare til kwh/år 7. GRANZOWs regner med, at der kan genvindes omkring 80 % af energien, hvilket i deres beregninger giver kwh/år 8. Samlet set ligger deres besparelse på nogenlunde samme niveau. 7 Se bilag 12 8 Se bilag 11 42