Technickí pracovníci tohto výrobného závodu veľmi rýchlo našli spôsob, ako ciele týkajúce sa úspory energií a vody, naplniť. Bolo potrebné zvýšiť účinnosť paro-kondenzátneho systému. Pri výrobe kávy je veľmi dôležitá kvalita pary, pričom pre udržanie výroby na najvyššej možnej úrovni sú mimoriadne dôležité odvádzače kondenzátu. Ak sa tieto pokazia, môže to viesť k prerušeniu celého procesu výroby kávy.
Výrobný podnik preto nainštaloval bezdrôtové snímače prietoku, bezdrôtové vysielače tlaku a teploty ako aj bezdrôtový monitor odvádzačov kondenzátu Rosemount 708. Všetky tieto prevádzkové prístroje dodala spoločnosť Emerson Process Management. Prínosy ich nasadenia sa okamžite prejavili v podobe lepšieho riadenia pary, menšieho výskytu chýb v procese a nižších nákladoch na údržbu. Výsledky boli také mimoriadne, že výrobný závod sa rozhodol podobným spôsobom zmodernizovať do roku 2020 všetky svoje prevádzky.
Náklady spojené s parou
Najväčší problém, ktorý musel výrobný závod pred spustením projektu zlepšovania riešiť, bol nedostatok informácií. Parné kotle, ktoré boli nasadené v prevádzke, disponovali len malým počtom meracích zariadení a neboli ani prepojené s distribuovaným riadiacim systémom (DCS) DeltaV od spoločnosti Emerson Process Management. Dodatočné pridávanie prevádzkových meracích prístrojov do existujúceho systému býva zvyčajne nákladná záležitosť a navyše si často vyžaduje aj kompletnú odstávku výrobného procesu.
Pracovníci prevádzky potrebovali vedieť, koľko energie sa spotrebúvalo v každej z výrobných jednotiek. Avšak vzhľadom na chýbajúce prevádzkové meracie prístroje nemali žiadne informácie o spotrebe pary, vzduchu ani vody v prevádzke. Prevádzkoví pracovníci ani nevedeli o tom, že rozsiahle poruchy odvádzačov kondenzátu znižovali celkovú ročnú produktivity prevádzky o 20%, pretože pri týchto udalostiach bolo potrebné výrobné procesy zastaviť.Nedostatok informácií zároveň neumožňoval presnejšie riadenie záťaže kotlov, čím sa znížil výkon pary počas špičkového dopytu v prevádzke. To spôsobovalo znižovanie produktivity.
Údržba sa vykonávala štandardnými pochôdzkami v prevádzke, pričom jej cieľom bolo zisťovanie únikov a chybných odvádzačov kondenzátu. Pracovníci prevádzky však nemali žiaden spôsob ako odhaliť tie odvádzače kondenzátu, ktoré zlyhávali častejšie ako ostatné. V prevádzke bolo pritom nainštalovaných celkovo 100 odvádzačov kondenzátu, ktorých 60 bolo pre výrobný proces kriticky dôležitých.
Monitorovanie odvádzačov kondenzátu
Úlohou odvádzačov kondenzátu je vypustiť prebytočný kondenzát z parného potrubia do odpadu alebo do vratného potrubia smerujúceho späť do kotla. Ak sa kondenzát vytvorí, odvádzač kondenzátu sa uzavrie, aby sa udržal požadovaný tlak v parnom systéme. Odvádzače kondenzátu sú v podstate spoľahlivé zariadenia, avšak k ich poruche môže dôjsť, keď sú otvorené alebo zavreté. Dvomi najčastejšími príčinami poruchy sú nečistoty, ktoré môžu upchať odvádzač alebo spôsobiť priesak; a tlakové rázy, ktoré môžu poškodiť vnútorné časti odvádzača.
Ak dochádza na odvádzači kondenzátu k priesaku, pracovníci údržby majú len málo indikátorov hovoriacich o tom, že odvádzač zlyhal. Ak je nainštalovaný aj zásobník na kondenzát, mohli by si všimnúť, že z neho vychádza trvale prítomný oblak pary. Presakujúca voda a parný oblak sú však jedinými fyzickými a viditeľnými príznakmi poruchy.
Ak sa odvádzač kondendenzátu pokazí a je v otvorenom stave, odvedie kondenzát a vysokotlakú paru do odpadu, čo znamená stratu pary a zvýšenie nákladov potrebných na výrobu ďalšej pary. Výrazné straty pary môžu dokonca spôsobiť aj preťaženie kotlov. Ak je odvádzač kondenzátu upchatý alebo sa pokazí v uzatvorenom stave, kondenzát sa vracia späť do parného potrubia, čím sa znižuje účinnosť prestupu tepla, zaťažuje sa potrubie a nepriaznivo to ovplyvňuje aj špirály výmenníka tepla, zvlhčovače a podobné zariadenia. Ak je proces prestupu tepla ohrozený, môže to spôsobiť odstávku výrobného procesu a údržba musí tento problém riešiť.
To, čo výrobný závod teda potreboval, bol spôsob automatického monitorovania všetkých 100 odvádzačov kondenzátu. Bežné prevádzkové meracie prístroje na to neboli vhodné, pretože ich inštalácia a káblovanie do DCS by si vyžiadali rozsiahle náklady. Navyše, v takom staršom závode, ako je tento na výrobu kávy, by mohli nastať problémy aj s elektrickými pripojeniami prevádzkových meracích prístrojov. Do rozvádzačov by sa mohla napr. dostať voda či už pri silnejšej búrke alebo pri kondenzácii vnútri rozvádzača. Káblovanie by časom degradovalo a mohli by vznikať problémy s uzemnením. Navyše svorkovnice by mohli podliehať korózii. V koncovej fáze životnosti prevádzkových zariadení by mohlo aj napájanie začať kolísať. Zdroje, ktoré vykazujú posun alebo špičky na svojom výstupe, sú príznakom toho, že takýto zdroj je chybný alebo nespoľahlivý. To všetko sú problémy, ktoré môžu ohroziť prevádzku procesov prerušením 4-20 mA signálov či stratou napájania prístrojov.
Aby závod ušetril peniaze, urýchlil inštaláciu a zároveň vyriešil aj otázku bezpečnosti spojenú s drôtovo pripojenými meracími prístrojmi, rozhodlo sa jeho vedenie nainštalovať 100 kusov bezdrôtových akustických vysielačov Rosemount 708 na všetky svoje odvádzače kondenzátu. Rosemount 708 (obr. 2) sa inštaluje priamo na potrubie a sníma akustické signály vo frekvenčnom rozpätí 33 až 45 Hz, ktoré sú príznakom toho, či je odvádzač kondenzátu otvorený a odvádza kondenzát. Zároveň je jeho súčasťou aj vysielač teploty, ktorý deteguje studené či klesajúce teploty upchatého ventilu či odvádzača.
Rosemount 708 sa pripevní na parné potrubie bez potreby jeho prerezania či zmeny usporiadania potrubí, čo je veľmi jednoduché a flexibilné. Vysiela úrovne zvuku (0-255 jednotiek) a údaje o teplote v rozsahu -40 až +260°C prostredníctvom komunikačného protokolu WirelessHART do riadiaceho systému DeltaV. Softvér Rosemount SteamLogic, ktorý beží v rámci DCS, monitoruje signály zo všetkých vysielačov Rosemount 708. Softvér dokáže rozlíšiť, kedy sa začína vypúšťať kondenzát z odvádzača, kedy sa zastaví vypúšťanie a kedy sa vytvoria turbulencie v dôsledku priesaku odvádzača. Okrem toho softvér monitoruje aj ďalšie informácie, na základe čoho dokáže okamžite upozorniť na poškodený odvádzač kondenzátu.
Závod si pre inštaláciu monitorov odvádzačov kondenzátu zmluvne objednal lokálneho kontraktora a pracovníci spoločnosti Emerson Process Management nastavili bezdrôtovú sieť a nakonfigurovali softvér SteamLogic. Kontraktor ukončil svoju prácu za približne jeden a pol týždňa - nainštalovaných bolo všetkých 100 monitorov Rosemount 708 a Emerson nastavil sieť a softvér za dva dni. Pritom ani raz nebolo potrebné odstaviť žiaden z výrobných procesov.
Všadeprítomné snímanie
Bezdrôtové snímače umožňujú „snímanie kdekoľvek“ – čo je schopnosť monitorovať prevádzkové veličiny aj tam, kde to bolo štandardnými prostriedkami príliš nákladné alebo neekonomické. Závod na výrobu kávy okrem bezdrôtových monitorov odvádzačov kondenzátu nainštaloval aj bezdrôtové vysielače tlaku, teploty a prietoku. Všetky prístroje nasadené na troch parných systémoch, ktoré zahŕňali aj monitory Rosemount 708, sú prepojené do DCS DeltaV prostrdníctvom samoorganizujúcej sa siete Smart Wireless od spoločnosti Emerson. Každý vysielač pracuje s protokolom WirelessHART, ktorý je prijímaný jedným alebo viacerými opakovačmi umiestnenými po celom výrobnom závode, alebo - v závislosti od vzdialenosti – môže byť priamo prijatý aj komunikačnou bránou Smart Wireless.
Brána prijíma signály zo všetkých vysielačov a ukladá ich do databázy pracujúcej v reálnom čase, kde sú potom údaje dostupné pre spracovanie softvérom SteamLogic alebo softvérom pre správu podnikových technických prostriedkov AMS spoločnosti Emerson.
Dosiahnuté výsledky
Včasné odhalenie problémov s odvádzačmi kondenzátu znížilo dovtedy vyžadované údržbárske kapacity, odstránilo potrebu pochôdzkových kontrol a znížilo náklady na preventívnu údržbu. Zamestnanci sú teraz včas informovaní o priesaku odvádzača či
o jeho zablokovaní, čo údržbe umožňuje plánovať opravy bez potreby koordinácie s prevádzkovými pracovníkmi. Len na údržbe sa takýmto spôsobom podľa odhadov podniku podarilo ušetriť približne 100 000 USD za rok.
Včasné odhalenie a oprava odvádzača kondenzátu znamená, že odvádzač v otvorenom stave už viac nebude vypúšťať paru do odpadu a nebude mrhať energiami. Takisto to znamená, že upchaté studené odvádzače už viac nebudú odvádzať kondenzát a neumožnia jeho vracanie sa do parného potrubia, čo by mohlo znížiť účinnosť prestupu tepla a potenciálne aj spôsobiť odstávku procesu.
Vedenie výrobného závodu odhaduje, že odstránenie častých odstávok procesu prinesie zvýšenie výroby o 5000 ton kávy ročne. Závod zbiera a analyzuje údaje zo všetkých prevádzkových prístrojov aby zistil, kde by bolo možné realizovať ďalšie úspory. Monitory odvádzačov kondenzátu boli nainštalované v januári 2014 a neskôr potom aj ostatné bezdrôtové prístroje pre meranie tlaku, prietoku a teploty. Vyhodnocovanie teda stále ešte len prebieha. Avšak počiatočné výsledky boli natoľko úspešné, že v súčasnosti prebieha rovnaká inštalácia v ďalších dvoch prevádzkach. Celkovo by malo byť takto zmodernizovaných šesť z deviatich prevádzok do konca roku 2015.
Vďaka bezdrôtovým prevádzkovým prístrojom a dosiahnutým výsledkom je výrobný závod na najlepšej ceste naplniť svoje ciele zvýšenia výroby pri súčasnom znížení spotreby energie a vody.
Zdroj: Gustafson, D.: Emerson Wireless Steam Trap Monitors Increase Efficiency at Cofee Plant in Mexico, Case Study, publikované 24. 10. 2014.
