Visions of Tomorrow – Engineered Today
Search

Raakavesianalyysi – Voimalaitoshankkeiden usein unohdettu lähtötieto

Kirjoittanut Susanna Vähäsarja
Julkaistu

Vesianalyysi on tärkein lähtötieto uutta vedenkäsittelylaitosta suunnitellessa ja se vaikuttaa niin laitevalintoihin kuin laitteiden mitoitukseenkin. Investointiprojekteissa tehdään ennen projektin alkua paljon taustaselvityksiä liittyen projektin ja rakennettavan tuotantolaitoksen kannattavuuteen, laitostyyppiin ja laitoksen ajotapaan liittyen. Laitoksen sijaintipäätös tehdään huolellisten selvitysten perusteella ja maaperätutkimus tehdään yleensä osana näitä selvityksiä. Esisuunnittelun aikana tehdään yleensä päälaitetoimittajien kilpailutus ja vähintään alustava valintapäätös. Vaikka selvityksiä ja laskelmia tehdään, yksi pieneltä tuntuva mutta sitäkin tärkeämpi selvitys usein unohtuu: raakavesianalyysi.

Miksi raakavesianalyysi sitten on niin tärkeä? Voimalaitokset ovat teollisuuden suurimpia vedenkuluttajia. Vettä käytetään niin jäähdytykseen, vesi-höyrykierrossa kuin kaukolämpövetenä. Voimalaitosten vesi-höyrykierrossa ja kaukolämpöverkossa käytettävän veden laadulle on tarkat ohjearvot veden epäpuhtauksien aiheuttamien ongelmien (korroosio, saostumat) vähentämiseksi. Näiden laatuvaatimusten saavuttamiseksi voimalaitoksilla, jotka eivät saa lisävettä ulkopuoliselta laitokselta, on järjestäen jonkinlainen oma vedenkäsittely. Ja tämän vedenkäsittelyn valintaan ja suunnitteluun raakavesianalyysi on tärkein lähtötieto. Raakavesianalyysin puute havaitaan yleensä vasta varsinaisen toteutusprojektin alkaessa, jolloin vesinäytteitä otetaan ja analysoidaan kiireessä eikä aikaa useiden näytteiden analysoimiseen monesti ole.

Raakavesianalyysin puute havaitaan yleensä vasta varsinaisen toteutusprojektin alkaessa, jolloin vesinäytteitä otetaan ja analysoidaan kiireessä eikä aikaa useiden näytteiden analysoimiseen monesti ole

Vesianalyysi kertoo raakaveden laadusta. Tyypillisiä mitattavia suureita raakavesianalyysissä ovat:

  • Liuenneiden aineiden määrät
  • Kiintoaineen määrä
  • Orgaanisen aineen määrä
  • Veden kokonaiskovuus ja karbonaattikovuus
  • pH ja alkaliteetti
  • Kolloidisten aineiden määrä

 

Vesianalyysi on tärkein lähtötieto uutta vedenkäsittelylaitosta suunnitellessa ja se vaikuttaa niin laitevalintoihin kuin laitteiden mitoitukseenkin.

 

Esimerkiksi suolanpoistolaitoksen tekniikkaa valitessa on raakaveden suolapitoisuus ensisijainen valintakriteeri. Veden suolapitoisuus vaikuttaa suoraan ioninvaihtimien elvytyskemikaalikulutukseen, jolloin käänteisosmoosi tulee käyttökustannuksiltaan ioninvaihtoa edullisemmaksi raakaveden suolapitoisuuden ollessa korkea. Lisäksi, toisin kuin ioninvaihto, käänteisosmoosi pystyy liukoisten epäpuhtauksien lisäksi poistamaan myös kolloidisia epäpuhtauksia, jolloin se on ioninvaihtoa parempi valinta raakavedelle, joka sisältää paljon kolloidista ainetta.

Vedenpehmennys on yleisin ja yleensä riittävä vedenkäsittelymenetelmä lämpölaitosten sekä kaukolämmön lisäveden käsittelyyn. Pehmennyksessä vedestä poistetaan magnesiumin ja kalsiumin suolat eli ns. kovuussuolat. On kuitenkin muistettava, että vaikka kovuus onkin merkittävin matalapainekattiloissa ja kaukolämpöverkostoissa kattilan ja verkoston kuntoon vaikuttava veden laatusuure, ei kuitenkaan huomion kiinnittäminen pelkästään siihen riitä. Esimerkiksi EN-standardissa määritellään matalapaineisille kattiloille raja-arvot syöttö- ja kattilaveden rauta- ja kuparipitoisuuksille sekä orgaanisen aineen määrälle. Kaukolämpövedelle on kovuuden lisäksi määritelty ohjearvot myös kloridi-, bikarbonaatti ja rautapitoisuuksille. Nämä epäpuhtaudet eivät poistu vedenpehmennyksessä. Mikäli raakavedessä mitataan raja-arvoja korkeampia pitoisuuksia edellä mainittuja epäpuhtauksia, on pehmennystä täydennettävä muilla vedenkäsittelymenetelmillä tai valittava pehmennyksen sijaan esimerkiksi käänteisosmoosi vedenkäsittelyyn. Vedenpehmennyslaitteisto on yleisesti edullinen ja vähän tilaa vievä, jolloin muutokset / täydennykset siihen vaikuttavat paitsi tilantarpeeseen myös investointikustannuksiin. Näistä molempiin voi varautua teettämällä ja tarkastelemalla vesianalyysiä ajoissa.

Vaikka raakavesianalyysi olisikin saatavilla investointiprojektin alkaessa, on siinä kokemukseni mukaan usein puutteita. Tyypillisiä puutteita ovat:

  • Analyysejä on vain yksi, jolloin sen luotettavuudesta ei ole tietoa eikä pystytä sanomaan, miten esimerkiksi vuodenaikavaihtelut vaikuttavat vedenlaatuun (tärkeää luonnonvesien tapauksessa)
  • Analyysistä puuttuu olennaisia analyysisuureita. Esimerkiksi kattilan lisäveden käsittelyn kannalta yksi tärkeimpiä mittasuureita on veden silikaattipitoisuus, kun taas juomaveden kannalta kyseisellä suureella ei ole merkitystä. Tällöin käytettäessä juomavettä raakavetenä tulee veden silikaattipitoisuus tutkia erikseen vesilaitoksen tekemien analyysien lisäksi.
  • Analyysin mittayksiköt ovat epäselvät. Monille veden laatusuureille on käytössä useita eri mittayksiköitä, jolloin on hyvin tärkeää kirjata selvästi, mitä mittayksikköä on käytetty.
  • Analyysin termistö epäselvää eikä analyysistä selviä, mitä on mitattu
  • Analyysimenetelmää ei ole määritelty, jolloin analyysin lukija ei myöskään pysty tarkistamaan, mitä todennäköisimmin on mitattu eikä analyysiä pysty toistamaan.

Puutteellisen tai virheellisen vesianalyysin seurauksena on suuri riski, että vedenkäsittelylaitos joko yli- tai alimitoitetaan tai valitaan kohteeseen riittämätön/sopimaton vedenkäsittely. Hyvässä raakavesianalyysissä on sen sijaan:

  • Useita mittauksia eri vuosilta. Tämä on erityisen tärkeää luonnonvesien kohdalla
  • Hyvin dokumentoidut mittaukset
  • Tarvittavan vedenkäsittelyn mitoitukseen ja valintaan riittävät analyysit. Nämä katsotaan tapauskohtaisesti.
  • Analyysien tekijänä tunnettu akkredioitu laboratorio

Puutteellisen tai virheellisen vesianalyysin seurauksena on suuri riski, että vedenkäsittelylaitos joko yli- tai alimitoitetaan tai valitaan kohteeseen riittämätön/sopimaton vedenkäsittely. Seurauksina voi olla vedenkäsittelylaitteiden tihentynyt pesutarve likaantumisen johdosta sekä kasvaneet kemikaalikulutukset. Pahimmassa tapauksessa puutteellinen vedenkäsittely johtaa huonolaatuiseen lisäveteen, mikä aiheuttaa ongelmia erityisesti korkeapainekattiloille ja turbiinilaitoksissa vaikuttaen suoraan näiden takuisiin ja käyttöikään. Kaukolämpöverkostossa vastaavasti seurauksena ovat verkoston korroosio-ongelmat. Vedenkäsittelylaitteiden takuuarvot tuotetun veden laadulle myös mitätöityvät, mikäli käytössä oleva raakavesi ei vastaakaan laadultaan sopimuksessa määritettyä raakaveden laatua. Epäselvä raakavesianalyysi myös vaikeuttaa vedenkäsittelylaitteistojen tarjousvertailua, sillä toimittajaehdokkaat joutuvat arvailemaan vedenlaatusuureita ja tarjoukset eivät sen myötä ole enää vertailukelpoisia keskenään.

Raakaveden laatu vaikuttaa siis vedenkäsittelylaitteiden valintaan ja sitä kautta niiden tilatarpeeseen ja budjetointiin. Luotettavalla ja riittävän kattavalla vesianalyysillä, joka sisältää tuloksia useista mittauksista, saadaan parhaat edellytykset toimivan vedenkäsittelylaitteiston mitoitukseen ja laatutakuut tuotetun veden laadulle. Tässä onnistutaan parhaiten, kun vesianalyysejä teetetään jo laitoksen esisuunnitteluvaiheessa ja tarkastellaan alustavalla tasolla niiden vaikutusta vedenkäsittelyn valintaan. Näin varmistetaan, että investointiprojektin alkaessa on saatavilla riittävät lähtötiedot vedenkäsittelylaitteiston detaljisuunnitteluun ja annetaan vesilaitokselle onnistumisen edellytykset tuottaa kattilalaitoksen/turbiinin/kaukolämpöverkon vaatimusten mukaista lisävettä. Tällä ehkäistään monia laitoksen käyttöajan vesikemian ongelmia.

Susanna Vähäsarja

M.Sc , (Tech) Chemical Engineering - Ms. Vähäsarja is an IPMA Level C certified Project Manager and has a minor (candidate level) in management. She has been involved in power plant and energy consulting since 2007 and has worked on a wide range or projects including large EPCM and EPC projects (as an expert and/or sub-project manager) and smaller consulting assignments.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

20/09/2022

Vaasan Sähkö tilasi Elomaticilta tulevaisuuden lämpöpumppulaitoksen suunnittelun ja projektinjohdon

Kirjoittanut By Elomatic Oy

Vaasan Sähkö rakennuttaa Påttin jätevedenpuhdistamon yhteyteen laitoksen, joka ottaa talteen hukkalämpöä puhdistetusta jätevedestä. Lämpö ohjataan kaukolämpöverkkoon, missä se riittää lähes 2 000 omakotitalon tarpeisiin. Elomatic vastaa projektin kokonaisuudesta aina suunnittelu- ja hankintavaiheesta rakentamisen johtamiseen ja...

Read more » Lue lisää »
Top Engineer

Energiakatselmuksilla kohti hiilineutraalia toimintaa

Kirjoittanut Jussi Jääskeläinen
Julkaistu

Olemme toteuttaneet viimeisen kolmen vuoden aikana 41 energiakatselmusprojektia. Näistä kaksi on toteutettu ulkomailla oleviin kohteisiin. Katselmoidut yritykset ovat olleet eri teollisuuden aloilta (Kuva 1). Eniten katselmuksia on toteutettu elintarviketeollisuudelle. Jaetulla toisella sijalla ovat metsä- ja teknologiateollisuus. Kohdeyritykset ovat pääosin olleet suuryrityksiä, jotka ovat kuuluneet energiavaltaiseen teollisuuteen (energian loppukulutus vuositasolla vähintään 100 GWh).

 

Energiakatselmusten tarkastelukohteet ovat tyypillisesti ao. listan mukaisia. Näiltä osa-alueilta on myös löydetty merkittävimmät energiasäästökohteet:

  1. Prosessin ja kiinteistön lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmät
  2. Kiinteistöjen ilmanvaihtojärjestelmät
  3. Kuivatus-, kypsytys- ja muut lämpökäsittelyprosessit
  4. Pumppaus- ja puhallinjärjestelmät
  5. Paineilmajärjestelmät
  6. Käyttövesijärjestelmät
  7. Valaistus

Järjestelmien tarkastelut on tehty pääosin paikan päällä kohteessa. Näihin on sisältynyt erilaisia kenttämittauksia, olemassa olevan mittausdatan jalostamista sekä yhteisiä ideointisessioita. Jotain katselmuksia on toteutettu puhtaasti mittausdatan pohjalta. Näissä tapauksissa automaatiojärjestelmistä ja niiden tietokannoista on kerätty mittausdataa eri vuodenajoilta. Näihin on yhdistelty energian toimittajilta saatavaa kulutusdataa. Lopputuloksena on syntynyt kuvaukset kohteen energiankulutusjakaumista, tehokkuuden nykytilasta sekä toimenpidesuositukset energiatehokkuuden parantamiseksi.

Välillä kuuluu ”soraääniä” energiakatselmusten hyödyistä, esim. ”katselmus ei vielä säästä mitään”. Meidän kokemuksemme kuitenkin on, että katselmuksen avulla löydetään varsin usein käyttöteknisiä toimenpiteitä, joiden toteuttaminen ei vaadi investointeja ollenkaan. Jos järjestelmien katselmointia ei ole tehty energiatehokkuuden osalta lähiaikoina, voimme vakuuttaa, että investointi energiakatselmointiin maksaa itsensä takaisin alle vuodessa. Tämän päälle syntyy vielä hyviä investointimahdollisuuksia energiatehokkuuden edistämiseksi ja päästöjen vähentämiseksi.

Tulosten valossa, kun vedetään yhteen kaikki 41 energiakatselmusta (kuva 1), saadaan keskimääräisiksi säästöpotentiaaleiksi sähkön osalta 860 MWh/a ja lämmön osalta 4600 MWh/a. Päästövaikutuksiltaan nämä energiansäästöt vastaavat noin 890 tn CO2 päästöjä vuodessa per katselmoitu yritys. Vedensäästön osalta keskiarvolukema on 46 500 m3/a. Kustannussäästöinä nämä vastaavat noin 205 000 euroa vuodessa. Toimenpiteiden suora takaisinmaksuaika oli keskimäärin kolme vuotta. Keräämämme tilaston mukaan, energiakatselmuksen kustannus on ollut keskimäärin noin 7-8 % löydetystä säästöpotentiaalista. Näiden tulosten valossa on helppo perustella energiakatselmoinnin tärkeyttä osana energiajohtamista. Sen pohjalta on hyvä lähteä luomaan tiekarttaa kohti energiatehokasta ja hiilineutraalia toimintaa.

Energiatehokkuustoimenpiteiden toteutuksissa kannattaa hyödyntää katselmoijille kertynyttä kokemusta kohteesta. Tyypillisesti investointia vaativat säästötoimenpiteet käyvät läpi seuraavat vaiheet:

  1. Energiakatselmus
  2. Suunnittelu
  3. Hankinta
  4. Toteutus
  5. Käyttöönotto

Näiden osalta on järkevää pyytä katselmoijataholta esitystä jatkotoimista. Asiaa helpottaaksemme, olemme koonneet tsekkilistan onnistuneen energiatehokkuusinvestoinnin läpiviennistä.

 

Jussi Jääskeläinen

Design Manager,
Efficiency Solutions

Jussi Jääskeläinen has worked in process industry development and energy efficiency service positions since 2004. He has experience in process development, production line energy efficiency and industrial energy audits. He is also thoroughly familiar with energy efficiency monitoring systems and process diagnostics. He currently works as Design Manager, Efficiency Solutions, at Elomatic’s Jyväskylä office and is responsible for developing Elomatic’s data analysis services.

Intelligent Engineering

Uusin artikkeli

20/09/2022

Vaasan Sähkö tilasi Elomaticilta tulevaisuuden lämpöpumppulaitoksen suunnittelun ja projektinjohdon

Kirjoittanut By Elomatic Oy

Vaasan Sähkö rakennuttaa Påttin jätevedenpuhdistamon yhteyteen laitoksen, joka ottaa talteen hukkalämpöä puhdistetusta jätevedestä. Lämpö ohjataan kaukolämpöverkkoon, missä se riittää lähes 2 000 omakotitalon tarpeisiin. Elomatic vastaa projektin kokonaisuudesta aina suunnittelu- ja hankintavaiheesta rakentamisen johtamiseen ja...

Read more » Lue lisää »
Top Engineer

Copyright © 2020 – Elomatic, All rights reserved