Kylmäprosessin toiminnan parantaminen

Abstract

Insinöörityössäni tutkittiin Porvoon jäähallin kylmäprosessia. Prosessin kylmäaineena on ammoniakki. Tavoitteena oli toteuttaa parannus prosessin kylmäainekiertoon, kompressoreiden ohjaukseen ja tehon-säätöön. Tarkoitus oli toteuttaa teknisesti käyttövarmempi kylmäprosessi ja taloudellisesti toimiva ratkaisu energiansäästöön.

Kylmäprosessin toiminnassa on olennaista, että järjestelmä on tasapainoinen ja kaikilta kylmäputkiston osin optimaalisesti mitoitettu. Prosessin putkistokaavion tarkastelussa huomio kiinnittyi nesteputkeen, joka yhdistää pisaranerottimen ja höyrystimen vaakaputken. Nesteputkimuutos toteutettiin mitoitta-malla nestelinja DN100 -putkikoolle.

Yhden kompressorikäyttöä ohjaavaksi valitun ruuvikompressorin pyörimisnopeussäädön ratkaisu toteutettiin taajuusmuuttajalla sekä siihen yhteensopivalla uudentyyppisellä sähkömoottorilla. Muiden kolmen ruuvikompressorin ohjaus toteutettiin muuttamalla logiikkaohjelmaan edellä mainittu komp-ressori ohjaavaksi muiden porrastaessa tehontarpeen mukaan 100 % tehoportaiden välein.

Kylmäprosessin muutostöiden hankintahinta, vuotuiset käyttökustannukset ja vuotuinen säästövaikutus määriteltiin, sekä niiden perusteella laskettiin koko investoinnin takaisinmaksuaika. Koko muutostyön ja järjestelmän hankintahinnan ollessa 27 500 € hankinta maksaa itsensä takaisin hieman alle neljässä vuodessa. Yhteistyökumppaneiden Johnson Controls Oy ja ABB Oy käyttävät muutoskorjausta, pyörimisnopeussäätöön tehtyä teknisesti ja taloudellisesti toimivaa ratkaisua vertailukohteenaan. Pyörimisnopeussäädön tekninen toteutus on ensimmäinen Suomen jäähalleihin toteutettu ratkaisu ruuvikompressorikäytölle.

The cold process of Porvoo city ice stadium was studied in my thesis. Liquid ammonia is used as a refrigerant. The target was to perform an improvement for the refrigerant circulation, compressor controls and regulation of cooling power. The function was to put into practice a technically more reliable cold process and an economically running solution for energy conservation.

It is essential, that the system is in balance and optimically dimensioned during its running conditions. The liquid tube was focused as a main interest while the pipe diagram of the cold process was examined. The liquid tube connects the drop separator and the horizontal tube of the expansion coil. A modification of the liquid tube was carried out through dimensioning the liquid line as DN100 tube sizing.

One control solution of the rotation speed controls, which control the compressor drives was put into action by means of frequency converter and a new type of electric motor compatible for the coupling. The controls of the rest of the three screw compressors were carried out by means of revising the program of the programmable logic. The compressor mentioned earlier was defined as the primary controller while the rest of the compressors alter their power by stepping power levels with 100% steps.

The initial cost of the cold process alteration work, annual operation costs and annual saving effect was de-fined and the payback time of the whole investment was calculated on the basis of these factors. As the al-teration work and the system initial cost is 27500 €, the project will pay itself back in slightly less than four years. The partners in cooperation, Johnson Controls Ltd. and ABB Ltd. will take advantage of a rotation speed control based solution, which is both technically and economically functioning, as a point of compari-son. This kind of technical execution of the rotation speed control for screw compressor drives is a first solution used in Finnish ice stadiums.