Kaukolämpöverkon erottaminen alueisiin verkon suurhäiriötilanteessa

Transkriptio

1 Martti Ilvesmäki Kaukolämpöverkon erottaminen alueisiin verkon suurhäiriötilanteessa Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinööri (AMK) Kone- ja tuotantotekniikka Insinöörityö

2 Tiivistelmä Tekijä Otsikko Sivumäärä Aika Martti Ilvesmäki Kaukolämpöverkon erottaminen alueisiin verkon suurhäiriötilanteessa 54 sivua + 20 liitettä Tutkinto Insinööri (AMK) Koulutusohjelma Kone- ja tuotantotekniikka Suuntautumisvaihtoehto Energia- ja ympäristötekniikka Ohjaajat Lehtori Tomi Hämäläinen Insinööri Jarmo Niemelä Tämä insinöörityö tehtiin toimeksiantona Fortum Power and Heat Oy:lle. Työ käsittää toimintasuunnitelman Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämpöverkon jakamiseksi osiin suurhäiriötilanteessa. Lisäksi työssä suunniteltiin parannuksia verkon erotuskaivojen löydettävyyden ja käytettävyyden parantamiseksi. Kaukolämpöverkon jakaminen osiin parantaa sen toimintavarmuutta. Osittaminen suoritetaan kaukokäyttöisillä sulkuventtiileillä, sillä suurhäiriötilanteessa täytyy toimia nopeasti lämmönjakelun turvaamiseksi. Nopea erottaminen turvaa voima- ja lämpölaitosten toimintaa. Työ aloitettiin selvittämällä verkon jakopisteiden nykytila. Selvitys tehtiin tutustumalla aiemmin tehtyyn materiaaliin, tarkastamalla verkon erotuskaivot ja osittamiseen liittyvät pumppaamot sekä haastattelemalla työntekijöitä. Tarkoituksena oli selvittää kohteissa tarvittavat toimenpiteet kaukokäytettävyyden mahdollistamiseksi. Kartoituksen perusteella luotiin jokaiselle kohteelle tarvittavien toimenpiteiden luettelo ja kulkukaavio näyttäen työn etenemisvaihtoehdot. Suunniteltujen hankintojen ja toimenpiteiden perusteella laadittiin lopuksi budjettiarvio. Työtä tullaan käyttämään pohjasuunnitelmana varsinaisen projektin alkaessa. Projektin aluksi kaivot tulee läpikäydä kulkukaavioiden ohjeiden mukaisesti, jolloin saadaan tarkasti tietoon tarvittavat hankinnat (venttiilit ja toimilaitteet). Kartoituksen jälkeen suoritetaan tarvittavat hankinnat ja aloitetaan kohteiden uudistustyöt. Projektin lopuksi suoritetaan kaukokäyttöohjelman käyttöönotto. Avainsanat Kaukolämpöverkko, Fortum, kaukokäyttö, kaukolämpövuoto

3 Abstract Author Title Number of Pages Date Martti Ilvesmäki Dividing District Heating Network into Segments in Case of Major Disruption 54 pages + 20 appendices 21 April 2016 Degree Bachelor of Engineering Degree Programme Mechanical Engineering and Production Technology Specialisation option Energy and Environmental Engineering Instructors Jarmo Niemelä, B.Sc. Tomi Hämäläinen, Senior Lecturer This Bachelor s thesis was commissioned by Fortum Power and Heat Oy. The objective of the thesis was to design an implementation plan how to divide the district heating network of Espoo, Kauniainen and Kirkkonummi into segments. In addition, better discoverability and usability of underground wells were examined. Dividing the district heating network into segments will improve the reliability of operation and maintenance. The division will be carried out using wireless valves, because they are quick and efficient to use. In the worst case, the plant producing heat might have to be shut down and therefore it is crucial to organize the division efficiently. The research was started by examining the valve locations of the district heating network. The study was carried out by reviewing topic-related material, visiting the network locations and interviewing employees. The goal was to discover necessary improvements to be carried out at the locations. As a result, a step-by-step plan and a flow diagram were created for every valve location. The plan and diagram illustrate the required actions which can be carried out at the sites. Finally, cost estimates were calculated based on the planned acquisitions and improvement suggestions. In the future, the created plan will be implemented in the upcoming project. For the project to be successful, the valves and control units have to be carefully tested to find out the quantity of new valves and units to be purchased. After purchasing the required components, the site renovations can be started. In conclusion, the division project will improve the future operational reliability of the district heating network. Keywords District heating, Fortum, district heating network, district heating leak

4 Sisällys 1 Johdanto 1 2 Fortum Oyj Liiketoiminta Fortum Suomessa 2 3 Kaukolämpö Kaukolämpöverkon toiminta Kaukolämmön edut Kaukolämmön ongelmat 6 4 Kaukolämpöverkon käyttö, kunnossapito ja perusparantaminen Kunnossapito ja kunnonvalvonta Menetelmät Kaivohuollot Suurvauriot ja vuodot Perusparantaminen Kaukokäyttö Kaukolämpöventtiilit 12 5 Verkon jakaminen osiin Toimintaperiaate Lähtötilanne Sulkupisteiden ja töiden kartoitus 15 6 Kaukokäytettävän sulkuventtiilin valinta Kaukokäytettävän sulkuventtiilin toimintaperiaate Kaukokäytettävien sulkuventtiilien vaatimukset Toimilaitteet 19

5 7 Työn toteuttaminen Suuralueet Venttiilien kunnon ja kaivojen tilavuuden tarkistus Kaivot Pumppaamot Sähkö- ja automaatiotyöt Huomiotolppien asennukset 46 8 Yhteenveto 53 Lähteet 54 Liitteet Liite 1. Länsi-suuralueen kartta Liite 2. Länsi-Pohjoinen-suuralueen kartta Liite 3. Länsi-Etelä-suuralueen kartta Liite 4. Kohteiden tarkistuslista Liite 5. Työn toteutus Liite 6. Huomiokyltti-malli kaivoihin Liite 7. Kaivon 707 toteutuksen prosessikaavio Liite 8. Kaivon 6449 toteutuksen prosessikaavio Liite 9. Kaivon 1909 toteutuksen prosessikaavio Liite 10. Kaivon 1638 toteutuksen prosessikaavio Liite 11. Kaivon 1630 toteutuksen prosessikaavio Liite 12. Suvelan pumppaamon toteutuksen prosessikaavio Liite 13. Kaivon 175 toteutuksen prosessikaavio Liite 14. Kaivon 2599 toteutuksen prosessikaavio Liite 15. Kaivon 2678 toteutuksen prosessikaavio Liite 16. Olarin pumppaamon toteutuksen prosessikaavio Liite 17. Kilon pumppaamon toteutuksen prosessikaavio Liite 18. Laajalahden pumppaamon toteutuksen prosessikaavio Liite 19. Tarvittavat sähkö- ja automaatiotyöt kohteissa Liite 20. Budjetointi (vain työn tilaajan käyttöön)

6 1 1 Johdanto Insinöörityö toteutettiin Fortum Power and Heat Oy:lle. Työn aiheena on suunnitella Fortumin Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämpöverkon jakaminen osiin kaukokäyttöisten venttiilien avulla. Kaukokäyttöiset venttiilit mahdollistavat suurhäiriötilanteessa vuotoalueen nopean rajaamisen sekä turvaavat lämmönjakelun muihin kohteisiin. Suurvaurion sattuessa kuuma kaukolämpövesi voi aiheuttaa vahinkoa vuotoalueen ympäristölle, vaaratilanteen lähistöllä oleville ihmisille sekä taloudellisia vahinkoja etenkin, jos verkon paine pääsee laskemaan alhaiseksi, jolloin paineiden palautus ja verkon täyttö vievät paljon aikaa. Nopeakäyttöisten kauko-ohjattavien venttiilien avulla vuotoalue saadaan tehokkaasti rajattua muusta kaukolämpöverkosta. [1.] Työn tavoitteena on tehdä selvitys, jossa tutustutaan jo aloitettuun työn suunnitelmaan, kartoitetaan verkon jakopisteet, suunnitellaan budjetti, valitaan kaukokäyttöiset venttiilit ja niiden toimilaitteet. Lopuksi työssä tehdään varsinainen toimintasuunnitelma. Lisäksi insinöörityössä perehdytään Fortumin organisaatioon, kaukolämmön ja sen kunnossapidon teoriaan sekä kaukolämpöverkon toimintaan. 2 Fortum Oyj Fortum Oyj on suomalainen energia-alan osakeyhtiö. Yhtiö työllisti henkilöä vuonna 2015 ja sen liikevaihto oli milj. euroa. Fortum tuottaa ja myy asiakkailleen lämpöä, jäähdytystä ja sähköä sekä panostaa energiateknologian tutkimukseen. Toimintaa yrityksellä on Pohjoismaiden lisäksi Baltian maissa, Venäjällä, Puolassa ja Intiassa. Fortum pyrkii toiminnallaan olemaan puhtaan energian edelläkävijä, ja yhtiöllä onkin aurinkovoimalaitoksia toiminnassa Intiassa. [2.]

7 2 2.1 Liiketoiminta Fortumin liiketoiminta jakautuu kolmeen osa-alueeseen: 1. Power and Technology -segmentti sisältää lämpö-, ydin- ja vesivoimantuotannon, asiantuntijapalvelut, kehitys- ja teknologiatoiminnot sekä tuotannonohjauksen 2. Heat, Electricity Sales and Solutions -divisioona sisältää aurinkovoiman tuotannon, kaukolämpöliiketoiminnan, sähkön ja lämmön yhteistuotannon, sähkön myynnin sekä konsernin kestävän kehityksen ratkaisut 3. Russia -divisioona sisältää lämmön ja sähkön liiketoiminnan ja tuotannon Venäjällä. 2.2 Fortum Suomessa Fortum perustettiin vuonna 1998, Neste Oyj:n ja Imatran Voima Oy:n yhdistyessä. Yhtiön pääkonttori sijaitsee Espoon Keilaniemessä. Fortumin sähköntuotantokapasiteetti oli MW vuonna 2014, lämmöntuotantokapasiteetin ollessa MW. [2.] Fortumilla on Suomessa yhteistuotantolaitoksia sekä lauhde-, vesi- ja ydinvoimalaitoksia. Voimalaitokset tuottavat sähköä valtakunnan verkkoon ja yhteistuotantolaitokset sähkön lisäksi kaukolämpöä paikalliseen käyttöön. Lisäksi Espoon Suomenojassa tuotetaan kaukojäähdytystä asiakkaille lämpöpumpuilla. Fortumilla on voimalaitosyhteisomistuksia Teollisuuden Voiman ja Turun Seudun Energiatuotanto Oy:n kanssa. [2.]

8 3 Yrityksellä on voimalaitoksia Suomessa seuraavasti: 1. Sähkön ja lämmön yhteistuotantovoimalaitokset Suomenojan voimalaitos Järvenpään voimalaitos Joensuun voimalaitos Naantalin voimalaitos - Fortumin omistusosuus 49,5 % 2. Lauhdevoimalaitokset Meri-Porin voimalaitos 3. Ydinvoimalaitokset Loviisan voimalaitos Fortum tuottaa kaukolämpöä Espoon, Kauniaisten, Kirkkonummen, Tuusulan, Järvenpään ja Joensuun alueilla. Kaukokylmää tuotetaan Espoossa Matinkylän, Tapiolan ja Suomenojan alueille. Insinöörityössä tutkitun alueen kaukolämmityksen tuotantolaitoksena toimii Suomenojan voimalaitos. [2.] 3 Kaukolämpö Kaukolämpö on rakennusten ja käyttöveden lämmitykseen käytettävää tekniikkaa, johon tarvittava energia tuotetaan voima- ja lämpölaitoksilla. Lämpö johdetaan asiakkaille putkistoa eli kaukolämpöverkkoa pitkin nesteenä tai höyrynä. Euroopassa on yleisesti käytössä vesiputkijärjestelmä, kun taas Pohjois-Amerikassa käytetään pääasiassa höyryä, mikä on tehottomampaa nesteeseen nähden. [3, s ]

9 4 3.1 Kaukolämpöverkon toiminta Lämpö siirretään menoputkea pitkin tuotantolaitokselta asiakkaille. Kaukolämpövesi kiertää asiakkaalle luovuttaen lämpöä lämmönsiirtimen kautta ja palaa jäähtyneenä takaisin paluuputkea pitkin tuotantolaitokselle. Kyseistä tekniikkaa kutsutaan kaksiputkijärjestelmäksi (kuva 1), joka on myös Suomessa käytössä. Kaukolämpöveden maksimilämpötila on yleensä C (Suomessa ehdoton maksimilämpötila 120 C), mutta korkeampiakin lämpötiloja on käytössä. Esimerkiksi Venäjällä kaukolämpöveden lämpötila on 150 C. Tanskan kaukolämpöveden lämpötila on puolestaan 90 C. Korkeat lämpötilat ovat kannattavia pitkillä siirtomatkoilla, mutta matalan lämpötilan käyttö on yleensä edullisempaa, sillä se nostaa yhteistuotannossa sähköntuotantokapasiteettia. Toisaalta, matalan lämpötilan järjestelmästä ja suuresta sähköntuotantokapasiteetista ei ole niin huomattavaa hyötyä sähkön hinnan ollessa alhaalla. [3, s. 29, 44.] Kuva 1. Kaksiputkijärjestelmä [3, s. 43]. Kaukolämpöverkon toiminta perustuu kaukolämpöpumppujen paine- ja imupuolen välillä vallitsevaan paine-eroon, mikä saa aikaan verkon vesikierron. Verkon paine-eron mitoitus suoritetaan epäedullisimman asiakkaan mukaan eli kaukaisimmalta asiakkaalta tehdyn paine-eromittauksen perusteella. Epäedullisimman asiakkaan paine-eron mittarilukeman on oltava vähintään 0,6 bar. Verkon paineenpito toteutetaan yhden voima- tai lämpölaitoksen paineenpitopumpun avulla. Vesikierto puolestaan suoritetaan erillisillä pumpuilla, jolloin kaukolämpövesi kiertää järjestelmässä matalamman paineen suuntaan.

10 5 Suljetussa vesiputkijärjestelmässä paine on pidettävä tarpeeksi korkeana höyrystymisen välttämiseksi. Kavitaatio on ilmiö, jossa veden paine laskee veden kylläisen paineen alapuolelle aiheuttaen veden höyrystymisen. Paineen laskusta johtuva kavitaatio aiheuttaa suljetussa kaukolämpöverkossa eroosiota ja putken pinnan rappeutumista. Lisäksi toimilaitteet, etenkin pumput ovat hajoamisvaarassa, höyrykuplien hajotessa paineen nousun yhteydessä. [3, s ; 4, s. 371.] 3.2 Kaukolämmön edut Kaukolämpö sopii parhaiten tiheästi asutuille alueille. Välimatkojen pidentyessä lämpöhäviöt kasvavat, jolloin on taloudellisesti kannattavaa rakentaa lämmöntuotantolaitos lähelle asutusta. Suurin osa Suomessa tuotettavasta kaukolämmöstä tuotetaan sähkön ja lämmön yhteistuotantona eli CHP- menetelmällä (combined heat and power). Sähköntuotannon yhteydessä voimalaitosprosessissa vapautuu huomattava määrä lämpöenergiaa, joka voidaan joko lauhduttaa mereen, järviin tai jäähdytystornien kautta ilmaan. Vaihtoehtoisesti lämpö voidaan kerätä talteen ja hyödyntää kaukolämpönä. Yhteistuotantovoimalaitokset tuottavat nimensä mukaisesti sähkön lisäksi lämpöä, ja ne voidaan jakaa vastapaine- ja väliottovoimalaitoksiin. Tavallisen lauhdevoimalaitoksen hyötysuhde on noin 40 %, mutta mikäli sähköenergian lisäksi vapautuva lämpöenergia hyödynnetään, saavutetaan jopa yli 90 %:n hyötysuhde. Kaukolämmön tuotanto on siis taloudellisesti kannattavaa etenkin CHP- menetelmällä. Parantunut hyötysuhde tekee kaukolämmöstä ympäristöystävällisen lämmitysmuodon, ilman hyödyntämistä lämpöenergia menisi hukkaan. [3, s ] Muista menetelmistä soveltuvimmat kaukolämmön tuotantoon yhteistuotannon lisäksi ovat aurinko- ja geotermisen energian hyödyntäminen. Molemmat ovat uusiutuvia energianlähteitä, ja etenkin aurinkoenergiateknologioita on tutkittu paljon. Kyseisiä menetelmiä on tutkittu runsaasti maailmalla matalan lämpötilan kaukolämpöjärjestelmissä, joissa kiertoveden lämpötila on alle 80 C. ÅF-Consult Oy:n suorittaman selvityksen mukaan [6, s.11] Suomessa aurinkoenergian käyttäminen lämmitykseen ei nykyisillä järjestelmillä olisi kannattavaa, sillä Suomen kaukolämpöverkot toimivat korkeissa lämpötiloissa. Lämmitysmuotona kaukolämpö on käyttövarma eikä edellytä asiakkaalta käyttö- tai huoltotöitä. [5; 6.]

11 6 3.3 Kaukolämmön ongelmat Suurimmat kaukolämmön ongelmat ovat suuret alkuinvestoinnit rakennuttaessa kaukolämpöjärjestelmää sekä kulutusvaihtelut eri vuodenaikoina. Alkuinvestointien korkeat hinnat ovat yksi syy kaukolämpömarkkinoilla vallitsevaan epäterveeseen kilpailuun. Ainoastaan suurilla yrityksillä on riittävät taloudelliset resurssit kaukolämpöhankkeiden toteuttamiseen ja perinteisesti kunnat sekä kaupungit ovat olleet tukemassa huomattavasti paikallisia energiayhtiöitä. Yksityiselle kuluttajalle kaukolämpöverkkoon liittyminen vaatii myös huomattavia alkuinvestointeja. Toisaalta, kaukolämpöliittymä nostaa kiinteistön arvoa ja lämmitysmuotona kaukolämpö on kilpailukykyistä ja käyttövarmaa. Lämmön siirrossa esiintyy lämpöhäviöitä, jotka ovat taloudellisesti ongelmallisia ja kaukolämpöjärjestelmän takaisinmaksuaika pitenee aina kytkettäessä kaukana toisistaan sijaitsevia lämmitysalueita verkkoon. [3, s ] 4 Kaukolämpöverkon käyttö, kunnossapito ja perusparantaminen 4.1 Kunnossapito ja kunnonvalvonta Menetelmät Kaukolämpöjärjestelmän kunnossapidon lähtökohtana on ylläpitää tuotanto- ja jakelukapasiteettia optimikustannuksin. Kaukolämpöverkon kunnossapito sisältää ennaltaehkäisevän ja korjaavan huollon sekä kunnonvalvonnan. Tavoitteena on estää verkon vikaantuminen ja löytää perusparannettavat käyttökohteet käytettävyyden ja verkon elinkaaren parantamiseksi. Verkon huoltoon ja kunnonvalvontaan kuuluvat kaivojen, lämpökeskusten sekä avojohtojen huollot. [3, s ] Maanalaisten johtojen kunnonvalvonta on välttämätöntä, jotta voidaan seurata verkon perusparannus- ja huoltotarvetta. Seurantaa voidaan tehdä useilla menetelmillä, tärkeimmiksi voidaan luokitella kaivojen säännöllinen kunnonvalvonta sekä lisäveden kulutuksen seuranta. Oleellisimpana mittarina kaukolämpöverkon kunnolle onkin lisäveden kulutus, joka kertoo myös verkon tiiveydestä. Jos lisäveden kulutus kasvaa, on verkossa todennäköisesti vuoto.

12 7 Muita yleisimpiä menetelmiä maanalaisten johtojen kunnonvalvonnassa ovat riskialueiden lämpökamerakuvaukset, betonikanavan kuvaukset, rasituskokeet, johtojen sähköinen kosteudenvalvonta sekä virtausputkien seinämänpaksuusmittaukset. Robottikameraa käytetään epäillessä betonikanavan vuotoa. Maanpäältä ohjattavalla robotilla pyritään paikallistamaan vuoto kanavan sisältä. Kiinnivaahdotetuissa johdoissa puolestaan voidaan hyödyntää kosteudenvalvontajärjestelmää. Menetelmässä kiinnivaahdotettuun johtoon asennetaan kosteudenmittausanturi, joka antaa hälytyksen havaittaessa kosteutta johtorakenteissa. [3, s ] Kunnonvalvontaa pyritään jatkuvasti kehittämään uusilla menetelmillä. Suomessa on yhtenä uusimmista keinoista vuotojen paikallistamiseen kaukolämpöverkolla otettu käyttöön kaukolämpökoira. Koira on koulutettu löytämään kaukolämpövuodot hajuaistinsa avulla, joka on varsinkin kesällä käytännöllistä vuotojen vaikean paikallistamisen takia. Ruotsissa on puolestaan tutkittu infrapunakuvausteknologian hyödyntämistä vuotojen ja lämpöhäviöiden paikallistamisessa. Tekniikka on suhteellisen tarkkaa ja vaikuttaa tutkimustulosten perusteella lupaavalta. Lämpökamerakuvauksia voidaan suorittaa ilmasta tai maanpäältä käsin joko jalkaisin tai autolla. Helikopteria käytettäessä on vuodon paikallistaminen nopeaa, mutta tekniikka vaatii vielä jatkotutkimuksia maaperän rakenteen ja sään vaikutuksista lämmönsiirtoon. Infrapunakuvaustekniikka on kehittynyt valtavasti viimeisen 20 vuoden aikana. Vielä 1990-luvulla tekniikka oli hyvin epätarkkaa, jolloin kuvausten tekeminen oli kannattavaa ainoastaan kriittisille kohteille. [6; 7; 8.] Paineen aleneman mittauksen hyödyntämistä vesivuodon paikallistamisessa on tutkittu viime vuosina. Mittauksen perusteella paikannetaan aluksi, onko kyseinen vuotokohde meno- vai paluupuolen linjassa, minkä jälkeen otetaan seuraava verkon solmukohta referenssipisteeksi ja ääniaaltojen mittauksen avulla paikannetaan putkirikon sijainti. Menetelmän ongelmana on sen vaatima suoritusnopeus, sillä paine pyrkii tasaantumaan linjassa nopeasti vuodon jälkeen. Menetelmä on tehokkain suurten vuotojen paikallistamiseen. [6.]

13 8 Ruotsissa on tutkittu betonikanavien kunnonmäärittämiseen erilaisia menetelmiä, muun muassa seinämien ultraäänimittauksia, kanavan sisäosien kuvauksia, helikopteriilmakuvauksia sekä heliumin käyttämistä vuodon paikallistavana indikaattoriaineena. Tulosten perusteella toimivaksi ratkaisuksi havaittiin hälytyslangan käyttö betonikanavan pohjalla. Keskeiseksi tekijäksi kanavien kunnon säilyttämiseksi todettiin kuivana pitäminen sekä sujuttaminen. [6.] Kaivohuollot Maanalaisten johtojen kunnonvalvonta perustuu pääasiassa kaivohuoltoihin. Kaivoja kuuluu huoltaa ja pumpata säännöllisesti kunnon ylläpitämiseksi ja seuraamiseksi. Uudemmissa kiinnivaahdotetuissa maaventtiilikaivoissa pumppauksia ei täydy suorittaa säännöllisesti, mutta vanhemmissa betonielementtikaivoissa (kuva 2) tämä on oleellista, sillä kaivossa oleva vesi ja kosteus rappeuttavat kaivon putkia ja toimilaitteita. Kaivojen kuntoa seurataan ennakkohuolloilla ja kaivojen huoltotarve luokitellaan kosteusvalvonnan ja vuotovesimäärien seuraamisen avulla. [3, s ] Kuva 2. Kuva betonielementtikaivon sisältä.

14 Suurvauriot ja vuodot Suurvaurion sattuessa kaukolämmön toimitusta ei voida taata suurelle määrälle asiakkaita johtuen vauriosta kaukolämpöverkolla tai lämpöä tuottavalla laitoksella. Käytännössä tämä tarkoittaa tilannetta, jossa verkolla on sattunut suuri vuoto tai lämmöntuotantolaitos on alhaalla esimerkiksi sähkökatkon takia. Pahimmassa tapauksessa vaurio sattuu alueella, jolla on paljon ihmisiä, mikä aiheuttaa vaaratilanteen. Lisäksi taloudelliset vauriot voivat olla mittavia, mikäli vettä ei pystytä tuottamaan tarpeeksi, jolloin vaarana on lämpöä tuottavien laitosten alasajo. [1.] Vuodot voivat aiheutua kaukolämpöjohtojen luonnollisesta kulumisesta, ulkoisen voiman aiheuttamasta vauriosta, vanhoista toimilaitteista, lämpötilan muutoksesta sekä paineiskuista. Tästä johtuen kaukolämpöverkon kunnonvalvonta ja perusparantaminen ovat välttämättömän tärkeitä toimenpiteitä. Ulkoiseksi voimaksi voidaan laskea esimerkiksi kaivinkoneen kauhan aiheuttama vaurio kaukolämpöjohtoon. Vuotoja tapahtuu vanhoissa linjoissa ja sen toimilaitteissa varsinkin keväällä ja talvella ulkolämpötilan suuren vaihtelun aiheuttaman lämpölaajenemisen takia. [1.] Paineiskut ovat erittäin vaarallisia, ja ne lukeutuvat suurvaurioiden potentiaalisiin aiheuttajiin. Niitä voi syntyä etenkin pumppujen ja venttiilien huolimattomasta käytöstä. Kaukolämpöverkon paineen laskiessa alle kiertävän veden kylläisen paineen, vesi höyrystyy putkessa. Paineen jälleen noustessa, höyry muuttuu takaisin vedeksi, mikä aiheuttaa suuren paineennousun verkossa. Paine ylittää kaukolämpöverkon rakennepaineen (max. 16 bar) ja saattaa tuhota toimilaitteita tai linjaa aiheuttaen vuotoja. Etenkin pumppujen kierrosmäärän muuttaminen on vaarallista, sillä äkillinen kierrosten nostaminen voi aiheuttaa paineiskuja. Myös venttiilien varomaton käyttö aiheuttaa paineiskuja. Suljettaessa venttiili liian nopeasti kasvaa menopuolen paine räjähdysmäisesti. Tästä syystä suurten sulkuventtiilien yhteyteen asennetaan pienempiä ohitusventtiileitä. Tehokkain keino ennaltaehkäistä paineiskujen syntyä on henkilökunnan asianmukainen kouluttaminen. [3, s ]

15 10 Suuret vuodot aiheuttavat hälytyksen valvomolle. Vauriotilanteessa valvomon operaattori havaitsee lisäveden kulutuksen kasvavan, verkon paineen laskevan ja automaatiotoimilaitteiden käynnistyvän. Ehdottoman tärkeää on nopea tilannekuvan muodostaminen ja yhteydenotto kaukolämpöverkon kunnossapidon päivystäjään, jolloin vuotoaluetta voidaan ryhtyä paikantamaan. Suurten vuotojen tapauksessa yleisin paikannuskeino on kuitenkin ohikulkijan havainto hajonneesta putkesta johtuen sen aiheuttaman vesisuihkun ja höyrypilven näyttävyydestä. Kaukolämpöveden tunnistettavuutta lisää siihen lisätty väriaine. Yleisin käytetty aine tarkoitukseen on Pyranin, sillä se on myrkytön, taloudellisesti kannattavin, kaukolämpöjärjestelmiin soveltuva eikä se aiheuta ympäristölle haittaa. [1; 7.] 4.2 Perusparantaminen Kaukolämpöjärjestelmien vanhetessa on perusparantaminen välttämätöntä kunnon ylläpitämiseksi. Viime vuosien aikana on perusparantamiseen liittyvien töiden osuus Suomessa ollut nousussa verkon vanhetessa. Perusparannustyöt otetaan huomioon laitosten vuotuisissa rakennussuunnitelmissa ja töiden tunnusmerkkinä onkin niiden suunnitelmallisuus. Kunnossapito- ja perusparannuksen strategioissa on päätettävä, otetaanko käyttöön pitkän vai lyhyen tähtäyksen suunnitelma. Pitkän tähtäyksen suunnitelman kannattavuutta voi perustella perusparantamiseen vaikuttavien muutostekijöiden hitaudella ja käytettävän materiaalin luotettavuudella. Suunnitelmassa ongelmaksi voi kuitenkin muodostua parempikuntoisten kohteiden kunnostaminen huonokuntoisten tai vaurioituneiden kohteiden sijaan. Lyhyen tähtäyksen suunnitelmaa voidaankin monessa tapauksessa pitää parempana, jolloin perusparantaminen tehdään oikeisiin kohteisiin ja vanhat järjestelmän osat tulee käytettyä loppuun asti. [3, s ]

16 11 Perusparannustoiminta voi olla ulkopuolisista tekijöistä johtuvaa, uudistavaa tai korvaavaa. Ulkopuolisista tekijöistä johtuvaa perusparannustyötä voi olla esimerkiksi rakennushankkeesta tai kaavamuutoksista johtuva maanalaisten linjojen uudistustarve. Uudistavalla perusparantamisella korvataan vanhaa linjaa uudella johdolla ja toimilaitteilla. Työssä on oleellista suunnitella vanhan ja uuden linjan yhteensopivuus ongelmilta välttymiseksi työtä tehdessä. Lisäksi johdon mitoituksen tarkastus, uusien asiakkaiden lämmönsaannin varmistaminen, edullisimman johtoreitin selvittäminen sekä uusien tuotannoninnovaatioiden huomioiminen on oleellista uudistavassa perusparantamisessa. Korvaavalla perusparantamisella tarkoitetaan puolestaan uudisrakentamiseen ja perusparantamiseen liittyvää uuden linjan rakennuttamista, jolla korvataan aiemmin käytössä olleen vanhan linjan osaa. [3, s ] 4.3 Kaukokäyttö Kaukokäytöllä pyritään ohjaamaan sekä valvomaan kaukolämpöverkon ja lämpökeskusten toimintaa. Tämä suoritetaan valvomalla lämmön laatua, varmistamalla lämmöntoimitus sekä ennakoimalla vaurioita. Kaukokäytön toteutus ja hallitseminen suoritetaan miehitetystä kaukolämpövalvomosta käsin, josta voidaan myös päivittää tarvittaessa järjestelmää. Suoritettavia toimintoja ovat muun muassa tuotannonohjaus, pumppujen ja venttiilien kauko-ohjaus, ala-asemien loogiset toiminnot sekä niiden mittaukset, verkonkäytön seuranta, hankinnan optimointi, tunnuslukujen raportointi ja häiriökirjaukset. [3, s. 346.] Valvomon lisäksi järjestelmän toimintoja suoritetaan ala-asemien avulla eri valvontapisteissä, joihin on sijoitettu siirrettävät päätteet. Näihin lukeutuvat paine-ero-, mittaus-, venttiili-, lämpökeskus- ja pumppaamoasemat. Viestiliikenne voidaan hoitaa puhelinverkon, ISDN-verkon, GSM/GPRS- verkon, radioverkon, muiden langattomien yhteyksien tai kaapeliverkon avulla. Kaapeliverkkoa on käytetty yleisimmin, mutta langattomat verkot ovat tehokkaampia, kun asennukset on tehty huolellisesti, jolloin nopeus ja varmuus ovat toimivalla tasolla. [3, s. 346.]

17 Kaukolämpöventtiilit Kaukolämpöjärjestelmässä käytetään erilaisia venttiileitä kohteesta ja käyttötarkoituksesta riippuen. Venttiilit voidaan luokitella sulku-, ilmanpoisto-, tyhjennys-, ohitus- ja säätöventtiileihin. Ilmanpoisto-, tyhjennys- ja ohitusventtiileitä tarvitaan täytettäessä ja tyhjennettäessä linjaa. Sulkuventtiileillä mahdollistetaan verkon osittaminen ja alueiden erottaminen toisistaan. [3, s. 167.] Kuva 3. Ylemmässä kuvassa palloventtiili ja alemmassa läppäventtiili [3, s. 168]. Insinöörityössä keskityttiin erityisesti sulkuventtiilien valintaan ja eri sulkuventtiilivaihtoehtoihin. Nykyään käytössä olevat sulkuventtiilit ovat pallo- ja läppäventtiilejä (kuva 3). Näistä kahdesta palloventtiilit ovat tiiveydeltään ja käyttövarmuudeltaan erinomaisia. Palloventtiilejä käytetään pääsääntöisesti aina putkikoon ollessa alle DN 200.

18 13 Putkikoon ylittäessä DN 400 palloventtiilien koko ja hinta kasvavat reilusti verrattuna läppäventtiileihin, jolloin niiden käyttö on perusteltua. Kuitenkin, jos valintaprioriteettina on turvallisuus ja erinomainen tiiveys taloudellisen voiton sijaan, voidaan palloventtiilien käyttöä perustella myös suuremmalla putkikoolla. Erityisesti kriittisiin pisteisiin palloventtiilien valitseminen on järkevä ratkaisu. Venttiilien toimilaitteena käytetään DN 125 ja sitä pienemmissä sulkulaitteissa käsivipua tai T-avainta. DN 150 ja sitä suuremmissa sulkulaitteissa käytetään puolestaan kierukkavaihdetta. Vaihteen asennuksessa tulee huomioida käytön varmistaminen tiepinnasta jatkovartta käyttäen sekä sen vaihtomahdollisuus ilman putkiston tyhjentämistä. [3, s. 167.] Pääasiassa venttiilit asennetaan esieristettynä pakettina linjaan ja karanpäät tuodaan maaventtiilikaivoon (kuva 4). Suuremmilla venttiileillä sijoitus voidaan tehdä myös betonielementtikaivoon, jolloin kaivoon tulee asentaa myös ilmanpoistot ja tyhjennykset. Sulkuventtiilien sijoituksessa tulee huomioida erityisesti niihin kohdistuvat liikkeet ja voimat. Venttiilejä ei suositella sijoitettavaksi lähelle viistekulmia, minimietäisyytenä pidetään 12:ta metriä. [3, s ] Kuva 4. Maaventtiilikaivo.

19 14 5 Verkon jakaminen osiin 5.1 Toimintaperiaate Suurvauriotilanteessa voidaan lämmönjakelun turvaamiseen ja vuodon paikantamiseen käyttää verkon osittamista. Tietty verkon alue suljetaan muusta verkosta sulkuventtiilien avulla, jolloin lämmönjakelukeskeytys ei vaikuta koko verkkoon. Menetelmän ongelmaksi muodostuu suljetun alueen lämmön- ja paineenpito. Nämä voidaan kuitenkin turvata alueella olevien lämpölaitosten ja siirrettävien lämpökeskusten avulla. Suljettu alue on yleensä suurehko ja vuodon löytämiseen voi kulua paljon aikaa. Kuitenkin, menetelmä on tehokas suurvauriotilanteessa, sillä osalle asiakkaista pystytään edelleen takaamaan lämmönjakelu eikä voima- tai lämpölaitosta täydy ajaa alas. [7.] 5.2 Lähtötilanne Fortumin Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämpöverkko suunnitellaan jaettavaksi kolmeen eri osaan kaukokäyttöisten sulkuventtiilien avulla suurhäiriötilanteen varalta. Häiriötilanteessa alue voidaan erottaa muusta verkosta nopeasti, jolloin vuoto yhdellä alueella ei lamauta koko verkkoa. Suuralueet ovat Länsi Länsi-Pohjoinen Länsi-Etelä. Alueet on nimetty lämpöä ajettavan ilmansuunnan mukaan. Liitteiden 1 3 kartat kuvaavat suuraluejakoa, josta myös näkyvät sulkupisteet.

20 15 Työtä on jo aiempina vuosina esivalmisteltu ja sulkukohdat verkon osittamiseen on alustavasti määritelty. Ajatus verkon osittamisesta on alun perin lähtöisin suunnitelmasta testata verkon kuntoa pienemmillä saareke jaoilla. Testissä saareke, jolle lämpökeskus ajaa lämpöä, suljettaisiin käsikäyttöisillä venttiileillä pääverkosta ennalta määritellyksi ajaksi. Samalla valvottaisiin alueen avainlukemia eli paisuntatietoja sekä veden kulutusta. Toiminnolla olisi saatu selville tietoa alueen vuototilanteesta ja voitu ryhtyä vuodon paikannustoimenpiteisiin. Lopulta verkon osittamissuunnitelmassa päädyttiin jakamaan verkko kolmeen suuralueeseen kaukokäyttöisesti, sillä suurempien alueiden erottaminen parantaa käyttövarmuutta tehokkaammin suurvauriotilanteessa. Työ aloitettiin selvittämällä suljettavien kohteiden lukumäärä ja minkälaisia valmisteluja niihin täytyy tehdä. Osaan pumppaamoita ja kaivoja on jo asennettu kaukokäyttöiset sulkuventtiilit, joten kyseisiin kohteisiin ei vaadita niin paljoa valmisteluja. Ennen kaivojen ja pumppaamojen tarkastamista luotiin tarkistuslista selvitettävistä kohteista. 5.3 Sulkupisteiden ja töiden kartoitus Valitut verkonjakopisteet tarkastetaan liitteen 4 tarkistuslistaa käyttäen, jotta saadaan selville kohteissa suoritettavat toimenpiteet. Kartoitusta tehdessä selvitetään kaivojen sijainti ja yleinen kunto. Kaivoihin täytyy pystyä asentamaan kaukokäyttöiset sulkuventtiilit, niiden käyttövarmuus on pystyttävä takaamaan ja kaivoille pääsyn tulee sujua ongelmitta. Mikäli edellä mainituissa ominaisuuksissa ilmenee puutteita, voidaan venttiilien asennustöistä johtuvien rakennustöiden aikana mahdollisesti kaivon sijaintia muuttaa sekä muuttaa putkiston korkoa tarpeen mukaan. Kaivon paikkaa muuttaessa tutkitaan putkistosta matalampi kohta, jolloin toimilaitteet mahtuvat kaivoon. Korkoa muuttaessa on huomioitava, ettei putkisto madallu kaivon kohdalta liian jyrkästi. Kosteiden kaivojen tapauksessa valitaan pääasiassa käytettäväksi sulkuventtiilit hydraulisilla toimilaitteilla. Sähkötoimilaitteet (kuva 5) ovat ensisijaisessa asemassa pumppaamoilla. Sulkukaivojen läheisyyteen asennetaan huomiotolpat kaivonumerolla varustettuna, sillä toimenpide parantaa kaivojen löydettävyyttä myös huonoissa sääolosuhteissa. Osassa kaivoja on ohitusventtiilejä, jotka tulee pitää lähtökohtaisesti kiinni. Tämän takaamiseksi asennetaan kyseisten kaivojen sisäpuolelle huomiokyltit, jotka ilmoittavat kiinnipitämisestä.

21 16 Kuva 5. Sähkökäyttöinen sulkuventtiili toimilaitteineen. Valmiiksi automatisoiduissa kohteissa varmistetaan sulkuventtiilien kaukokäytettävyys valvomosta. Mikäli toimenpide on mahdollinen, kohteissa täytyy suorittaa ainoastaan automaatiotyöt venttiilien liittämiseksi osaksi sulkujärjestelmää sekä mahdollisesti huomiotolpan asentaminen kohteen läheisyyteen. Mahdolliset ohitusventtiilit on myös huomioitava ja varmistettava valvomolta niiden kaukokäytettävyys. Käsikäyttöisten ohitusventtiilien kohdalla harkitaan tapauskohtaisesti, tehdäänkö venttiileistä kaukokäytettävät vai pidetäänkö ne lähtökohtaisesti kiinni. Verkon erottamiseen käytettävissä kohteissa vaadittavat sähkö- ja automaatiotyöt kartoitetaan töiden laajuuden tutkimiseksi. Samalla saadaan selvitettyä töiden vaikutus kokonaisbudjettiin. Kartoituksessa huomioidaan: 1. valmiiksi kaukokäytettävät kohteet selvitys valvomolta sekä automaatio- ja sähkövastaavilta 2. kohteissa vaadittavat asennustyöt sähkökaappien, johtojen, toimilaitteiden ja lähettimien asennukset.

22 17 Valmiiksi kaukokäytettävien kohteiden selvitys helpottaa lopullisia automaatio- ja ohjelmointitöitä. Taulukossa 1 on lueteltuna sulkupisteet ja siitä ilmenevät jo valmiiksi kaukokäytettävät kohteet. Taulukko 1. Sulkupisteet.

23 18 6 Kaukokäytettävän sulkuventtiilin valinta 6.1 Kaukokäytettävän sulkuventtiilin toimintaperiaate Kaukokäyttöisten sulkuventtiilien tehtävänä on jakaa verkko suuralueisiin häiriötilanteessa. Varsinaisten sulkuventtiilien asennus-, sähkö- ja automaatiotöiden jälkeen venttiilien käyttö toteutetaan kaukolämpövalvomosta käsin. Jokaiselle suuralueelle tulee valvomoon oma käyttö- ja testauspainike. Testauspainikkeella pyritään pidentämään venttiilien käyttöikää ja testaus tullaan suorittamaan vuosittain. Testaus suoritetaan kesäaikaan, jolloin lämmön tarve on matalimmillaan. Venttiilit ajetaan testiohjelmalla % kiinni. Käyttämällä venttiilejä estetään niiden jumiutuminen, mikä on mahdollista venttiilin ollessa pitkään ilman käyttöä. 6.2 Kaukokäytettävien sulkuventtiilien vaatimukset Valittaessa käytettäviä sulkuventtiileitä seuraavat asiat otetaan huomioon: hinta koko ja paino luotettavuus. Nämä ominaisuudet takaavat venttiilien luotettavan ja pitkäkestoisen toiminnan sekä parantavat investoinnin taloudellista kannattavuutta. Pääpaino valinnoilla on kuitenkin venttiilien luotettavassa toiminnassa ja käyttövarmuudessa. Sulkuventtiileiksi vertailtiin Vexven ja Högforssin erilaisia läppä- ja palloventtiilejä sekä toimilaitteita. Asennettavissa kaivoissa on otettava huomioon kaivon tilavuus, jotta asennettava venttiili varmasti mahtuu kaivoon. Mikäli putket ovat liian lähellä toisiaan tai kaivo on muuten liian ahdas, valitaan kaivoon asennettavaksi vähemmän tilaa vievät läppäventtiilit, sillä palloventtiilin halkaisija on suurempi kuin kytkettävän putken ja vie näin enemmän tilaa kaivosta.

24 Toimilaitteet Kaukokäyttöisten sulkuventtiilien automaatio-ohjelma avaa ja sulkee venttiilit turvallisella nopeudella. Sulkuventtiilien ohjaus tapahtuu venttiilin yhteydessä olevilla hydraulisilla tai Auma- merkkisillä sähkötoimilaitteilla. Hydrauliset toimilaitteet (kuva 6) ovat suositeltavia kosteisiin kohteisiin niiden paremman toimintavarmuuden ansiosta. Kuitenkin, ahtaissa kohteissa voidaan harkita tapauskohtaisesti sähkötoimilaitteiden käyttämistä. Kuva 6. Hydrauliset toimilaitteet.

25 20 7 Työn toteuttaminen Varsinainen projektin toteutus on arvioitu alkavaksi vuoden 2017 aikana. Kappaleessa läpi käydään työvaiheet projektin toteuttamiseksi. Sulkuventtiilien asennuksia suorittaessa otetaan huomioon myös kaivon muiden toimilaitteiden, kuten tyhjennys- ja ilmanpoistoventtiilien kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen. Työ toteutetaan liitteen 5 kulkukaavion mukaisesti. Ensimmäisenä suoritetaan venttiilien ja kaivojen kunnon huolellinen tarkistus, jonka jälkeen gateway- asema asennetaan Suomenojan voimalaitokselle. Asema suorittaa ryhmäohjauksen kaukokäyttöisille venttiileille. Tämän jälkeen voidaan edetä kaivokohtaisiin kunnostus- ja asennustöihin, jotka kattavat sähkö- ja automaatiotyöt, venttiilien ja niiden toimilaitteiden asennukset sekä kaivokohtaiset kunnostustyöt. Lopuksi venttiilit liitetään kaukokäyttöjärjestelmään. Jokaisen verkon erotuskaivon läheisyyteen asennetaan huomiotolppa kaivonumerolla, jolloin kaivon löytäminen helpottuu. Kaivoihin, joissa on ohitusventtiilit, asennetaan sisälle liitteen 6 mallin mukainen huomiokyltti, jolla ilmoitetaan ohitusventtiilien kiinnipitämisestä. 7.1 Suuralueet Taulukoissa 2 4 on lueteltuna kuhunkin suuralueeseen kuuluvat sulkupisteet. Taulukoista selviävät myös suljettavien venttiilien tunnukset sekä putkikoot. Alun perin kaivo 7086 Tapiolan suuntaan oli myös suunnitelmassa mukana, mutta linja liitetään osaksi kaukokylmäverkkoa, joten kaivoa ei suuraluejaossa huomioida. Taulukko 2. Länsi-suuralue.

26 21 Taulukko 4. Länsi-Pohjoinen-suuralue. Taulukko 3. Länsi-Etelä-suuralue. 7.2 Venttiilien kunnon ja kaivojen tilavuuden tarkistus Projektin onnistumisen kannalta venttiilien kunnon tarkistus on kriittinen vaihe. Sillä saadaan selville lopullinen tilattavien sulkuventtiilien ja toimilaitteiden määrä. Lisäksi kaivojen tilavuus ja kunto on tarkastettava samalla kerralla. Huomioitavaa on, mahtuuko kaivoon asentamaan palloventtiilejä ja hydraulisia toimilaitteita. Mikäli kaivo on liian ahdas, täytyy kaivoon harkita asennettavaksi läppäventtiilejä ja sähköisiä toimilaitteita, jotka vievät vähemmän tilaa. Toisena vaihtoehtona on kaivon perusteellinen uusiminen suuremmaksi. Kaivojen ja venttiilien tarkistamisen laadun takaamiseksi tehtiin jokaiselle kohteelle oma kulkukaavio, josta ilmenee vaihe vaiheelta, mitä toimenpiteitä kohteessa on lopulta tehtävä kaukokäytettävyyden takaamiseksi eri vaihtoehtoineen. Kulkukaavioissa vihreä väri kuvastaa ideaalitilannetta, kun taas keltainen indikoi seuraavaksi parasta vaihtoehtoa, punaisen ollessa huonoin.

27 Kaivot 707 Espoontie Betonielementtikaivossa 707 (kuva 7) on DN 300 sähkökäyttöiset läppäventtiilit ja käsikäyttöiset ohitusventtiilit. Venttiilit eivät ole vielä kaukokäytettäviä. Muutostyössä on otettava huomioon ohitusten sulkeminen ja jatkossa lähtökohtainen kiinni pitäminen. Liitteen 7 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 7. Espoontie kaivo 707. Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi putkikoko DN 300 venttiileissä sähkökäyttöiset Aumat. Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen ohitusventtiilien kiinnipitäminen ja huomiokyltin ja -tolpan asennukset.

28 Puolarintie Betonielementtikaivossa (kuva 8) on DN 200 sähkökäyttöiset venttiilit Industriarmaturin hydraulisilla toimilaitteilla. Venttiilit ovat jo valmiiksi kaukokäytettäviä. Liitteen 8 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 8. Puolarintie kaivo Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi ja Länsi-Pohjoinen putkikoko DN 200 venttiileissä Industriarmaturin hydrauliset toimilaitteet. Muuta huomioitavaa kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen huomiotolpan asennus.

29 Bredanportti Maaventtiilikaivossa on karalliset DN 300 palloventtiilit (kuva 9). Maastolliselta sijainniltaan kaivo on matalalla, jonka takia kaivo on kostea. Venttiileihin tulee asentaa hydrauliset toimilaitteet. Kohteessa ei ole vielä sähköjä. Kuvan 10 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet. Kuva 9. Bredanportti kaivo Tiedot maaventtiilikaivo suuralue: Länsi putkikoko DN 300.

30 25 Kuva 10. Kaivon 2969 toteutuksen prosessikaavio. Muuta huomioitavaa putkisto kulkee erittäin lähellä maanpintaa, putkiston koron muuttaminen todennäköisesti välttämätöntä hydraulisten toimilaitteiden asennukselle huomiotolpan asennus.

31 Karakalliontie Betonielementtikaivon (kuva 11) DN 300 sulkuventtiilit ovat sähkötoimiset ja DN 250 käsikäyttöiset läppäventtiilit. Molemmissa linjoissa DN 65 ohitusventtiilit. Liitteen 9 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 11. Karakalliontie kaivo Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi-Pohjoinen putkikoko DN 250 ja DN 300 DN 300 venttiileissä Aumat DN 250 venttiilit käsikäyttöiset DN 65 ohitusventtiilit. Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen ohitusten kiinnipitäminen lähtökohtaisesti huomiokyltin ja -tolpan asennukset.

32 Karapellontie Maaventtiilikaivossa (kuva 12) DN 80 käsikäyttöiset venttiilit. Kaivossa ei ole vielä sähköjä. Kuvan 13 kulkukaaviosta selviää kohteessa suoritettavat toimenpiteet. Kuva 12. Karapellontie 2198 maaventtiilikaivo. Tiedot maaventtiilikaivo suuralue: Länsi-Pohjoinen putkikoko DN 80 käsikäyttöiset venttiilit.

33 28 Kuva 13. Kaivon 2198 toteutuksen prosessikaavio. Muuta huomioitavaa putkisto kulkee erittäin lähellä maanpintaa, putkiston koron muuttaminen todennäköisesti välttämätöntä hydraulisten toimilaitteiden asennukselle huomiotolpan asennus.

34 Klovinmäki Maaventtiilikaivo (kuva 14) DN 125 käsikäyttöisillä venttiileillä. Kaivossa ei ole vielä sähköjä. Kuvan 15 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet. Kuva 14. Klovinmäen maaventtiilikaivo 803. Tiedot maaventtiilikaivo suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 125 käsikäyttöiset venttiilit.

35 30 Kuva 15. Kaivon 808 toteutuksen prosessikaavio. Muuta huomioitavaa putkisto kulkee erittäin lähellä maanpintaa, putkiston koron muuttaminen todennäköisesti välttämätöntä hydraulisten toimilaitteiden asennukselle huomiotolpan asennus.

36 Muolaantie Maaventtiilikaivo (kuva 16) DN 125 käsikäyttöisillä venttiileillä. Kaivon venttiilit ovat erittäin lähellä maan pintaa. Kaivossa ei ole vielä sähköjä. Kuvan 17 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet. Kuva 16. Muolaantie maaventtiilikaivo Tiedot maaventtiilikaivo suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 125 käsikäyttöiset venttiilit.

37 32 Kuva 17. Kaivon 1775 toteutuksen prosessikaavio. Muuta huomioitavaa putkisto kulkee erittäin lähellä maanpintaa, putkiston koron muuttaminen todennäköisesti välttämätöntä hydraulisten toimilaitteiden asennukselle huomiotolpan asennus.

38 Laajalahti Betonielementtikaivossa (kuva 18) DN 500 sähkökäyttöiset venttiilit. Kaivossa on DN 50 ohitusventtiilit, jotka on tehtävä kaukokäyttöisiksi, sillä pääsulut pidetään kiinni talviaikaan. Kaivot 1630 ja 1638 ovat valvomosta ryhmäohjattavia. Liitteen 10 kulkukaaviosta selviää kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 18. Kaivo Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 500 venttiileissä Aumat DN 50 ohitukset, jotka tehtävä kaukokäyttöisiksi. Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen ohitusventtiilien on oltava kaukokäyttöisiä, sillä talvella pääsulut ovat kiinni huomiotolpan asennus.

39 Laajalahti Betonielementtikaivossa DN 250 (kuva 19) sähkökäyttöiset venttiilit. Kaivo sijaitsee kaivon 1638 läheisyydessä ja venttiilit kuuluvat myös ryhmäohjaukseen. Kaivon toinen sähkökäyttöisistä venttiileistä ei ole tällä hetkellä toiminnassa. Kaivossa on DN 40 ohitukset, jotka tehdään myös kaukokäyttöisiksi. Liitteen 11 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 19. Kaivo Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 250 venttiileissä Aumat, joista ainakin toinen on viallinen kaivossa DN 40 ohitukset, jotka tehtävä kaukokäyttöisiksi. Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen ohitusventtiilien on oltava kaukokäyttöisiä, sillä talvella pääsulut ovat kiinni huomiotolpan asennus.

40 Pumppaamot Suvelan pumppaamo Suvelan pumppaamon (kuva 20) alueeseen kuuluu useita kaivoja. Pumppaamon sisällä sijaitsevat sähkötoimiset sulkuventtiilit 115 ja 117 kuuluvat sekä Länsi- että Länsi- Etelä-suuraluejakoon. Pumppaamon venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 12 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 20. Suvelan pumppaamo. Tiedot venttiileissä 115 ja 117 Aumat suuralueet: Länsi ja Länsi-Etelä putkikoko DN 400 Muuta huomioitavaa venttiilejä uusittaessa käytetään läppäventtiilejä.

41 Suvelan pumppaamo Etelästä lähestyttäessä kaivo sijaitsee kaivon 2678 jälkeen. Kaivo on sähköistetty ja ohituksilla varustettu. Sähkökäyttöiset venttiilit 102 ja 201 (kuva 21) kuuluvat Länsisuuraluejakoon. Venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 13 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 21. Kaivo 175. Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi putkikoko DN 400 kaivossa ohitusventtiilit. Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen kaivon sulkuventtiilit 102 ja 201 tarkastettava ohitusventtiilien kiinnipitäminen sekä huomiokyltin ja -tolpan asennukset.

42 Suvelan pumppaamo Kuvan 22 betonielementtikaivossa on karalliset DN 150 venttiilit rungossa. Kaivo on mahdollista pitää lähtökohtaisesti kiinni, mutta toimintavarmuuden takaamiseksi on siitä suositeltavaa tehdä kaukokäytettävä. Kaivossa ei ole sähköjä, mutta sähköt voidaan tuoda kaivoon pumppaamolta. Kuvan 23 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 22. Kaivo 1971 Suvelan pumppaamo. Tiedot maaventtiilikaivo suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 150 käsikäyttöiset venttiilit.

43 38 Kuva 23. Kaivon 1971 toteutuksen prosessikaavio. Muuta huomioitavaa kaivo kunnostettava kokonaan ja pohdittava asennetaanko betonielementti- vai maaventtiilikaivo putket kulkevat erittäin lähellä toisiaan o kaivoon saatava riittävästi tilaa kaukokäyttölaitteille huomiotolpan asennus käytettäväksi valitaan ensisijaisesti palloventtiilit hydraulisilla toimilaitteilla.

44 Suvelan pumppaamo Betonielementtikaivo on sijainniltaan ensimmäinen lähestyttäessä pumppaamoa etelästä. Sähkötoimiset DN 500 venttiilit 119 ja 120 (kuva 24) kuuluvat Länsi-Eteläsuuraluejakoon. Venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 14 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 24. Suvelan pumppaamon kaivo Tiedot betonielementtikaivo suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 500 venttiileissä sähkötoimiset Aumat. Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet venttiilit 119 ja 120 tarkastettava kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen huomiotolpan asennus.

45 Suvelan pumppaamo Betonielementtikaivo on sijainniltaan keskimmäinen kaivoihin 2599 ja kaivon 2678 toiseen osaan nähden. Kaivossa on ohitusventtiilit sekä sähköt. Kaivon sähkötoimiset sulkuventtiilit 101, 104, 113 ja 203 kuuluvat Länsi-Etelä-suuraluejakoon, venttiili 112 (kuva 25) puolestaan Länsi-suuraluejakoon. Venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 15 kulkukaaviosta selviää kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 25. Suvelan pumppaamon kaivo Tiedot betonielementtikaivo suuralueet: Länsi (112) ja Länsi-Etelä (101, 104, 113 ja 203) putkikoot: o venttiili 113 DN 250 o venttiili 101 ja 203 DN 500 o venttiili 112 ja 104 DN 400 o venttiileissä sähkötoimiset Aumat.

46 41 Muuta huomioitavaa jos kaivossa on tilaa ja venttiilit uusitaan, valitaan käytettäväksi hydrauliset toimilaitteet venttiilille 113, muille Aumat venttiilit 101, 103, 113, 203 ja 112 tarkastettava kaivon muiden toimilaitteiden kunnon tarkistus ja mahdollinen uusiminen ohitusventtiilien kiinnipitäminen sekä huomiokyltin ja -tolpan asennukset. Olarin pumppaamo Olarin pumppaamon (kuva 26) venttiilit MV101 ja MV203 kuuluvat Länsi- ja Länsi- Pohjoinen-suuraluejakoihin. Pumppaamon venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 16 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 26. Olarin pumppaamo. Tiedot venttiileissä MV101 ja MV203 Aumat suuralue: Länsi ja Länsi-Pohjoinen putkikoko DN 800. Muuta huomioitavaa venttiilejä uusittaessa käytettävä läppäventtiilejä.

47 42 Kilon pumppaamo Kilon pumppaamon (kuva 27) DN 500 venttiilit V101 ja V201 kuuluvat Länsi-Pohjoinensuuraluejakoon. Pumppaamon venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 17 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 27. Kilon pumppaamo. Tiedot venttiileissä V101 ja V201 sähkötoimiset Aumat suuralue: Länsi-Pohjoinen putkikoko DN 500. Muuta huomioitavaa venttiilejä uusittaessa käytettävä läppäventtiilejä.

48 43 Laajalahden pumppaamo Laajalahden pumppaamon (kuva 28) venttiilit MV101, MV104, MV202 sekä MV203 kuuluvat Länsi-Etelä-suuraluejakoon. Pumppaamon venttiilit ovat sekvenssiohjauksella ajettavia valvomosta käsin. Liitteen 18 kulkukaaviosta selviävät kohteessa suoritettavat toimenpiteet eri vaihtoehtoineen. Kuva 28. Laajalahden pumppaamo. Tiedot venttiileissä MV101, MV104, MV202 ja MV203 suuralue: Länsi-Etelä putkikoko DN 700. Muuta huomioitavaa: venttiilejä uusittaessa käytettävä läppäventtiilejä.

49 Sähkö- ja automaatiotyöt Espoon automaatiotoimintoja ohjaavat Netcontrollin ja Valmetin automaatiojärjestelmät. Näiden yhdessä toimivuuden takaamiseksi tullaan voimalaitokselle sijoittamaan gateway- asema. Asema yhdistää eri järjestelmät ja hoitaa kaukokäyttöisten venttiilien ryhmäohjauksen. Yksittäisten venttiilien ohjaus- ja testikomennot tapahtuvat ala-asemilta. Väyläyhteys vaihtoehtoina ovat valokuitukaapeli tai langaton radio-, ethernet- tai puhelinverkkoyhteys. Langaton ethernet- yhteys osoittautui verkon jakamisessa varmimmaksi vaihtoehdoksi, ja varmuutta saadaan vielä lisättyä käyttämällä kahden eri operaattorin langatonta verkkoa. Seuraavat automaatiotoimenpiteet tulee suorittaa verkon jakamiseksi: gateway- aseman asennus voimalaitokselle kommunikointivälineiden asennus ala-asemille modeemien asennus jo kaukokäytettäviin kohteisiin virtalähde akulla kunnostettaviin kohteisiin. Järjestelmässä on huomioitava toiminta kommunikointivian sattuessa. Järjestelmän on havaittava yhteyskatkos ja lopetettava parametrien mittaaminen. Jos mittaus jatkuu ja parametrien arvot putoavat, on vaarana automaatiojärjestelmän häiriökäyttäytyminen. Kaukokäyttöisten sulkuventtiilien asennustöiden lisäksi kohteisiin tehdään tarvittavat sähkö- ja automaatiotoimenpiteet. Tämä kattaa sähköliittymien hankinnan, kaivoihin sähköjen viemisen, sähkömittarit, gateway- aseman, 3G- modeemit, logiikat, ohjausnappulat, mittausanturit, virtalähteet, akut, kytkimet ja näihin liittyvät asennustyöt. Kohteissa tulee huomioida, saadaanko modeemit ja toimilaitteet mahtumaan samoihin kaappeihin vai tarvitaanko tilalle useita. Liitteen 19 taulukosta ilmenevät kohteissa tarpeelliset toimenpiteet eriteltyinä. Suuralueille tehdään oma kaukokäyttöinen automaatiosekvenssi. Antamalla komennon valvomosta saadaan alue erotettua verkosta nopeasti. Toiminnon onnistumiseksi tehdään automaatiojärjestelmään suuralueille oma ohjelma, jolla voidaan ajaa venttiilit kiinni. Kaukokäyttösekvenssin toimimiseksi on venttiilien koodien oltava tiedossa.

50 45 Ohjelmassa otetaan huomioon venttiilien vuotuinen tai kuukausittainen testaus. Testauskomennolla venttiilit ajetaan osittain, esimerkiksi 50 % kiinni. Vastaava kunnonvalvonta ennaltaehkäisee venttiilien jumiutumista ja mahdolliset vauriot havaitaan toiminnolla tehokkaasti. Lisäksi jokaista venttiiliä pystyy ajamaan ohjelmalla erikseen kiinni tai auki. Taulukko 5 kuvaa kaukokäyttöohjelman komentoja ja venttiilien lukumäärää ohjauksissa. Taulukko 5. Kaukokäyttöohjelman toiminnot.

51 Huomiotolppien asennukset Maastossa sijaitsevien erotuskaivojen läheisyyteen asennetaan huomiotolpat löydettävyyden parantamiseksi. Kuvat havainnollistavat huomiotolppien asennuspaikkoja. Kaivojen 2678 ja 2699, Suvelan pumppaamo Kuva ja 2699 huomiotolppien paikat.

52 Espoontie Kuva 30. Kaivon 707 huomiotolpan paikka.

53 Puolarintie Kuva 31. Kaivon 6449 huomiotolpan paikka.

54 Bredanportti Kuva 32. Kaivon 2969 huomiotolpan paikka.

55 Laajalahti Kuva 33. Kaivon 1630 huomiotolpan paikka Laajalahti Kuva 34. Kaivon 1638 huomiotolpan paikka.

56 Klovinmäki Kuva 35. Kaivon 803 huomiotolpan paikka Muolaantie Kuva 36. Kaivon 1775 huomiotolpan paikka.

57 Karakalliontie Kuva 37. Kaivon 1909 huomiotolpan paikka Karapellontie Kuva 38. Kaivon 2198 huomiotolpan paikka.

58 53 8 Yhteenveto Insinöörityössä suunniteltiin Fortumin Espoon, Kauniaisten ja Kirkkonummen kaukolämpöverkon osittamista kolmeen alueeseen kaukokäyttöisten sulkuventtiilien avulla, suurhäiriötilanteen varalta. Työ aloitettiin tutustumalla sulkupaikkoihin ja projektiin liittyvään materiaaliin, paremman kokonaiskuvan hahmottamiseksi ja tarvittavien toimenpiteiden selvittämiseksi. Selvityksen avulla suunniteltiin kohteissa tehtävät työt sekä budjettiarvio. Työn lopputuloksena on toimintasuunnitelma Fortumin Espoon, Kirkkonummen ja Kauniaisten kaukolämpöverkon osittamisen toteuttamiseksi suurhäiriötilanteessa. Toimintasuunnitelman pohjalta voidaan työtä lähteä toteuttamaan suorittamalla tarvittavat hankinnat ja etenemällä asennuksiin. Kaukokäyttöisten sulkuventtiilien asennusten jälkeen suurin työvaihe tulee olemaan kauko-ohjausjärjestelmien luomisessa suuralueille. Venttiilien positiointiin on kiinnitettävä erityistä huomiota, ja ne on tehtävä selkeästi, jotta kaukokäyttöjärjestelmän käyttöönotto onnistuu sujuvasti. Projektin toteuduttua voidaan samalla toimintamallilla osittaa Jorvin sairaala omaksi saarekkeekseen. Sairaala on kriittinen kuluttaja, ja lämmön siirron turvaaminen kohteelle on välttämätöntä. Kohteiden kulkukaavioissa huomioitiin vaihtoehtona myös sähkötoimilaitteiden asennus maastossa, mikä ei kuitenkaan ole kannattavaa, johtuen toimilaitteiden asennuksen vaatimasta tarkkuudesta. Maastossa tehtävät kalibroinnit ovat hankalia ja toimilaitteiden asennus uusiin venttiileihin hintavampaa verrattuna suoraan toimittajalta tilattuun venttiilipakettiin. Myös tilanne, jossa sulkuventtiili toimii, mutta toimilaite on epäkunnossa, otettiin huomioon. Ratkaisuna on joko toimilaitteen lähetys tehtaalle liitettäväksi uuteen venttiiliin tai uuden venttiilin tilaaminen uudella toimilaitteella. Toimintavarmuuden kannalta jälkimmäinen on kannattavampi vaihtoehto. Kaukokäytön toimintavarmuuden parantamiseksi on tulevaisuudessa mietittävä kaukokäyttöisten venttiilien positiointia. Nykyiset venttiilikoodit tulisi korvata yksilöidyillä tunnuksilla, mikä helpottaa niiden käyttöä ja tunnistettavuutta. Yksilöidyt tunnukset myös parantavat venttiilien ohjausohjelmien hallitsemista ja luontia jatkossa.

59 54 Lähteet 1 Haikala M Kunnossapidon suunnittelija, Kaukolämpöverkon kunnossapito, Fortum Oyj, Espoo. Haastattelu Fortum Oyj Verkkodokumentti. < Luettu Koskelainen, L. Saarela, R. & Sipilä, K Kaukolämmön käsikirja. Helsinki: Energiateollisuus. 4 Suvanto, K Tekniikan Fysiikka 1. Helsinki: Edita. 5 Dinҫer, I. & Zamfirescu, C Sustainable Energy Systems and Applications, Ontario: Springer. 6 ÅF-Consult Oy Yhteenveto kaukolämpöalan tutkimustuloksista Energiateollisuus ry:lle, s & s Suomen kaukolämpö ry Kaukolämpöjohdon vuodon paikannusmenetelmät, s Vantaan Energia Oy Kaukolämpökoira Jekku haistaa putkivuodot. Verkkodokumentti. < 1.amazonaws.com/vantaanenergia/uploads/ /Nykylampo pdf/>. Luettu

60 Liite 1 1 (1) Länsi-suuralueen kartta

61 Liite 2 1 (1) Länsi-Pohjoinen-suuralueen kartta

62 Liite 3 1 (1) Länsi-Etelä-suuralueen kartta

63 Liite 4 1 (1) Kohteiden tarkistuslista Tarkistuslista: Verkon jakaminen kaukokäyttöisillä venttiileillä Käyntipäivä: Kaivonumero ja kohteen nimi: Kaivontyyppi: Saareke: Putkikoko: Venttiilit (Pallo/Läppä, Käsikäyttöiset/Kaukokäyttöiset/Hydrauliset/Aumat): Kaivossa sähköt Kyllä Ei Kaivossa muita sähkötoimilaitteita Kyllä Ei Ohitukset (huomioitavaa): Kyllä Ei Kaivon ulkopuolelta paikka huomiotolpalle Valokuvat kohteesta Kaivon sijainti (onko keskellä tietä, kerääkö vettä, vaikea saada sähköt, täytyykö paikkaa muuttaa + muut huomiot): Muuta huomioitavaa (kaivon kunto, putkiston koron muuttaminen, mahdollisia ongelmia): Suoritettavat toimenpiteet kohteessa:

64 Liite 5 1 (1) Työn toteuttaminen

65 Liite 6 1 (1) Huomiokyltti-malli kaivoihin

66 Liite 7 1 (1) Kaivon 707 toteutuksen prosessikaavio

67 Liite 8 1 (1) Kaivon 6449 toteutuksen prosessikaavio

68 Liite 9 1 (1) Kaivon 1909 toteutuksen prosessikaavio

69 Liite 10 1 (1) Kaivon 1638 toteutuksen prosessikaavio

70 Liite 11 1 (1) Kaivon 1630 toteutuksen prosessikaavio

71 Liite 12 1 (1) Suvelan pumppaamon toteutuksen prosessikaavio

72 Liite 13 1 (1) Kaivon 175 toteutuksen prosessikaavio

73 Liite 14 1 (1) Kaivon 2599 toteutuksen prosessikaavio

74 Liite 15 1 (1) Kaivon 2678 toteutuksen prosessikaavio

75 Liite 16 1 (1) Olarin pumppaamon toteutuksen prosessikaavio

76 Liite 17 1 (1) Kilon pumppaamon toteutuksen prosessikaavio

77 Liite 18 1 (1) Laajalahden pumppaamon toteutuksen prosessikaavio

78 Liite 19 1 (1) Tarvittavat sähkö- ja automaatiotoimenpiteet kohteissa