Säästöjä pumppujen valvonnalla

Yritykset monilla eri teollisuudenaloilla tarvitsevat pumppuja ja venttiilejä, jotta ne pystyvät pitämään tuotantoprosessinsa toiminnassa. Keskitytäänpä ensin pumppuihin. Monilla aloilla ympäri maailman pumput ovat olennaisen tärkeä osa prosessilaitteistoa. Ilman pumppuja prosessit pysähtyisivät. Minua ihmetyttää, kuinka vähän pumppuihin ja pumppujen valvontaan kiinnitetään huomiota. Pumput ovat alasta riippumatta usein yksi vähiten valvotuista mutta tärkeimmistä tehtaan toimintaan vaikuttavista tekijöistä. Lannoitetuotanto ei ole tässä poikkeus. Aivan liian usein pumppuja käytetään niiden rikkoutumiseen asti, minkä jälkeen ne korjataan tai hävitetään ja korvataan uusilla.

Uutena suuntauksena prosessilaitokset ovat alkaneet seurata laakereiden tärinän lisääntymistä, jotta arvokas laitteisto voidaan korjata ajoissa. Onko laakerien kunnonvalvonta kuitenkaan kaiken kattava ratkaisu? Usein pumppuja hankittaessa oletus on, että ne kestävät 5–10 vuotta. Joissakin tapauksissa arvokkaat pumput kuitenkin vaihdetaan 1–2 vuoden välein. Miksi näin joudutaan tekemään, jos pumpun normaali käyttöikä on noin 7 vuotta?

Vastaus kätkeytyy seuraavaan kysymykseen: toimivatko pumput parhaan hyötysuhteen toimintapisteessä (BEP)? Jos pumppu toimii jatkuvasti kaukana BEP-pisteestä, akselin ja laakerien kuormitus kasvaa, jolloin pumppu rasittuu koko ajan tavallista enemmän. Tämä kiihdyttää sen kulumista. BEP liittyy yleensä pumpun keskimääräiseen vikaväliin (MTBF), jota voidaan kuvata normaalijakaumalla. Tällöin BEP on odotettua käyttöikää kuvaavan MTBF-käyrän huippupisteessä.

Monissa tilanteissa pumpun kunnosta, kuormituksesta ja suorituskyvystä voidaan kerätä arvokasta tietoa. Tiedot virtausmittareista, painelähettimistä, tärinäantureista, taajuusmuuttajista ja moottorin ja laakerin lämpötilasta voivat paljastaa monia hyödyllisiä asioita. Viime aikoina pumppujen laakerien kunnonvalvonta on yleistynyt. Tämä on erittäin hyödyllistä ja auttaa välttämään pumppujen vakavia rikkoutumisia ja käyttökatkoja. Pumppujen valvonnassa se on kuitenkin vasta pintaraapaisu. Tavalliset logiikkaohjain- tai SCADA-järjestelmät tuottavat paljon tietoa pumppujen toiminnan valvomista ja tehostamista varten, mutta saatavana on myös työkaluja korkeamman tason analytiikkaa varten.

Alla on esimerkki siitä, miten korkean tason analytiikka voi auttaa parantamaan pumppujen yleistä suorituskykyä. Ensin kuitenkin hieman taustatietoa: Käyttäjä halusi tietää laakerien kunnosta mutta myös seurata, miten pumput toimivat verrattuna niiden ominaiskäyrään. Kyseessä olevien pumppujen normaali käyttöikä on 5–10 vuotta. Käyttäjä kuitenkin vaihtoi pumppunsa vuosittain. Eikä niiden vaihtaminen ollut halpaa: yhden pumpun hinta on noin 60 000–80 000 $. Tällä käyttäjällä oli noin 250 vastaavaa pumppua.

Yllä pumppuja A, B ja C valvotaan. Talvilämpötiloissa vain A-pumppu on pääasiassa käytössä, koska se pystyy tuottamaan koko tarvitun virtauksen. Jos tarvitaan lisävirtausta, B-pumppu käynnistetään, ja se tuottaa jäljelle jäävän virtauksen. C-pumppu on varapumppu tilanteisiin, joissa A- tai B-pumpulle tapahtuu jotain. Yllä A-pumppu toimii ominaiskäyrällään. Pumppu toimii myös erittäin lähellä parhaan hyötysuhteen toimintapistettä (BEP-piste). Ennen digitaalista pumppuvalvontaa omistajat käyttivät A- ja B-pumppua yhtä aikaa, jolloin molemmat pumput toimivat selvästi ominaiskäyränsä alapuolella ja kaukana BEP-pisteestä. Pumppuihin kohdistui näin käytön aikana jatkuva rasitus. Nyt kun vain A-pumppu on toiminnassa, se toimii hyvin lähellä BEP-pistettään, eikä B-pumppua tarvitse käyttää lainkaan. Kesällä vaaditun virtauksen tuottamiseen tarvitaan jälleen molempia pumppuja, mutta tällöin ne toimivat lähellä ominaiskäyrää ja BEP-pistettä.

Jos pohdimme edellä kerrottua, digitaalisen valvonnan edut voidaan tiivistää seuraavasti:

• Pumppujen hyötysuhde vaihtelee. Kun tiedetään, mikä pumpuista toimii tehokkaimmin, haluttu virtaus voidaan tuottaa pumpulla, jolla se onnistuu kustannustehokkaimmin.
• Eri valmistajien pumppuja voidaan vertailla ja selvittää, mikä pumpuista toimii parhaiten pienimmillä kuluilla.
• Jos pumppu ei toimi ihanteellisella tavalla, se voi olla huollon tarpeessa. Laakeritärinän lisääntyminen on tietysti merkki siitä, että laakeri on vaihdettava. Jos pumppu sen sijaan kuluttaa tavallista enemmän energiaa ja tuottaa heikomman virtauksen kuin muut vastaavat pumput, siipipyörä voi olla kulunut ja vaihdon tarpeessa. Tai sitten pumppu ei vain toimi yhtä hyvällä hyötysuhteella kuin toisen valmistajan pumppu.
• Pumpun suorituskyvyn visuaalinen vertaaminen pumpun ominaiskäyrään ja BEP-pisteeseen antaa käyttäjille mahdollisuuden hienosäätää pumpun toimintaa. Tämä auttaa pidentämään pumpun käyttöikää ja vähentämään kulumista, huoltotarvetta ja käyttökatkoja.
• Käyttämällä hyötysuhteeltaan parasta pumppua lähellä sen parhaan hyötysuhteen pistettä voidaan saavuttaa merkittäviä energiansäästöjä. Käyttäjä voi seurata tarkasti pumppauksen kustannuksia ja optimoida prosessin. Ja kuten edellä todettiin, samalla voidaan selvittää, miten eri merkkiset pumput vertautuvat keskenään. Käyttäjä pystyy selvittämään ja ymmärtämään todelliset omistamisen kustannukset.

Digitaalisia ratkaisuja voidaan hyödyntää myös venttiilien valvonnassa. Moni voi ajatella, että venttiilien valvonta ei ole tärkeää, mutta kun venttiilit ovat yhtä suuria kuin kuvassa 4, valvonnasta on takuulla hyötyä. Seuraamalla esimerkiksi venttiilien liikkeen tärinää voidaan havaita varhaisia merkkejä venttiilien kulumisesta. Samaan tapaan vuotoja tarkkailemalla voidaan havaita vaurioituneet venttiilit hyvissä ajoin. Myös hydraulipaine- ja hydraulisylinteritiivisteitä voidaan seurata kulumisen ja vaurioitumisen varalta. Pumppujen tapaan nämä suuren halkaisijan venttiilit ovat kalliita ja olennaisen tärkeitä osia tuotantoprosessissa. Kulumisen varhainen havaitseminen auttaa vähentämään laitoksen käyttökatkoja, pienentämään kunnossapitokuluja ja parantamaan kannattavuutta.

Suodatusta voidaan käyttää tehostamaan arvokkaiden metallien talteenottoa ja jätteiden puhdistamiseen kuivaläjittämistä varten. Fosforihapon tuotanto edellyttää arvokkaiden nesteiden erottamista kiintoaineesta. Prosessi voi olla todella hapan, vaatii korkean lämpötilan ja synnyttää jäämiä. Tehokas kakun pesu ja suodatinaineen puhdistus ovat tästä syystä välttämättömiä. Lannoitetuotannossa käytetään monenlaisia suodattimia: painesuodattimia, tyhjiöhihnasuodattimia ja vertikaalisia tornipainesuodattimia.

Riippumatta käytetystä suodatusteknologiasta suodatus voidaan optimoida oikeanlaisilla digitalisaatiopalveluilla. Optimointi pienentää paineilman ja veden kulutusta, parantaa suodatustehoa, vähentää energiankulutusta ja parantaa kakun tai suodoksen laatua. Tehokas digitalisaatiopaketti voi vähentää tyhjiöhihnasuodatuksen energiankulutusta jopa 40 prosentilla.

Edellä kuvatuissa kolmessa vertikaalisessa tornipainesuodattimessa on kussakin noin 100 syötettä, joita Roxian digitaaliset ratkaisut analysoivat. Näiden sinkkikaivoksen suodattimien omistaja oletti, että suodattimien käyttöaste oli suuri. Digitaalisen valvonnan käyttöönoton jälkeen kuitenkin havaittiin, että suodattimet olivat pahasti alikäytössä. Laitteita ohjannut logiikkaohjain ei pystynyt tuottamaan analytiikkatietoja, joista olisi voitu päätellä, mikä ja missä haittasi tuotantoa. Muutaman kuukauden kuluttua digitaalisen Roxia Malibu -valvonnan asentamisen jälkeen syyt heikkoon tuotantoon pystyttiin analysoimaan ja esittelemään johdolle.

Yllä oleva KPI-sivu tuotettiin yhteistyössä suodattimien omistajan kanssa. Se oli tehokas työkalu, joka auttoi havaitsemaan, että suodatin 2 tuotti koko ajan enemmän kuin suodattimet 1 ja 3. Suodatin 2 tuotti myös kuivemman kakun ja suuremman tonnimäärän lyhyemmillä sykliajoilla. Digitaalisen ratkaisun avulla havaittiin, että koneet 1 ja 3 odottivat päivittäin jopa 4 tuntia painevettä, paineilmaa ja lietesäiliön täyttymistä. Jos asiakas pystyy korjaamaan nuo ongelmat, he voivat kasvattaa vuosituotantoaan noin 26 miljoonalla kilogrammalla. Muut ongelmat, kuten paineilmajärjestelmän ja painevesijärjestelmän korkeapainepiikit, auttoivat omistajia myös havaitsemaan, että nämä ongelmat voivat vaurioittaa kalvoja ja tiivisteitä.

Palataanpa vielä tämän artikkelin alussa mainittuihin pumppuihin, joita käyttäjällä on siis laitoksessaan noin 250 kappaletta. Edellä kuvatun kaltaisella pumppuvalvonnalla käyttäjä voi säästää kymmeniä miljoonia dollareita, kun pumput säilyvät pidempään toimintakuntoisina, vaativat vähemmän huoltoa, kuluttavat vähemmän energiaa ja ovat suuremman osan ajasta käytettävissä.

Digitaalisen suodatuksen esimerkissä asiakas voi kasvattaa tuotantoaan 26 miljoonalla kilogrammalla vuodessa, jos se pystyy korjaamaan suodatusprosessia häiritsevät ongelmat. Tämä tuotannon lisäys tarkoittaisi, että kaivos pystyisi tuottamaan myytävää sinkkiä 18 miljoonan dollarin arvosta enemmän kuin aiemmin.

SCADA- tai DCS-järjestelmillä on vuosikymmeniä voitu tehokkaasti ohjata laitosten toimintaa. Nykyään jotkin yritykset tarjoavat räätälöityjä ratkaisuja täydentämään järjestelmän, laitteiden tai turvallisuuden valvontaa. Tällainen valvonta ei korvaa DCS- tai SCADA-järjestelmää vaan tuo valvontaan ja suorituskyvyn optimointiin uusia mahdollisuuksia, joita perinteiset DCS- tai SCADA-järjestelmät eivät tarjoa. Käytännössä kaikissa laitoksissa voidaan digitaalisten ratkaisujen avulla löytää uusia säästö- ja optimointimahdollisuuksia. Jotta voisit hyödyntää näitä tietoja tehokkaasti, tarvitset osaavan kumppanin. Yleensä parasta on valita kumppani, joka osaa tarjota oikeanlaista konsultointia ja kehittää tarpeitasi vastaavat KPI:t.