Risparmio energetico negli impianti a vapore e di condensa
La più antica cartiera tedesca ancora in attività utilizza una tecnologia di controllo digitale a ultrasuoni per individuare gli scaricatori di condensa difettosi
Due apprendisti della più antica cartiera ancora in attività in Germania hanno ricevuto un premio per il loro progetto “Gli scaricatori di condensa come componente fondamentale per l’efficienza energetica” nell’ambito di un concorso promosso dall’iniziativa “Transizione energetica e protezione del clima” rivolta alle medie imprese della Sassonia.
Quali scaricatori sono difettosi e a quanto ammontano i costi causati da scaricatori di vapore difettosi? Gli apprendisti hanno utilizzato la tecnologia dell’azienda SONOTEC per trovare una risposta a queste domande. Il dispositivo digitale di controllo a ultrasuoni ha fornito loro le risposte, lasciando tutti a bocca aperta.
Gli apprendisti Franz Weber e Martin Becher hanno individuato potenziali possibilità di risparmio energetico grazie a test regolari sugli scaricatori di condensa. Nel 2018 entrambi hanno ricevuto un premio per il loro progetto intitolato “Gli scaricatori di condensa come componente importante dell’efficienza energetica”.
Martin Becher, meccanico industriale al terzo anno di apprendistato, spiega: «Dopo aver completato diversi moduli sui temi dell’efficienza energetica, del lavoro di progetto e dell’utilizzo degli strumenti di misura presso la Camera di Commercio e Industria (IHK) di Dresda, ci è stato affidato il compito di realizzare un progetto pratico di efficienza energetica nella nostra azienda.
Dopo aver svolto ricerche e consultato il responsabile energetico, i due apprendisti hanno deciso di esaminare attentamente gli scaricatori di condensa della centrale elettrica.
«Gli scaricatori di condensa difettosi possono causare fermi macchina non programmati e un maggiore consumo energetico. Testando regolarmente gli scaricatori, è possibile pianificare meglio le riparazioni e le sostituzioni. Anche i costi energetici per la produzione di vapore possono essere ridotti in modo significativo, come abbiamo dimostrato nel nostro progetto», spiega Franz Weber, tecnico elettronico al quarto anno di apprendistato.
La cartiera necessita di vapore soprattutto durante il processo di essiccazione, in cui viene fatta evaporare l’acqua residua dalla carta. Il nastro di carta decorativa attraversa il labirinto di 30 cilindri di essiccazione nella macchina per la produzione della carta. Al termine del processo, la carta finita contiene dal 7 all’8 per cento di umidità residua.
Gli apprendisti Franz Weber (a sinistra) e Martin Becher (a destra) della Peniger Papierfabrik hanno ricevuto un premio per il loro progetto “Gli scaricatori di condensa come componente fondamentale per l’efficienza energetica”.
Gli esperti stimano che circa il 15-20 per cento del vapore prodotto vada perso a causa di scaricatori di condensa non a tenuta. Questo calcolo è un esempio che illustra i costi: una perdita con un diametro di soli 5 mm comporta una perdita di 5 bar di pressione e 65 kg di vapore all’ora, il che significa una perdita di circa 550 t all’anno (con 8.400 ore di funzionamento all’anno). Con costi di produzione pari a 20 €/t, questa perdita può ammontare a quasi 11.000 € all’anno.
Prove combinate a ultrasuoni e di temperatura
Martin Becher spiega: «Finora non avevamo molta esperienza con i sistemi a vapore e a condensa. All’inizio abbiamo dovuto familiarizzare con l’argomento e abbiamo partecipato a una giornata di formazione presso SONOTEC».
Durante il corso, i due «energy scout» hanno appreso, tra le altre cose, come distinguere tra scaricatori integri e difettosi utilizzando campioni audio. A seconda del modello, uno scaricatore funzionante si apre e si chiude in modo continuo o discontinuo, producendo durante questo processo segnali ultrasonici caratteristici. Questi segnali possono essere registrati e analizzati con il dispositivo digitale di controllo a ultrasuoni SONAPHONE®, l’app LevelMeter® e il sensore a ultrasuoni a banda larga e di temperatura BS20. La teoria è stata poi messa in pratica una volta tornati a Penig.
Si doveva analizzare un tratto dotato di 28 scaricatori termici e a galleggiante. Tutti gli scaricatori di condensa presenti nell’impianto sono stati registrati e configurati come punti di prova con immagine, numero e tipo. Successivamente, gli “scout energetici” hanno collegato il sensore BS20 all’apparecchio e hanno iniziato i test.
Inizialmente, è stata misurata la temperatura dello scaricatore in entrata e in uscita. La temperatura può determinare, ad esempio, se lo scaricatore di condensa presenta la temperatura di esercizio prevista o se tende ad essere troppo freddo (ristagno di condensa) o troppo caldo (perdita), a seconda della pressione dell’impianto. La differenza di temperatura viene valutata all’ingresso e all’uscita in base al principio di funzionamento dello scaricatore.
Per testare lo scaricatore di condensa, gli “scout energetici” si sono avvalsi della tecnologia dell’azienda SONOTEC. Lo scaricatore di condensa funziona correttamente o è difettoso? Il dispositivo digitale di controllo a ultrasuoni SONAPHONE ha fornito la risposta a questa domanda.
La valutazione dello stato richiede esperienza
Successivamente, i due apprendisti hanno registrato il segnale ultrasonico con un sensore di rumore strutturale a banda larga, utilizzando un intervallo di frequenza compreso tra 20 e 100 kilohertz. Non si sono verificati problemi durante le prove ed è stato inoltre possibile effettuare i test mentre l’apparecchiatura era in funzione. Gli apprendisti hanno selezionato gli intervalli di misurazione in modo tale che lo scaricatore di condensa avesse completato almeno un ciclo di circolazione e scarico.
È stato utilizzato un intervallo di circa un minuto per lo scaricatore a galleggiante e un intervallo di circa tre minuti per lo scaricatore termico. L’emissione di un segnale acustico sul display sotto forma di spettrogramma si è rivelata utile per la successiva valutazione.
I cambiamenti caratteristici del suono degli scaricatori di condensa difettosi possono essere distinti immediatamente dai suoni caratteristici degli scaricatori integri.
«Inizialmente abbiamo registrato il segnale proveniente da uno scaricatore nuovo che, con ogni probabilità, funzionava correttamente. Successivamente abbiamo potuto confrontare la registrazione con le altre e trarre alcune conclusioni su quali scaricatori fossero difettosi. Ciò richiede anche un po’ di esperienza.»
Franz Weber, Schoeller Technocell GmbH & Co. KG Werk Penig
Durante il processo di collaudo, i due apprendisti hanno utilizzato l’app LevelMeter®. Dopo aver registrato la temperatura e gli ultrasuoni, hanno potuto aggiungere foto, memo vocali e commenti su ciascun punto di prova. Franz Weber afferma: «L’utilizzo del SONAPHONE® è davvero molto intuitivo e semplice; è simile all’uso di uno smartphone. Una volta terminato, abbiamo potuto creare un rapporto con pochi clic».
Misurazione della temperatura con un sensore combinato di rumore strutturale e temperatura BS20
Registrazione del segnale ultrasonico in un intervallo di frequenza compreso tra 20 e 100 kilohertz mediante un sensore di suono strutturale a banda larga. È possibile distinguere immediatamente le variazioni caratteristiche del suono prodotte dagli scaricatori di condensa difettosi da quelle degli scaricatori integri.
Il 50% delle trappole era difettoso
Al termine del caso di studio, tutti sono rimasti sorpresi dai risultati dei test. Il 50%, ovvero 14 delle 28 trappole, si è rivelato difettoso.
Rico Eidam afferma: «Se ipotizziamo che una trappola difettosa ci costi circa 4.000 euro all’anno, possiamo risparmiare circa 48.000 euro solo in questo reparto sostituendo le trappole». Le ultime trappole difettose saranno sostituite durante il prossimo periodo di fermo. Il responsabile energetico riferisce: «La temperatura della condensa è diminuita notevolmente da quando abbiamo sostituito i primi scaricatori».
In futuro, tutti gli scaricatori di condensa dello stabilimento di Peniger saranno registrati e testati regolarmente. La manutenzione preventiva programmata includerà il monitoraggio delle condizioni degli scaricatori ogni sei mesi. Inoltre, il team prevede di utilizzare il SONAPHONE anche per altre attività di manutenzione.
Ad esempio, potrà utilizzare il dispositivo di prova digitale per rilevare perdite negli impianti di aria compressa e per monitorare le condizioni dei cuscinetti a rulli e a sfere. Inoltre, il dispositivo di prova è adatto all’ispezione delle scariche parziali nelle apparecchiature elettriche. In materia di risparmio energetico, Peniger ha assunto un ruolo di primo piano.
Gli “Energy Scouts” hanno ricevuto un premio per il loro progetto “Gli scaricatori di condensa come componente importante per l’efficienza energetica” in un concorso sponsorizzato dall’iniziativa “Transizione energetica e protezione del clima” per le medie imprese della Sassonia. «Siamo ovviamente orgogliosi di questo risultato. Finora siamo riusciti a superare ogni anno il nostro obiettivo di risparmio energetico. Questo tipo di progetto è una componente importante per il raggiungimento del nostro obiettivo e sensibilizza tutto il nostro personale su questo tema.»
Dopo aver misurato la temperatura e registrato l'ecografia, è possibile aggiungere foto, memo vocali e commenti relativi a ciascun punto di esame.
È possibile effettuare una valutazione dello scaricatore di condensa direttamente in loco oppure in un secondo momento sul proprio computer utilizzando il software DataViewer. Il rapporto può essere esportato come file CSV o PDF a fini di documentazione.
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