Terästehtaan höyrynkäytön kartoitus ja optimointi

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli kartoittaa SSAB:n Hämeenlinnan tehtaan höyryä kuluttavat ja tuottavat kohteet. Työn ensimmäisenä vaiheena oli taustatutkimus erityyppisistä höyryntuotantolaitteista ja lämmönvaihtimista.

Toisessa vaiheessa tavoitteena oli tehtaan höyryjärjestelmien perusteellinen kartoitus, joka toteutettiin käymällä paikan päällä tarkistamassa jokaisen PI-kaaviossa näkyvän höyryä kuluttavan tai tuottavan laitteen käytössä oleminen. Selvityksessä ilmeni, että osa kaavioissa näkyvistä laitteista oli poistettu ilman asian merkitsemistä PI-kaavioihin. Yhdessä tapauksessa säiliön höyrylämmitys oli muutettu vesilämmitykseksi.

Kolmas ja viimeinen vaihe koostui optimointiehdotusten laatimisesta. Kartoituksen perusteella voitiin huomata, että tehtaalla käytetään lähes kaikkeen lämmöntarpeeseen höyryä. Höyry ei kuitenkaan kaikissa sovelluksissa ole välttämättä taloudellisin ratkaisu. Useissa neste- ja öljysäiliöissä lämmitys on toteutettu säiliössä kiertävällä höyrykierukalla. Höyry on tehokas lämmitysmenetelmä, mutta sen korkeiden tuotantokustannusten vuoksi matalaenergisempi vaihtoehto olisi sopivampi kohteissa, joissa korkeat lämpötilat tai nopea lämmitys ei ole tarpeen. Yhdessä kohteessa säiliö olikin muutettu aiemmin höyrylämmitteisestä kuumalla vedellä lämmitettäväksi. Toinen yleinen käyttökohde tehtaalla oli höyrylämmitteinen ilmakuivaus. Useita höyrypattereita käytetään teräsnauhan kuivaamiseksi. On todennäköistä, että höyrylämmitys ei ole kaikissa kohteissa ensisijaisen tärkeä.

Tehtaan suurin höyrynkuluttaja on peittauslinja. Peittaukseen käytettävää suolahappoa lämmitetään grafiittilämmönvaihtimissa höyryllä. Nykyisen järjestelmän tilalle ehdotettiin osan tai kaikkien lämmönvaihdinten korvaamista suoralla höyrylämmityksellä. Tämän vaihtoehdon järkevyyttä tutkittiin myös laskennallisesti.

The purpose of this thesis was to locate and optimise all processes that produce or consume steam at SSAB factory in Hämeenlinna in Southern Finland. The first phase of the work was preparation in the form of researching types of steam producing equipment and heat exchanger equipment.

The purpose of the second phase was to map the steam network accurately. The PI-diagrams were checked thoroughly by walking through all the locations and identifying each steam consumer and producer. It was discovered that some of the equipment described in the diagrams were no longer on site or they were removed from active use. This was the case in multiple areas of the factory. In one case a steam heating system had been converted into water heating without it being added in the diagram.

The third and last phase consists of suggestions for optimisation. It was found that in general steam is used for heating applications, even when it might not be the optimal solution. Heating of multiple liquid and oil tanks in different locations is achieved by using coils if steam pipes in the tanks. Steam is an effective means of heating, but due to the high production costs a lower energy application would be suitable where high temperatures or fast heating is not necessary. In one case a tank heating system had already been converted from steam to hot water. Another common usage of steam is in drying. Multiple steam radiator heated air blowers are used in steel strip drying. It is likely that steam heating is not necessary in all cases.

The biggest steam consumer of the factory is the pickling line. Hydrochloric acid used for pickling is heated in graphite heat exchangers using steam. A suggestion was made that few or all the heat exchangers were replaced by live steam heating. A calculation was made to evaluate the validity of this option.