Kunnonvalvonnan ja diagnostiikan mahdollisuudet Juha Kautto Manager, Preventive Maintenance Outotec (Finland) Oy Service Center Finland and Baltics juha.kautto@outotec.com 050 454 8802
Kuntoon Perustuva Kunnossapito (CBM) Kuntoon perustuva kunnossapito (standardin SFS-EN 13306 mukaan): Ehkäisevää kunnossapitoa, jossa seurataan kohteen suorituskykyä tai suorituskyvyn parametreja ja toimitaan havaintojen mukaisesti Seuranta voi olla aikataulutettua, jatkuvaa tai sitä tehdään tarvittaessa o määritelmä ei ota kantaa siihen, millaisilla menetelmillä tai parametreilla kohdetta valvotaan o koneen kuntoa tulee valvoa menetelmillä, joilla voidaan havaita luotettavasti todennäköiset viat, seurata niiden kehitystä ja ennustaa o vikaantumismekanismit ja niiden etenemisnopeudet tulee tuntea o Tulee tuntea, millaisia oireita eri vikaantumismekanismit on aiheuttavat 2
Kuntoon Perustuva Kunnossapito (CBM) Usein CBM ymmärretään vain kunnonvalvontana Laajemmassa merkityksessä CBM sisältää kaikki ne toimenpiteet, joilla havainnoidaan ja määritellään laitteiden tuotantokunto ja tehokkuus sekä toimitaan tehtyjen havaintojen mukaan o CBM sisältää niin kunnossapidon, kuin käytönkin toimenpiteitä o CBM on käytön ja kunnossapidon hallinnan ja ohjauksen työkalu o Vikojen ja vikaantumisen hallinnan lisäksi huomioidaan, että tuotantolaitoksen tehokkuus muodostuu suuremmasta kokonaisuudesta Tavoitteena vikaantumattomaan ja häiriöttömään toimintaan pyrkiminen 3
Kuntoon Perustuva Kunnossapito (CBM) Tavoitteet: o Tavoitteet määritellään liiketoiminnan asettamista tuotantotavoitteista o Tavoitteena saavuttaa tuotantotavoitteita vastaava käytettävyys o Laitoksen kokonaistehokkuus o Investointien tehokas hyödyntäminen o Seisokkien välttäminen (= vikaantumisen estäminen) o Seisokkien lyhentäminen o Seisokkien välin pidentäminen Perusteet: o Pyrkimys käynninaikaisiin menetelmiin o Toimintaolosuhteiden ylläpitäminen - tekniset tarkastukset ja puhdistukset osana päivittäistä kunnossapitoa o Kunnonvalvonta osana päivittäistä kunnossapitoa o Koneiden kriittisyyden tuntemus o Todennäköisten vikojen tunnistaminen (miten tunnistetaan = kunnonvalvontamenetelmä) o Todennäköisten vikaantumismekanismien ja niiden etenemisnopeuksien tuntemus (= miten usein tulee valvoa) o Soveltuvien menetelmien tunteminen o Jne. 4
Kuntoon Perustuva Kunnossapito (CBM) Toimenpiteet vikaantumattomaan ja häiriöttömään toimintaan pyrittäessä o toimintaolosuhteiden ylläpitäminen o vikaantumisen ennakointi ja estäminen puuttumalla sellaisiin olosuhteiden muutoksiin, joilla on vaikutusta koneiden vikaantumiseen ja luotettavuuden vähenemiseen o laitteiden ja prosessien toimintakunnon ja tehokkuuden määrittäminen o poikkeamien havaitseminen o alkavien vikaantumisten havaitseminen mahdollisimman aikaisessa vaiheessa o etenemisvaiheessa olevien vikojen seuranta o huoltojen ja korjausten sekä niiden ajankohdan määrittäminen siten, että laitteet ja prosessit palautetaan alkuperäiseen tuotantokuntoon o parantava kunnossapito laitteille, joissa jatkuvaa vikaantumista (ml. kunnossapidettävyys) 5 27.2.2014 Outotec
Tyypillistä kuntoon perustuvalle kunnossapidolle o Koneiden kunnon kehitystä valvotaan käynninaikaisesti teknisillä tarkastuksilla periodisilla ja/tai Online mittauksilla prosessi- ja ajoparametrien perusteella toiminta suunniteltua ja jatkuvaa o Kunnonvalvonta määrittää koneiden kunnon kuntotietoa käytetään hyväksi laitoksen käytön- ja kunnossapidonsuunnittelussa o Mittaukset ja tarkastukset osana päivittäistä toimintaa tehdään aina ennalta suunnitellun ohjelman ja toimintatavan mukaan toimintatapoja muutetaan vain harkitusti o Koneiden huolto- ja korjaustoimenpiteet sekä niiden aikataulutus määritetään kunnonvalvonnan tekemien havaintojen perusteella o Kun koneiden kunnossa havaitaan poikkeamia nopea diagnoosi mahdollisesta viasta ja luotettava ennuste sen etenemisestä määrittää kunnossapidon seuraavan vaiheen o Korjaus- ja huoltotoimenpiteet sekä muut rutiinit standardoitu 6
Kuntoon perustuvan kunnossapidon tulevaisuus Erilaisia raja-arvoja koneiden kunnon määrittämiseksi o Kunnossapidollinen raja (perinteinen kunnonvalvonta) o Prosessitekninen raja o Energian kulutus o Elinkaarenvaihe o Rasitus o Olosuhteet o Jne. Kokonaisuuden kannalta pitäisi pystyä määrittämään kombinaatio (indeksi) em. asioista, jolla koko laitoksen elinkaaren ajalle 7
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme Specialize in the analysis of grinding mills. Provide an innovative 3D laser scanning service utilizing leading edge technologies to measure and model our customers processes and equipment. Provide highly accurate information and understanding of the condition of mill internals necessary for optimizing operational performance and equipment availability. 8
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme 9
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme 10
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme 11
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme 12
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme 13
Esimerkki 1 Vuorausten eliniän optimointi mitä teemme Liner Condition Monitoring Maintenance Optimization Services Process Optimization Services Performance Based Maintenance & Operation Services Standard MillMapper & CrusherMapper Offering Reline Planning Scenario Modelling Availability analysis Liners supply chain analysis (Inventory Management) Metallurgical Package Liner Design based on performance & availability Reline time and liners lifecycle analysis Performance Analytics Reline and liner design management based on process & business performance Liners Condition Analysis Failure Detection Reline/Failure Forecast based on wear trends OSS/CSS Analysis Reline/Failure Limits change Management & Risk Analysis Reline and Maintenance Plan Analysis and Optimization Inventory Management Analysis Tools Reline and OSS/CSS Scenario modelling Ball Size Distribution Open Area DEM Simulations Lifter Face Angle Trajectory Analysis Volumetric Analysis Ball/Ore Levels Liners Volume Mill Volume JKSimMet parameterization On-Line Charge Control Critical Speed Dynamic Control Reline Management and Scheduling Based on Process & Business Performance Liners Design and supply management based on Process, inventory management & Business Performance 14
Ball Charge Tracking
Maximizing Throughput Accurate Ball Charge and Mill Volume Tracking Reduced ball charge variability Increased throughput and improved mill performance Old methods of determining ball charge are inaccurate compared to 3D laser scanning method Reduces Wastage
Maximizing Grinding Efficiency Optimization through Liner Redesign 20000 18000 Mill Power Tonnage 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 22-02-08 12-04-08 01-06-08 21-07-08 09-09-08 29-10-08 18-12-08 Tiime[days]
Optimizing Mill Performance Metallurgical Parameter Monitoring A:B Ratio Face Angle Liner Volume/Weights JKSIMMET Media/Charge Volume & Weight Avg Belly Dia Belly Length Charge % Feed Cone Angle Discharge Cone Angle Ball Size Distribution Open Area
CrusherMapper 3D
Esimerkki 1 Suunnittelematon seisokki Vikaantumattomaan toimintaan pyrkiminen voi säästää erittäin paljon rahaa Tällä hetkellä teollisuuskohteissa keskimäärin 80 90 % kaikista koneista on täysin ehjiä 10 20 % koneita on sellaisia, joissa on jotain poikkeamaa, mutta poikkeama ei johda vikaantumiseen Vain n. 2-5 % koko konekannasta on sellaisia, että niissä havaitaan korjaus- / huoltotoimenpiteitä vaativa vikaantumista 70 80 % huolellisesti asennettujen ja kunnossapidettyjen koneiden vikaantumisista noudattaa koko elinkaaren ajan vikaantumiskäyrää, jossa ei esiinny merkittävää vikaantumista eliniän alussa ja eikä varsinaista loppuunkulumisaluetta, eli vikaantuminen on satunnaista. Tulee siis lähteä olettamuksesta, että vikaantuminen on ennalta arvaamatonta ja voi tapahtua milloin tahansa, kuin olettaa että se tapahtuu vasta tietyn ajan tai käyttömäärän jälkeen VALVONNAN TARVE ON JATKUVAA RIIPPUMATTA LAITOKSEN TAI KONEEN ELINKAAREN VAIHEESTA 20
Esimerkki 1 Suunnittelematon seisokki Esimerkkinä rikastamo, jossa 120 kpl kriittisiä koneita ja kuvassa esitetty tilastollinen todennäköisyys: 88 % (106 kpl) täysin ehjiä 9% (11 kpl) sellaisia, joissa poikkeamaa (esim. voiteluongelmaa, linjausvirhettä jne.) 3 % (4 kpl) sellaisia, että niissä havaitaan korjaus- / huoltotoimenpiteitä vaativa vikaantumista Nuo 3 % on sellaisia, jotka voivat aiheuttaa laitoksen seisokin (palautumisaika viasta 1 vrk) = 4 kpl x 1 vrk seisokki / vuosi Tuotannon menetys 30 000 / tunti 4 vrk suunnittelemattoman seisokin aiheuttama tuotannonmenetys 2.9 milj. Jos suunnitellusti, ei suunnittelematonta tuotannon menetystä Osasto 1 Osasto 2 Osasto 3 Osasto 4 Osasto 5 21
Esimerkki 2 Seisokkivälin pidentäminen Helpoimmin tuotantoa voidaan nostaa pidentämällä tuotantoaikaa: o pyrkimällä vikaantumattomaan tuotantoon o lyhentämällä seisokkeja o pidentämällä seisokkivälejä o 22
Esimerkki 2 Seisokkivälin pidentäminen Esimerkkinä pieni rikastamo, jossa kulumisesta johtuva 12 h huoltoseisokki neljän viikon välein (1 x / kk = 12 kpl / vuosi) Tuotannon menetys 100 000 / päivä Yhden seisokin takia menetetty tuotanto 50 000 / seisokki Jos seisokkiväliä pidennetään kunnonvalvonnan keinoin esimerkiksi 8 viikkoon (6 seisokkia / vuosi) saadaan lisää tuotantoa (myyntiä) 300 000 / vuosi 23
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään 40 % koneiden vikaantumisista on seurausta epätasapainosta 30 % koneiden vikaantumisista on seurausta linjausvirheestä. Pyörivillä koneilla vikaantuminen yleisimmin ilmenee laakerivikoina Tilastoissa esitetään usein, että vierintälaakeroitujen pyörivien koneiden yleisin vikaantumisen syy on laakerivika. Tämä ei tarkoita sitä, että vikaantuminen aiheutuisi laakerista, vaan siitä, että laakeri vaurioituu kuormituksen tai jonkin muun vikaantumismekanismin seurauksena. 24
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään Laakeriviat: n. 60-80 % laakereista vaurioituu laakereiden puutteellisen voitelun, voiteluaineen epäpuhtauksien tai muiden voiteluongelmien takia. Loput laakerivauriot johtuvat huonosta linjauksesta, jäännösepätasapainosta tai musta poikkeavasta kuormituksesta. Resonanssi ja rakenteelliset ominaisuudet yleistyneet viimeaikoina keveiden rakenteiden takia 25
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään Koneen vierintälaakereiden kannalta tarkasteltuna mm. seuraavat asiat vaikuttavat niiden kestoikään: laakerikuormitukset (= laakeriin kohdistuvat voimat) minimikuorma puhtaus voitelu pyörimisnopeus välykset sovitteet ja toleranssit lämpötila 26
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään KONEIDEN VÄRÄHTELY JA RAKENTEISIIN KOHDISTUVAT VOIMAT Kaikki pyörivät koneet värähtelevät herätevoimien läsnä ollessa. Koneen värähtelyn herätteinä toimivat koneen käydessä syntyvät dynaamiset voimat ja mahdollisesta vikaantumisesta aiheutuvat herätteet. Ehjällä koneella herätteet syntyvät koneen normaalista toiminnasta. Mitattavan värähtelyn suuruuteen vaikuttaa herätevoiman suuruus (voimakkuus) ja rakenteen dynaamiset ominaisuudet. Normaalin käyntitilanteen herätteinä toimivat muiden mukana myös pyörivien osien jäännösepätasapaino ja kytkimiin jääneet linjausvirheet yms. 27
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään KONEIDEN VÄRÄHTELY JA RAKENTEISIIN KOHDISTUVAT VOIMAT värähtelyvaste voidaan olettaa lähes lineaariseksi herätevoimaan nähden, mikäli rakenteessa ei esiinny herätetaajuudella resonansseja, välyksiä tms. tämä tarkoittaa sitä, että jos värähtely pyörimistaajuudella ennen tasapainotusta oli 6 mm/s ja tasapainotuksen seurauksena se laskee tasolle 3 mm/s, myös värähtelyn aiheuttanut voima on laskenut puoleen alkuperäisestä. 28
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään Kun oletetaan, että kaikki muut olosuhteet pysyvät vakiona voidaan laakeriin vaikuttavien voimien vaikutusta kestoikään tarkastella perinteisellä kaavalla L 10 : L 10 = (C/P) p, jossa C = dynaaminen kantavuusluku P = laakeriin vaikuttava dynaaminen ekvivalenttikuorma p = laakerityypistä riippuva vakio (p = 3 kuulalaakereille, p = 10/3 = 3,3333 muille laakerityypeille) laakerin kuormituksen kasvu vaikuttaa kääntäen eksponentiaalisesti laakerin kestoikään riippuen laakerityypistä kuormituksen kasvu alentaa siis laakerin laskennallista elinikää vähintään kolmanteen potenssiin (kuulalaakeri) 29
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään Kuva 2. Jos värähtelytaso laskee 5 %, laakerin laskennallinen elinikä jatkuu 17 %. 20 % värähtelytason laskulla saavutetaan jo 95 % eliniän jatkuminen. Mikäli värähtelytaso saataisiin pudotettua puoleen, olisi vaikutus laakerin elinikään jo 700 %. 30
Esimerkki 4 Epätasapainon vaikutus laakerin kestoikään Kaikkien koneiden värähtelyn kokonaistasojen trendi eräällä laitoksella - 25 % 2005 2006 2007 2008 2009 Kun oletetaan, että dynaamiset voimat, jotka aiheuttaa koneista mitattavan värähtelyvasteen, ovat samat kuin laakerien pääasiallinen kuormitus ja muut olosuhteet ovat pysyneet vakiona on laakerien laskennallinen kestoikä pidentynyt vuodesta 2005 vuoteen 2009 137 % 31