Prosessiventtiilin lämmityslaitteiston kehittäminen testaustoimintaan
Virtanen, Julia (2013)
Virtanen, Julia
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2013
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013052911526
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013052911526
Tiivistelmä
Insinöörityön tarkoituksena on tutkia Metso Automation Oy:n prosessiventtiilien testaukseen erilaisia lämmitysjärjestelmäratkaisuja nykyisen lämmitysmenetelmän korvaajaksi. Testauksen aikana on saavutettava korkeita lämpötiloja. Yleisin korkealämpötilatestaus suoritetaan lämpötilalla 400 °C. Olisi toivottavaa, että lämmityslaitteisto simuloisi nykyistä menetelmää paremmin Metson venttiilituotteiden käyttöolosuhteita todellisissa teollisuusprosesseissa. Lisäksi lämmityslaitteiston on sovelluttava erikokoisille ja -muotoisille venttiileille sekä erilaisiin testausympäristöihin.
Tutkimuksessa pyrittiin ottamaan huomioon eri tuotetyyppien ominaisuuksia, muun muassa venttiilien materiaaliominaisuudet, koot ja lämmönkestävyydet. Lähemmin tarkasteltiin kuitenkin ainoastaan hyvin usein testattavaa Neles XG/XM 6”-venttiiliä. Tutkimuksen lähtökohtana on venttiilin emissiotestaus, joka suoritetaan ISO 15848-1 -standardin ja toimeksiantajan mukaisilla vaatimuksilla.
Työn alussa tarkasteltiin Metson nykyistä lämmitysmenetelmää, joka perustuu lämmitysmattojen ja erillisen ohjausyksikön käyttöön, ja analysoitiin sen ongelmakohdat sekä mahdolliset ongelmien syyt. Tämän jälkeen kirjallisuuden perusteella tutkittiin erilaisia lämmitysvaihtoehtoja ja niiden sovellettavuutta venttiilien emissiontestaustarkoituksiin. Käytiin muun muassa läpi termisen öljyn ja muiden nestekylpymenetelmien käyttö, liekkilämmitys, paineistettu höyry ja mahdollisia suora- ja epäsuorasähkölämmitysmenetelmiä.
Kirjallisuustutkimuksen perusteella valittiin jatkotarkasteluun neljä menetelmää, joiden nähtiin parhaiten soveltuvan venttiilin lämmittämiseen emissiotestausta varten. Valitut menetelmät ovat infrapunasäteilyelementeistä koostuva uunijärjestelmä, induktiolämmitys, venttiilin lämmittäminen paineistetulla heliumilla ja venttiilin testilaippoihin asennettavien kuumennuspatruunoiden käyttö. Valittujen menetelmien tehoa arvioitiin karkeasti Neles XG/XM 6” venttiilin lämmittämiseen.
Valituille menetelmille tehtiin myös kustannusarvioinnit pohjautuen valmistajille tehtyihin kyselyihin. Lisäksi menetelmien tarkastelussa otettiin huomioon turvallisuusriskejä ja laitteiston hankintaan liittyviä ongelmia. Työssä tarkasteltiin myös pintapuolisesti vaihtoehtoisia eristysratkaisuja nykyisen alumiinisilikaattikuituvillan korvaajaksi.
Menetelmien yleisen soveltuvuuden, tehokkuuden ja kustannusarvioinnin perusteella yritykselle tehtiin suosituksia mahdollisista jatkotoimenpiteistä. Jos yritys on valmis tekemään ainoastaan pientä investointia, lämmityspatruunoita voitaisiin testata hankkimalla jollekin pienelle venttiilille tarvittava. Jos yritys pystyisi tekemään suuremman investoinnin, voisi olla kannattavaa tarkastella induktiolämmitysmenetelmää tarkemmin ja järjestää jonkin laitteistotoimittajan kanssa järjestelmän testausta.
Tutkimuksessa pyrittiin ottamaan huomioon eri tuotetyyppien ominaisuuksia, muun muassa venttiilien materiaaliominaisuudet, koot ja lämmönkestävyydet. Lähemmin tarkasteltiin kuitenkin ainoastaan hyvin usein testattavaa Neles XG/XM 6”-venttiiliä. Tutkimuksen lähtökohtana on venttiilin emissiotestaus, joka suoritetaan ISO 15848-1 -standardin ja toimeksiantajan mukaisilla vaatimuksilla.
Työn alussa tarkasteltiin Metson nykyistä lämmitysmenetelmää, joka perustuu lämmitysmattojen ja erillisen ohjausyksikön käyttöön, ja analysoitiin sen ongelmakohdat sekä mahdolliset ongelmien syyt. Tämän jälkeen kirjallisuuden perusteella tutkittiin erilaisia lämmitysvaihtoehtoja ja niiden sovellettavuutta venttiilien emissiontestaustarkoituksiin. Käytiin muun muassa läpi termisen öljyn ja muiden nestekylpymenetelmien käyttö, liekkilämmitys, paineistettu höyry ja mahdollisia suora- ja epäsuorasähkölämmitysmenetelmiä.
Kirjallisuustutkimuksen perusteella valittiin jatkotarkasteluun neljä menetelmää, joiden nähtiin parhaiten soveltuvan venttiilin lämmittämiseen emissiotestausta varten. Valitut menetelmät ovat infrapunasäteilyelementeistä koostuva uunijärjestelmä, induktiolämmitys, venttiilin lämmittäminen paineistetulla heliumilla ja venttiilin testilaippoihin asennettavien kuumennuspatruunoiden käyttö. Valittujen menetelmien tehoa arvioitiin karkeasti Neles XG/XM 6” venttiilin lämmittämiseen.
Valituille menetelmille tehtiin myös kustannusarvioinnit pohjautuen valmistajille tehtyihin kyselyihin. Lisäksi menetelmien tarkastelussa otettiin huomioon turvallisuusriskejä ja laitteiston hankintaan liittyviä ongelmia. Työssä tarkasteltiin myös pintapuolisesti vaihtoehtoisia eristysratkaisuja nykyisen alumiinisilikaattikuituvillan korvaajaksi.
Menetelmien yleisen soveltuvuuden, tehokkuuden ja kustannusarvioinnin perusteella yritykselle tehtiin suosituksia mahdollisista jatkotoimenpiteistä. Jos yritys on valmis tekemään ainoastaan pientä investointia, lämmityspatruunoita voitaisiin testata hankkimalla jollekin pienelle venttiilille tarvittava. Jos yritys pystyisi tekemään suuremman investoinnin, voisi olla kannattavaa tarkastella induktiolämmitysmenetelmää tarkemmin ja järjestää jonkin laitteistotoimittajan kanssa järjestelmän testausta.