Koveneva kilpailu sekä kiristyvät ympäristösäädökset asettavat prosessiteollisuuden toiminnalle jatkuvia tehostamisvaateita. Likaantuvien prosessijärjestelmien energiahukka ja likaantumisen mukanaan tuoma ylimääräinen puhdistuksen tarve töineen, kemikaaleineen ja välineistöineen, on huomattava tuotannon kustannustekijä.

Kuva on pumpusta, joka puhdistettiin ultraäänen asennuksen yhteydessä 13.1.2014.

Jo muutaman millin kertymä putkistossa aiheuttaa tarpeen nostaa pumppaustehoa 5-7 prosentilla. Tämä vaikuttaa suoraan energiakuluihin, mutta on vältettävissä. Putkistojen ohella likaantumisesta kärsivät lämmönvaihtimet, joiden lämmönvaihtotehoon jo pelkkä biologinen kertymä, biofilmi, tuo kymmenien prosenttien hävikin.

Olemassa olevien prosessijärjestelmien, olivat ne sitten putkistoja, säiliöitä, lämmönvaihtimia tai muita vastaavia, puhdistaminen on jo itsessään turhaa työtä ja yleensä myös hävikkiä aiheuttavaa toimintaa, joko seisokin tai huonompilaatuisen lopputuotteen muodossa. Useimmiten prosessi joudutaan puhdistuksen ajaksi pysäyttämään, koska puhdistus vaatii laitteistojen avaamisen joko kokonaan tai osittain.

Perimmäisenä syynä prosessijärjestelmien kertymiin on yleisimmin biofilmin muodostuminen pinnoille, jotka ovat yhteydessä nesteeseen. Biofilmin syntyminen alkaa lähes välittömästi ympäristöstä riippumatta ja sen kehittyminen ongelmia aiheuttavaksi kestää muutamasta tunnista muutamiin viikkoihin kohteesta riippuen. Biofilmi edesauttaa myös mineraalikertymien ja korroosion muodostumista pinnoille, sillä pinnasta tulee helpommin tartuttava ja se myös suojaa haitallisia bakteeristoja.

Bakteereista yli 99 prosenttia elää biofilmin muodostamassa kasvupohjassa ja suojassa. Tämän johdosta biofilmi ja sen mukanaan tuomat muut haitat ovat maailmanlaajuisesti iso haaste. On esitetty laskelmia, joiden mukaan biofilmin muodostamat ongelmat vaikuttavat useamman prosentin negatiivisesti globaaliin bruttokansantuotteeseen.

Kuva samasta pumpusta 21.11.2014. Kyseistä pumppua ei ole puhdistettu tuon ajanjakson aikana, aikaisemmin se olisi puhdistettu tuolla jaksolla 4-5 kertaa.

Mineraalisten kertymien muodostuminen on monimuotoisempaa, mutta perustuu periaatteessa aina partikkelien kiteytymiseen pinnoille. Osa mineraalisista kertymistä muodostuu erilaisten kemiallisten reaktioiden johdosta ja osa kiteytyy kaikille mahdollisille pinnoille ihan ominaisesti ilman ulkopuolista vaikuttajaa.

Ääniteknologiaratkaisuiden avulla voidaan estää kertymien muodostuminen useimmissa tapauksissa kokonaan ja lopuissa pidentämään tarvittava puhdistusväli moninkertaiseksi. Modernit ultraäänijärjestelmät voidaan liittää suoraan prosessissa kiinni oleviin laitteistoihin. Menettely poikkeaa siis perinteisestä ultraäänipesusta, jossa likaantuneet osat laitetaan pesualtaaseen puhdistukseen. Ultraääniteknologiat tarvitsevat toimiakseen jonkinlaisen nestemäisen välittäjäaineen. Nesteen seossuhteella on vaikutusta ultraäänen tehokkuuteen, koska kiintoaine imee itseensä ääntä.

Käytettävyyttä kaivoskohteen nestelinjoihin

Agnico Eaglen Kittilän kultakaivos kärsi hyvin yleisestä ongelmasta, kalkkimaitoputkiston likaantumisesta. Heidän tapauksessaan ongelma oli suuri, sillä se edellytti putkilinjojen puhdistusta yhdestä kolmeen kertaan viikossa. Kaivoksella käännyttiin tutun kumppanin puoleen, jonka kanssa yhteistyössä ultraääniteknologiaa oli hyödynnetty menestyksekkäästi muissa kohteissa.

Kalkkimaitolinjaa käytetään kaivoksella prosessissa olevan rikasteen arvojen tasaamiseen CIL-säiliöissä, jolloin prosessi toimii paremmin ja se on ympäristön kannalta vähemmän kuormittava. Kalkkimaidolle on ominaista ärhäkkä kiteytyminen kaikille pinnoille, joiden kanssa se pääsee tekemisiin. Se siis aiheuttaa määräaikaista ja kohteesta riippuen tiheänkin puhdistuksen tarpeen.

Kalkkimaitolinjan ongelmaa ryhdyttiin ratkaisemaan asentamalla linjastoon ultraäänilähettimiä siten, että koko linjasto saatiin toimittajan tekemän mitoituksen mukaisesti ultraäänen vaikutuksen piiriin. Järjestelmä asennettiin linjastoon sen puhdistuksen yhteydessä joulukuussa 2013. Linjastoa ryhdyttiin puhdistuksen jälkeen ajamaan normaalisti ja sen likaantumista seurattiin säännöllisesti prosessin käydessä.

Prosessia seurattiin aina kesäkuun 2014 alkuun saakka, jolloin tuotannon laajennuksessa otettiin käyttöön täysin uusi kalkkilinjasto. Puolen vuoden käyttöjaksolla kalkkilinjastoa ei puhdistettu kertaakaan ja linjastossa ei havaittu merkkejä tukkeutumisesta. Järjestelmän avulla päästiin kyseisessä kohteessa puhdistusvälissä päivistä kuukausiin. Tässä tapauksessa takaisinmaksuaika saavutettiin alle kahdessa viikossa.

Parannusta lämmönvaihtimien hyötysuhteeseen

Ultraäänijärjestelmien avulla on myös saavutettavissa suuria parannuksia lämmönvaihtimissa, jotka ovat erityisen herkkiä likaantumaan. Pienikin likaantuminen lämmönvaihtopinnoilla aiheuttaa merkittävän energiahukan. Tutkimusten mukaan jo 0,8mm kertymä aiheuttaa noin 20 prosentin energiahävikin.

Kun kyseessä on biofilmikertymä, vastaava hävikki aiheutuu jo 0,18mm kertymällä. Biofilmi eristää siis moninkertaisesti normaaliin lian muodostamaan kertymään verrattuna. Kannattaa pitää mielessä, että lähes kaikissa vesipitoisissa seoksissa muodostuu biofilmiä.

Nykyisin hyödynnetään laaja-alaisesti ultraääniratkaisuja estämään biologiset ja mineraaliset kertymät sekä levy- ja putkilämmönvaihtimissa. Kokemukset osoittavat, että huomattavia parannuksia tehokkuuteen on helposti saavutettavissa. Esimerkkitapauksessa rikastamossa ajetaan rikastetta levylämmönvaihtimen lävitse molemmilla puolilla. Virtaavat rikasteet ovat eri prosessivaiheissa. Lämmönvaihtimen avulla esilämmitetään toista rikastetta ja viilennetään toista, jolloin saavutetaan merkittävä energian säästö.

Kohteen lämmönvaihdin pestiin aikaisemmin säännöllisesti kerran kuukaudessa. Ultraääniratkaisun asentamisen jälkeen prosessia on ajettu jo 3,5 kuukautta ilman puhdistusta ja lämmönvaihtimen hyötysuhde on edelleen suuruusluokkaa 95 prosenttia.

Ultraäänijärjestelmän etuina ovat energia-, työ- sekä kemikaalisäästöjen lisäksi helppo asennus niin olemassa oleviin kuin uusiinkin käyttökohteisiin. Järjestelmän asennus tapahtuu kiinnittämällä lähettimet putkistojen, säiliöiden tai lämmönvaihtimien pintoihin. Lähettimien tuottama ultraääni johdetaan materiaalia pitkin itse nesteeseen ja se aiheuttaa reaktion pintamateriaalin ja nesteen väliin. Tämä estää kertymien syntymisen ja tuhoaa biofilmin, bakteereita sekä muita yksisoluisia organismeja.

Vähennystä vesilaitosten puhdistuksiin

Vastaavia kohteita löytyy lähes kaikista nestepohjaisista prosesseista. Esimerkiksi vesilaitoksen kalkkilinjasto oli aikaisemmin puhdistettava 4 – 5 kertaa vuodessa. Kun linjastoon asennettiin vuoden 2014 alussa ultraäänipuhdistus, pumppu ja putki ovat pysyneet puhtaina, eli puhdistustarve on merkittävästi alentunut.

Ultraääni on erittäin tehokas ja ympäristöystävällinen tapa estää kertymien syntyminen ja näin pidentää prosessien ajoaikoja, tehostaa energiatehokkuutta sekä vähentää puhdistustyön ja siihen käytettävien kemikaalien ja laitteistojen kustannuksia. Teknologia on hyvä esimerkki siitä, miten modernien ratkaisujen avulla voidaan parantaa yritysten toimintaedellytyksiä ja samalla pienentää ympäristölle aiheutuvaa kuormitusta.

Bo Malmberg
Abillion Oy,
bo@abillion.eu