Paineilmajärjestelmän energiatehokkuuden optimointi

Abstract

Insinöörityön tavoitteena oli parantaa paineilmajärjestelmän energiatehokkuutta Teknoksen Rajamäen tehtaalla. Tehdasalue koostuu kolmesta päärakennuksesta: A-rakennus, D-rakennus sekä keskusvarasto. Näissä kaikissa rakennuksissa hyödynnetään paineilmaa eri sovelluksissa, kuten käyttölaitteissa, ottopisteissä ja jäähdytyksessä. Paineilmajärjestelmät ovat energiatehokkuuden kannalta melko tehottomia, koska niiden hyötysuhde on noin 10–15 %. Tämän takia paineilmajärjestelmään tehtävät parannustoimet voivat merkittävästi pienentää kustannuksia ja energiankulutusta.

Paineilman tuotannossa ilma puristetaan korkeampaan paineeseen kuin ympäröivä ilmanpaine. Kompressori imee ilmaa puristaen sen pienempään tilavuuteen ja korkeampaan paineeseen, joka on teollisuudessa yleensä noin 7 bar. Paineilmaa hyödynnetään useissa teollisuuden sovelluksissa, kuten käyttötyökalujen ja laitteiden voimanlähteenä.

Paineilmajärjestelmä kartoitettiin A- ja D-tehdasrakennuksista sekä keskusvarastosta piirtämällä paineilman putkilinjat käsin paperille, jonka jälkeen valmiit piirustukset siirrettiin sähköiseen muotoon AutoCAD-ohjelmaa käyttäen. Saatavilla olevan datan vähyyden takia kartoituksesta saadut kaaviot eivät olleet mittakaavassa, eivätkä ne sisältäneet laite- ja paineilman putkilinjojen spesifikaatioita. Valmiit piirustukset sisälsivät kompressorit, paineilman putkilinjat, jälkikäsittelylaitteet, mittalaitteet, jakotukit ja paineilman ottopisteet. Kartoituksen avulla saatiin myös selville paineilmaverkkojen erotukseen soveltuvan venttiilin sijainti.

Sähkökulutusmittauksia tehtiin molemmille A- ja D-tehtaan kompressoriyksiköille ensin niin, että paineilmaverkot oli yhdistetty ja tämän jälkeen niin, että paineilmaverkot oli erotettu toisistaan. Mittausten avulla saatiin selville kompressoriyksiköiden sähkönkulutus tuotannon aikana ja tuotannon ollessa pysähdyksissä kahdella eri paineilmaverkon konfiguraatiolla. Mittaustulosten perusteella havaittiin, että paineilmaverkkojen yhdistäminen parantaa koko paineilmajärjestelmän energiatehokkuutta.

The purpose of the thesis was to improve the energy efficiency of the compressed air system at Teknos Rajamäki factory. The factory area consists of three main buildings: A-building, D-building and central warehouse. Compressed air is utilized in various applications in all these buildings, such as in operating devices, intake points and cooling. The compressed air systems are relatively inefficient in terms of energy efficiency, as their efficiency is about 10–15 %. Therefore, improvements made to the compressed air system can significantly reduce costs and energy consumption.

In the production of compressed air, air is compressed to a higher pressure than the surrounding atmospheric pressure. The compressor sucks in air, compressing it to a smaller volume and higher pressure, which in industry is usually about 7 bar. Compressed air is used in several industrial applications, for example as the power source for operating tools and devices.

The compressed air system was mapped from A and D factory buildings and the central warehouse by manually drawing the compressed air pipelines to paper, after which the completed drawings were transferred into an electronic format using the AutoCAD program. Due to the limited availability of the data, the drawings obtained from the mapping were not to scale and they did not include specifications for the equipment and compressed air pipelines. The final drawings included compressors, compressed air pipelines, post-processing equipment, measuring devices, distribution manifolds and compressed air intake points. The mapping also identified the location of the valve suitable for separating the compressed air networks.

Electricity consumption measurements were conducted for both the A and D factory’s compressor units, first with the compressed air networks connected and then with the networks separated. These measurements provided data on electricity consumption of the compressor units during production and when production was halted with two different compressed air network configurations. On the basis of the measurement results, it was observed that combining compressed air networks improves the energy efficiency of the entire compressed air system.