Beräkningsprogram för processpumpar inom …1327005/FULLTEXT01.pdfsig av en reglerventil som stryper bort flödet. Ett annat sätt är att investera i en frekvensomriktare. En frekvensomriktare

Beräkningsprogram för processpumpar inom skogsindustrin

Beräkningsprogram för att beräkna energieffektivitet och lönsamhet hos MC-pumpar och centrifugalpumpar vid installation av frekvensomriktare. Calculation software for process pumps in the forest industry Calculation software for calculating the energy efficiency and the profitability of MC-pumps and centrifugal pumps when installing a frequency converter. Ellen Johansson

Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Högskoleingenjörsprogrammet i maskinteknik 180 hp

Examensarbete, högskoleingenjör maskinteknik, MSGC17/22,5 hp

Handledare KAU: Anders Wickberg

Handledare ÅF Pöyry: Emmelie Ekroth

Examinator: Nils Hallbäck

2019-05-28

Versionsnummer: 1.0

II

Sammanfattning

I industrin finns det många pumpar som inte kör i de optimala driftfall som de är skapade för.

Detta bidrar till stora och onödiga kostnader för fabriker och industrier. Det finns olika

reglermetoder för att få pumpen att köra så optimalt som möjligt, det vanligaste är att avända

sig av en reglerventil som stryper bort flödet. Ett annat sätt är att investera i en

frekvensomriktare. En frekvensomriktare kan reglera varvtalet på pumpen och göra så driften

blir så optimal som möjligt för det driftfall som körs. Blir driften så optimal som möjligt

kommer kostnaden att reduceras. För att lätt kunna beräkna om det är lönsamt att investera i

en frekvensomriktare behövs ett standardiserat beräkningsprogram.

Detta arbete har gjorts för ÅF Pöyry i Karlstad i samverkan med BillerudKorsnäs AB,

Gruvön. Datainsamling har skett på BillerudKorsnäs AB på en MC-pump (423P008) denna

sitter på SK 2, som även kallas barrlinjen, där man behandlar barrträd.

Resultatet är ett standardiserat beräkningsprogram för att kunna beräkna både MC-pumpar

och centrifugalpumpar i pappersmassaindustrin. Detta beräkningsprogram kan bland annat

beräkna den totala tryckhöjden för respektive pump för att sedan kunna beräkna payoff-tiden,

alltså om det är lönsamt att investera i en frekvensomriktare.

Vid beräkning med hjälp av beräkningsprogrammet på MC-pump 423P008 visas det att ca

120 000 SEK/år är de kostnader som ”stryps” bort med den nuvarande reglermetoden, detta

är också den besparingspotetnial som kan göras vid investering av en frekvensomriktare och

detta är endast för en pump på ett bruk.

Slutsatsen man kan dra med hjälp av beräkningsprogrammet är att det finns stora kostnader

att spara i industrin genom att optimera drifterna hos de pumpar som finns.

Nyckelord:

MC-pump, centrifugalpump, frekvensomriktare, beräkningsprogram, reglerventil, tryckfall,

tryckhöjd, energiförlust, payoff-tid, kostnadsbesparing.

III

Abstract

In the industry, there are many pumps that do not running in the optimal operating conditions

that they are created for. This contributes to large, unnecessary costs for industries. There are

some different “control methods” to make the pump run as optimally as possible. One way is

to invest in a frequency converter. A frequency converter can regulate the speed (rpm) of the

pump and make the operation as optimal as possible for the running case. If the operation

becomes as optimal as possible, money will be saved. In order to easily calculate whether it is

profitable to invest in a frequency converter, a standardized calculation program is needed.

This work has been made for ÅF Pöyry in Karlstad in a collaboration with BillerudKorsnäs

AB, Gruvön. Data collection has taken place at BillerudKorsnäs AB on an MC-pump

(423P008), which is stationary at SK 2, which is also called the coniferous-line, where you

process conifers.

The result is a standardized calculation program for calculating both MC-pumps and

centrifugal pumps in the pulp industry. This calculation program can calculate the total pump

head for each pump in order to then calculate the payoff time, i.e. whether it is profitable to

invest in a frequency converter, or not.

When using the calculation program for the MC-pump named 423P008, it is shown that

about SEK 120,000 SEK / year are the costs that are "throttled" away with the current

“control method”. This is data for just one pump out at BillerudKorsnäs.

The conclusion is that with the help of the calculation program you can see there are large

costs to save in the industry by optimizing the runs of the pumps that are available.

Keywords:

MC-pump, centrifugal pump, frequency converter, calculation program, control valve,

pressure drop, pump head, energy loss, payoff time, cost savings.

IV

Tackord

Jag vill börja att tacka min handledare Emmelie Ekroth på ÅF Pöyry för stöd och hjälp under

projektets gång. Hon har kunnat hjälpa mig även när hon haft fullt upp med annat arbete. Jag

vill även passa på att tacka Anders Wickberg för handledning från Karlstads universitet,

Thomas Kjellberg för vägledning och handledning, Peter Lundell för att jag fått chansen att

göra detta arbete, Robin C Jonsson för vägledning och värdefulla synpunkter och Jan

Johansson för den hjälp jag fått när jag behövt.

Sist vill jag även passa på att tacka all personal på avdelningen på ÅF Pöyry för ett mycket

trevligt bemötande!

V

Innehållsförteckning SAMMANFATTNING......................................................................................................................................II

ABSTRACT.....................................................................................................................................................III

TACKORD........................................................................................................................................................IV

1INLEDNING...................................................................................................................................................11.1BAKGRUND...................................................................................................................................................................11.2PROBLEMFORMULERING/FRÅGESTÄLLNING.........................................................................................................11.3SYFTE.............................................................................................................................................................................21.4MÅL...............................................................................................................................................................................21.5AVGRÄNSNINGAR........................................................................................................................................................21.6OMFÖRETAGEN...........................................................................................................................................................31.6.1ÅFPöyry.................................................................................................................................................................31.6.2BillerudKorsnäsAB,Gruvön..........................................................................................................................3

2TEORI.............................................................................................................................................................42.1UPPBYGGNADAVCENTRIFUGALPUMP(KONC.UPPTILL6%)OCHDESSFUNKTION.....................................42.2MC-PUMPAR(MASSAPUMPAR)................................................................................................................................62.3UPPFORDRINGSHÖJD..................................................................................................................................................82.3.1Geodetiskuppfordringshöjd..........................................................................................................................9

2.4BERNOULLISEKVATION.............................................................................................................................................92.5TRYCKFALL................................................................................................................................................................102.6AFFINITETSLAGARNA..............................................................................................................................................122.7FLÖDESREGLERINGOCHVARVTALSSTYRNING....................................................................................................132.7.1Strypreglering...................................................................................................................................................132.7.2Frekvensomriktare..........................................................................................................................................13

2.8MOTOR.......................................................................................................................................................................142.8.1Motornochpump423P008påBillerudKorsnäs,Gruvönsbruk..................................................16

2.9FÖRLUSTEROCHVERKNINGSGRAD.......................................................................................................................172.10ANDRAVIKTIGASAMBANDVIDBERÄKNINGAVPROCESSPUMPAR...............................................................192.10.1Produktion........................................................................................................................................................192.10.2Temperaturkoefficienten,Ktemp...............................................................................................................192.10.3Fiberkoefficient,Kfiber...................................................................................................................................192.10.4pH-koefficient,KpH.........................................................................................................................................202.10.5Totalakoefficienten,Ktot............................................................................................................................202.10.6Tryckfallper100meterrörvs.rördiameter(MC-pump)............................................................20

VI

2.10.7Uppfordringshöjdenförsystemkurvan................................................................................................202.10.8Dynamiskochkinematiskviskositet.....................................................................................................212.10.9Reynoldstalochλ..........................................................................................................................................212.10.10Hastighetirör,v..........................................................................................................................................212.10.11NPSHa..............................................................................................................................................................22

2.11KOSTNADSKALKYLER............................................................................................................................................222.11.1Payoff-tid(Payback-metoden)................................................................................................................222.11.2Ventilensenergiförlusterochkostnadsförluster.............................................................................232.11.2EnergibesparingarochenergiutvinningförBillerudKorsnäskoncernen............................232.11.3Livstidskostnadsanalys,LCC(LifeCycleCost)...................................................................................24

3METODOCHGENOMFÖRANDE............................................................................................................263.1PROJEKTPLAN,GANTT-SCHEMAOCHKRAVSPECIFIKATION...........................................................................263.2FALLSTUDIEUNDERSÖKNINGOCHDATAINSAMLING..........................................................................................263.3LITTERATURSÖKNINGOCHINSAMLINGAVKUNSKAP........................................................................................263.4BERÄKNINGSPROGRAMIMICROSOFTEXCEL......................................................................................................27

4RESULTAT..................................................................................................................................................284.1SYSTEMETTILLHÖRANDEMC-PUMP423P008................................................................................................284.2SLUTRAPPORTMC-PUMP423P008FRÅNBERÄKNINGSPROGRAMMET......................................................314.3BERÄKNINGSPROGRAMMETIMICROSOFTEXCEL..............................................................................................324.4BLAD1,BERÄKNINGAVMC-PUMP.......................................................................................................................334.5BLAD2,KOMMERSIELLTMC-PUMP.....................................................................................................................374.6BLAD3,SLUTRAPPORTMC-PUMP........................................................................................................................384.7BLAD4,BERÄKNINGAVCENTRIFUGALPUMP......................................................................................................394.8BLAD5,KOMMERSIELLTCENTRIFUGALPUMP....................................................................................................454.9BLAD6,SLUTRAPPORTCENTRIFUGALPUMP.......................................................................................................464.10BLAD7,DATA.........................................................................................................................................................464.11LISTAVIDINSAMLINGAVPUMPDATAUTEIFABRIK........................................................................................47

5DISKUSSION...............................................................................................................................................49

6SLUTSATS...................................................................................................................................................52

REFERENSER.................................................................................................................................................53

BILAGOR..............................................................................................................................................................

VII

Avsiktligt blank sida för dubbelsidig utskrift

1

1 Inledning

Detta examensarbete har utförts för Karlstads universitet i samarbete med ÅF Pöyry med start

i januari 2019. Arbetet varar fram tills juni 2019. Arbetet har utförts inom fakulteten för

hälsa, natur- och teknikvetenskap inom kursen Examensarbete högskoleingenjör

Maskinteknik (MSGC17) på Karlstads universitet. Handledare från Karlstads universitet är

Anders Wickberg. Examinator är Nils Hallbäck, universitetslektor och docent på fakulteten

för hälsa, natur och teknikvetenskap och handledare från ÅF Pöyry är Emmelie Ekroth.

Arbetet har utförts på ÅF Pöyry i samverkan med BillerudKorsnäs AB och Karlstads

universitet. Arbetet beräknas ta 600 timmar och bör avslutas vecka 24.

1.1 Bakgrund

Grunden till detta projekt är att i industrin finns många pumpar som är feldimensionerade

efter den produktion som är för dagen. Det kan till exempel vara gamla pumpar avsedda för

helt andra större flöden och reglerventiler som sedan stryper ner flödet med energiförluster

och ökat ljud som följd. Att kartera/analysera en pump och tillhörande processystem för att

kunna energioptimera pump är viktigt ur både ekonomiska och miljömässiga skäl och dessa

typer av frågeställningar finns på många ställen ute i industrin.

Den funktion som lösningen bör uppfylla är att skapa ett beräkningsprogram i Microsoft

Excel med olika blad, där man kan föra in pumpdata (indata) och få ut om det är värt att

investera i en frekvensomriktare. Detta kommer sedan ligga till grund för en investering ute

hos kund, BillerudKorsnäs AB i detta fall. De olika bladen kommer ha olika innehåll.

1.2 Problemformulering/frågeställning

Hur kan man beräkna vilka driftfall det är lönsamt att investera i en frekvensomriktare som

reglerar varvtalet istället för en fast varvtalsdrift på pumpar inom pappersmassaindustrin?

2

1.3 Syfte

Syftet med arbetet är att skapa ett bra arbetsverktyg som ligger till grund till ett beslut om det

är rimligt att göra en investering hos kund, i detta fall handlar det om en frekvensomriktare.

Det behövs även ses över vilka olika faktorer som behöver beaktas samt vilka kostnader detta

kommer att medföra. Analysen ligger sedan till grund för en eventuell investering hos kund

(BillerudKorsnäs AB).

1.4 Mål

Målet är att leverera ett beräkningsprogram i Microsoft Excel för beräkning av MC-pumpar

samt centrifugalpumpar samt tillhörande kostnadskalkyler för att använda som beslutsgrund

vid investering av frekvensomriktare. Målet är även att skapa ett dokument som förklarar de

olika stegen och cellerna i beräkningsprogrammet samt en lista att ta med för datainsamling

ute i fabrik för att lätt kunna samla den data som behövs vid användning av

beräkningsprogrammet. Detta beräkningsprogram ska sedan kunna användas i ÅF Pöyry:s

projektering.

Delar som bör ingå:

● Demontering av befintlig pump

● Montering av ny pump mekaniskt, elektriskt

● Återbetalningstid vid investering av en ny frekvensomriktare

● Driftkostnad

● Energikartering

● Tryckfallsberäkningar

1.5 Avgränsningar

Avgränsningar i detta projekt är att beräkningar inte kommer göras på flertalet pumpar, detta

för att det inte finns tid för stor datainsamling i fabriken samt att det är samma

beräkningsmetod för pumparna. Det kommer även avgränsas så att beräkningsprogrammet är

avsett för MC-pumpar och centrifugalpumpar inom massaindustrin. Det kommer även att

beräknas tryckförluster för centrifugalpumpar med hjälp av redan befintliga

beräkningsprogram.

3

1.6 Om företagen

1.6.1 ÅF Pöyry

ÅF Pöyry är ett konsultföretag med ingenjörer och designer som inriktar sig främst på energi,

infrastruktur och industri. Visionen är att de ska skapa hållbara lösningar för framtida

generationer. Detta görs genom att förena människan med tekniken. Basen ligger i Europa

men det görs affärer runt om i världen. ÅF Pöyry har kontor i mer än 30 olika länder. På

Karlstads kontor finns det representanter från divisionerna Industry, Digital Solutions och

Infrastructure. År 2019 slogs ÅF ihop med Pöyry som också är ett konsult- och

ingenjörsföretag. Detta medför att ÅF Pöyry har nu 16000 anställda.

1.6.2 BillerudKorsnäs AB, Gruvön

BillerudKorsnäs AB är ett företag som har stor erfarenhet inom pappers och

kartongtillverkning. Man arbetar hela tiden med att förbättra och effektivisera de processer i

förädlingskedjan som gör det möjligt att tillverka produkterna. Parallellt med det arbetar man

också med att hitta nya lösningar på olika pappers- och kartongförpackningar som möter

kundernas önskemål och krav. På Gruvön, som är ett av BillerudKorsnäs bruk, beläget i

Grums arbetar man främst med fluting genom Billerud FluteⓇ och det är en

pionjäranläggning inom många olika områden. Produkterna som tillverkas här är kraftpapper,

säckpapper, wellråvaror, cupstock (mugg), vätskekartong och avsalumassa.

Produktionskapaciteten för Gruvön är 710 000 ton per år och de har 900 anställda. Gruvön

riktar sig främst till områdena industri, mat & dryck, konsument & lyxvaror. Under 2016

beslutades det att en ny kartongmaskin på Gruvön ska upprättas. Detta innebär en investering

på 7,6 miljarder. Produktionsstarten för den nya maskinen beräknas vara i april 2019.

4

2 Teori

Teorikapitlet behandlar den aktuella bakgrund med ingående delar som behövs för att sätta

sig in i frågeställningen.

2.1 Uppbyggnad av centrifugalpump (konc. upp till 6 %) och dess

funktion

En centrifugalpump består av tre huvudsakliga delar, pumphus, pumphjul och axeln. Till

pumphuset hör själva huset, utloppsdiffusor och locket med plats för tätning. Axeln

involverar axeltätningar och lagringsenhet och är lagrad i rullningslager, eftersom den måste

kunna rotera lätt med så små friktionsförluser som möjligt, se bild 1 (Henriksson, 1992, (1)).

Bild 1. Genomskärning av en generell centrifugalpump och dess ingående delar (Henriksson, 1992, (1)).

Centrifugalpumpar som kan pumpa massasuspension med koncentration upp till 6 % anses

vara pålitliga eftersom de kan flytta stora mängder suspensioner med små förluster och de

behöver inte underhållas i samma utsträckning som andra pumpar. De fungerar så att

pumphjulet roteras med hjälp av en motor som sitter ansluten till den ingående axeln. När

pumphjulet börjar rotera bildas ett undertryck inuti pumphuset och massasuspensionen, som

det handlar om inom massa och pappersindustrin, sugs in i centrum av pumpen via inloppet.

5

Eftersom det blir ett undertryck i pumphuset måste detta vara tätat med olika tätningar och

packningar och fritt från läckage för att undertrycket ska fortskrida. När massasuspensionen

pumpats in i pumphuset kommer pumphjulsskovlarna (se bild 2) att sätta suspensionen i

rörelse, suspensionen får då en energi i form av ökad hastighet. Denna rörelseenergi kommer

sedan övergå till tryckenergi då massasuspensionen rör sig ut längst pumphjulsskovlarna på

grund av centrifugalkraften (därav namnet på pumpen) och träffar pumphusets vägg. I det

ögonblick suspensionen träffar väggen minskar hastigheten och rörelseenergin övergår till

tryckenergi (Alvarez, 1990 (2)).

Bild 2. Pumphjulsskovlarna som bidrar till centrifugalkraften där w är vinkelhastigheten (Alvarez, 1990 (2)).

6

2.2 MC-pumpar (massapumpar)

För att en pump ska kunna pumpa pappersmassa behövs det en speciell pump skapad just för

att klara att pumpa massasuspension. Massakoncentrationen (% absolut torr) är den mängd

torrt material som finns i mediet, i detta fall handlar det om träfiber. MC-pumpar (Medium

Consistency) kallas även för massapumpar och det finns olika typer av massapumpar. Vilken

typ man ska använda beror på massakoncentrationen. MC - pumpen är en typ av

centrifugalpump, denna pump kan pumpa massa med koncentration av träfibrer från 8-18 %,

resten är vatten. Massakoncentrationen bestäms i sin tur av hur hög halt fibrer det är i mediet

som ska pumpas. Suspension betyder att en vätska slammas upp (blandas med) ett material, i

detta fall fibrer. I en pump som pumpar en hög massakoncentration (8-18 % eller mer)

behöver pumphjulet vara halvöppet eller öppet eftersom fibrer lätt fastnar annars. Det

halvöppna pumphjulet har en täckskiva och det öppna hjulet har inte några täckskivor. Ett

halvöppet pumphjul innebär att det har en speciell utformning. Det ska ha baksidekolvar för

att lätt kunna hålla rent bakom pumphjulet och för att axialkraften ska blir balanserad. Men

oftast används det öppna pumphjulet för dessa typer av pumpar, det öppna hjulet har inte

heller några täckskivor (se bild 3). För att reglera flöde och uppfordringshöjd kan det ibland

räcka med att ändra diametern på pumphjulet. Diametern bör dock dimensioneras så nära det

önskade flödet som möjligt med hjälp av affinitetslagarna (Henriksson, 1992, (1)).

Bild 3 a) Halvöppet pumphjul b) Öppet pumphjul (Henriksson, 1992, (1)).

7

Det är viktigt att pumphjulet är utformat så att det inte kan samlas luft där. Luften orsakar

vibration i pumpen, detta kommer så småningom leda till en förhastad utmattning eftersom

det blir ökade mekaniska påfrestningar, där extra underhållskostnader kommer blir aktuella.

Denna massapump måste därför vara mycket mer stabilt konstruerad än en pump som endast

pumpar vatten. MC-pumpen (se bild 4) har även en specialkonstruerad rotor, den är förlängd

axiellt ut ur pumpens inlopp (Henriksson, 1992, (1)).

Bild 4. MC-pump av Kamyrs konstruktion (Henriksson, 1992, (1)).

MC-pumpen måste dimensioneras efter de förluster som uppstår i rörledningar, ventiler m.m.

vid det önskade flödet. Den måste även dimensioneras till den statiska höjden pumpen är

menad att pumpa till. MC-pumpen sätter massasuspensionen i rörelse, man kan även säga att

rotorn fungerar som en turbulensgenerator. Rotorn fluidiserar (”vispar”) massasuspensionen,

med det menas att rotorn fördelar fibrerna. Fibrerna får en så hög periferihastighet så att

fiberbindningarna bryts. Detta medför att fibrerna kan röra sig fritt i förhållande till varandra.

Detta sker innan massasuspentionen når pumphjulet (Henriksson, 1992, (1)).

När massakoncentrationen är hög medför detta också att det finns mer luft i suspensionen, det

är då viktigt att luften avskiljs från suspensionen. Luften skiljs därför av och samlas i mitten

av pumpens pumphjul. Där bildas det efter ett tag en luftblåsa, som skulle kunna medföra

stora problem för pumpens effekt. Denna luftblåsa kommer därför att avlägsnas med hjälp av

en vakuumpump som kontinuerligt suger ut luften från pumpen genom några springor i

pumphjulet (Henriksson, 1992, (1)).

8

2.3 Uppfordringshöjd

Vanligtvis är huvudfunktionen hos en pump att öka rörelseenergin, tryckenergin eller

lägesenergin hos en fluid. Det kan till exempel vara då pumpen lyfter vätskan från en nivå

som ligger lägre till en nivå som ligger högre. Systemets uppfordringshöjd kommer att delas

in i den statiska uppfordringshöjden och den dynamiska uppfordringshöjden. Lättfattligt kan

man då förklara den statiska uppfordringshöjden (Hstat) som det lodräta avståndet mellan

de två nämnda nivåerna. Den dynamiska uppfordringshöjden (hf) eller tryckförlusterna är

friktionsmotståndet, strömningsmotståndet och engångsförlusterna som skapas i ventiler,

rörledningar och böjar m.m. Därför är det viktigt att veta till exempel hur många olika krökar

det finns på rörledningen, vilken diameter den har, längden, vilken ytjämnhet röret har. Desto

fler parametrar som kan räknas in desto större motstånd. Motståndet kommer även att

påverkas av hastigheten på strömningen, ju högre hastighet som fluiden strömmar desto

större motstånd. Pumpen måste då arbeta och ge en så stor kraft att fluiden kommer

övervinna strömningsmotståndet (Henriksson, 1992, (1)), (PumpPortalen, 2019 (3)),

(PumpPortalen, 2019 (4)).

Man kan då beräkna den totala uppfordringshöjden (H):

𝐻 = 𝐻!"#" + ℎ! 2.1 Ekvation 2.1. Pumpens uppfordringshöjd 1 [mvp].

Uppfordringshöjden anges med enheten meter vattenpelare (mvp). Man kan även definiera

pumpens uppfordringshöjd (H) med detta samband:

𝐻 = !!!!!!"

+ !!!!!!!

!!+ ℎ! − ℎ! 2.2

Ekvation 2.2. Pumpens uppfordringshöjd 2 [mvp], där p är det statiska trycket [N/m2], c är den absoluta

hastigheten [m/s], h är höjden [m], 𝜌är densiteten [kg/m3] och g är jordaccelerationen [9,81 m/s]. Anges i

meter vattenpelare [mvp] (PumpPortalen, 2019 (4).

Om man redan har en befintlig uppfordringshöjd och vill räkna ut en ny uppfordringshöjd

används sambandet:

𝐻! = 𝐻!"#" +!!!!

!×(𝐻! − 𝐻!"#") 2.3

Ekvation 2.3. Omräkning av uppfordringshöjden om det skett en flödesändring, där H2 är uppfordringshöjden

vid det önskade flödet [mvp], Hstat är den statiska uppfordringshöjden [mvp], H1 är den totala

uppfordringshöjden [mvp], Q1 är flödet [l/s] och Q2 är det önskade flödet [l/s].

9

2.3.1 Geodetisk uppfordringshöjd

Den geodetiska uppfordringshöjden kan beskrivas som den lyfthöjd som pumpen måste klara

av att pumpa. Det kan jämföras med den statiska uppfordringshöjden men den geodetiska

uppfordringshöjden tar hänsyn till olka höjder från t.ex. olika våningar och olika plushöjder.

Den geodetiska uppfordringshöjden bestäms av sambandet H2B-H2A. Där H2B bestäms av

sambandet H1B-hB och H2A bestäms av sambandet H1A-hA. H1A är plushöjden för

golvnivå vid behållare A. hA är den minsta vätskehöjden i behållare A. H2B är plushöjden

för golvnivå vid behållare B, alternativt plushöjd för inloppsstuds. hB är den högsta

vätskehöjden i behållare B eller, om inlopp på tankens överdel, höjden till inloppsstudsen, se

bild 5.

Bild 5. Förklaringar för att kunna beräkna den geodetiska uppfordringshöjden.

2.4 Bernoullis ekvation

Bernoullis ekvation är en rörelseekvation som beskriver sambandet mellan det statiska

trycket, det totala trycket och det dynamiska trycket (Berghel & Renström, 2011 (12)).

𝑃! + 𝜌𝑔𝑧! +!!!!

!= 𝑃! + 𝜌𝑔𝑧! +

!!!!

!+ 𝛥𝑃! 2.4

Ekvation 2.4. Bernoullis ekvation [Pa], förklaring till de olika termerna finns nedan.

ΔPL är rörförlusterna som bestäms med ekvationen:

𝛥𝑃𝐿 =𝑓×𝐿𝑑 + 𝛴𝐾𝑖 ×

𝜌𝑉2

2 2.5

Ekvation 2.5. Rörförluster [Pa], förklaring till de olika termerna finns nedan.

P1 = Trycket för tillstånd 1, statiskt tryck [Pa].

P2 = Trycket för tillstånd 2, statiskt tryck [Pa].

𝜌= densiteten för fluiden [kg/m3].

g = tyngdaccelerationen [9,81 m/s2].

B

B

10

V1 = volymflödet för tillstånd 1 [m3/s].

V2 = volymflödet för tillstånd 2 [m3/s]. !!!!

!och !!!

!

!= dynamiska trycket [Pa].

z1 = höjden för tillstånd 1 [m].

z2 = höjden för tillstånd 2 [m].

f = rörfriktionskoefficient.

L = längden på röret [m].

d = diameter [m].

∑Ki = engångsmotstånd, se ekvation 2.7 med tillhörande tabeller.

2.5 Tryckfall

Tryckfall uppstår i rör eftersom det finns olika hinder, det kan vara friktion i rörledningar,

90°-böjar, koner m.m. Dessa måste beräknas för att kunna se hur pumpen fungerar i sitt

system. Förlusterna varierar också beroende på rördiameter på ledningsrören.

Tryckfallsförlusterna bestäms med hjälp av formeln:

𝛴(!!×!!!)!!"×!!"#

!

!! 2.6

𝐾! = 𝜁×𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 2.7 Ekvation 2.6 och 2.7. Beräkning av tryckfallsförluster i [mvp] där Ki är engångsmotståndet för respektive rör

[ζ /st.], Vi är volymflödet för respektive rör [m3/s], IT är förlusten vid inloppet till tanken (Inlopp Tank) [ζ], Vmax

är det maximala volymflödet av de aktuella rör som beräknas [m3/s], g är tyngdaccelerationen [m/s2], ζ är

förlustkoefficienten [-] och antal är det antal av olika engångsmotstånd som finns t.ex. 5 st. 90°-böjar.

Tabell 1. ζ för förluster vid beräkning med hjälp av formlerna 2.6 och 2.7.

Förlust Enhet Värde

Förlust inlopp tank zeta [ζ] 2

Förlust vridspjäll zeta/st. [ζ/st.] 0,5

Förlust skjutspjäll/kulventil zeta/st. [ζ/st.] 0,3

Förlust krona zeta/st. [ζ/st.] 0,1

11

Tabell 2. Förlust för 90-böjar med olika rördiametrar, kan appliceras i ekvationerna 2.6 och

2.7.

Förlust Rördiameter, DN [mm] zeta [ζ]

Förlust 90°-böjar 80 0,35









12

2.6 Affinitetslagarna

Affinitetslagarna är de lagar som förklarar sambandet och styr förhållandet mellan flöde och

varvtal (även pumphjulsdiameter) respektive erforderlig effekt och uppfordringshöjden.

Eftersom dessa parametrar beror av varandra har de fått namnet affinitetslagarna, affinitet

betyder släktskap. Data för att beräkna med hjälp av affinitetslagarna hämtas först och främst

ur pumpens pumpkurva. Utav detta kan man sedan beräkna pumpens kapacitet vid ändrat

varvtal eller pumphjulsdiameter (Henriksson, 1992, (1)). Om man låter

pumphjulsdiametern vara konstant (D) gäller sambanden: 𝑄1𝑄2= 𝑛1

𝑛2 2.8

!!!!= !!

!!

! 2.9

!!!!= !!

!!

! 2.10

Eller så låter man varvtalet vara konstant (n) och då gäller sambandet: 𝑄1𝑄2= 𝐷1

𝐷2 2.11

!!!!= !!

!!

! 2.12

!!!!= !!

!!

! 2.13

Ekvation 2.8 - 2.13 gäller att Q [l/s] är flödet, H är uppfordringshöjden [mvp], P är effektbehovet [kW], n

[rpm] är varvtalet och D är pumphjulets ytterdiameter [mm].

13

2.7 Flödesreglering och varvtalsstyrning

De två huvudsakliga varianterna på att reglera pumpens flöde är att strypa ner det, en så

kallad strypreglering eller styra pumpens frekvens med hjälp av en frekvensomriktare.

2.7.1 Strypreglering

Strypreglering är den vanligaste metoden för att strypa ett flöde. Pumpen drivs då av en

asynkronmotor i direkt anslutning till motoraxeln, via växellåda etc. Det går ut på att strypa

ett flöde genom att öppna och stänga en reglerventil, som sitter i systemet strax efter pumpen,

se bild 6 (Henriksson, 1992, (1)).

Bild 6. Visualisering från flödesschemat över DUFLO pump typ 30/20 423P008 med tillhörande automatiserad

reglerventil på BillerudKorsnäs bruk, Gruvön.

En sådan strypreglering bidrar alltid till en energiförlust eftersom energi går åt till att

övervinna motståndet i strypventilen går förlorat. Det skapas även en onödig

strömningsförlust, hf stryp och för att övervinna denna krävs det att man på pumpaxeln tillför

effekten Pstryp (Pumphandboken, 2019 (9)).

𝑃!"#$% =!"!!!! !"!"#

!"""!! 2.14

Ekvation 2.14. Den effekt som behövs tillföras till pumpaxeln, där𝜌är densiteten hos fluiden [kg/m3] och g är

jordaccelerationen [9,81 m/s2], Q är flödet [l/s], hf stryp är strömningsförlusten i strypningen [mvp] och ƞ är

pumpens verkningsgrad [%].

2.7.2 Frekvensomriktare

Varför man vill använda sig av en frekvensomriktare är för att man vill variera pumpens

flöde och minska dess energianvändning. Till exempel kan man bygga om det befintliga

systemet där motordriften gick i direkt anslutning till pumpaxeln till ett system med en

frekvensomvandlardrift (FRO-drift). Detta gäller för både centrifugalpumpar (konc. 2-6 %)

och MC-pumpar (konc. 6-18 %). Genom att kontinuerligt tillföra likriktad växelström

kommer då frekvensomriktaren att sänka frekvensen på spänningen till motorn. Efter det

kommer likströmmen omvandlas till växelström med hjälp av en krafttransistor som pulserar

14

ut likspänning. Dessa pulsar varierar i bredd och på grund av detta kan det skapas olika

frekvenser (Berglund, 2004 (10)).

Varför man sätter in en frekvensomriktare är för att den kan styra motorn och pumpens

varvtal, detta kommer även att beröra flödet, effekten och uppfordringshöjden, som kan vara

till hjälp vid beräkning och tillämpning av affinitetslagarna. Ett exempel på detta är att man

har en för liten pump och då kan man höja varvtalet med 15 %. Då kommer flödet att öka

med 15 %, uppfordringshöjden kommer att öka med 32,3 % och effekten kommer att öka

med 52 %. Därför kan man köpa in och installera en frekvensomriktare om man vill öka

flödet för att man har en för liten pump istället för att byta ut hela pumpen. Detta kommer

dock medföra ökade driftkostnader.

Har man motsatsen, alltså en alldeles för stor pump, kan man istället minska varvtalet för att

få den positiva effekten man fick i föregående exempel med en för liten pump. Man kan då

spara mycket pengar som annars hade gått åt till driftkostnader. Kan man även sänka

systemtrycket kommer detta medföra att det även sänker differenstrycket över

systemkomponenter. Detta kommer i sin tur minska på slitaget och kommer medföra att man

även gör underhållsbesparingar (Pumphandboken, 2019 (11)).

Oftast har en pump en kvadratisk momentkurva, denna har sin momenttopp vid det högsta

varvtalet. Eftersom det blir en värmeutveckling i drivmotorn vid ändrade varvtal samt

vridmoment kommer detta vara tvunget att beaktas vid dimensionering av drivmotor. Motorn

måste därför anpassas efter att klara av drivmomentet. Det kan dock vara till en nackdel att

överdimensionera motorn då detta kommer leda ökade till inköps-, installations- och

driftskostnader.

2.8 Motor

För att veta vilken motor som ska användas måste man ha olika data på pumpen. För att

dimensionera rätt kan diagram 1 användas. För det mesta har man motorns varvtal och

märkeffekt. För att man ska kunna dimensionera en motor så rätt som möjligt ska man dock

inte utgå från märkeffekten i första hand utan man ska använda sig av motorns vridmoment

[Nm]. Momentet kan variera beroende på hur många poler motorn har, hur stor eftersläpning

den har samt hur lång hävstångsarmen är. Eftersläpningen är förhållandet mellan en motors

15

synkrona varvtal och dess verkliga varvtal (Berglund, 2004 (10)). Det synkrona varvtalet

bestäms med ekvationen:

𝑛! = 120× !! 2.15

Ekvation 2.15. Synkrona varvtalet (det varvtal magnetfältet i motorn roterar per minut) där f är nätfrekvensen

[Hz] och p är motorns poltal. Nätfrekvensen kan bestämmas med hjälp av diagram 1 (Berglund, 2004 (10)).

Diagram 1. Belastningsgraf Motor-Frekvensomriktare. Grafen visar en belasningsgraf för motorer med 2 till 8

poler och som matas med frekvensen 0-100 Hz. Denna graf visar även begränsningarna som finns för en

frekvensomriktare resp. asynkronmotor (Berglund, 2004 (10)).

Eftersläpningen bestäms med ekvationen:

𝑆 = !!!!!!

2.16

Ekvation 2.16. Där S är eftersläpningen [% / 100], nS är det synkrona varvtalet och n är det verkliga varvtalet

(Berglund, 2004 (10)).

16

Motorns vridmoment kan bestämmas med hjälp av ekvationen:

𝑀 = !×!,!!!

2.17

Ekvation 2.17. Motorns vridmoment [Nm], där P är effekten [W] och n är motorns varvtal [varv/min]. Här ska

hänsyn dock tas till hur lång hävstångsarmen är, ju kortare den är desto större vridmoment (Berglund, 2004

(10)).

2.8.1 Motorn och pump 423P008 på BillerudKorsnäs, Gruvöns bruk

Pumpkurva (se diagram 2) för pump 423P008 på Gruvöns bruk med data, som pumpen är

dimensionerad för, plottad. Pumphjulsdiametern är 460 mm.

Diagram 2. Pumpkurva för pump 423P008 på SK 2, BillerudKorsnäs bruk, Gruvön. Här kan man se att med

hjälp av den dimensionerade uppfordringshöjden (65 mvp), flödet (166,67 l/s) och effektbehovet (220 kW) man

få ut att pumpens varvtal bör ligga på 1500 rpm. Man bör därefter matcha motorns varvtal med pumpens

varvtal. En motor på 1500 rpm motsvarar en 4-polig asynkronmotor. Detta är den data som pumpen är

dimensionerad för (Hpump).

17

2.9 Förluster och verkningsgrad

Det finns olika förluster att beakta och dessa kommer att påverka pumpekonomin. För att ha

en så god pumpekonomi som möjligt behöver man se över pumpens verkningsgrad. Man vill

åstadkomma en så hög verkningsgrad som möjligt. För att få en hög verkningsgrad behöver

skillnaden mellan den tillförda effekten (P) och den avgivna/nyttiga effekten (Pn) vara så liten

som möjligt (se bild 7).

Bild 7. Effektflöde genom pumpen (sankeydiagram) samt förluster i pumpen (PumpPortalen, 2019 (4)).

I sankeydiagrammet ser man att den nyttiga effekten beror av de förluster som tillkommer då

pumpen körs. Det handlar tre delar. Hjulfriktion, alltså pumphjulets friktion mot fluiden som

pumpas. Skovelförluster som beror av hur pumphjulet är utformat och det inre läckage som

man kan hålla nere genom att serva och reparera pumpen med jämna mellanrum. Dessa tre

delar är oönskade och yttrar sig som temperaturökning. Det yttre läckaget är det läckage och

förluster som läcker ut till omgivningen, till exempel via packningar och tätningar. (P) i bild

7 är den tillförda axeleffekten som kan definieras som produkten av vinkelhastigheten och det

vridande moment vid pumpens axelkoppling. Eftersom det finns ett strömningsmotstånd

kommer en del av axeleffekten att gå åt för att övervinna dessa. Detta kommer inte att

påverka det pågående pumpandet av fluiden utan det övergår till värme som går till

omgivningen. Detta kan beräknas med hjälp av den mekaniska verkningsgraden ƞm.

𝜂! = !"!

2.18

Ekvation 2.18. Mekanisk verkningsgrad, där Pi [kW] är den inre effekten och P [kW] är den tillförda effekten.

18

Nu återstår den inre effekten (Pi) i bild 7, detta är alltså det som är kvar efter att de mekaniska

förlusterna övervunnits. Den inre effekten kan kopplas till ekvation 2.18 enligt sambandet:

𝑃! = ṁ×𝑙! 2.19 Ekvation 2.19. Samband mellan inre effekt och mekanisk verkningsgrad, där ṁär massflödet och lt är det

tekniska arbetet, se ekvation 2.20..

𝑙! = 𝑢! − 𝑢! +!!!!!!

+ !!!!!!!

!+ 𝑔(ℎ! − ℎ!) 2.20

Ekvation 2.20. Tekniska arbetet, där u är den inre energin, [p/𝜌] är ökningen i det statiska trycket, [c2/2] är en

ökning av rörelseenergin och [g] är en ökning av lägesenergin.

Det som kvarstår av den inre effekten efter alla de olika förlusterna är den avgivna/nyttiga

effekten (Pn).

𝑃! = ṁ×𝑔×𝐻 = 𝜌×𝑄×𝑔×𝐻 2.21 Ekvation 2.21. Nyttig effekt, där ṁ är massflödet [kg/s], g är jordaccelerationen [9,81 m/s], H är

uppfordringshöjd [mvp], 𝜌 är densiteten [kg/m3] och Q är volymflödet [m3/s].

För den totala verkningsgraden på pumpen gäller:

𝜂 = 𝑃𝑛𝑃 =

𝜌×𝑄×𝑔×𝐻𝑃 2.22

Ekvation 2.22. Totala verkningsgraden för pumpen [%].

Eller uttrycket som beaktar delverkningsgraderna:

𝜂 = 𝜂𝑚×𝜂ℎ𝑗×𝜂ℎ×𝜂𝑣 2.23

Ekvation 2.23. Totala verkningsgraden för pumpen [%] med hjälp av delverkningsgraderna, där ƞm är den

mekaniska verkningsgraden, ƞhj är hjulfriktionsverkningsgraden, ƞh är skovelverkningsgraden (den hydrauliska

verkningsgraden) och ƞv är den inre volymetriska verkningsgraden.

19

2.10 Andra viktiga samband vid beräkning av processpumpar

Dessa formler och samband kommer från interna beräkningsprogram från ÅF Pöyry och

dessa samband är granskade av konsulter på ÅF Pöyry.

2.10.1 Produktion

För att beräkna produktionen i processen, alltså mängden lufttorrt ton av pappersmassa

producerat per timme. Används sambandet (2.24), där lufttorrheten beräknas till 95 %.

𝑃𝑟𝑜𝑑 =!!"#"$∗

!!""

!,!" 2.24

Ekvation 2.24. Produktion [ADT/h], där Qmedel är det balanserade flödet [m3/h]. C är koncentrationen i [%].

Konstanten 0,95 är där för att lufttorrheten beräknas vara 95 %.

2.10.2 Temperaturkoefficienten, Ktemp

För att beräkna den totala koefficienten behöver man veta temperaturkoefficienten,

fiberkoefficienten och pH-koefficienten. För att beräkna temperaturkoefficienten, Ktemp

används sambandet:

𝐾!"#$ = 1,6 − 0,006 ∗ (𝑇 ∗ 1,8 + 32) 2.25

Ekvation 2.25. Temperaturkoefficienten, där T är temperaturen [°C].

2.10.3 Fiberkoefficient, Kfiber

Tabell I, samband mellan fibertyp och dess fiberkoefficient:

Fibertyp Fiberkoefficient (Kfiber)

Barr 1

Löv 0,8

Sulfit 0,8

Retur 1,1

Mek. 1,2

20

2.10.4 pH-koefficient, KpH

Tabell II, samband mellan pH-värde och dess pH-koefficient:

pH-värde pH-koefficient (KpH)

10 0,7

9 0,76

8 0,91

≤ 7 1

2.10.5 Totala koefficienten, Ktot

För att beräkna den totala koefficienten görs detta med sambandet:

𝐾!"! = 𝐾!"#$% ∗ 𝐾!"#$ ∗ 𝐾!" 2.26 Ekvation 2.26. Den totala koefficienten. Kfiber är fiberkoefficienten, Ktemp är temperaturkoefficienten och KpH är

pH-koefficienten.

2.10.6 Tryckfall per 100 meter rör vs. rördiameter (MC-pump)

Tryckfall per 100 meter rör skiljer sig mycket beroende på om det är en MC-pump som

pumpar eller om det är en centrifugalpump. För att beräkna tryckfallet per 100 meter med

hänsyn till rördiametern (DN) gäller sambandet:

𝑇𝑟𝑦𝑐𝑘𝑓𝑎𝑙𝑙 𝑝𝑒𝑟 100 𝑚 𝑣𝑠.𝐷𝑁 = 482 ∗ 𝐾!"! ∗ 𝐶!,!" ∗ (𝑃𝑟𝑜𝑑.∗ 24)!,!" ∗ 𝐷𝑁!!,! 2.27 Ekvation 2.27. Tryckfall per 100 m rör vs. DN [mvp], där 482 är en konstant för att beräkna tryckfallet i rör

som pumpas av MC-pumpar. Ktot är en koefficient som bygger på produkten av temperaturkoefficienten,

fiberkoefficienten och pH-koefficienten, se ekv. 2.26 [-]. C är koncentrationen i [%]. Produktion, se ekv 2.24

[ADT/h]. DN är rördiametern för det aktuella röret [mm].

2.10.7 Uppfordringshöjden för systemkurvan

För att kunna få en exponentiellt ökande systemkurva används sambandet:

𝐻!"!#$%&'()* = 𝐻!"#" +!!"#!!!"#

!!"#! ∗ 𝑄!"#"$! 2.28

Ekvation 2.28. Uppfordringshöjden för systemkurvan, där Hstat [mvp] är den statiska tryckhöjden, Hdyn [mvp] är

den dynamiska tryckhöjden och Heng [mvp] är tryckhöjden för engångsförlusterna. Qmax är det dimensionerade

flödet [m3/h] och Qmedel är det balanserade flödet [m3/h].

21

2.10.8 Dynamisk och kinematisk viskositet

Den dynamiska viskositeten bygger på tabeller och beror av vilken temperatur som gäller i

systemet, se bilaga 7, tabell 2.

Den kinematiska viskositeten bygger på den dynamiska viskositeten med sambandet:

𝜇!"# =!!"#∗!"""

! 2.29

Ekvation 2.29. Kinematisk viskositet [cSt] µkin, där µdyn är den dynamiska viskosieten [cP] och 𝜌är densiteten

[kg/m3].

2.10.9 Reynolds tal och λ

Reynolds tal, Re, används vid beräkning av λ, och λ i sin tur används vid beräkning av

tryckfall. För att beräkna Reynolds tal används sambandet:

𝑅𝑒 =!∗!"!"" !!"#

2.30

Ekvation 2.30. Reynolds tal där V är hastigheten i röret [m/s], DN är rördiametern [mm] och µkin är den

kinematiska viskositeten [cSt].

λ beror av Re och avläses i tabell 4 i bilaga 7.

2.10.10 Hastighet i rör, v

För att beräkna hastigheten i rören används denna ekvation:

𝑣 = !!"#

!"##∗!"∗!,!!"!!∗!

2.31

Ekvation 2.31. Hastighet i ett rör [m/s], där Qmax [m3/h] är den dimensionerade hastigheten och DN

är rördiametern [mm].

22

2.10.11 NPSHa

Tillrinningshöjden (Net Positive Suction Head available). Skillnaden mellan totaltrycket på

pumpens sugsida och vätskans ångbildningstryck, d.v.s. det tryck vid vilket vätskan börjar

koka. NPSHa måste vara större än NPSHr (Net Positive Suction Head required) som anges i

pumpkurvan.

NPSHa beräknas enligt ekvationen:

𝑁𝑃𝑆𝐻𝑎 = !"!,!!!å!"#. ∗!"""!∗!

+ ℎ𝐴 − ℎ. 𝑐𝑒𝑛𝑡.𝑝𝑢𝑚𝑝. − 𝑇𝑟𝑦𝑐𝑘𝑓𝑎𝑙𝑙 𝑠𝑢𝑔𝑙𝑒𝑑. 2.32

Ekvation 2.32. Beräkning av NPSHa [mvp], där Pångb. är ångbildningstrycket [kPa], 𝜌är densiteten [kg/m3], g

är jordaccelerationen [9,81 m/s2], hA är minsta vätskehöjd i behållare A [m], h.cent.pump. är höjden till

centrum av pumpen [m] och tryckfall sugled. är tryckfallet som sker i sugledningen [mvp].

2.11 Kostnadskalkyler

2.11.1 Payoff-tid (Payback-metoden)

Detta är metod som går ut på att beräkna den tid det kommer att ta att återbetala en

investering utan hänsyn till ränta. Denna metod kan inte användas för långsiktiga

investeringar, utan används främst för kortsiktiga investeringar. Är intäkter och kostnader

lika för varje år kommer pay off tiden att gälla med sambandet:

𝑇 = !(!!!)

2.33

Ekvation 2.33. Pay off tiden då intäkter och kostnader är lika varje år, där T är återbetalningstiden (år), I är

investeringskostnaden (kr), P är den årliga intäkten (kr/år) och K är den årliga kostnaden (kr/år)(Johannesson,

2013 (6)).

Varierar intäkter och kostnader mellan åren kommer pay off tiden att gälla med

sambandet:

(𝑃! − 𝐾!) ≥ 𝐼!!!! 2.34

Ekvation 2.34. Pay off tiden då intäkter och kostnader varierar varje år. Detta samband beskriver T som

summerade intäkter och kostnader över åren j ger återbetalning av investeringen I (Johannesson, 2013 (6)).

23

2.11.2 Ventilens energiförluster och kostnadsförluster

För att få reda på den energiförlust som referenssystemet bidrar till tar man hjälp av Pstryp.

Energiförlusterna kan beräknas med formeln:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟 = !!"#$%∗!!"""

2.35

Ekvation 2.35. Där Pstryp är den effekt som stryps bort med hjälp av ventilen [kW] och T är drifttiden [h/år].

Energiförlusterna anges i [MWh]

För att få reda på de kostnadsförluster som uppstår vid en reglerventil kan man beräkna dessa

med hjälp av formeln:

𝐾𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑠𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟 (2.26) ∗ 𝑒 2.36

Ekvation 2.36. Där energiförluster beräknas med hjälp av formel 2.26 och e är elpriset [kr/kWh].

Kostnadsförlusterna anges i [SEK/år].

2.11.2 Energibesparingar och energiutvinning för BillerudKorsnäs koncernen

Energibesparingarna är de besparingar, både ekonomiskt och miljömässigt, som kan göras

med hjälp av en effektivisering i systemet. Denna energieffektivisering kommer att ge en

större nytta av den energin som går åt för att, i detta fall, driva pumpen. Ekonomiskt kan

dessa beräknas genom att ta differensen mellan dåvarande energiförbrukning och den nutida

energiförbrukningen och räkna ut hur mycket man har besparat med hjälp av elpriset.

Miljömässigt kan det beaktas på olika vis. Vid energiomvandling kommer det alltid finnas

energiförluster, alltså energi som inte kommer att utnyttjas. Energiförlusterna kan bestämmas

med hjälp av verkningsgrader för t.ex. motorn och pumpen. Har man stora energiförluster

leder detta till onödiga kostnader. Energin som utvinns för att driva BillerudKorsnäs olika

bruk är 97,4 procent från biobränsle, de resterande 2,6 procent från fossilt bränsle, främst i

form av naturgas, olja och gasol, se diagram 3.

24

Diagram 3. Energiutvinning för BillerudKorsnäs AB år 2017, angiven i procent (BillerudKorsnäs, Års- och

hållbarhetsredovisning, 2017 (13)).

2017 var målet att släppa ut 25 kilo koldioxid per ton såld produkt eller 75 000 ton koldioxid

totalt. Detta mål överskreds eftersom det uppkom olika produktionsstörningar som gjorde att

det behövdes en större användning av främst olja och gasol. Ur miljösynpunkt arbetar

BillerudKorsnäs AB med att utfasa all typ av energi från fossila resurser för att få en så grön

produktion som möjligt. Detta görs med satsningar för att minska de indirekta utsläpp som

finns samt med hjälp av energieffektivisering. Varför man då behöver en energibesparing

eller en energieffektivisering är dels för att energin ska kunna räcka till alla, man får högre

nytta för de pengarna man lägger på energi och för att klara de miljömål som sätts upp av FN

varje år. BillerudKorsnäs koncernen använde sig, år 2017, av 5,34 MWh per ton produkt,

vilket innebär att de inte heller här lyckades nå målet för 2017, på grund av samma

anledningar, nämligen produktionsstörningar. Investeringarna för energibesparande åtgärder

låg, år 2017, på 20 miljoner kronor (BillerudKorsnäs, Års- och hållbarhetsredovisning, 2017

(13)), (Dahlin, 2014 (14)).

2.11.3 Livstidskostnadsanalys, LCC (Life Cycle Cost)

Det är viktigt vid långsiktiga investeringar att lönsamheter och investeringskostnader bedöms

på ett bra sätt. Detta kan göras med hjälp av en livstidskostnadsanalys och beräkningar av

nuvärdet. En livstidskostnadsanalys eller en livstidskostnad som det även kallas är viktigt när

man införskaffar sig en utrustning. Då är det viktigt att beakta de totala kostnaderna från

projektstart till utrangering. Det finns sex parametrar som är viktiga att ta hänsyn till i en

25

livstidskostnad, nämligen kapitalkostnader, restvärde, energiförbrukning, driftkostnader,

underhållskostnader och ändringskostnader. Här väger underhållskostnader tungt då de i

många fall är större än vad kapitalkostnaderna är, därför är det viktigt att de beräknas och

beaktas redan under förprojekteringen. I förprojekteringen måste man också definiera den

önskade driftsäkerheten, denna kommer bli avgörande för den totala produktionsekonomin.

Här kommer begreppet livstidsintäkt in. Differensen mellan livstidskostnaden och

livstidsintäkten ger livstidsöverskottet, LCP (Life Cycle Profit) som det även kallas, se bild 8

(Andersson, 1992 (7)), (Bergman & Klefsjö 2017 (8)).

Bild 8. Sambanden mellan livstidsintäkt, livstidskostnad och livstidsöverskott (Andersson, 1992 (7)).

26

3 Metod och genomförande

3.1 Projektplan, GANTT-schema och kravspecifikation

För att strukturera upp projektet användes en projektplan. I denna projektplan sattes de olika

milstolparna och “grindhålen” upp, samt dess tillhörande deadlines. Detta för att det skulle,

under hela projektets gång, vara enkelt att visualisera vad nästkommande deadline var. Ett

GANTT-schema användes också för att kunna se hur de olika milstolparna och grindhålen

hänger ihop och få en visualiserande bild på hur lång tid varje milstolpe fick ta. Antal

arbetstimmar dokumenterades även i detta schema.

En kravspecifikation skrevs också för att få en övergripande bild av vad

beräkningsprogrammet skulle innehålla. Denna granskades av handledaren på ÅF Pöyry och

godkändes därefter.

3.2 Fallstudieundersökning och datainsamling

För att få reda på olika data för både pump och motor, som först skulle beräknas planerades

ett besök på Gruvöns bruk. De pumpar som skulle undersökas fanns på SK2 (sulfat kokeri 2)

barrlinjen, här sker den kemiska framställningen av pappersmassa med barrträd. Där utgick

man ifrån några pumpar som tilldelats. För att få reda på hur rörledningarna var så följde man

rören från pumpens utlopp till den tank rören slutade upp i, man mätte avstånd på rör och

höjder med en avståndsmätare. Anteckningar gjordes på hur många olika 90°-böjar, 45°-

böjar, konor, reglerventiler m.m. som fanns i anslutning till rörledningen. Längder, diametrar

och höjder mättes och antecknades även ner. Med hjälp av data som samlats in kunde

tryckbehovet beräknas, alltså det tryck som pumpen var tvungen att ha för att kunna pumpa

till sluttanken. För att beräkna detta gjordes ett första beräkningsprogram (ett utkast) för att

testa hur upplägget skulle vara. Efter det granskades beräkningen av handledare på ÅF Pöyry

som kunde se om resultatet på den totala tryckhöjden var rimlig.

3.3 Litteratursökning och insamling av kunskap

För att kunna göra detta arbete behövdes en god kunskap inom pumpteknik. Böcker och

annan information hittades på biblioteket på Karlstads universitet, internet och från ÅF

Pöyrys interna dokument. För att ta reda på mer specifik kunskap om just MC-pumpar och

27

dess beräkning frågades även personal på ÅF Pöyry samt på pumpportalen.se. Detta utgjorde

sedan den kunskap och grund som behövdes för att göra detta arbete så tillförlitligt som

möjligt.

Kunskapen kom sedan att appliceras på beräkningsprogrammet för att få en så tillförlitlig

beräkning som möjligt. Detta beräkningsprogram ska inte användas för en specifik pump utan

ska kunna användas för de flesta MC-pumpar och centrifugalpumpar som finns ute i

pappersindustrin.

3.4 Beräkningsprogram i Microsoft Excel

För att kunna göra beräkningsprogrammet användes teorin som lästs in samt de formler som

redovisas i kapitel “2 Teori”. Beräkningsprogrammet strukturerades även upp i olika fält med

rubriker för att användare lättare ska kunna orientera sig i programmet.

För bladet för “centrifugalpump” användes ett redan befintligt beräkningsblad från ÅF Pöyry

som mall, fokus för detta arbete ligger på MC-pumpar och ÅF Pöyry ville ha ett

beräkningsblad där man både tar hänsyn till MC-pumpar och centrifugalpumpar. Det slutliga

beräkningsbladet kommer bestå av sju olika blad: “MC-pump”, “Kommersiellt MC-pump”,

“Slutrapport MC-pump”, “Centrifugalpump”, ”Kommersiellt centrifugalpump”, “Slutrapport

centrifugalpump” och “Data”.

För att detta program ska vara användar vänligt gjordes även ett dokument som förklarar de

olika fälten och cellerna i beräkningsprogrammet.

28

4 Resultat

4.1 Systemet tillhörande MC-pump 423P008

Pumpen som mätningar gjordes på är en MC-pump av centrifugaltyp. Pumpen pumpar

massasuspension med koncentration på 12 %, vilket är en hög koncentration. Rörledningarna

som uppmättes bestod av 8 st. 90°-böjar, 2 st. 45°-böjar, 1 st. kona och 1 st. reglerventil. Den

totala längden på röret uppmättes till 37,6 meter, varav 8,9 meter hade DN200 och 28,7 meter

hade DN500, se bild 9. Pumpens sugsida satt i anslutning till en blåstank (C003) med

volymen 40 m3, diametern 2,8 meter och höjden 7,2 meter. Högsta punkten var 4,5 meter (4,5

mvp). Trycket vid inloppet till pumpen är det samma som tycket vid utloppet till pumpen. I

slutet av rörledningen satt en tryckdiffusör och precis innan denna satt en tryckmätare (märkt

PS i bild 9). Efter denna tryckdiffusör var det svårt att mäta hur rörledningarna såg ut.

Tryckmätaren visar det tryck som behövdes för att pumpa massasuspentionen från den

punkten till den slutliga tanken. Därför gjordes antagandet att man bara kunde addera detta

tryck på det tryck man fick från excelmodellen. Mätningar gjordes vid flödena 160, 180, 200,

220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 410, 420, 430, 440, 450 och 465 m3/h,

medelflödet var dock 400 m3/h, detta från mätningar under ett års tid. Dessa räknades ut

mede hjälp av beräkningsprogrammet och plottades in i QH-kurvan, se diagram 4.

Diagram 4. QH-kurvan tillhörande pump 423 P008 på SK2, BillerudKorsnäs AB, Gruvön.

29

Det är samma förhållande till varvtal och flöde i PQ-kurvan så därför kunde även det plottas

in, se diagram 5.

Diagram 5. QH-kurvan tillhörande pump 423 P008 på SK2, BillerudKorsnäs AB, Gruvön.

Utifrån detta kan man visualiera hur stort effektbehovet är genom att ta arean mellan den

plottade kurvan och kurvan för varvtalet för motorn (1500 rpm). Effektförlusterna över

ventilen räknades sedan ut med hjälp av formel 2.14.

Bild 9. Översiktsbild över hur systemet tillhörande pump 423P008, med hur rörledningarna ser ut

fram till tryckdiffusören.

30

Idag regleras systemet med hjälp av en reglerventil som kan öppnas och stängas beroende på

vilket flöde man vill ha, det är även ett konstant varvtal på pumpen som är 1500 rpm.

Medelvärdet på hur mycket reglerventilen är öppen är ca 38,4 %, detta medelvärde är

beräknat utifrån ett års drift.

Pumpen körs ca 8500 timmar/år, elpriset ligger på ungefär 420 SEK/MWh. Verkningsgraden

på motor resp. på pump antas vara ƞp,= 0.7, ƞm= 0,9 vid flödet 400 m3/h. Tryckbehovet vid

medelflödet ca 400 m3/h beräknas vara ca 54,6 mvp och effektbehovet vid samma flöde

avläses i PQ-kurvan och antas vara 140 kW. 400 m3/h beräknas till 111,11 l/s. En investering

i en frekvensomriktare antas kosta ca 260 000 kr.

31

4.2 Slutrapport MC-pump 423P008 från beräkningsprogrammet

32

4.3 Beräkningsprogrammet i Microsoft Excel

Beräkningsprogrammet är till för att beräkna energieffektiviteten hos MC-pumpar och

centrifugalpumpar vid installation av en frekvensomriktare. Programmet beräknar också

lönsamheten. Beräkningsprogrammet består av 7 blad, för beskrivning se nedan samt se

bilaga 1-7.

Alla celler i orange är celler som ska fyllas i med värden. Celler som är markerade i en röd

ton är värden som ska observeras.

Blad 1 heter ”Beräkning MC-pump”, här beräknas det totala tryckfallet/ uppfordringshöjden

som MC-pumpen behöver för att pumpa till slutdestinationen, se bilaga 1.

Blad 2 heter ”Kommersiellt MC-pump”, här fås information fram om energieffektiviteten

och lönsamhet, se bilaga 2.

Blad 3 heter ”Slutrapport MC-pump”, här sammanställs de viktiga värdena som fåtts fram i

beräkningarna för en enklare utskrift, se bilaga 3.

Blad 4 heter ”Beräkning centrifugalpump”, här beräknas det totala tryckfallet/

uppfordringshöjden som centrifugalpumpen behöver för att pumpa till slutdestinationen, se

bilaga 4.

Blad 5 heter ”Kommersiellt centrifugalpump”, här fås information fram om

energieffektiviteten och lönsamhet, se bilaga 5.

Blad 6 heter ”Slutrapport centrifugalpump”, här sammanställs de viktiga värdena som fåtts

fram i beräkningarna för en enklare utskrift, se bilaga 6.

Blad 7 heter ”Data”, här finns all data för att kunna göra beräkningar i de andra bladen, se

bilaga 7.

Alla fält och celler är numrerade i beräkningsprogrammet och det som nu följer i resulatet är

de förklaringar som hör till programmet så att det ska bli användar vänligt och begripligt.

Längst ned i resultatet finns även en lista som kan tas med ut i fabrik vid insamling av data.

33

4.4 Blad 1, beräkning av MC-pump

Nr. Beskrivning Enhet

1. Medium – Kod för det aktuella mediet enligt ett kodifieringssystem eller enligt

kundens standard.

-

2. Datum – Datum för senaste revision. -

3. Revision – Revisionsbokstav för dokumentet. -

4. Projektbenämning – Projektbenämning och/eller projektnummer. -

5. Pumpnummer – Pumpens positionsnummer. -

6. Pumpbenämning – Pumpens benämning. -

7. Dimensionerad uppfordringshöjd för det aktuella flödet (Hpump) - den

uppfordringshöjd som pumpen är dimensionerad för.

mvp

8. Densitet - Densitet för mediet vid den aktuella temperaturen. Densitetstabell för

vatten vid olika temperaturer, se tabell 2 i bilaga 7. Densiteten för vatten hämtas

automatiskt ur tabell 2 i mallen. Normalt antar vi att detta värde även gäller för

fibersuspensioner. För media med annan densitet, t.ex. kemikalier, skriv in det

rätta värdet.

kg/m3

9. Flöde - balans (Qmedel) – Det aktuella flödet vid mätpunkten. m3/h

10. Flöde - dimensionerad (Qmax) - Det maximala flödet som pumpen är

dimensionerad för.

m3/h

11. pH - pH för det aktuella mediet. Skriv in 10, 9, 8, 7 eller mindre än 7, se tabell

II.

-

12. Koncentration - Mediets koncentration, baseras på flödesbalansen. %

13. Temperatur - Mediets temperatur, om olika driftsfall, använd den högre

temperaturen.

°C

14. Korrektionsfaktor - Korrektionsfaktor för beräkning av friktionsförluster i rör.

Används för att korrigera beräkningen av tryckfall i rörledning (35).

-

15. Tyngdacceleration - Tyngdaccelerationen 9,81 m/s2 används normalt.

Tyngdaccelerationen används för att räkna om uppfordringshöjden från meter

vätskepelare (mvp) till bar.

m/s2

16. Fibertyp - Ange: barr, löv, sulfit, retur eller mek, se tabell I. -

17. Fiberkoefficient – Beroende på fibertyp, se tabell I. -

18. pH-koefficient – Beroende på pH-värdet, se tabell II. -

34

19. Temperaturkoefficient – Beroende på temperaturen, se ekvation 2.25. -

20. Totala koefficienten – Produkten av fiberkoefficienten, pH-koefficienten och

temperaturkoefficienten, se ekvation 2.26.

-

21. Produktion - lufttorrt ton av pappersmassa producerat per timme. Lufttorrheten

beräknas till 95 %, se ekvation 2.24.

ADT/h

22. Rörnummer – Numret på rören i det aktuella rören som ingår i rörledningen. -

23. DN – Diameter på de aktuella rören som ingår i rörledningen. Beroende på

diametern hämtas data till ”Beräkning av tryckfall per 100 meter vs. DN” (35).

mm

24. Längd – Längden på de aktuella rören som ingår i rörledningen. Beroende på

längden bestäms den dynamiska tryckhöjden med hjälp av data från ”Beräkning

av tryckfall per 100 meter vs. DN” (35).

m

25. Flöde – Flödet i det aktuella röret. Stämmer inte flödet kan det tryckas in

manuellt.

l/s

26. V – Hastigheten i det aktuella röret. Stämmer inte hastigheten kan det tryckas in

manuellt, se ekvation 2.31.

m/s

27. Reglerventil – Antal reglerventiler på varje rör. Tryckfallet över en reglerventil

beräknas vara 5 mvp. Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7 och beräknas sedan

med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

28. Vridspjäll – Antal vridspjäll på varje rör. Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7

och beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

29. Skjutspjäll/kulventil – Antal vridspjäll på varje rör. Data hämtas från tabell 3 i

bilaga 7 och beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för

tryckfallsberäkningen.

st.

30. 90°-böj – Antal 90°-böjar som finns på varje rör. Observera att två st. 45°-böjar

kan räknas som en st. 90°-böj. Data hämtas från tabell 1 i bilaga 7 och beräknas

sedan med ekvation 2.7 Används för tryckfallsberäkningen.

st.

31. Konor - Antal konor som finns på varje rör. Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7

och beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

32. Inlopp tank - Antal inlopp till tank på varje rör. Beräkningsmallen föreslår ξ =

2,0 som riktvärde. Detta värde inkluderar friktionsförlusten vid utströmning

från rör till tank, samt hastighetstrycket vid maxhastighet (v2/2g).

Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7 och beräknas sedan med ekvation 2.7.

Används för tryckfallsberäkningen.

st.

35

33 Utlopp tank - Antal utlopp till tank på varje rör. För det mesta finns dessa

endast på första och sista röret. Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7 och beräknas

sedan med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

34. Tryckfall i rör – Det totala (dynamiska) tryckfallet i varje rör på rörledningen.

Markerat i en rödare nyans för lättare observation. Summan av dessa är det

totala dynamiska tryckfallet i rörledningen. Beroende på diameter och längd på

varje rör beräknas detta ifrån ”Beräkning av tryckfall per 100 meter vs. DN”

(35).

mvp

35. Beräkning av tryckfall per 100 meter vs. DN – Anger tryckfallet per 100

meter rör med beaktning till diametern på rören. För att tydliggöra finns även en

tryckfallskurva med där diametern i mm är plottad mot tryckfallet i mvp. Detta

beräknas sedan med ekvation 2.27.

mvp

36. Flöde m3/h – flödena som pump- och systemkurvan ska plottas mot. Skriv in

egna flöden för att kunna plotta en passande pumpkurva till pumpen.

m3/h

37. Hsystemkurva (mvp) – beräknas automatiskt med hänsyn till det statiska trycket,

dynamiska trycket, engångsförlusterna, det maximala flödet (10) och det

aktuella flödet (36), beräknas med ekvation 2.28.

mvp

38. Hpump (mvp) – Skrivs in manuellt från värden på den befintliga pumpkurvan

tillhörande pumpen. Efter detta plottas sedan pump – och systemkurvan ut för

lättare visualisering.

mvp

39. Beräkning av engångsförluster – här tas hänsyn till antalet engångsförluster så

som konor, ventiler m.m. multiplicerat med dess förlustkoefficient (zeta) som

hämtas från tabell 3 i bilaga 7 och beräknas sedan med ekvation 2.6.

mvp

40. H1A - Plushöjd för golvnivå vid behållare A. m

41. hA - Minsta vätskehöjd i behållare A. Nivåskillnaden mellan vätskeytorna i

behållare A och behållare B används för att beräkna den geodetiska

uppfordringshöjden (47). Beräkningarna ska göras på de mest ogynnsamma

nivåerna.

m

42. H2A - Plushöjd för vätskenivå vid minsta nivå i behållare A. Beräknas

automatiskt i beräkningsmallen (H1A + hA).

m

36

43. Högsta punkten - Plushöjden för rörledningens högsta punkt. Kan vara av

intresse vid vissa driftfall, samt för kontroll av att uppfordringshöjden vid

dämda punkten överstiger startmotståndet.

m

44. H2B - Plushöjd för vätskenivå vid högsta nivå i behållare B, alternativt

plushöjd för inloppsstuds. Beräknas automatiskt i beräkningsmallen (H1B +

hB).

m

45. hB - Högsta vätskehöjd i behållare B eller, om inlopp på tankens överdel,

höjden till inloppsstudsen. Nivåskillnaden mellan vätskeytorna i behållare A

och behållare B används för att beräkna den geodetiska uppfordringshöjden

(47). Beräkningarna ska göras på de mest ogynnsamma nivåerna.

m

46. H1B - Plushöjd för golvnivå vid behållare B. m

47. Geodetisk uppfordringshöjd - Värdet beräknas utifrån vätskenivåerna (42)

och (44). Beräkningsmallen räknar automatiskt ut värdet (H2B-H2A). Anger

även den statiska tryckhöjden i mvp.

mvp

48. Dynamiska tryckhöjden– den totala dynamiska tryckhöjden, eller

Startmotståndet för den aktuella rörledningen beräknas med hjälp av

”Beräkning av tryckfall per 100 meter vs. DN” (35) för respektive rördel.

mvp

49. Statiska tryckhöjden – den totala statiska tryckhöjden, från geodetisk

uppfordringshöjd (47).

mvp

50. Tryckhöjd i engångsförluster – summan av beräkning engångsförluster (39)

från vardera rör.

mvp

51. Totala tryckhöjden (Hsystem) – summan av den dynamiska tryckhöjden (48),

den statiska tryckhöjden (49) och tryckhöjden i engångsförluster (50).

mvp

52. Förslag uppfordringshöjd pump, H – den beräknade totala

uppfordringshöjden (51) används som underlag för att specificera pumpens

uppfordringshöjd. Värdet från (51) avrundas manuellt uppåt med hänsyn taget

till hur stor osäkerhet det finns i de föregående beräkningarna.

mvp

53. Förslag pumpflöde, Q – beräkningsmallen hämtar dimensionerande

volymflöde från (10).

m3/h

54. Förslag uppfordringshöjd pump, p – uppfordringshöjden anges ofta i bar för förträngningspumpar. Uppfordringshöjden (52) räknas om från mvp till bar enligt: P = ρ × g × H/105 där: P = uppfordringshöjd (bar)

ρ = vätskans densitet (kg/m3) g = tyngdacceleration (m/s2) H = uppfordringshöjd (mvp)

bar

37

4.5 Blad 2, kommersiellt MC-pump

Nr. Beskrivning. Enhet

55. Drifttid – antal timmar som pumpen körs under ett års tid. h/år

56. Elpris SEK/MWh

57. Verkningsgrad motor %

58. Verkningsgrad pump %

59. Hpump – dimensionerad uppfordringshöjd för pumpen, samma som (7). mvp

60. Hstryp – tryckförlusten över reglerventilen/strömningsförlusten i ventilen (Hpump –

Hsystem).

mvp

61. Hsystem - den totala tryckhöjden, samma som (51). mvp

62. Installationseffekt – används för att beräkna en ungefärlig kostnad på

frekvensomriktaren, (1000 SEK/kW * faktor 1,5 för installation).

kW

63. Nref – är varvtalet som körs konstant vid referenssystemet, alltså det varvtal som

står på märkskylten.

rpm

64. Pmedel – Effekten som avläses från pumpkurvan. kW

65. Pny – Den hydrauliska effekten som beror av Hsystem, samt verkningsgrad för både

pump och motor. Pmedel – Pstryp.

kW

66. Referenssystem – den totala kostnaden för referenssystemet, det system som är i

dagsläget, utan frekvensomrikare.

SEK

67. Alternativt system – den totala kostnaden för det alternativa systemet, med

frekvensomriktare.

SEK

68. Pstryp – den effekt som stryps bort av reglerventilen, beräknas med ekvation 2.14. kW

69. Energiförluster – detta är den energi som ”stryps” bort, alltså den

energibesparing som kan göras vid installation av en frekvensomriktare, beräknas

med ekvation 2.35.

MWh

70. Kostnadsförluster – kostnadsbesparingen som kan göras vid installation av en

frekvensomriktare, beräknas med ekvation 2.36.

SEK/år

71. Payoff-tid - den riktiga payoff-tiden, den tid det kommer att ta att återbetala

investeringen utan hänsyn till ränta, beräknas med ekvation 2.33.

år

72. Nny – är det nya varvtalet som är optimalt att köra på vid installation av

frekvensomriktare, detta beräknas med hjälp av affinitetslagarna och beräknas

med ekvation 2.10.

rpm

38

4.6 Blad 3, slutrapport MC-pump

All data i detta blad hämtas från de två föregående bladen. Här redovisas bara de viktigaste

värdena för enklare utskrift och/eller dokumentation.


73. Projektuppgifter – här skrivs datum, revision, projektbenämning, pumpnummer och pumpbenämning in automatiskt.

-

74. Tryckhöjder – här skrivs Hpump, Hsystem, Hstryp, dynamisk tryckhöjd, statisk tryckhöjd och engångsförlusternas tryckhöjd in automatiskt.

-

75. Pump- och systemkurva för den aktuella pumpen. -

76. Kostnader för de olika systemen – de totala kostnaderna för både referenssystemet samt det alternativa systemet.

-

77. Energi och ekonomi – här skrivs Pstryp, energiförlust, kostnadsförlust, payoff-tid samt nytt varvtal (optimalt) in automatiskt.

-

39

4.7 Blad 4, beräkning av centrifugalpump

Nr. Beskrivning. Enhet.

78. Datum – Datum för senaste revision. -

79. Revision – Revisionsbokstav för dokumentet. -

80. Projektbenämning – Projektbenämning och/eller projektnummer. -

81. Pumpnummer – Pumpens positionsnummer. -

82. Pumpbenämning – Pumpens benämning. -

83. Medium – Kod för det aktuella mediet enligt ett kodifieringssystem eller

enligt kundens standard.

84. Densitet - Densitet för mediet vid den aktuella temperaturen.

Densitetstabell för vatten vid olika temperaturer, se tabell 2 i bilaga 7.

Densiteten för vatten hämtas automatiskt ur tabell 2 i mallen. Normalt antar

vi att detta värde även gäller för fibersuspensioner. För media med annan

densitet, t.ex. kemikalier, skriv in det rätta värdet.

kg/m3

85. Flöde - balans (Qmedel) – Det aktuella flödet vid mätpunkten. m3/h

86. Flöde - dimensionerad (Qmax) - Det maximala flödet som pumpen är

dimensionerad för.

m3/h

87. pH - pH för det aktuella mediet. Skriv in 10, 9, 8, 7 eller mindre än 7. -

88. Koncentration - Mediets koncentration, baseras på flödesbalansen. %

89. Temperatur - Mediets temperatur, om olika driftsfall, använd den högre

temperaturen.

°C

90. Korrektionsfaktor - Korrektionsfaktor för beräkning av friktionsförluster i

rör. Används för att korrigera beräkningen av tryckfall i rörledning (111).

-

91. Tyngdacceleration - Tyngdaccelerationen 9,81 m/s2 används normalt.

Tyngdaccelerationen används för att räkna om uppfordringshöjden från

meter vätskepelare (mvp) till bar.

m/s2

92. Dynamisk viskositet - Dynamiskt viskositet för mediet vid den aktuella

temperaturen och koncentrationen. Beräkningsprogrammet hämtar

automatiskt den dynamiska viskositeten för vatten (om koncentrationen ≤

2,0 %) vid den aktuella temperaturen ur en tabell 2 i bilaga 7.

cP

40

93. Kinematisk viskositet - för mediet vid den aktuella temperaturen och

koncentrationen. Tabell kinematisk viskositet för vatten vid olika

temperaturer, beräknas med ekvation 2.29.

cSt

94. Produktion - lufttorrt ton av pappersmassa producerat per timme.

Lufttorrheten beräknas till 95 %, beräknas med ekvation 2.24.

ADT/h

95. Pång – ångbildningstrycket används för att beräkna NPSHa (133).

Ångbildningstrycket varierar med temperaturen.

Beräkningsprogrammet hämtar automatiskt ångbildningstrycket för vatten

vid den aktuella temperaturen ur en tabell 2 i bilaga 7. Om mediet inte är en

massasuspension eller vattenlösning måste värdet sättas manuellt.

kPa

96. Dimensionerad uppfordringshöjd för det aktuella flödet (Hpump) - den

uppfordringshöjd som pumpen är dimensionerad för.

mvp

97. Rörnummer – Numret på rören i det aktuella rör som ingår i rörledningen. -

98. DN – Diameter på de aktuella rören som ingår i rörledningen. Beroende på

diametern hämtas data till ”Uppgifter för friktionsförluster” (120-121).

mm

99. Längd – Längden på de aktuella rören som ingår i rörledningen. Beroende

på längden bestäms den dynamiska tryckhöjden med hjälp av data från

(120).

m

100. Flöde – Flödet i det aktuella röret. Stämmer inte flödet kan det tryckas in

manuellt.

l/s

101. V – Hastigheten i det aktuella röret. Stämmer inte hastigheten kan det

tryckas in manuellt.

m/s

102. Re, Reynolds tal - Beräknas automatiskt om flöde, rördimension och

viskositet är kända. Se tabell 4 i bilaga 7. Beräknas med ekvation 2.30.

-

103. λ - Används för beräkning av friktionsförluster i rörledningar.

Om Re < 2300 beräknas λ automatiskt som 64/Re. Om koncentrationen ≤

2,0 % (d.v.s. massasuspensionen kan betraktas som vatten) och Re > 4000,

bestäms λ automatiskt, se tabell 4 i bilaga 7.

-

104. Koncentration – koncentrationen i varje rör, går att tryckas in manuellt om

det inte stämmer.

%

105. Vridspjäll – Antal vridspjäll på varje rör. Data hämtas från tabell 3 i bilaga

7 och beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

41

106. Skjutspjäll/kulventil – Antal vridspjäll på varje rör. Data hämtas från

tabell 3 i bilaga 7 och beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för


st.

107. 90°-böj – Antal 90°-böjar som finns på varje rör. Observera att två st. 45°-

böjar kan räknas som en st. 90°-böj. Data hämtas från tabell 1 i bilaga 7 och

beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

108. Konor - Antal konor som finns på varje rör. Data hämtas från tabell 3 i

bilaga 7 och beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för


st.

109. Inlopp tank - Antal inlopp till tank på varje rör. Beräkningsmallen föreslår

ξ = 2,0 som riktvärde. Detta värde inkluderar friktionsförlusten vid

utströmning från rör till tank, samt hastighetstrycket vid maxhastighet

(v2/2g).

Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7 och beräknas sedan med ekvation 2.7.

Används för tryckfallsberäkningen.

st.

110. Utlopp tank - Antal utlopp till tank på varje rör. För det mesta finns dessa

endast på första och sista röret. Data hämtas från tabell 3 i bilaga 7 och

beräknas sedan med ekvation 2.7. Används för tryckfallsberäkningen.

st.

111. Tryckfall rörledning - tryckfallet i varje rörledning beräknas med hjälp av

”förlust per 100 m rör” (120). Totala tryckfallet beräknas som summan av

tryckfallen i respektive rör:

ΔHtot = ΔHrör1 + ΔHrör2 + ΔHrör3 + ΔHrör4 + ΔHrör5

Tryckfallet beräknas automatiskt av beräkningsmallen utifrån

tryckförlust/100 m rör, rörlängden och korrektionsfaktorn för massakvalitet.

mvp

112. Tryckfall böjar, armatur - tryckfallet för böjar, armatur och konor i varje

rörledning beräknas med hjälp av ”V-hastigheten i rör” (101), antal

engångsförluster (105-110) och ”förlust per 90°-böj” (121). Det

sammanlagda tryckfallet i ledningarna samt tryckfallet för inlopp tank

räknas ihop.

mvp

113. Tryckfall apparat – eventuella apparaters tryckfall i ledningen anges.

mvp

42

114. Tryckfall reglerventil - förväntat tryckfall för ingående reglerande ventiler

vid dimensionerande flöde anges här.

Om reglerventilen ej är vald:

nivå- och tryckreglering: riktvärde 3 mvp

flöde- och konc.reglering: riktvärde 4 mvp

mvp

115. Tryckfall mätgivare - eventuella mätgivares tryckfall anges här. Tryckfall

1 mvp kan användas som riktvärde för flödesmätare och roterande

koncentrationsmätare.

mvp

116. Mottryck - om ett mottryck krävs efter t.ex. en apparat (virvelrenare,

trycksil) anges det här. Observera att i detta beräkningsalternativ anges

plushöjd, rörförluster, mm endast fram till punkten där mottrycket är angett.

mvp

117. Geodetisk uppfordringshöjd - värdet beräknas utifrån vätskenivåerna

(124) och (126). Beräkningsmallen räknar automatiskt ut värdet (H2B-

H2A).

mvp

118. Övrigt t.ex. av/påstick – tryckfall för av- och påstick. mvp

119. Tryckfall sugledning - riktvärde 0,3 - 0,6 mvp beroende på sugledningens

utformning.

mvp

120. Förlust per 100 m rör - Om λ bestämts automatiskt eller skrivits in

manuellt beräknas friktionsförlusten per 100 m rör automatiskt. I övriga fall,

t.ex. för massa > 2,0 %, hämtas värdet automatiskt från tabell 5 i bilaga 7.

mvp

121. Förlust per 90°-böj - beror av rördimension. Beräkningsmallen hämtar

automatiskt värdet från tabell 4 i bilaga 7. Motståndstalen för rörböjar då Re

> 4 × 104.

mvp

122. H1A - Plushöjd för golvnivå vid behållare A.

m

123. hA - Minsta vätskehöjd i behållare A. Nivåskillnaden mellan vätskeytorna i

behållare A och behållare B används för att beräkna den geodetiska

uppfordringshöjden (117). Beräkningarna ska göras på de mest

ogynnsamma nivåerna.

m

124. H2A - Plushöjd för vätskenivå vid minsta nivå i behållare A. Beräknas

automatiskt i beräkningsmallen (H1A + hA).

m

43

125. Högsta punkten - Plushöjden för rörledningens högsta punkt. Kan vara av

intresse vid vissa driftfall, samt för kontroll av att uppfordringshöjden vid

dämda punkten överstiger startmotståndet. Anger även den statiska

tryckhöjden i mvp.

m

126. H2B - Plushöjd för vätskenivå vid högsta nivå i behållare B, alternativt

plushöjd för inloppsstuds. Beräknas automatiskt i beräkningsmallen (H1B +

hB).

m

127. hB - Högsta vätskehöjd i behållare B eller, om inlopp på tankens överdel,

höjden till inloppsstudsen. Nivåskillnaden mellan vätskeytorna i behållare A

och behållare B används för att beräkna den geodetiska uppfordringshöjden

(117). Beräkningarna ska göras på de mest ogynnsamma nivåerna.

m

128. H1B - Plushöjd för golvnivå vid behållare B. m

129. Höjd till centrum av pumpen. m

130. Flöde m3/h – flödena som pump- och systemkurvan ska plottas mot. Skriv

in egna flöden för att kunna plotta en passande pumpkurva till pumpen.

m3/h

131. Hsystemkurva (mvp) – beräknas automatiskt med hänsyn till det statiska

trycket, dynamiska trycket, engångsförlusterna, det maximala flödet (86)

och det aktuella flödet (130)., beräknas med ekvation 2.28.

mvp

132. Hpump (mvp) – Skrivs in manuellt från värden på den befintliga

pumpkurvan tillhörande pumpen. Efter detta plottas sedan pump – och

systemkurvan ut för lättare visualisering.

mvp

133. NPSHa - Tillrinningshöjden (Net Positive Suction Head available).

Skillnaden mellan totaltrycket på pumpens sugsida och vätskans

ångbildningstryck, d.v.s. det tryck vid vilket vätskan börjar koka. NPSHa

måste vara större än NPSHr (Net Positive Suction Head required) som

anges i pumpkurvan, beräknas med ekvation 2.32.

mvp

134. Statiska tryckhöjden – den totala statiska tryckhöjden, från geodetisk

uppfordringshöjd (117).

mvp

135. Dynamiska tryckhöjden– den totala dynamiska tryckhöjden, eller

Startmotståndet för den aktuella rörledningen beräknas med hjälp av

tryckfallet per 100 m rör (120) för respektive rördel.

mvp

136. Totala tryckhöjden (Hsystem) – summan av den dynamiska tryckhöjden

(135) och den statiska tryckhöjden (134).

mvp

44

137. Förslag uppfordringshöjd pump, H – den beräknade totala

uppfordringshöjden (136) används som underlag för att specificera pumpens

uppfordringshöjd. Värdet från (136) avrundas manuellt uppåt med hänsyn

taget till hur stor osäkerhet det finns i de föregående beräkningarna.

mvp

138. Förslag pumpflöde, Q – beräkningsmallen hämtar dimensionerande

volymflöde från (86).

m3/h

139. Förslag uppfordringshöjd pump, p – uppfordringshöjden anges ofta i bar

för förträngningspumpar.

Uppfordringshöjden (137) räknas om från mvp till bar enligt:

P = ρ × g × H/105 där: P = uppfordringshöjd (bar)

ρ = vätskans densitet (kg/m3)

g = tyngdacceleration (m/s2)

H = uppfordringshöjd (mvp)

bar

140. Antagen verkningsgrad - om denna anges kan axeleffekten beräknas. %

141. Beräknad axeleffekt - beräkningsmallen räknar automatiskt ut axeleffekten

utifrån Q, H och antagenverkningsgrad.

kW

142. Föreslagen motorstorlek - beräkningsmallen föreslår en motorstorlek (från

tabell 6) utifrån axeleffekten, med tillägg för viss effektmarginal, cirka 15

% (mer för små motorer).

kW

143. Erforderlig motoreffekt. kW

45

4.8 Blad 5, kommersiellt centrifugalpump

Nr. Beskrivning. Enhet.

144. Drifttid – antal timmar som pumpen körs under ett års tid. h/år

145. Elpris SEK/MWh

146. Verkningsgrad motor %

147. Verkningsgrad pump %

148. Hpump – dimensionerad uppfordringshöjd för pumpen, samma som (96). mvp

149. Hstryp – tryckförlusten över reglerventilen/strömningsförlusten i ventilen (Hpump –

Hsystem).

mvp

150. Hsystem - den totala tryckhöjden, samma som (136). mvp

151. Installationseffekt – används för att beräkna en ungefärlig kostnad på

frekvensomriktaren, (1000 SEK/kW * faktor 1,5 för installation).

kW

152. Nref – är varvtalet som körs konstant vid referenssystemet, alltså det varvtal som

står på märkskylten.

rpm

153. Pmedel – Effekten som avläses från pumpkurvan. kW

154. Pny – Den hydrauliska effekten som beror av Hsystem, samt verkningsgrad för både

pump och motor. Pmedel – Pstryp.

kW

155. Referenssystem – den totala kostnaden för referenssystemet, det system som är i

dagsläget, utan frekvensomrikare.

SEK

156. Alternativt system – den totala kostnaden för det alternativa systemet, med

frekvensomriktare.

SEK

157. Pstryp – den effekt som stryps bort av reglerventilen, beräknas enligt ekvation 2.14. kW

158. Energiförluster – detta är den energi som ”stryps” bort, alltså den energibesparing

som kan göras vid installation av en frekvensomriktare, beräknas med ekvation

2.35.

MWh

159. Kostnadsförluster – kostnadsbesparingen som kan göras vid installation av en

frekvensomriktare, beräknas med ekvation 2.36.

SEK/år

160. Payoff-tid - den riktiga payoff-tiden, den tid det kommer att ta att återbetala

investeringen utan hänsyn till ränta, beräknas med ekvation 2.33.

år

161. Nny – är det nya varvtalet som är optimalt att köra på vid installation av

frekvensomriktare, detta beräknas med hjälp av affinitetslagarna, beräknas med

ekvation 2.10.

rpm

46

4.9 Blad 6, slutrapport centrifugalpump

All data i detta blad hämtas från de två föregående bladen. Här redovisas bara de viktigaste

värdena för enklare utskrift och/eller dokumentation.


162. Projektuppgifter – här skrivs datum, revision, projektbenämning, pumpnummer och pumpbenämning in automatiskt.

-

163. Tryckhöjder – här skrivs Hpump, Hsystem, Hstryp, dynamisk tryckhöjd, statisk tryckhöjd och engångsförlusternas tryckhöjd in automatiskt.

-

164. Kostnader för de olika systemen – de totala kostnaderna för både referenssystemet samt det alternativa systemet.

-

165. Effekt och ekonomi – här skrivs Pstryp, energiförlust, kostnadsförlust, payoff-tid samt nytt varvtal (optimalt) in automatiskt.

-

4.10 Blad 7, data

I detta blad finns den data som programmet bygger på, se bilaga 7.

47

4.11 Lista vid insamling av pumpdata i fabrik Benämning Värde Enhet Övrigt

Dimensionerad

uppfordringshöjd enl.

märkskylt

mvp

Flöde – balans (Qmedel) m3/h

Flöde – dimensionerat (Qmax) m3/h

pH

Koncentration på mediet %

Temperatur °C

Diameter rör 1 mm

Diameter rör 2 mm

Diameter rör 3 mm

Diameter rör 4 mm

Diameter rör 5 mm

Diameter rör 6 mm

Längd rör 1 m

Längd rör 2 m

Längd rör 3 m

Längd rör 4 m

Längd rör 5 m

Längd rör 6 m

Antal engångsförluster

rör 1

st.


rör 2

st.


rör 3

st.


rör 4

st.


rör 5

st.

48


rör 6

st.

Tryckfall apparat mvp

Tryckfall reglerventil mvp

Tryckfall mätgivare mvp

Mottryck mvp

Övrigt t.ex. av/påstick mvp

Tryckfall sugledning mvp

H1A m

hA m

H2A m

Högsta punkten m

H2B m

hB m

H1B m

Höjd till centrum av pump m

Drifttid h/år

Elpris kr/MWh

Verkningsgrad pump %

Verkningsgrad motor %

Varvtal enligt märkskylt rpm

Pmedel effekt från pumpkurva kW

B

B

49

5 Diskussion

För att kunna beräkna en så trovärdig och rimlig tryckhöjd som möjligt kräver detta att man

behandlar varje pump för sig. Detta är viktigt för att få en så optimal beräkning samt driftfall

som möjligt. Beräkningsprogrammet är uppbyggt på de handberäkningar som gjorts för MC-

pumpar. Bladet gällande centrifugalpumpar är uppbyggt på ett redan befintligt program som

ÅF Pöyry har till förfogande. Detta eftersom ÅF Pöyry ville ha ett standardiserat program där

beräkningar kan göras för både MC-pumpar och centrifugalpumpar så det ska bli enklare att

hålla reda på de olika beräkningsprogram som används.

I systemet gick det inte att mäta rörledningarna hela vägen, det gick bara att mäta fram till

tryckdiffusören. Vid tryckdiffusören fanns en tryckmätare (PS) som mätte det tryck som

fanns i rörledningen, alltså också det tryck som behövs tillföras för att suspensionen skulle

kunna komma fram till slutet av hela ledningen. Detta tryck lästes av i ett program som ÅF

Pöyry har tillgång till. Detta program visar pumpdriften på de flesta pumpar på

BillerudKorsnäs AB. Värden fås fram genom att trycka i olika pumpkoder. Medelvärdet på

detta tryck var ca 20 mvp över ett års tid. Detta kan inte beräknas som en andel av den

statiska tryckhöjden, utan får beräknas som en andel av den dynamiska tryckhöjden eftersom

den frekvensstyrda driften inte är att föredra vid allt för stora statiska uppfordringshöjder.

Mätningarna på Gruvön gjordes med hjälp av en avståndsmätare. De är inte exakta på grund

av svår åtkomlighet. Eftersom rör gick från olika våningar och ut och in från väggar på

fabriken var det även svårt att samla in rördata. Men eftersom jag hade hjälp av min

handledare som med ett vant öga kunde se hur rörledningarna såg ut, fick vi rimliga värden.

Beräkningarna gjordes efter inläsning av litteratur, eftersom det är viktigt att ha en stabil

teorigrund bakom sig för att göra beräkningarna. Efter denna teoriinläsning applicerades de

formler och värden för att kunna beräkna den totala uppfordringshöjden.

Beräkningsprogrammet är sedan uppbyggt på de handberäkningar som gjorts samt på redan

befintliga program som ÅF Pöyry har tillgång till (centrifugalpumpsberäkningarna).

Antaganden som fick göras var på pumpen och motorns verkningsgrader. Det fanns ingen

data på dessa och därför fick antaganden göras på att motorns verkningsgrad är 90 % och

pumpens verkningsgrad är 70 %. Detta gör att man inte kommer kunna få exakta värden på

den effekt som stryps bort eftersom vi inte har exakta värden på verkningsgraderna.

50

Investeringspotentialen för att investera i en frekvensomriktare vid MC-pump 423P008 är

god. Återbetalningstiden beräknades till 2,2 år vilket betyder att BillerudKorsnäs AB kan

investera i en frekvensomriktare och ha tjänat ihop de pengar som investeringen kostade på

2,2 år, förutsagt att frekvensomriktaren kostar ca 260 000 kr. BillerudKorsnäs AB anser att

återbetalningstider under 3 år är rimliga återbetalningstider, de överväger då i att investera.

Men detta är beroende på projekt till projekt. Det finns mycket energi att spara in på

pumpdrift i industrin, detta är bara ett exempel. Reglerventilen för just denna pump stryper

bort ca 34 kW, omräknat i pengar är det 120 000 kr/år som stryps bort på bara denna pump.

Metoden att först handberäkna en MC-pump från BillerudKorsnäs AB och sedan låta

handledare på ÅF Pöyry granska beräkningarna, gjorde att man kunde förlita sig på

beräkningarna. Utifrån dessa beräkningar kunde sedan beräkningsprogrammet påbörjas och

bygga på de beräkningarna som gjorts. Denna metod har fördelen att konsulterna på ÅF

Pöyry får beräkningarna så som de vill ha dem. De kan då lättare förstå hur

beräkningsprogrammet är uppbyggt. Beräkningsprogrammet är även färgkodat med en

orange färg där man ska trycka in data och en röd nyans där man ska observera värden.

Beräkningsprogrammet är uppbyggt för att få ett flöde i beräkningarna. Det är uppbyggt i fält

med rubriker för att lätt kunna tyda vad fälten beräknar. Det finns även ett tillhörande

dokument med förklaringar, de redovisas i resultatdelen i rapporten, detta för att man lätt ska

kunna förstå vad varje cell betyder och vad cellen baseras på för formler.

Frekvensomriktare är ofta en bra reglermetod vid beaktning till effekt och energibesparingar

vid pumpdrifter. Detta för att flödena i en pumpdrift är sällan konstanta, pumpen kör på ett

fast varvtal vilket innebär att den inte tar hänsyn till mindre eller större flöden. Tänker vi oss

att pumpen kan reglera varvtalet så kommer inte ett lika högt varvtal behövas vid lägre

flöden, på samma sätt kommer ett högre varvtal behövas vid högre flöden. Detta blir möjligt

med en frekvensomriktare. Därför kommer det att sparas in pengar vid investering i en

frekvensomriktare. Med hjälp av frekvensomriktaren kan man optimera varvtalen för att få en

så optimal och lönsam drift som möjligt.

Frekvensomriktaren är dock en ytterligare komponent som kan haverera i systemet och bidra

till driftstopp. Detta får man ta ställning till vid investeringen. Men med tanke på att man

51

kommer spara mycket pengar i form av energi med en frekvensomriktare kan detta för det

mesta övervägas.

För att svara på min frågeställning, ” Hur kan man beräkna vilka driftfall det är lönsamt att

investera i en frekvensomriktare som reglerar varvtalet istället för en fast varvtalsdrift på

pumpar inom pappersmassaindustrin?”, så är svaret att med beräkningsprogrammet som nu

utvecklats kan man lätt föra in data från olika system, för olika driftsfall, på olika pumpar för

att få ut i vilka driftfall det är lönsamt att investera i en frekvensomriktare. Detta kommer nu

ligga som grund för eventuella investeringar hos BillerudKorsnäs AB.

Arbetet har gått bra överlag, mycket tack vare det GANTT-schema som gjordes i början.

Detta schema har med färger uttryckt sig i vilken stadie på varje delmoment jag ska ligga i

under projektets gång. Jag har även lätt kunnat se hur många timmar per vecka som ska

läggas och hur många timmar jag har gjort. Jag har följt detta schema noggrant eftersom om

man hamnar i ofas med ett planeringsschema över ett projekt hamnar man även i ofas i

projektet. Det var även svårt i början att hitta litteratur och kunskap om MC-pumpar då det

inte finns mycket publicerad fakta om dessa.

Vad kommer detta få för konsekvenser om BillerudKorsnäs nu väljer att investera i en

frekvensomriktare? Det kommer inte blir så stora skillnader om man väljer att investera i

frekvensomriktare på några få system utan det behövs på ett antal pumpar för att få en

markant besparing. Men med detta beräkningsprogram kan det nu i alla fall visualiseras hur

mycket man kommer spara i kronor per år om man väljer att investera i en frekvensomriktare.

Ur miljömässiga skäl kommer detta bidra positivt om en investering görs. Det kan till och

med bidra till att BillerudKorsnäs klarar de miljömål som sats upp för kommande år. Energi

och elförbrukning är ju ett av de mål som man ska hållas nere och med hjälp att visualiera

den onödiga energin som bruket använder sig av för att sedan ”strypa” bort med en t.e.x.

reglerventil kommer detta kanske leda till något tänkvärt.

Ur rubriken ”4.2 Slutrapport MC-pump 423P008 från beräkningsprogrammet” kan man även

se den pumpkurva som plottas. Här kan man se att ju större avstånd det är mellan de två

kurvorna desto mer energi finns det att spara. Tanken är ju att dessa två kurvor ska mötas i en

punkt och i den punkten finns det optimala driftfallet.

52

6 Slutsats

Det finns mycket energi att spara i pappersindustrin. Pumpar som är dimensionerade för en

speciell drift körs lägre eller högre. För att få ut den maximala kapaciteten och det optimala

driftfallet från pumpen krävs det att man har gjort noggranna beräkningar och har en

trovärdig grund att stå på. För att minska på energianvändningen i fabrikerna kan man bland

annat investera i frekvensomriktare. En frekvensomriktare ändrar varvtalet på motor och

pump så att systemet körs optimalt. Detta är dock kostsamt och för att beräkna lönsamheten

kan man ta hjälp av beräkningsprogrammet.

Beräkningsprogrammet är uppbyggt med sju olika blad: “MC-pump”, “Kommersiellt MC-

pump”, “Slutrapport MC-pump”, “Centrifugalpump”, ”Kommersiellt centrifugalpump”,

“Slutrapport centrifugalpump” och “Data”. För att lätt kunna föra in data är programmet även

färgkodat. Orange betyder att man ska föra in data i cellen och en röd nyans betyder att man

ska observera värdet.

Väl ute i fabriken kan man ta med sig den lista som är till för datainsamling. Där står all data

man behöver för att kunna använda sig av beräkningsprogrammet. Det finns även ett

dokument som tillhör beräkningsprogrammet. Detta dokument förklarar vad de olika

fälten/cellerna betyder och hur man ska använda sig av dem.

En slutsats man kan dra är att det finns många pumpar som körs med ett felaktigt körsätt.

Detta innebär stora onödiga kostnader i industrin. Investering i en frekvensomriktare kan ge

stora kostnadsbesparingar och medför även positiva effekter ur miljöhänsyn.

53

Referenser

1. Henriksson, Harry & Bondesson, Lennart (1992). Pumpboken: om centrifugalpumpar

och andra pumpar. 4., [rev.] uppl. Markaryd: Sveriges skogsindustriförb. SSIF.

2. Alvarez, Henrik (1990). Energiteknik. D. 1. Lund: Studentlitteratur

3. PumpPortalen, 2019. Pumphandboken. [Online].

http://www.pumpportalen.se/pumpinformation/systemkurvan/. Hämtad 2019-02-22.


http://www.pumpportalen.se/pumphandboken/uppfordringshojd/. Hämtad 2019-02-

22.


http://www.pumpportalen.se/pumphandboken/forluster-och-verkningsgrad/. Hämtad

2019-02-22.

6. Johannesson, Hans, Persson, Jan-Gunnar & Pettersson, Dennis (2013).

Produktutveckling: effektiva metoder för konstruktion och design. 2. uppl. Stockholm:

Liber

7. Andersson, John (red.) (1992). Produktion: strategier och metoder för effektivare

tillverkning. 1. uppl. Stockholm: Norstedts juridik

8. Bergman, Bo & Klefsjö, Bengt (1995). Kvalitet från behov till användning. 2., [utök.]

uppl. Lund: Studentlitteratur


http://www.pumpportalen.se/pumphandboken/8-9-strypreglering-av-pumpar/. Hämtad

2019-02-27.

10. Berglund, Sven-Erik (2004). Frekvensomriktare: guide för elanvändare och allmänt

sakkunniga inom elområdet. Stockholm: Energimyndigheten


http://www.pumpportalen.se/frekvensomriktare/. Hämtad 2019-02-27.

12. Berghel, Jonas, Renström Roger (2011). Energitekniska. Formler och tabeller. 11 utg.

Avdelningen för Energi- miljö- och byggteknik, Karlstads universitet.

54

13. BillerudKorsnäs i samarbete med Intellecta Corporate (2017). BillerudKorsnäs års-

och hållbarhetsredovisning 2017. Tryck: Åtta.45, 2018. [online].

https://arsoversikt.billerudkorsnas.se/affarsomraden. Hämtad 2019-03-07.

14. Dahlin, Jon-Erik (2014). Hållbar utveckling: en introduktion för ingenjörer. Lund:

Studentlitteratur

15. Skogsindustriernas teknik AB (2000). Skogsindustriernas teknik AB - Anvisningar för

beräkning och dimensionering av rörsystem.

Bilagor

Bilaga 1: Blad 1, beräkning MC-pump

Bilaga 2: Blad 2, kommersiellt MC-pump

Bilaga 3: Blad 3, slutrapport MC-pump

Bilaga 4: Blad 4, beräkning centrifugalpump

Bilaga 5: Blad 5, kommersiellt centrifugalpump

Bilaga 6: Blad 6, slutrapport centrifugalpump

Bilaga 7: Blad 7, data

Bilaga 1: Blad 1, beräkning MC-pump

Bilaga 2: Blad 2, kommersiellt MC-pump

Bilaga 3: Blad 3, slutrapport MC-pump

Bilaga 4: Blad 4, beräkning centrifugalpump

Bilaga 5: Blad 5, kommersiellt centrifugalpump

Bilaga 6: Blad 6, slutrapport centrifugalpump

Bilaga 7: Blad 7, data Tabell 1.

Tabell 2.

Tabell 3.

Tabell 4.

Tabell 5.

Tabell 6.

Documents

Beräkningsprogram för processpumpar inom …1327005/FULLTEXT01.pdfsig av en reglerventil som stryper bort flödet. Ett annat sätt är att investera i en frekvensomriktare. En frekvensomriktare