Nyhet -
KIWA:s Kraftvärmedag – behövs och kommer att behövas i framtiden
Av Kjell-Arne Larsson
KIWA:s klassiska Kraftvärmedagar genomfördes i år som ett endags webinarium. Arrangemanget riktas till alla som arbetar med kraftvärmeverk, och har fokus på tryckbärande komponenter och rörsystem. Inriktningen är säkerhet – för en säker arbetsmiljö och för skonsamhet mot den yttre miljön. Brister i utrustning och incidenter kan orsaka skador på både människor och omgivande natur. KIWA har en mycket viktig roll för att förebygga olyckor och incidenter.
Även vid årets seminarium stod det klart att arbete för säkerhet och miljö är något som aldrig ska upphöra. Ingen anläggningsägare kan slå sig till ro och anse att man gjort allt. Det gäller att ha kontinuerlig koll på sin anläggning, upprätthålla kontrollen av den, uppdatera sig gentemot nya regelverk och ständigt slipa personalens kompetens.
Inledningsvis hänvisade KIWA:s Mikael Kuokkanen till att kraftvärmen också har en viktig roll för miljömässig hållbarhet när nu samhället ställer om till fossilfritt och klimatsmart.
Slitstarka ytor
Första föredraget hölls av Hans Bengtsson, vd hos Castolin, som berättade om ”Slitstarka material för ökad livslängd”. Företaget marknadsför produkter och tjänster både för tryckbärande och icke tryckbärande delar i bland annat kraftvärme- och hetvattenanläggningar. Vissa materialförstärkningar görs på plats hos kund, andra i egna verkstäder. En del applikationer går ut på att belägga med motståndskraftiga material, andra baseras på att tillverka komponenter eller delar i mer slitagebeständiga material än hos originalet.
Anläggningsdelarna kan utsättas för många olika former av slitage. Både pannor och andra anläggningsdelar som rökgasrening och inte minst bränslehantering utsätts för stora påfrestningar. Många anläggningar eldar avfall där innehållet på kemisk nivå inte är känt i detalj. Flera anläggningar går över till billigare bränslen, exempelvis från skogsflis till returträflis RT. Därmed kommer det in bland annat mer klorider i pannorna.
Med hårdsvetsad bi-metallplåt – CastoDurDiamond Plates – kan exempelvis transportskruvar, skraptransportörer och bränsleschakt linas. Företaget erbjuder också en retrofit kassettlösning som ger ökad kylning i bränsleschakt. Lining kan också användas för att förstärka väggar, golv och pusher i våtutmatare av bottenaska. Observera att Castolin slitplåt idag används vid nytillverkning (OEM) av många maskiner, främst inom materialhantering.
Påsvetsning och termisk sprutning
Tryckbärande anläggningsdelar är i synnerhet utsatt för erosion och korrosion, inte sällan i kombination med höga temperaturer. Ett enklare materialval från början leder ofta till en kortare livslängd. Som livstidsförlängare går det att tillämpa påsvetsning med artlikt material eller NiCr 625 (Inconel), alternativt termisk sprutning med ChromeClad (On Site) eller FuseClad (verkstad).
Påsvetsning av tuber och paneler görs On Site eller i verkstad. Det fungerar både på kolstål och där tuberna redan har NiCr 625 (Inconel). På plats används oftast svetsautomater, upp till 25 stycken samtidigt. Arbetsgången avslutas med tjockleksmätning, visuell inspektion och PMI-mätning för järnhalt.
Som ytskydd kan termisk sprutning tillämpas. Då sprutas exempelvis panelväggar med speciella legeringar, utvecklade av Castolin. Tekniken har vidareutvecklats, tidigare tillämpades andra termiska sprutprocesser, men dessa var inte helt täta. Castolin tog därför fram ChromeClad XC/AR som är mycket tätare och håller längre. Vid termisk sprutning On Site utförs också keramisk tätning ovanpå den metalliska delen. Detta har med framgång använts i avfallseldade pannor, bland annat BFB-pannor.
– Termisk sprutning On Site har lägre kostnad än påsvetsning med NiCr 625 (Inconel) och det är inget krav på viss godstjocklek av tuberna eller att det behövs vatten i tuberna. Men det krävs tätare inspektionsintervall än med NiCr 625 (Inconel). Idag är termisk sprutning en väl beprövad metod, inte minst i avfallseldade pannor, avslutar Hans Bengtsson från Castolin.
Material med hög ”resistens” kan öka livslängden avsevärt för ålderstigna pannor, men utgör också alternativ att överväga för konstruktörer av nya pannor och andra anläggningsdelar.
Högtemperaturkorrosion
Följande presentation fortsatte ungefär där Hans Bengtsson slutade, men gick i detalj in på korrosionens kemi, närmare bestämt vid hög temperatur. Hur känns högtemperaturkorrosion igen, vad är orsakerna och är det möjligt att mäta och följa den? Presentatör var Erik Nord som tillhör KIWA:s konsultverksamhet inom Material & korrosion som arbetar med att utreda haverier och problem knutna till materialval.
Vi fick lära oss att oxider inte enbart är av ondo, utan i bästa fall skyddar materialen. Järn och syre bildar hematit som skyddar ytan från vidare angrepp. Dock är problemet att en oxid kräver större volym än det metalliska materialet och bland annat av den anledningen kan den skyddande ytan spricka och/eller bli porös. Det gör att järnet vandrar mot ytan medan syre tränger ner. Vid hög temperatur och/eller korrosiv miljö går diffusionen snabbt och det kan leda till så kallad katastrofal korrosion med hastigheter på flera millimeter per år.
Men det är flera faktorer som kan bidra till katastrofala utfall. På låglegerade stål består korrosionsskiktet förutom av hematit också av magnetit. Närvaro av exempelvis kaliumklorid kan göra att denna tränger ner i oxiden och kloriden ”hoppar över” till järnet och järnklorid bildas på djupet. Sprickbildningen tilltar och därmed också oxidationshastigheten. Kloridhalten går att analysera kemiskt. I ett fall var den 14 procent.
Här fick många av oss också lära sig ett nytt ord, nämligen korngränsattack. Kloriderna dras till korngränserna i stålet. När dessa börjar lösas upp förlorar stålet allt mer av sina hållfasthetsegenskaper.
- På sätt och vis försämras hållfastheten i och för sig när godset blir tunnare, men anledningen till att man hittar kloret i korngränserna beror på att det är den enklaste vägen in i stålet och för att partialtrycket av syre är som lägst vid gränsytan stål/oxid. Metallklorider sönderfaller vid högre syretryck, förklarar Erik Nord.
Krom i rostfritt
Hos rostfria stål är förloppet annorlunda. Kromet i stålet tränger ut, in i oxiden och ger skydd. Om stålet utgörs av 304L eller Sanicro 28 består oxiden av järn- och kromoxider. Om det utgörs av Inconel med sin kromhalt på 22 procent, kommer oxiden att bestå av kromoxid och ha större korrosionsmotstånd än järn- och kromoxider.
- Anledningen till att nickelbasmaterial bildar ren kromoxid beror på att nickel och krom inte kan bilda en blandoxid, vilket järn och krom kan, fortsätter Erik Nord.
Även i fallet rostfritt stål kan emellertid kaliumklorid, blyklorid och andra klorider interferera och ställa till problem; också här kan järnklorid bildas.
För att motverka kloriders förmåga att förvärra korrosionen är en vanlig metod att tillsätta svavel. Salterna övergår då från klorider till sulfater (relativt ofarliga i denna miljö) och kloriderna bildar gasformig väteklorid (saltsyra) som avgår med rökgaserna. Saltsyra under de förhållanden som råder i en pannanläggning är inte alls lika skadlig. I ett fall visades genom kemisk analys att klorhalten i oxidationsskiktet var endast 0,3 procent.
Sond kartlägger korrosion
För att kunna följa ett oxidationsförlopp har KIWA utvecklat en eldstadssond (eller överhettarsond) där tre material kan provas samtidigt, eller där samma material provas vid tre temperaturer. Sonden kan sitta på plats en eller annan vecka under eldningssäsongen. Det finns många möjligheter med denna typ av provning:
- Jämföra samma material vid olika temperaturer.
- Jämföra olika material vid samma temp för att se vilket som klarar miljön bäst.
- Jämföra olika coatings, påsvetsade skikt, termiskt sprutade skikt med mera.
– Det går att undersöka när korrosionen drar igång och hur den utvecklas. Analys av oxidbeläggningens sammansättning säger mycket om orsakerna till korrosionen och är mycket användbart, berättar Erik Nord.
Sonden och de analyser som görs ger en bra bild av korrosionsprocessen. Utrustningen finns inte kommersiellt tillgänglig, men den intresserade kan höra av sig till KIWA. Här är det mest själva analysen (tvärsnitten analyseras i elektronmikroskop med en speciell röntgendetektor) som kräver kunskap, både vad gäller utförande och utvärdering av resultat.
Kombinat i Örnsköldsvik blir ännu mer av kombinat
Nästa presentation blickade in i framtiden – en framtid som kommer redan 2023 om planerna går i lås. Övik Energi med sitt kraftvärmeverk Hörneborgsverket ligger strategiskt till såsom ett av de företag som bidrar till industrikombinatet på före detta Modo:s område i Örnsköldsvik. Övik Energi levererar ånga till kombinatet och köper samtidigt biogas därifrån.
Nu är planerna att kombinatet ska bli ännu större och att Hörneborgsverket får en ännu mer komplex roll. Bakgrunden är att utvecklingsbolaget Liquid Wind har målet att uppföra en anläggning för produktion av eMetanol, ett bränsle där primärenergin kommer från förnybar el.
För utvecklingen av projektet fram till kommersiell skala har Liquid Wind bildat ett konsortium. Worley håller ihop hela projektet. Viktiga partners är Carbon Clean (koldioxidavskiljning), Siemens Energy (elektrolysörer m.m.), Haldor Topsoe (metanolreaktor) och Alfa Laval (värmeväxlare).
Den producerade eMetanolen ska användas som fartygsbränsle. En stor intressent finns redan i form av Maersk som av Hyundai redan beställt sju fartyg som ska trafikera Östersjön.
Flaggskepp
Den eMetanolanläggning som planeras i Örnsköldsvik kallas FlagshipONE. Tanken är ett moduluppbyggt reproducerbart koncept som på sikt kan bidra till att 500 anläggningar likt den i Örnsköldsvik uppförs världen runt.
Förnybar el ska i elektrolysanläggningar producera vätgas med vatten som råvara. Det syre som samtidigt uppstår är i sammanhanget en restprodukt. Vätgasen går till en metanolreaktor som också matas med koldioxid, och här produceras själva metanolen.
Målet är att producera 50000 ton eMetanol per år. För elektrolysanläggningen behövs lika mycket el som till hela Örnsköldsvik stad inklusive dess befintliga industriverksamhet.
För att det hela ska bli riktigt klimateffektivt bör koldioxiden vara biogen (direkt från biologiskt material) och det är bland annat här som Övik Energi kommer in med sin bioeldade panna. Företaget ska leverera koldioxid som avskiljs ur rökgaserna. Övik Energi ska dessutom leverera det vatten som behövs, dels levereras avjoniserat vatten till elektrolysörerna och dels matarvatten till metanolreaktorn. Från FlagshipONE kommer kondensat från olika processteg som återanvänds i kraftvärmeprocessen. Omvandlingsenergi från elektrolysörer, samt kylvatten till olika processteg kommer ut i form av varmt vatten. Detta nyttjas som fjärrvärme och/eller kyls bort med fjärrkyla.
FlagshipONE-anläggningen placeras nära Hörneborgsverket och för kraftöverföringen används energiföretagets nuvarande markkabel. En befintlig tankfarm kommer att användas för lagring. Kajen för utskeppning av metanolen finns nära, därmed är infrastrukturen på platsen och logistiken kring den nära nog perfekt.
– Ledig tomtmark fanns intill oss och det är närhet till alla nyttigheter som metanolproduktionen blir beroende av, säger Rickard Pellny, strateg hos Övik Energi.
Många utmaningar
För att allt detta ska fungera krävs en långtgående integration med FlagshipONE – en enorm utmaning. Här går det med fog att använda uttrycket ”balance of plant”.
– Vi har ju redan optimerat Hörneborgsverket och det blir utmaningar att integrera också metanolfabriken och fortsätta optimeringen, säger Rickard Pellny. För att klara bland annat våra ångleveranser till befintliga kunder är vi vana att köra verket året om. I varje läge måste vi dessutom upprätthålla leveranssäkerhet gentemot våra fjärrvärme- och fjärrkylakunder.
Liquid Wind har sökt miljötillstånd och bygglov. Planen är att ha projektets hela ”paket” klart nästa år och sälja det till en investerare. I slutet av 2023 ska anläggningen kunna stå klar.
– Ett mycket högt tempo med andra ord. Detta ställer stora krav på vår projektering och det fysiska genomförandet. Jag vill betona att vi har ett mycket bra samarbetsklimat med Liquid Wind, säger Rickard Pellny.
Han tillägger att projektet i stort förutom de nämnda utmaningarna innebär en politisk risk, det vill säga vi vet inte hur energipolitiken är om exempelvis tjugo år och vi vet heller inte hur energibranschen kommer att se ut då.
Oförstörande provning – Exit X-ray
Finns det alternativa oförstörande provningsmetoder i stället för röntgen, och som klarar gällande krav? På grund av risker med strålning vill vi komma bort från röntgen. Dessutom – när det handlar om analog röntgenradiografering (med film) – vill vi undvika kemikalier och slippa besväret och tiden det tar att framkalla filmen.
Joakim Lindahl, provningschef hos KIWA, berättade om alternativa oförstörande provningsmetoder. Först är det viktigt att ha definitioner av tre begrepp kring provning klart för sig:
• Konventionell Provning. Metoder som är väl beprövade och vanligt förekommande i standarder. T.ex. röntgen och ultraljud.
• Icke Konventionell Provning. Metoder som är väl beprövade men inte vanligt förekommande i standarder. T.ex. Long Range, termografering och PMI.
• Mekaniserad Provning. Provning där konventionell eller icke konventionell teknik används manuellt med positionsåterkoppling eller med manipulator/skanner som bärutrustning.
– Kan icke standardiserad teknik användas vid tillverknings- och installationskontroll? frågade sig Joakim Lindahl. Ja, definitivt, men det ställer mycket stora krav.
Tillverkare ska ta fram avvikelserapport som visar att tekniken är ändamålsenlig och ger ett likvärdigt eller bättre resultat än konventionell teknik. Detta gör man genom:
– Teknisk motivering
– Praktisk demonstration
Bland annat kan nämnas att den tekniska motiveringen ska ha djupanalys av alla delar i systemet och riskanalys för dessa. Dokumentationen måste sammantaget bevisa att metoden är likvärdig eller bättre.
KIWA har genomfört ett projekt för att se om och hur detta går att genomföra. Man använde ett testblock med tuber som hade 28 definierade realistiska defekter. De undersöktes med röntgenradiografering, digital röntgen och Phased array (en ultraljudsbaserad teknik). Vid dubbelsidig provning med Phase array detekterades 100 procent av defekterna.
KIWA har klarat att kvalificera systemet avseende procedur, personal och utrustning, och det har resulterat i en instruktion för Mekaniserad Phase array för stumsvetsar i rör 30–114 mm diameter och 4–10 mm tjocklek. Man har påbörjat tester för större rördimensioner. Joakim Lindahl visade att resultaten kan presenteras som signalplottar i olika projektioner, alternativt också som en 3D-modell av tuben.
– Det hela går relativt snabbt, provningstiden är kort, resultatet kommer direkt och provningen går att utföra även dagtid jämfört med röntgen som oftast utföres nattetid under större projekt, berättade Joakim Lindahl.
Nutid och framtid
Han gick också igenom flera typer av mekaniserad provning och gav en försmak om provning i framtiden. För det första har Industri 4.0 inneburit nya sätt att visualisera, bland annat att knyta maskindata och provresultat till 3D-modeller. I framtiden kan AI komma att användas för att utvärdera sprickor och indikationer. Detta kan kanske lägga grunden till livslängdsberäkningar. Allt fler sensorer och allt mer maskindiagnos On Line, ger allt större datamängder, men kan ge möjligheter att tidigarelägga signaler från illavarslande trender.
– AI kan bli ett hjälpmedel för tekniker att analysera mycket stora datamängder från provningar eller andra källor. I stället för att granska tusen meter svets kan de granska just de fel som AI upptäcker, avslutade Joakim Lindahl.
//
