Lämmönvaihtimien likaantumisen ja ylimenokorroosion tutkiminen raakaöljyn tislauksessa.

Työssä tutkittiin raakaöljyn tislausyksikön esilämmityksen lämmönvaihtimien likaantumista erillisen likaantumisenseurantaohjelman avulla. Ohjelmaan syötetään prosessitiedot eri lämmönvaihtimille, joista ohjelma laskee likaantumiskertoimet sekä kokonaislämmönsiirtokertoimet puhtaalle ja likaiselle lämmönvaihtimelle. Lisäksi työssä perehdyttiin raakaöljyn suolanpoistoon ja ylimenokorroosioon. Työn kirjallisessa osassa tutustuttiin lämmönsiirtoa kuvaaviin suureisiin ja eri lämmönvaihdinratkaisuihin. Lämmönvaihtimien likaantumismekanismeja ja erilaisia rakenteellisia ratkaisuja tarkasteltiin laajasti. Kirjallisessa osassa perehdyttiin myös ylimenokorroosion ja suolanpoiston ongelmiin. Kokeellisen osan tarkoituksena oli likaantumisen seurantaohjelman virheiden korjaaminen ja likaisten lämmönvaihtimien etsiminen. Likaantumisen seurantaohjelmalla suoritettiin kuusi eri ajoa. Ohjelmaan syötettävät lähtötiedot tarkastettiin ja virheelliset korjattiin. Ajojen perusteella arvioitiin lämmönvaihtimien likaantumista, puhdistustarvetta sekä pohjaöljylämmönvaihtimien pesun vaikutusta prosessin toimintaan. Ylimenokorroosion ja suolanpoiston seurantaraportteihin ja analyyseihin perehdyttiin ja prosessin tilaa arvioitiin. Lämmönvaihtimien puhdistus vähentää lämpö- ja painehäviöitä esilämmönvaihtimilla. Esilämmityksen lämmönvaihtimien puhdistus, varsinkin pohjaöljylämmönvaihtimien, on kannattavaa jo lyhyelläkin aikavälillä. Optimaalisia prosessi toimintoja arvioitaessa pitää kuitenkin tarkastella koko esilämmitystä ja kaikkia siihen vaikuttavia muuttujia. Lämmönvaihtimien likaantumista voidaan vähentää myös tehostamalla suolanpoistajien toimintaa.

Kipsin kiteytymiseen vaikuttavat tekijät ammoniumsulfaattikiteyttämön lämmönvaihtimissa

Työssä pyrittiin selvittämään syitä kipsin saostumiseen ammoniumsulfaattikiteyttämön putkilämmönvaihtimien pinnalle ja miten epätoivottua saostumista voitaisiin estää. Lämmönvaihtimissa virtaa ammoniumsulfaattia, jossa on epäpuhtautena kalsiumia, joka saostuu pinnoille kalsiumsulfaattina. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kiteytymisen mekanismia ja kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä. Saostumien estoaineita ja niiden vaikutusta kipsin kiteytymiseen sekä kipsin liukoisuutta ammoniumsulfaattiliuoksessa käsiteltiin myös kirjallisuusosassa. Kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin laboratoriokokeilla, joissa pyrittiin simuloimaan lämmönvaihdinta lämpövastuksella. Laboratoriokokeissa kokeiltiin erilaisia saostuman estoaineita ja pyrittiin löytämään prosessiin mahdollisimman tehokas kipsin kiteytymisen estoaine. Lämmönvaihtimien toiminnan tehokkuutta eli muodostuneen saostuman vaikutusta lämmönsiirtymiseen tutkittiin veden luovuttaman lämpövirran avulla. Lämmönvaihtimien tukkeutumista selvitettiin putkien vaihdon tarpeen perusteella. Kalsiumpitoisuuden vaihteluja prosessivirroissa selvitettiin kalsiumtaseen avulla. Saostumiseen vaikuttavien tekijöiden lisäksi selvitettiin mistä ja kuinka paljon kalsiumia kulkeutuu prosessiin ja poistuu sieltä. Työn tarkoituksena oli löytää ratkaisu, jolla epätoivottua saostumista lämmönvaihdin-ten pinnoille pystyttäisiin vähentämään joko kemiallisesti tai muuttamalla prosessi-muuttujia. Kalsiumia havaittiin olevan eniten pelkistämön sisäisissä ammoniumsul-faattiliuoskierroissa. Kalsiumtaseen perusteella kalsiumia poistuu pelkistämöltä eniten kipsinä ammoniumsulfaattituotteen mukana. Laboratoriokokeissa havaittiin polykar-boksylaattien estävän kipsin kasvua parhaiten, joskin estoaineen oikealla annostuksel-la havaittiin olevan suuri vaikutus. Lämmönvaihtimien saostuman havaittiin olevan kipsin ja glauberiitin seos. Vaippapuolen luovuttamien lämpövirran arvojen perusteel-la pystyttiin seuraamaan putkien tukkeutumista.

Martinlaakson kaasuturbiinin jäähdytysjärjestelmän parantaminen

Tämä insinöörityö tehtiin Vantaan Energia Oy:lle, joka tuottaa ja myy sähköä ja kaukolämpöä. Työn tarkoituksena on tutkia mahdollisuuksia parantaa Martinlaakson voimalaitoksen kaasuturbiinin jäähdytyskapasiteettia. Työn alussa esitellään kaasuturbiinilaitoksen ja kaasuturbiinin jäähdytysjärjestelmän toimintaa niiltä osin kuin se on työn ymmärtämiseksi tarpeellista. Voimalaitoksen kaasuturbiinilaitoksella on käytössä Suomessa harvinainen suljettu jäähdytysvesijärjestelmä, joka siirtää jäähdytyskohteissa syntyvän lämpöenergian ilmajäähdyttimien kautta ulkoilmaan. Työssä tutkitaan jäähdytysjärjestelmän jäähdytyskykyä sekä öljyjäähdyttimen ja generaattorin ilmajäähdyttimien tilaa lämpötiloja ja tehoja seuraamalla. Jäähdytysjärjestelmän kapasiteetti todettiin riittämättömäksi, kun ulkoilman lämpötila nousee yli +10 C:n. Jäähdytyskierto ei jäähdytä öljylämmönvaihdinta riittävästi, jolloin kaasuturbiinin voiteluöljy ylikuumenee lyhentäen öljyn käyttöikää sekä vaarantaen kaasuturbiinin osia. Jäähdytysjärjestelmän kapasiteettia voidaan parantaa lisäämällä neljäs ilmajäähdytin, lisäjäähdyttämällä raakavedellä tai lisäämällä öljyjäähdyttimen rinnalle kaukolämmön paluuvedellä jäähdyttävä lämmönvaihdin. Neljäs lämmönvaihdin ei riitä kattamaan tarvittavaa jäähdytystarvetta lämpötilan noustessa. Raakaveden käyttökustannukset ovat suuret eikä lämmöntalteenotto ole mahdollista. Kannattavin vaihtoehto on lisätä öljyjäähdyttimen rinnalle kaukolämmön paluuvedellä toimiva lämmönvaihdin, jonka hankintakustannukset ovat alhaiset saatavaan hyötyyn nähden. Parannuksen ansiosta kaasuturbiinin sähkötehoa voidaan nostaa 10 %:lla nykyisestä 50 MW:sta. Jäähdytyskapasiteetin parantamiseksi tehtävät muutokset ajoittuvat syksylle 2008, jolloin kaasuturbiini modifioidaan.

Laskentasovelluksen kehittäminen modulaariselle vesiputkikattilalle

Modulaarisella vesiputkikattilalla tarkoitetaan täysin konepajalla valmistettavissa olevaa kattilaa, joka voidaan kuljettaa yhtenä tai muutamana suurena moduulina työmaalle. Tässä diplomityössä käsiteltiin modulaarisen vesiputkikattilan laskentasovelluksen ke-hittämistä KPA Unicon Oy:lle. Työn tavoitteena oli tarkastella modulaarisen vesiputkikattilan lämpöteknistä mitoitusta ja suunnittelua sekä kehittää laskentasovellus, jonka avulla voidaan arvioida kattilan mittoja ja painoa. Laskentasovellus laadittiin Microsoftin Excel-alustalle, josta se on myöhemmin mahdollista siirtää muille ohjelma-alustoille. Laskentasovelluksessa hyödynnetään lämmönsiirron ja virtaustekniikan laskentayhtälöitä sekä -menetelmiä. Sovellukseen valitut laskentayhtälöt sekä -menetelmät ovat yleisesti hyväksyttyjä ja käytännössä testattuja. Diplomityön tuloksena valmistui laskentasovellus, joka kykenee modulaarisen vesiputkikattilan lämpötekniseen mitoittamiseen. Sovelluksen avulla voidaan mitoittaa kattilan tulipesä, tulistimet, höyrystinpinnat sekä ekonomaiseri. Laskentasovellusta on tarkoitus hyödyntää yrityksen tarjousvaiheen projekteissa sekä mahdollisesti kattiloiden esisuunnittelussa. Laskentasovelluksen laatimista varten ei ollut mahdollista hyödyntää toiminnassa olevien kattiloiden prosessitietoja, koska ensimmäiset tämän tyyppiset kattilat ovat asenteilla. Sen sijaan sovelluksen antamia laskentatuloksia verrattiin toisen mitoitusohjelman antamiin tuloksiin, joiden perusteella laskentasovelluksen voidaan olettaa antavan oikeita tuloksia.

Ilmatislaamon vesijäähdytysjärjestelmän lämmönvaihtajien tehokkuuden vaikutus tislausprosessin hyötysuhteeseen

Sähköenergiankulutuksella on suuri merkitys kryogeenisessa ilman tislausprosessissa. Sähköenergiankulutus määrittää pääosan tuotetun kaasun tuotantokustannuksista, koska raaka-aine eli ympäröivä ilmakehä ei aiheuta taloudellisia kuluja. Vesijäähdytysjärjestelmä vaikuttaa tislausprosessin tehokkuuteen merkittävästi. Jäähdytysveden lämpötilalla on oleellinen merkitys tuotettujen kaasujen massavirtoihin ja kulutettavaan energiaan. Lisäksi jäähdytysveden lämpötila vaikuttaa laitoksen käytettävyyteen. Jäähdytysjärjestelmän tehokkuuteen vaikuttavat useat eri tekijät. Lähtökohtana lämmönsiirtoon vaikuttavista tekijöistä on saatavan jäähdytysveden lämpötila. Lämmönsiirtimien mitoituksella, likaantumisella ja virtausnopeuksilla on myös oleellinen merkitys ilman tislausprosessin lämmönsiirrossa. Tässä raportissa on kuvattu kryogeeninen ilman tislausprosessi ja syvennytty prosessin vesijäähdytysjärjestelmään. Raportissa lämmönsiirto pohjautuu ainoastaan laitoksen vesilämmönsiirtimiin ulkoisessa ja sisäisessä kierrossa. Raportti sisältää prosessikuvauksen, tutkimustietoa jäähdytysjärjestelmästä ja lämmönsiirrosta, koejärjestelyjen tulokset ja päätelmiä laitoksen jäähdytysjärjestelmän ja tuotannon yhteyksistä. Raportti perustuu kattavaan lähdemateriaaliin.

Metal additive manufacturing of internal flow channels with powder bed fusion processes

This thesis studies the advantages, disadvantages and possibilities of additive manufacturing in making components with internal flow channels. These include hydraulic components, components with cooling channels and heat exchangers. Processes studied in this work are selective laser sintering and selective laser melting of metallic materials. The basic principles of processes and parameters involved in the process are presented and different possibilities of internal channel manufacturing and flow improvement are introduced