Masterproef Online monitoring en economische analyse van de UF/RO installatie in de centrale te Ruien
Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Chemie Academiejaar 2008-2009
Lode Moreels
Howest – departement PIH, Graaf Karel de Goedelaan 5, 8500 Kortrijk
Masterproef Online monitoring en economische analyse van de UF/RO installatie in de centrale te Ruien
Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Chemie Academiejaar 2008-2009
Lode Moreels
Howest – departement PIH, Graaf Karel de Goedelaan 5, 8500 Kortrijk
WOORD VOORAF Dit eindwerk is tot stand gekomen door vele inspanningen van mijzelf en ook externen, waarvoor ik in eerste instantie mijn interne promotor Marnix Vermeersch wil bedanken voor de goede samenwerking en vertrouwen die hij in mij stelde. Eveneens wil ik de collega’s Kurt Heugens, Ludovic Debels en Nico Fourneau bedanken voor het advies en de goede opvang. Ook wil ik David Derluyn bedanken voor zijn grote inspanning voor het programmeringswerk en Frank Portier voor advies i.v.m. het ontwikkelen van de tool. Ook had ik graag nog enkele docenten willen bedanken: Pascal Dejans voor raad en bijstand als mijn externe promotor en Stijn Vanhulle & Phillipe Bocher voor advies i.v.m. het opstellen van de Key Performance Index (KPI). Overigens wil ik nog Ann Verbestel, Stefaan d’Haene, Rick Derijke, Dominique Corbisier, Joël Hogie, familie & vrienden bedanken voor hun ondersteuning. Tot slot wil ik nog vermelden dat ik de stage uiterst boeiend vond op zowel professioneel als sociaal vlak, waarvan ik blij ben te mogen terugkijken op de vele positieve reacties gedurende het project. Ik hoop dan ook dat deze scriptie even geslaagd en een waardige verafspiegeling mag zijn van het geleverde werk doorheen de stage.
I
INHOUDSOPGAVE WOORD VOORAF ..................................................................................................... I INHOUDSOPGAVE ................................................................................................. II GEBRUIKTE SYMBOLEN EN AFKORTINGEN ......................................................... IV LIJST VAN TABELLEN, FIGUREN EN KAARTEN ....................................................... V INLEIDING ............................................................................................................. 1 1
DEMINERALISATIEPROCES............................................................................. 2
1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.7 1.8 1.8.1 1.8.2 1.8.3 2
INLEIDING................................................................................................. 2 SITUERING DEMINERALISATIE ......................................................................... 2 FILTREERBAARHEID VAN HET VOEDINGSWATER ..................................................... 4 Vervuilingspotentie Scheldewater.............................................................. 5 Preventiemaatregelen .............................................................................. 7 TOEGEPASTE MATERIALEN ............................................................................ 10 PROCESVERLOOP ....................................................................................... 11 Intake en lozing .................................................................................... 11 Coagulatie ............................................................................................ 11 Ultrafiltratie (UF) ................................................................................... 13 Inverse osmose (RO) ............................................................................. 16 Ionenwisseling (IX) ............................................................................... 21 REINIGING .............................................................................................. 21 Principe ................................................................................................ 21 UF sequence ......................................................................................... 22 RO sequence ........................................................................................ 23 INSTRUMENTATIE EN CONTROLE .................................................................... 24 AUTOMATISATIE ....................................................................................... 26 Algemene procesfilosofie........................................................................ 26 Sequentieverloop UF.............................................................................. 28 Alarm ................................................................................................... 29
APPLICATIE ................................................................................................... 30
2.1 2.2 2.2.1 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7
INLEIDING............................................................................................... 30 PI ........................................................................................................ 31 Dataverwerking ..................................................................................... 32 FUNCTIES APPLICATIE ................................................................................. 36 Monitoring en controle ........................................................................... 36 OPEX en payback .................................................................................. 39 WERKBLADEN HOOFDAPPLICATIE ................................................................... 41 Schema ................................................................................................ 42 Parameter............................................................................................. 48 Instellingen ........................................................................................... 50 KPI ...................................................................................................... 50 OPEX.................................................................................................... 51 OPEX hulpsheet .................................................................................... 54 Payback................................................................................................ 58 II
2.4.8 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 3
Payback hulpsheet................................................................................. 59 WERKBLADEN BIJKOMSTIGE APPLICATIE ........................................................... 62 Parameter............................................................................................. 62 Instellingen ........................................................................................... 62 KPI ...................................................................................................... 62 KPI hulpsheet ....................................................................................... 64 Tags2PI ................................................................................................ 67
BESLUIT……………………………………………………………………………………..68
PROJECTFICHE ..................................................................................................... 69 BIBLIOGRAFIE ........................................................................................................ I
LITERATUUR ......................................................................................................... I MONDELING ......................................................................................................... I BIJLAGEN ......................................................................................................................................... II
III
GEBRUIKTE SYMBOLEN EN AFKORTINGEN -
CIP DCS Demi DeNOx DeSOX DOC GUI LSH LSHH LSL LSLL MFI MFI-UF NDP ORP P&ID pH rH RO SDI SUR TMP TOC UF
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
Cleaning in place Distributed control system Demineralisatie Denitrificatie Ontzwaveling Dissolved organic carbon Graphical user interface Level switch high Level switch high high Level switch low Level switch low low Modified fouling index Modified fouling index bij UF-membraan Netto driving pressure Oxidation reduction potential Piping and instrumentation diagram Potential of hydrogen, aanduiding zuur/alkaliteit Redox potentiaal Reverse osmose Silt density index Specific ultrafiltration resistance Trans-membrane pressure Total organic carbon Ultra filtration
IV
LIJST VAN TABELLEN, FIGUREN EN KAARTEN -
Tabel 1 Tabel 2
: :
Concentraties polluenten in Scheldewater en RO-permeaat Concentratie gesuspendeerde stoffen ifv FeCl3 dossage
-
Tabel 3
:
Toegepaste materialen
-
Figuur 1 Figuur 2
: :
-
Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
Procesverloop demi-installatie Temperatuur en zoutconcentratie ifv de permeaatstroom en zoutrejectie Filtreerbaarheid polluenten Grondplan site Electrabel te Ruien P&ID Ultrafiltratie eenheid P&ID Membraan module UF Spiraal gewonden RO-membraaneenheid P&ID De permeaatstroom en zoutrejectie t.o.v. de druk en recovery Werkingsprofiel ROSA Schematische dwarsdoorsnede van FILMTEC RO membranen Polyamide grenslaag Schema UF tank Opvolging UF sequenties Pi basisarchitectuur PI zero, span & typical value PI tag search PI algoritmes data opslag PI exception test grafisch PI exception test PI compression test grafisch PI compression test Schema applicatie Dynamic en globale OPEX Trend OPEX Tabel onvoorziene uitgaven Trend payback Indeling hoofdapplicatie VB.script code – workbook Niveauweergave tanks Parameter sheet – niveauregeling tanks VB.script code – controle line of can
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
V
-
Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur Figuur
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
VB.script code – niveauregeling tanks Param sheet – opmerkingen Schema sheet - verkleuren parametercontrole Parameter sheet – parametercontrole VB.script code – verkleuren parametercontrole VB.script code – starttimer Parameters sheet Parameters sheet - kolommen Parameters sheet - waarde & eenheid Parameter sheet - PI-datalink Instellingen sheet KPI sheet Opex sheet - tabel onvoorziene uitgaven Opex sheet - binnengelezen waarden Opex sheet - trend Opex sheet - Taartgrafieken Opex hulpsheet - hulptabel VB.script code – genereren tijdstippen VB.script code – onvoorziene kosten Opex sheet - hulptabel berekeningen Payback sheet – binnengelezen waarden Payback sheet – trend VB.script code – knop berekenen Payback hulpsheet – extra kolommen hulptabel KPI sheet bijkomstige applicatie - tabel KPI KPI sheet bijkomstige applicatie – trend KPI KPI hulpsheet bijkomstige applicatie KPI hulpsheet bijkomstige applicatie - gecombineerde wegingsfactor
VI
INLEIDING Mijn masterproef kadert binnen het UF/RO project van de centrale Electrabel te Ruien, waarbij een nieuwe UF/RO-installatie geplaatst wordt ter aanleiding van het wegvallen van de klassieke demineralisatie van grondwater d.m.v. ionenuitwisseling. Het project wordt voornamelijk uitgevoerd door onderaannemingen, waarvan de voornaamste: Ondeo (installatie), Laborelec (studiebureau), Dow en GE (leveren RO en UF membranen), waarbij Ondeo de installatie voor de éérste drie jaar uitbaat. Binnen het hele gebeuren is er nood aan controle door Electrabel, vnl. op de uitbesteding door Ondeo. Hierbij komt deze masterproef een belangrijke rol spelen, waarvoor er een applicatie ontwikkeld moest worden die de installatie observeert en de status weergeeft. De uiteindelijke applicatie berekent o.a. een KPI, OPEX en pay-back time. Ook ondersteunt deze historieke parameteruitlezing van de performantie indicatoren waarbij gebruiksvriendelijkheid hoog in het vaandel werd gedragen. De scriptie is opgedeeld in twee grote hoofdstukken, waarbij in het eerste gedeelte het principe van het demineralisatieproces wordt toelicht en in het tweede gedeelte de ontwikkelde applicatie. Het eerste hoofdstuk gaat in op de verscheidene aspecten bij het demineralisatieproces, gaande van de chemische samenstelling van het Scheldewater tot de automatisatie van de installatie. Het hoofdstuk is opgedeeld in: inleiding, situering, filtreerbaarheid, toegepaste materialen, het procesverloop, reiniging van de membranen, instrumentatie en controle en tenslotte de automatisatie. Het tweede hoofdstuk gaat in op de werking van de applicatie, waarbij de werking en de GUI worden toegelicht. Het hoofdstuk is opgedeeld in: inleiding, PI, functies applicatie, werkbladen hoofdapplicatie en werkbladen bijkomstige applicatie.
1
1 DEMINERALISATIEPROCES 0B
1.1 INLEIDING 6B
Ten dienste van de applicatie is het nodig een grondige kennis van het toegepaste demineralisatieproces te kennen, in bijzonder voor het getrouwenswaardig kunnen inschatten en berekenen van enkele performantiewaarden. In eerste instantie wordt dan ook het volledige proces besproken, vertrekkende van de filtreerbaarheid van het voedingswater tot het nabehandelen van het permeaat. Echter wordt eerst dieper ingegaan op de context van het nieuwe demineralisatieproces en de vroegere bedrijfsvoering. Het principe van het toegepaste demineralisatieproces steunt in hoofdzaak op inverse osmose (RO), waarbij water onder druk langs een semi-permeabel membraan wordt geleid terwijl de permeaatzijde op een lagere druk wordt gehouden. Door combinatie van het kunstmatig aangebrachte drukverschil, samen met het gebruiken van een semi-permeabel membraan, wordt uit ruw water een relatief zuivere permeaat (filtraat) en een concentraat (retentaat) bekomen, ook wel cross-filtratie genoemd. De belangrijkste kenmerkende procesfactor hierbij is de recovery, ook wel concentratiefactor genoemd, die de verhouding weergeeft van het permeaat op het concentraat. Vooraleer het ruwe water langs de inverse osmose membranen gestuurd wordt, ondergaat het water als voorbehandeling een coagulatiestap, gevolgd door ultrafiltratie (UF). Ook is een nabehandeling nodig om het permeaat afkomstig van de inverse osmose (RO) verder te polijsten tot bijna ultra puur water, wat gebeurt d.m.v. ionenuitwisseling (IX). De installatie die centraal besproken wordt omvat de nieuwe UF/RO, terwijl de IX slechts aangehaald wordt.
1.2 SITUERING DEMINERALISATIE 7B
Ter aanleiding van de beperking op het grondwaterverbruik, vastgelegd door de Vlaamse overheid, is er overgestapt moeten worden naar alternatieve voedingsbronnen voor de productie van deminwater. De oorspronkelijke bron hiervoor sedert de opstart van de centrale tot 2009 was grondwater, die zich onder de site bevindt op ongeveer een 60 m diepte en van uitstekende kwaliteit is. Het grondwater bevat nagenoeg enkel nateriumbisulfieten en wordt rechtstreeks, zonder voorbehandeling, gestuurd over sterk zure en alkalische ionenwisselaars, uitgerust met ontgasser. Het grondwater heeft een geleidbaarheid van ongeveer 800 µS/cm en werd d.m.v. IX gereduceerd tot ± 0,08 µS/cm, wat de 0,055 µS/cm benadert van ultra puur water.(Vermeersch, 2008)
2
Bij het onderzoeken van mogelijke alternatieven was vooral kwantiteit een probleem, wetende dat door recente investeringen in deNOx en deSOx installaties het deminwater verbruik voor de komende jaren zou stijgen van 150.000 naar 200.000 m³/jaar. Zo is als mogelijk alternatief Scheldewater, stadswater, regenwater, vloerwater en kwartair water onderzocht en hierbij het Scheldewater bevonden als beste en meest bedrijfszekere voedingsbron, samengaand met de investering in een nieuwe UF/RO demineralisatie installatie. Bijkomend voordeel van een UF/RO installatie is dat deze een volledige re-integratie toelaat van de oudere ionenwisselaars als polishers en zo de investeringskosten drukt. Naast het Scheldewater blijft het grondwater mee geïntegreerd bestaan in het nieuwe demineralisatie-proces dat zich ontleent als backup indien zich problemen zouden voordoen op de UF/RO installatie. Echter moet men hiervoor de infrastructuur onderhouden, wat o.a. inhoudt dat men maandelijks de boorputten moet laten leegzuigen om invallen van de wanden te voorkomen. Er zullen nog slechts 2 van de 4 boorputten onderhouden worden. Het demineralisatieproces bestaat uit een voorbehandeling d.m.v. coagulatie, UF, RO en nabehandeling m.b.v. de reeds bestaande ionenwisselaars. Naast het hergebruik van de ionenwisselaars als polishing van het RO-filtraat, worden ook de putwatertanks hergebruikt voor RO-filtraatopslag, die vroeger dienst deden voor de opslag van grondwater. Onderstaande afbeelding schetst een algemeen beeld van het demineralisatieproces.
Fig.1: Procesverloop demi-installatie
Binnen het UF/RO project wordt ook extra buffercapaciteit voorzien voor de opslag van deminwater door het bijplaatsen van een demintank van 2500 m³, wat toelaat om de centrale bedrijfszekerder uit te baten. Door de extra capaciteit wordt het mogelijk om voor 7 dagen aan waterreserve op te slaan.
3
Contractueel is overeengekomen met Ondeo dat deze voor een driejaar lange uitbating een minimumvolume van 3400 m³ moeten aanhouden in de demintanks, met daarnaast nog enkele processpecifieke grenswaarden die nageleefd moeten worden. Volgende opties zijn genomen omwille van een betere bedrijfszekerheid en robuustheid van de installatie: -
Volledige automatisering, toepassen van vast leidingwerk en hoge modulariteit.
-
Gebruik maken van continue controle op Scheldewater, UF-permeaat en RO-permeaat.
-
Plaatsen van bypassleidingen, geautomatiseerde backup pompen, filters en ventielen.
-
Gebruik maken van grote buffertanks voor het UF-permeaat en demi-water.
-
Lichte overdimensionering van de installaties. (comfortabele flux)
-
Continue bedrijfsvoering voor een betere afstemming op de processen die volgen na het demineraliseren.
1.3 FILTREERBAARHEID VAN HET VOEDINGSWATER 8B
De factor die de grootste invloed uitoefent op het systeemontwerp is de vervuilingspotentie van het water op de membranen. Membraanvervuiling wordt voornamelijk veroorzaakt door gesuspendeerde en colloïdale stoffen aanwezig in het water die opgeconcentreerd worden aan het membraanoppervlak. De concentratie van vervuilende stoffen aan het oppervlak stijgt bij stijgende permeaatflux, alsook bij stijgende recovery. Een systeem werkend bij hoge permeaatflux en/of recovery zal daardoor hoogstwaarschijnlijk een snellere vervuiling kennen en zal frequenter gereinigd moeten worden. Er dient een afweging gemaakt te worden tussen het beperken van de investeringskosten en de lange termijn operationele kosten. Een conservatieve aanpak, wat van toepassing is op de besproken installatie, voorziet een hogere vervuilingspotentie en wordt ontworpen bij striktere limieten, waardoor een meer bedrijfszekere installatie bekomen wordt die meer gevrijwaard is van problemen en ook een langere levensduur van de membranen biedt. Een systeemontwerp moet zodanig gekozen worden dat elk element werkt binnen de aanbevolen range, om zo vervuiling en mechanische schade te beperken. Deze aanbevolen ranges worden bepaald door de maximale recovery, maximaal permeaatdebiet, minimum concentraatdebiet en maximaal voedingsdebiet per element. Het Scheldewater heeft een relatief hoge vervuilingspotentie, waardoor deze parameters relatief streng zullen uitvallen. Deze aanbevolen ranges worden meegegeven vanuit de membraanleveranciers, maar dienen per case door deskundigen bepaald te worden.
4
1.3.1 Vervuilingspotentie Scheldewater Voor het verbeteren van de efficiëntie en de levensduur van de membranen is het nodig om 21B
vervuiling, neerslag en membraan degradatie te beperken, waardoor de waterflux, kwaliteit, recovery en operationele kosten (OPEX) geoptimaliseerd worden. Hierdoor en mede door de groot mogelijke variatie aan voedingswaters is het van uiterst belang de filtreerbaarheid van het voedingswater na te gaan. Als voedingswater wordt het nabijgelegen Scheldewater gebruikt, wat analoog als het grondwater ten alle tijde beschikbaar is en onder ruim voldoende kwantiteit, maar echter veel meer poluenten bezit en kwalitatief gezien veel minder interessant is. Oppervlaktewater, zoals het Scheldewater, is in tegenstelling tot het grondwater blootgesteld aan menselijke invloeden en seizoensveranderingen. Zo bestaat er een gevaar voor olie inname, die de UF-membranen kan vervuilen. Ook is het water blootgesteld aan temperatuurschommelingen, wat samen met de zoutconcentratie de belangrijkste parameters zijn voor een goede filtreerbaarheid van het voedingswater bij gebruik van RO. De verbanden van de temperatuur en zoutconcentratie t.o.v. zowel de permeaatstroom als zoutrejectie voor RO zijn hieronder weergegeven.
Fig.2: Temperatuur en zoutconcentratie i.f.v. de permeaatstroom en zoutrejectie
Indien de temperatuur stijgt, stijgt eveneens de permeaatstroom, maar daalt de zoutrejectie. Indien de zoutconcentratie stijgt, dalen zowel de permeaatstroom als de zoutrejectie. Wat de temperatuur betreft, is gebleken dat deze varieert van minimum 5 tot maximum 30 °C. Rekening houdend dat per daling van 4 graden, de flux daalt met 10%, betekent dit voor de temperatuursverandering tussen minimum 5°C en maximum 30°C een fluxverandering van ruwweg 60%. Wat de concentratie betreft, wordt deze uitgedrukt als ‘Total dissolved solids’ (TDS) en beslaat alle opgeloste aanwezige partikels, waarvan het grootste gedeelte opgeloste zouten zijn. De TDS kan gravimetrisch worden bepaald, maar wordt in de praktijk bepaald door het meten van de geleidbaarheid met een nauwkeurigheid van 10%. Het Scheldewater is brak water en bezit
5
een TDS van gemiddeld 800 mg/l, wat tegenover het grondwater van 600 mg/l en zeewater van 35.000 mg/l relatief goed scoort. Verder is van uiterst belang om neerslag op de membranen te vermijden, wat in de hand gewerkt wordt bij opconcentreren van zouten. Deze problematiek is dan ook voornamelijk van belang bij inverse osmose, waarbij de zouten opgeconcentreerd worden in de concentraatstroom en zo gevaar is om oplosbaarheidsproducten te overschrijden, met neerslag tot gevolg. Bij neerslag worden er in eerste instantie micro-aggregaten gevormd, die vervolgens kunnen aangroeien en neerslaan in poriën van de membranen en in het ergste geval kunnen leiden tot een irreversibele vervuiling. Van belang is een wateranalyse die weergeeft waar mogelijke gevaren zich situeren, zoals hieronder weergegeven voor het Scheldewater. Tabel1: Gemiddelde concentraties poluenten in Scheldewater en RO-permeaat over 3 jaar Parameter
Eenheid
Scheldewater
Na RO
Reductie (%)
NH4
mg/l
10
0,42
95,80
Na+
mg/l
63,5
0,54
99,15
+
mg/l
13
0,1
99,23
mg/l
120
0,42
99,65
Mg
mg/l
13
0,05
99,62
Ba++
μg/l
40
Sr
mg/l
0,6
IJzer (totaal)
mg/l
1,5
IJzer (opgelost)
mg/l
0,29
HCO3-
mg/l
335
2,36
99,30
mg/l
100
0,41
99,59
mg/l
0,5
< 0,01
> 98,00
mg/l
17,5
1,32
92,46
PO43-
mg/l
1,05
SO4
2-
mg/l
115
0,28
99,76
SiO2
mg/l
9
0,06
99,33
pH
Sör
7,4
TOC
mg/l
7,6
DOC
mg/l
6
Zwevende stoffen
mg/l
40
TDS
mg/l
800
°C
5 à 30
15
μS/cm
1000 à 1200
< 10
+
K
Ca++ ++
++
-
Cl F-
3-
NO
Temperatuur Geleidbaarheid
(Concentratiewaarden die niet vermeld worden, zijn in te lage concentraties aanwezig om te worden waargenomen.)
6
Opvallend zijn de hoge concentraties aan bicarbonaten, calcium, sulfaten, strontium en barium, met daarnaast nog fluoride die een mogelijks gevaar levert. Weinig oplosbare zouten die hieruit een gevaar vormen zijn CaCO3, BaSO4, CaF2, SrSO4, silica en Ca3(PO4)2, waarbij BaSO4 reeds verzadigd aanwezig is in het Scheldewater. Met het oog op de toegepaste recovery die 70% bedraagt, is gebleken m.b.v. het simulatieprogramma ‘ROSA’ van Dow, dat de oplosbaarheidsproducten overschreden worden voor BaSO4 en CaF2 met respectievelijk 800% en 150% t.o.v. hun oplosbaarheidsproducten Ksp. Deze zouten zullen hoogst waarschijnlijk een neerslag vormen waarbij het BaSO4, ondanks zijn relatief lage concentratie, het gevaarlijkst is door zijn vermoedelijk katalyserende werking voor het neerslaan van CaSO4 en SrSO4. Ook houd silica een gevaar in, waarbij empirisch is vastgesteld dat deze reeds voor het bereiken van zijn oplosbaarheidsproduct, reeds moeilijk verwijderbare neerslagen vormt met trivalente kationen, zoals Fe+3-ionen van het gebruikte coagulant. Indien de concentraties aan trivalente metalen groter is dan 0,05 ppm treedt er neerslag op. Daarnaast houdt de temperatuursschommeling een gevaar in (5-30°C), voornamelijk voor het neerslaan van CaCO3, waarvan de oplosbaarheid sterk daalt bij dalende temperatuur en bijna verzadigd aanwezig is in het Scheldewater. Mogelijke oplossingen ter neerslagpreventie zijn het verlagen van de recovery, intensievere voorbehandeling, dossage van anti-scalant of een combinatie van de voorgaande, waarbij de intensievere voorbehandeling kan bestaan uit zuurdosering, dosering van gehydrateerde kalk of door voorschakeling van een sterk of zwak zure ionenwisselaar. Als laatste belangrijke factor is er het biologische aspect, waar rekening dient gehouden te worden met bacteriën, algen, fungi, virussen en hogere organismen, waarbij bacteriën het grootste gevaar vormen. Door een effect, genaamd ‘concentratiepolarisatie’, waarbij stoffen, waaronder bacteriën en voedingsstoffen aangereikt worden ter hoogte van het membraanoppervlak, wordt er een ideale omgeving gecreëerd waarbij bacteriën kunnen groeien en een biofilm vormen. Door het vormen van een biofilm worden poriën verstopt en tegelijk een beschermende laag gecreëerd die eventueel aanwezige bacteriën afschermt tegen chemicaliën en afschurende krachten. 1.3.2 Preventiemaatregelen Ter bestrijding van de hierboven besproken vervuilingsprocessen wordt het Scheldewater 22B
voorbehandeld, gebruik makende van een coagulatiestap, mediafilter, UF en dossage van antiscalant, waarnaast nog periodiek reinigingen worden uitgevoerd. De gebruikte chemicaliën kunnen gegroepeerd worden onder drie groepen, nl. deze voor water conditionering, diegene voor biocidale reiniging en voor neerslagverwijdering, welke respectievelijk zijn: FeCl3 en anti7
scalant, NaClO voor UF en Na2SO3 voor RO en tot slot citroenzuur en HCl. Daarnaast worden ook chemicaliën gebruikt voor membraan conservering, waarvoor een mengsel van bovenstaande biocidale en pH-regelende chemicaliën wordt toegepast. De coagulatiestap bestaat uit het doseren van ijzerchloride (FeCl3), wat gesuspendeerde deeltjes d.m.v. dubbellaagcompressie coaguleert tot microaggregaten. Hierbij zijn twee effecten van belang, nl. het vormen van vlokken en het vormen van een betere structuur van de koek op de UF membranen. Het eerste effect zorgt voor een reductie van polluenten die tegengehouden moeten worden door het UF membraan, ondermeer doordat deze meer in oplossing blijven, maar ook doordat een deel van de opgeloste organische stoffen geadsorbeerd worden aan de gevormde microaggregaten, waardoor de DOC (Dissolved Organic Carbon) daalt. Het tweede effect zorgt voor een beter verwijderbare koek, waardoor membranen efficiënter gereinigd kunnen worden en irreversibele vervuiling minder vlug optreedt. Hieronder is het verband te zien tussen de geïnjecteerde ijzerconcentratie en het gehalte aan gesuspendeerde stoffen in het Scheldewater. Tabel2: Concentratie gesuspendeerde stoffen i.f.v. de FeCl3 dossage Geïnjecteerde ijzerconcentratie (mg/l)
Gesuspendeerde stoffen in de membraantank voor een drain (g/l)
0
0,2
20
0,7
30
0,82
80
1,4
Echter ter aanleiding van milieunormen inzake maximum gesuspendeerde stoffen in het afvalwater, wordt een lage ijzerconcentratie dossage gehanteerd van 5ppm. Door deze lage concentratie treedt het eerste effect minimaal op, maar wel het tweede effect, die de structuur van de koek verbetert en dus beter verwijderd kan worden. Een eerste afzetting wordt bekomen op een zelfreinigende screen filter als mediafilter en een tweede op de UF membranen. De UF houdt, zoals de mediafilter, stoffen tegen op basis van hun fysische grootte, nl. worden alle stoffen weerhouden die kleiner zijn dan de poriegrootte van het membraan, ook molecular weight cut-off genoemd. De UF membranen zijn van het type ‘Zenon Zeeweed 500d’ en bezitten een poriegrootte van ongeveer 0,04 µm. Uit onderstaande grafiek is af te leiden welke stoffen tegengehouden worden door de gebruikte UF en RO membranen. De UF membranen houden de meeste colloïden, proteïnen, microbiologische contaminenten en grote organische moleculen tegen, terwijl de RO optreedt als laatste barrière en alle opgeloste zouten en
8
anorganische moleculen tegenhoudt, alsook organische moleculen met een moleculair gewicht groter dan ongeveer 100 mg/mol.
Fig.3: Filtreerbaarheid polluenten
Ter preventie van biologische vervuiling door micro-organismen tegen te gaan, wordt gebruik gemaakt van ‘FILMTEC BW30-365 FR’ membranen die sterker ‘fouling resistent’ zijn voor microorganismen. Deze fouling resistente membranen bezitten een gladder, uniformer oppervlakte waardoor micro-organismen zich minder makkelijk kunnen hechten aan het oppervlakte. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van periodieke dossage van biocidale stoffen. Tot slot wordt ter bescherming tegen neerslag bij RO een anti-scalant gedoseerd, als nabehandeling op het UF permeaat, die eventueel gevormde micro-aggregaten in oplossing moet houden. De gebruikte anti-scalant is ‘PermaTreat PC-191’ en wordt gedoseerd aan 5ppm. Het gebruik hiervan levert echter geen volledige dekking van het probleem, en neerslag zal onvermijdelijk optreden. Hiervoor worden regelmatig reinigingen uitgevoerd m.b.v. chemicaliën om neerslagen te verwijderen. Deze mogen echter niet te lang worden uitgesteld en moeten frequent gebeuren. Indien dit niet het geval is kan irreversibele vervuiling optreden die niet meer te verwijderen is. In bovenstaand besproken behandelingsstappen worden er verscheidene chemicaliën gebruikt, echter de keerzijde hieraan is dat de membranen hiertegen chemisch resistent moeten zijn zodat degradatie niet optreedt. De UF membranen bestaan uit PVDF en de RO membranen uit drie lagen van polyester, polysulfon en polyamide. Deze bezitten een goede chemische 9
resistentie, o.a. tegen zowel zuren als basen, maar echter zijn de RO membranen oxidatie gevoelig en moeten deze beschermd worden tegen oxidatoren, zoals NaClO, dat gebruikt wordt als biocide bij de UF. Indien oxidatiebeschadiging van de RO membranen optreedt, wordt eerst een fluxdaling waargenomen, gevolgd door een fluxstijging en een grotere saltpassage. Oxidatieve beschadiging kan gekatalyseerd worden door aanwezigheid van zware metalen zoals ijzer. Wetende dat neerslag van ijzer zeer waarschijnlijk wordt geacht en oxidatieve beschadiging niet onder garantie valt, is er een continue controle voorzien om aanwezigheid van eventueel oxidatieve stoffen te detecteren, gekoppeld met een correctieve actie d.m.v. van Na2SO3 dossage. Na in dienst stelling van de installatie blijft de nood bestaan om op regelmatige intervallen het voedingswater te analyseren en eventueel de voorbehandeling en uitbating aan te passen.
1.4 TOEGEPASTE MATERIALEN 9B
Zoals bij elke installatie moet er aandacht gaan naar galvanische corrosie, maar bij productie van ultra puur water moet hieraan extra aandacht geschonken worden. Daarom zijn de demiopslagtanks vervaardigd uit RVS met een inwendige coating. Bij de keuze van de materialen is rekening gehouden met de bedrijfsdruk, temperatuur, omgevingsomstandigheden en de fysische en chemische eigenschappen van de vloeistoffen. Tabel3: Toegepaste materialen
Water
Reactieven
Gassen
Vloeistof
Materiaal
Water in het algemeen
HDPE
Hogedruk (RO permeaat / concentraat)
RVS 316
Chemisch afvalwater
HDPE
Koelwater
Koolstofstaal
HCl
PVDF/PTFE
NaOH
PVDF/PTFE
NaClO
PVC
Antiscalant
PP
FeCl3
PP
Citroenzuur
PVDF/PTFE
Natriumbisulfiet
PVDF/PTFE
Perslucht
Galva staal
Ventilatielucht
HDPE
10
1.5 PROCESVERLOOP 10B
1.5.1 Intake en lozing De Schelde is gelegen aan de westkant van de centrale en wordt aangewend voor koelwater en 23B
nu ook als bron voor het suppletiewater. Het Scheldewater komt binnen via twee intakepunten in twee gescheiden, ondergrondse waterkanalen/netwerken. Het eerste waternetwerk levert het koelwater voor groepen 3, 4 en 5 en het tweede netwerk aan groepen 6 en 7. Van belang is het eerste netwerk waarop de demineralisatie installatie is aangesloten. Het water komt binnen langs een vorkfilter met openingen tot 5 cm en filtert de grofste onderdelen uit het water, zoals grove takken, plasticflessen, etc. Daarna wordt het water gefilterd langs een radfilter met openingen tot 1 cm waar blaren en fijnere objecten worden weerhouden, waarna het water in de waterkanalen stroomt en via een afnamepunt gevoed wordt aan de UF/RO. Daarnaast wordt het vervuilde water afkomstig van de UF/RO meegegeven aan het verbruikte koelwater en wordt downstream de Schelde geloosd.
UF/RO HCl lokaal
Intake
Labo/ monitoring Outtake
Ruwwater pompen
Fig.4: Grondplan site Electrabel te Ruien
Het Scheldewater wordt aangezogen met behulp van een centrifugaal pomp (75m³/h, 1,5 bar)(*) en wordt gefilterd d.m.v. een automatisch zelfreinigende screenfilter van 1mm(*), waarbij het ontdaan wordt van zijn grofste gesuspendeerde deeltjes. Van dit Scheldewater wordt automatisch periodiek een staal genomen door een staalnamekast voor manuele controle. 1.5.2 Coagulatie De voorbehandeling, hier coagulatie van het voedingswater met ijzerchloride (FeCl3), zijn samen 24B
met het onderhoud en de uitbating de belangrijkste factoren voor het al dan niet efficiënt
11
demineraliseren. Door toevoegen van coagulant worden de UF en RO membranen minder belast en kunnen deze efficiënter werken. Als coagulant wordt FeCl3 gebruikt, wat afhankelijk van het gemeten debiet aan het ruwe water wordt gedoseerd(*), waarna het water een statische menger passeert om een homogeen mengsel te bekomen. Hierna wordt het water opgesplitst in twee parallelle stromen naar elk een coagulatietank. De coagulatietank bevat 2,5m³ water, waarin een mixer is geplaatst met een vermogen van 1,5 kW. Onderaan de tank wordt ruw water toegevoerd en bovenaan afgevoerd door middel van overloopranden. Er is een contacttijd voorzien van 5 min.
Fig5: P&ID: Coagulatietank
Het debiet vanuit de coagulatietank is afhankelijk van de UF-installatie waarmee deze verbonden is en wordt gestuurd door frequentieregeling van de ruwwaterpomp(*). Ook is er een regelklep voorzien welke gesloten moet worden indien er een backwash of een reiniging plaatsvindt. Voor het aansturen van de coagulatietank en monitoring wordt gekeken naar het niveau m.b.v. 4 niveauswitchen: LVLHH, LVLH, LVL en LVLL, welke respectievelijk staan voor levelswitch high high, levelswitch high, levelswitch low low en levelswitch low. Indien het vloeistofniveau onder de LVL-waarde komt, wordt de mixer gestopt. Indien deze de LVL-waarde overstijgt, wordt de mixer terug gestart.
12
1.5.3 Ultrafiltratie (UF) 1.5.3.1 Procedure 25B
71B
Zoals de coagulatie een voorbehandeling is op de ultrafiltratie, wordt de ultrafiltratie beschouwd als een voorbehandeling voor de inverse osmose. Per parallelle lijn wordt het overgelopen water van de coagulatietank opgevangen en na passeren van een veiligheidsfilter naar de ultrafiltratie membraan tank gestuurd. De veiligheidsfilter is een automatisch zelfreinigende screenfilter van 1mm met als backup een mandfilter van 750µm. In de membraantank worden de membranen in principe dead-end bedreven, waarbij het water door de ondergedompelde UF membranen gezogen wordt, door de UF permeaat pompen. Er zijn 56 modules voorzien per eenheid voor een flux van ± 29 l/h/m². Er worden capillaire membranen gebruikt van het type ‘Zenon Zeeweed 500d’, waarmee de meeste gesuspendeerde en organisch zwevende stoffen mee worden tegengehouden. Elke ultrafiltratie-eenheid levert een permeaat debiet van maximum 37,5 m³/h netto. Zodra een bepaalde indikking behaald is (sturing op tijd), wordt de complete inhoud van de membraantank afgevoerd naar de algemene afvalwatertank (drain). De membraantank wordt dan weer gevuld met het gecoaguleerde water en het proces begint van voor af aan. Door deze manier van uitvoering wordt de gemiddelde concentratie aan zwevende delen in de membraantank sterk gereduceerd ten opzichte van een continue spuistroom. Ook laat dit toe om een extreem hoge concentratiefactor te bekomen van 92%. Doordat de opgeloste organische stoffen aanwezig blijven na backwashing is het nodig om een dergelijke draining meerdere keren per dag uit te voeren om een te grote accumulatie in de tank te voorkomen. De drain frequentie is om de 4, 5 of 6 uur, afhankelijk van de gemeten troebelheid. Indien de andere UF membraan tank een drain aan het uitvoeren is, moet er gewacht worden tot deze terug in productie gaat om zelf een drain uit te voeren.
Fig.6: Ultrafiltratie eenheid
13
Onder de capillaire membranen is er een beluchtingseenheid geplaatst om de gevormde vervuiling van de membranen te halen. In normaal bedrijf wordt enkel belucht tijdens het reinigen, maar kan ook onafhankelijk gestart worden. Door het beluchten beginnen de membranen te trillen en te botsen tegen elkaar, zodat er minder vlug vervuiling optreedt. Ook wordt hiermee een langsstroom van water en lucht gecreëerd, waarbij de lucht een schurende werking heeft langs de membranen en deeltjes makkelijker loskomen. Bij backwashing wordt UF-permeaat vanuit de UF-permeaat tank terug gepompt naar de membranen waardoor de gevormde afzetting loskomt. Hierbij is het nodig dat de pompen tussen de membraantank en de permeaat opslagtank bidirectioneel bedreven kunnen worden. Drie aangepaste centrifugaal-pompen zijn hiervoor voorzien met één als backup pomp. De permeaat productie wordt geregeld door het niveau van de UF permeaat tank, waarbij ook rekening wordt gehouden met de RO-eenheden. De UF-eenheden moeten enkel functioneren indien de RO-eenheden ingeschakeld zijn om start/stop situaties te vermijden. (Kurt, 2008) Het nodige permeaat-debiet wordt bepaald uit de niveaustand van de UF-permeaat tank en de stand van de RO-eenheden. De UF-eenheid wordt in productie genomen wanneer de geassocieerde RO-eenheid in werking is en de UF permeaat tank tot onder het LSH niveau gevuld is.
Fig.7: P&ID: Ultrafiltratie eenheid
14
Het aangezogen permeaat van de twee eenheden komt samen en wordt verzameld in de UFpermeaat buffer tank. Deze is nodig aangezien de UF-permeaat productie regelmatig stopt voor backwashing en draining en de continue productie van de RO-installatie niet gehinderd mag worden. De tank heeft een inhoud van 15m³ en is uitgerust met een niveaumeter. Zijn inhoud is berekend op basis van de tijd nodig om een volledige drain en hervullen uit te voeren. Vanuit de UF-permeaat tank wordt de stroom terug opgesplitst naar twee parallelle stromen die beiden naar een RO-eenheid gaan. Ter voorbereiding op het demineraliseren m.b.v. RO, wordt aan het UF-permeaat debietsproportioneel anti-scalant en natriumbisulfiet gedoseerd, vóór de hoge druk pompen. Het doseren van anti-scalant gebeurt continue en aan een concentratie van 5ppm, terwijl het natriumbisulfiet discontinue wordt gedoseerd. Het anti-scalant heeft als functie het tegengaan van neerslag, terwijl het natriumbisulfiet twee rollen vervult, nl. dat van biocide en als reductans. Periodiek wordt een biocidale reiniging uitgevoerd met een concentratie van 1000ppm gedurende één uur lang, daarnaast wordt het ook gedoseerd wanneer oxidanten via de ORP (oxidation reduction potential) meting gedetecteerd worden, welke de RO membranen zouden kunnen beschadigen. 1.5.3.2 Membraan Zenon 500d 72B
De toegepaste membranen voor UF bestaan uit fijne capillaire PVDF buisjes met een buitendiameter van 1,9 mm en een binnendiameter van 0,8 mm. De buisjes zijn geplaatst op modules die op zich geplaatst moeten worden in een rek dat opgehangen wordt in een waterbak. Het rek biedt ondersteuning voor 64 modules, maar waarvan initieel slechts 56 worden gebruikt.
Fig.8: Membraan module UF
De UF membranen houden, op basisch van fysische grootte, de meeste colloïden, proteïnen, microbiologische contaminenten en grote organische moleculen tegen. De poriëngrootte van de membranen bedraagt 0,04 µm, wat hier ook gelijk is aan de molecular weight cut off. Alle moleculen kleiner dan deze poriegrootte, alsook alle opgeloste zouten kunnen passeren. 15
1.5.4 Inverse osmose (RO) 1.5.4.1 Procedure 26B
73B
Vanuit de UF-permeaat tank wordt er per parallelle lijn ongeveer 29 m³/h UF-permeaat, door middel van centrifugaal pompen, gevoed aan de twee RO-installaties. Er zijn 2 + 1 centrifugaal pompen voorzien waarbij één als backup en kunnen 29m³/h leveren aan 19 bar. Beide ROinstallaties hebben een recovery factor van ongeveer 70% en produceren ongeveer 20 m³/h netto. Ze bestaan uit twee stages waarbij de eerste stage met UF-permeaat wordt gevoed en de tweede stage met de concentraatstroom van de eerste. Door deze concentraatgeschakelde configuratie is het mogelijk de hoge recovery te bekomen. Uit de verschillende debieten wordt de recoveryfactor berekend en gebruikt voor het aansturen van de concentraat regelklep om zo af te regelen op de recovery van 70%. Beide installaties hebben een stage ratio van 3:2, wat inhoudt dat een installatie 3 + 2 drukvaten bevat, voor respectievelijk de eerste en tweede stage, waarbij elk drukvat 6 concentraatgeschakelde membraaneenheden bevat. De drukvaten verdragen een druk tot maximaal 41 bar en binnen elk drukvat zijn de elementen ook concentraat geschakeld.
Fig.9: Spiraal gewonden RO-membraaneenheid
Er is geopteerd voor spiraal gewonden membranen, type ‘Filmtec BW30-365 FR’, welke extra fouling resistent zijn t.o.v. gewone membranen, maar door de hoge modulariteitsgraad is het ook mogelijk om andere membraanelementen te plaatsen. (Alarie and J, 2008)Door o.a. het strikt te hanteren debiet over de ionenwisselaars van 20m³/h, wordt de installatie geregeld op constante flux. De benodigde druk wordt dan automatisch geregeld, afhankelijk van enkele parameters zoals temperatuur en zoutgehalte. In normaal bedrijf, waarbij beide ionenwisselaars in werking zijn, hebben beide RO-installaties een debiet van ongeveer 20m³/h netto. Echter indien slechts één ionenwisselaar actief is, moet het geleverde debiet verlaagd worden, waarvoor twee opties overweegt zijn, nl. recirculatie van het concentraat van de tweede stage en stilleggen van één van de twee installaties. Door o.a. hogere investeringskost is er gekozen voor de tweede methode en wordt een installatie stilgelegd bij lagere watervraag. Hierbij is echter van belang dat de desbetreffende RO eenheid niet langer dan 24 uur stil ligt om beschadiging van de membranen te voorkomen. Indien dit wel het geval is moeten de 16
membranen gespoeld worden met conditioneringschemicaliën om de membranen te beschermen. Het RO-permeaat van de twee eenheden komt samen en wordt afgevoerd naar de putwatertanks die uitgerust zijn met niveaumeters. Vanuit deze putwatertanks wordt het ROpermeaat verpompt naar twee parallel geplaatste installaties, voorzien van ionenwisselaars.
Fig.10: P&ID: RO-installatie
Het sturen van deze eenheden wordt bereikt, zoals bij de UF-eenheden, aan de hand van de niveaustand in de putwatertanks. Indien deze zich onder het LSH niveau bevindt en de geassocieerde ionenwisselaar in werking is, wordt de RO-eenheid in werking gesteld en omgekeerd. Voor de bedrijfsvoering zijn de permeaatstroom en zoutrejectie de twee belangrijkste performantie parameters voor inverse osmose installaties en worden voornamelijk beïnvloed door de druk en recovery. Daarnaast zijn ook nog de temperatuur en de concentratie van het voedingswater van groot belang wat reeds aangehaald is bij ‘filtreerbaarheid van het voedingswater’.
Fig.11: De permeaatstroom en zoutrejectie t.o.v. de druk en recovery
17
Naarmate de voedingsdruk opgevoerd wordt, stijgen zowel de permeaatstroom als de zoutrejectie. Daarnaast staat in relatie met de voedingsdruk de permeabiliteit van het voedingswater, waartussen een omgekeerd verband bestaat. Hoe lager de permeabiliteit, hoe hoger de nodige voedingsdruk en hoe hoger de zoutrejectie. Het nadeel is echter dat hogere drukken een meerkost met zich meebrengen en sterk de OPEX beïnvloeden.
De permeabiliteit daalt (zoutrejectie stijgt) naarmate een stijging in: (Dow, 2008) -
Dissociatiegraad: zwakke zuren, vb.: melkzuur wordt veel beter weerhouden bij hogere pH, wanneer de dissociatiegraad hoog is.
-
Lading ionen: vb.: divalente ionen worden beter weerhouden dan monovalente ionen.
-
Moleculair gewicht: stoffen met een hoger moleculair gewicht worden beter weerhouden.
-
Appolariteit: Appolaire stoffen worden beter weerhouden dan polaire stoffen.
-
Hydratiegraad: Meer gehydrateerde ionen, zoals chloride, worden beter weerhouden dan minder gehydrateerde ionen, zoals nitraat.
-
Vertakkingsgraad van moleculen: vb.: iso-propanol wordt beter weerhouden dan npropanol.
Als tweede verband is duidelijk dat zowel de permeaatstroom als de zoutrejectie dalen bij het verhogen van de recovery. Hierbij valt op dat zowel de zoutrejectie als de permeaatstroom sterk beginnen te dalen vanaf een bepaalde recovery, dit door het overschrijden van de oplosbaarheidsproducten van de aanwezige zouten. De optimale recovery is deze waarbij de permeaatstroom het grootst is, terwijl neerslag door oververzadiging van zouten niet optreedt. Bij analyse van het Scheldewater m.b.v. het ROSA programma van Dow, wordt voor elk element van de installatie een optimaal werkingspunt bekomen naar druk, permeaatdebiet en recovery toe. Onderstaand profiel werd bekomen.
18
Permeaat Debiet (m³/h)
0,85 0,75 0,65 0,55
Recovery (%)
14 12 10 8
Druk (bar)
6 15 10 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Fig.12: Werkingsprofiel ROSA
Het ROSA programma voorspelt een daling van het permeaat debiet met ongeveer een factor van 1,3 en is afkomstig van de drukval doorheen de membraanelementen (zie onderste grafiek), samengaand met de stijgende osmotische druk door opconcentreren van de polluenten. Onder sommige condities kan de ratio van het permeaat debiet tussen het eerste en laatste element zeer hoog uitvallen, bij: -
hoge recovery
-
hoge TDS waarde van de voeding
-
gebruik van lage druk membranen
-
hoge water temperatuur
-
gebruik van nieuwe membranen
Om bovenstaande effect tegen te gaan is een goed ontwerp essentieel, die de debieten uitbalanceert tussen de verscheidene elementen en kan bekomen worden mbv volgende methoden: -
De voedingsdruk verhogen tussen de stages
-
Enkel een tegendruk voorzien op het permeaat van de eerste stage bij een systeem met twee stages.
19
-
Membranen met lagere water permeabiliteit gebruiken in de eerste stage bij een systeem met meerdere stages.
Daarnaast moet ook gewaakt worden over de individuele recovery’s van de elementen, die niet hoger mogen uitvallen dan een bepaald vastgelegde waarde, die afhankelijk is van de samenstelling van het voedingswater. Duidelijk in bovenstaande figuur is het stijgende verloop te zien per stage, waarbij het laatste element van de tweede stage de hoogste recovery bezit. 1.5.4.2 FILMTEC BW30-365 FR membraan 74B
De FILMTEC BW30-365 FR (brak water, BW30 familie, 365 ft², fouling resistant) elementen zijn opgebouwd uit een composiet membraan van drie lagen: een polyester support laag, een microporeuze polysulfon tussenlaag en een ultra dunne polyamide laag als grenslaag, welke respectievelijk 0,2; 40 en 120 µm dik zijn. De gebruikte membranen bezitten een zoutrejectie van gemiddeld 99,5%
Polyamide grenslaag
Polysulfon tussenlaag Polyester support laag
Fig.13: Schematische dwarsdoorsnede van FILMTEC RO membranen
Terwijl UF voornamelijk gesuspendeerde aggregaten tegenhoudt op basisch van hun fysische grootte, weerhoudt inverse osmose zouten op basis van zowel hun fysisch als chemische aard. Alle zouten, alsook alle organische moleculen groter dan ongeveer 100 worden weerhouden. De polyamide grenslaag wordt gevormd uitgaande van 1, 3 phenyleen diamine en benzeen triacetyl chloride, die een zeer sterke en chemisch resistente toplaag vormt. Ook door de relatief dikke grenslaag t.o.v. andere membranen zijn deze membranen goed bestand tegen mechanische stress. De verkregen structuur bezit vrije carbonyl en amine groepen.
20
Fig.14: Polyamide grenslaag
1.5.5 Ionenwisseling (IX) Het RO permeaat, afkomstig van de putwatertanks, wordt geleid naar twee identiek, parallel 27B
geplaatste installaties, uitgerust met ionenwisselaars. Daarbij wordt het RO permeaat gezuiverd van ongeveer 80µS/cm tot een zuiverheid van gemiddeld 0,08 µS/cm, met een maximum toelaatbare piek van 0,2µS/cm. (Beken, 2006)De twee installaties bestaan elk uit een sterk zure kationwisselaar, een ontgasser en een sterk basische anionwisselaar, waarna het water van de twee installaties samenkomt voor een laatste polishing d.m.v. terug een sterk zure kationwisselaar, met erna een sterk basische anionwisselaar. Verder wordt hier niet op ingegaan aangezien dit buiten de scope van de masterproef zou vallen.
1.6 REINIGING 11B
1.6.1 Principe Ter verwijdering van biologische vervuiling worden twee biocidale producten aangewend, nl. 28B
NaClO en Na2SO3, voor respectievelijk UF en RO. De gebruikte biocides zijn verschillend vanwege de hoge oxidatiegevoeligheid van de RO membranen tegenover oxidatoren, waaronder ook NaClO valt. De biociden worden periodiek onder de vorm van schokdosering gedoseerd, waardoor bacteriën en andere micro-organismen niet de tijd krijgen te groeien of onaangetast te blijven door bescherming van een biofilm. Indien biocidale stoffen continue aan lagere concentraties zouden toegevoegd worden, bestaat het gevaar dat deze gedeeltes van nutriënte stoffen zouden afbreken tot kleinere stukken, die makkelijker op te nemen zijn door bacteriën. Ook bestaat het gevaar bij dossering van lage concentraties dat de biocidale stoffen zelf als nutriënt kunnen dienen. Daarnaast moet, wanneer er een biologische reiniging uitgevoerd wordt, steeds de volledige biofilm verwijderd worden. Wanneer dit niet wordt uitgevoerd, leidt dit tot een snelle teruggroei van de bacteriën en verdere ontwikkeling van de biofilm.
21
Het chloreren is sedert geruime tijd bekend als een snel en effectieve methode om de meeste micro-organismen af te doden. Bij chloreren wordt een hoeveelheid Cl2-gas of NaOCl aan het water gedoseerd, waarbij volgende reacties optreden: of
Evenals bij Na2SO3 is de goede werking afhankelijk van de biocide concentratie, werkingstijd en de pH van het water. Bij de gehanteerde biologische reinigingen worden de UF membranen gedurende 1 uur blootgesteld aan NaClO bij een concentratie van 2000ppm en de RO membranen gedurende 30 min blootgesteld aan Na3SO4 bij 1000ppm. Ter controle naar de efficiëntie van de reinigingen wordt om de maand periodiek waterstalen genomen op 8 verschillende plaatsen: (Kluwer, 2005) -
Innamepunt vòòr enige additie van chemicaliën.
-
Na de zelfreinigende screen filter.
-
Na de coagulatie eenheid.
-
Na de zakfilter, geplaatst voor de UF
-
Vlak voor de UF (na additie van eventuele chemicaliën)
-
Na de zakfilter, geplaatst voor de RO
-
In de concentraatstroom van de RO
-
In de permeaatstroom van de RO
De waterstalen worden binnen de 8 uur onderzocht d.m.v. cultuur technieken of Totale bacterie telling onder de microscoop. Eventueel kan onderzocht worden wat de biofilm formation rate (BFR) is, die weergeeft hoe snel een biofilm zich ontwikkelt onder condities waarbij de demineralisatie gebeurt. BFR waarden die 100 pg/cm² ATP overstijgen duiden op een ernstige vervuilingspotentie door organismen en zullen frequent gereinigd moeten worden. Bij BFR waarden lager dan 1 ph/cm² ATP is er een stabiele bedrijfsvoering mogelijk zonder toevoeging van biociden. 1.6.2 UF sequence Bij het Zenonprincipe maakt men gebruik van capillaire membranen, welke dankzij hun 29B
buisvorm, periodiek teruggespoeld kunnen worden met permeaat, wat men om de 15 minuten periodiek uitvoert. Na de backwash wordt het debiet van de UF permeaat pomp verminderd via
22
frequentie besturing, waarna de pomp stopt, de pneumatische klep voor de coagulatietank dichtgaat en de sequentie voor backwash gestart wordt. Doordat er een vacuüm gecreëerd wordt, daalt de oplosbaarheid van gassen in het water, waardoor er zich gassen opstapelen in de membranen. Om opstapeling van onopgeloste gassen te verhinderen en zo ook het benuttigde contactoppervlakte maximaal te behouden wordt er bij backwash periodiek ontlucht. Hiervoor wordt een teller bijgehouden die om een bepaald aantal backwashen een backwash met ontluchting uitvoert. Daarnaast is het nodig om de membranen met chemicaliën te reinigen, wat bij de UF gebeurt door een preventieve of een curatieve reiniging. Deze reiniging is afhankelijk van de aard van vervuiling op de membranen en moet semi-automatisch gestart worden door de operator. Zowel voor preventieve al curatieve reiniging worden dezelfde chemicaliën gebruikt, echter bij curatieve reiniging laat men deze langer inwerken bij een hogere concentratie. Bij een chemische reiniging wordt de reinigingsvloeistof aangemaakt in de UF CIP tank, waarin chemicaliën en condensaat toegevoegd kunnen worden. Het condensaat wordt gebruikt om de oplossing te verwarmen. Indien de oplossing boven de 35°C stijgt, gaat de UF CIP tank in mode ‘stand-by op alarm’ om de membranen te beschermen. Ook wordt periodiek lucht geblazen om de chemicaliën te mengen en zo de membranen te beschermen tegen plaatselijk te hoge concentraties. Na een bepaalde inwerkingtijd voert men de inhoud af, welke afhankelijk van de gebruikte chemicaliën afgevoerd kan worden naar de algemeen afvalwater tank of de citroenzuur afvalwater tank. Een preventieve reiniging voert men ongeveer om de week uit, terwijl een curatieve reiniging enkel uitgevoerd wordt indien de TMP boven de 0,7 bar dreigt te komen. Na een chemische reiniging spoelt men de tank 2 à 3 keer uit met Scheldewater, waarbij de blower wordt gebruikt om het water te mengen. Daarna wordt dit Scheldewater geloosd op het vloerwater. (Vermeersch, 2008) 1.6.3 RO sequence Door het gebruik van capillaire membranen is er de mogelijkheid om een flush of een permeaat 30B
flush uit te voeren. Hierbij wordt de RO CIP tank gevuld met respectievelijk UF-permeaat of ROpermeaat en wordt dit over de membranen gestuurd. Het aanwezige concentraat wordt daarbij door respectievelijk UF-permeaat of RO-permeaat weggeduwd. Voor een RO-eenheid in standby gaat, wordt telkens een flush sequentie uitgevoerd. Daarnaast kan een chemische reiniging worden uitgevoerd, waarbij er geen onderscheid wordt gemaakt tussen een preventieve of curatieve reiniging. Deze reiniging wordt ongeveer om de 3
23
weken uitgevoerd, wat vooral proefondervindelijk bepaald moet worden. Hierbij voert men volgende procedure uit: -
Aanmaken reinigingsvloeistof.
-
Verdringen van het voedingswater uit de drukvaten/elementen met reinigingswater.
-
Recirculatie aan een laag debiet. (eerst eerste stage, daarna tweede)
-
Inweken van de reinigingsvloeistof.
-
Recirculatie aan een hoog debiet. (eerst eerste stage, daarna tweede)
-
Verdringen van de reinigingsvloeistof met RO-permeaat.
-
Heropstarten van de gereinigde stacks.
Hierbij wordt constant gewerkt met dezelfde reinigingsvloeistof. Als de reiniging uitgevoerd is, wordt de gebruikte reinigingsvloeistof verzameld in de RO CIP tank, samen met UF-permeaat dat gebruikt werd om deze te verdringen. De RO CIP tank wordt daarna geledigd in de algemeen –of citroenzuur afvalwatertank, afhankelijk van de gebruikte reinigingschemicaliën. Belangrijk is dat men de reiniging zo lang mogelijk uitstelt, aangezien de membranen niet volledig gevrijwaard worden van chemische aantasting. Bij een biologische reiniging worden de RO membranen gedurende 1 uur blootgesteld aan Na2SO3 bij een concentratie van 1000ppm.
1.7 INSTRUMENTATIE EN CONTROLE 12B
Na 24 uur van de opstart wordt een beginsituatie vastgelegd, waarbij alle parameters ingelezen en opgeslagen worden. Nadien worden de parameters geëvalueerd tegenover de beginparameters en kan degradatie van de membranen vastgesteld worden.(Vanlangendonck, 2008) Volgende metingen worden uitgevoerd: troebelheid, debiet, niveau, temperatuur, pH, rH, vrij chloor, druk en geleidbaarheid. De troebelheid wordt gemeten van het Scheldewater om de UFdrain frequentie te bepalen. Debieten worden gemeten voor constante debietregeling waarop de demi-installatie gebaseerd is, maar ook om doseringen te kunnen bepalen, rendementen te berekenen en problemen met pompen waar te nemen. Niveaumetingen bepalen werkingsdebieten van pompen, bepalen of sequenties al dan niet doorgaan en maken lekdetectie mogelijk. Temperatuur, pH, rH en vrij chloor metingen worden uitgevoerd om de membranen te beschermen. Eveneens wordt de druk gemeten om de membranen te beschermen tegen te hoge TMP, lekkage te detecteren en rendementen te berekenen. Tenslotte word de geleidbaarheid van het RO-permeaat gemeten ter controle van het zoutgehalte. Volgende berekeningen worden uitgevoerd: Temperatuur compensatie factor, Flux, TMP, Permeabiliteit, CIP verdunningsfactor en recovery factor.
24
Temperatuur compensatie factor
Deze factor dient om de genormaliseerde flux op 20°C te berekenen, en wordt berekend als volgt:
Coeff _ T ° = ( X ) ( 20−T )
met:
X = constante, bepaald door operator T = temperatuur in de UF membraan tank (°C)
Flux =
Flux (l/u/m²)
FT ×1000 Opp
met:
FT = UF permeaat debiet (m³/u) Opp = membraan oppervlakte per tank (m²)
Flux _ 20°C = Flux × Coeff _ T °
TMP bij UF (bar)
TMP = PT + ( A × C ) − (LT − B ) × C
met:
TMP = Trans membrane pressure (bar) PT = UF permeaat druk (bar) LT = niveau in de UF membraan tank (m) A = hoogte van de drukmeter in vergelijking met de membraan cassette (m) B = hoogte van de membraan cassette (m) C = 0,0979 (conversie factor)
Fig.15: Schema UF tank
TMP bij RO (bar)
Pvoeding + Pconcentraat
TMP =
2
− Ppermeaat
met:
TMP = Trans membrane pressure (bar) [P] = bar
Permeabiliteit (l/u/m²)
Perm =
Flux Abs(TMP)
met:
Perm = permeabiliteit (l/u/m²) TMP = Trans membrane pressure (bar)
Perm _ 20°C = Perm × Coeff _ T °
25
CIP verdunningsfactor
CIP _ verdunning =
RO _ permeaat _ debiet + CIP _ debiet CIP _ debiet
Recovery factor bij RO
Re cov ery _ RO =
perm _ debiet voeding _ debiet
met:
Perm_debiet = permeaat debiet (m³/u)
1.8 AUTOMATISATIE 13B
1.8.1 Algemene procesfilosofie Volgende termen zijn van belang: (Vanlangendonck, 2008) 31B
Mode
Werkingsmode van de eenheid, gekozen door de operator via de supervisie.
Sequentie
Verscheidene sequenties kunnen vervat zitten in een mode. Wanneer alles in automatische mode staat, kan de DCS de eenheid in verschillende sequenties plaatsen afhankelijk van de werkingscondities. Bepaalde sequenties kunnen ook in semi-automatische mode door de operator gestort worden.
De installatie wordt bedreven door een DCS-systeem, welke volledig autonoom werkt indien de installatie in automatische mode staat. Het DCS-systeem zorgt dat er een sterk vereenvoudigde besturing mogelijk is voor de operator, welke eenvoudig parameters kan veranderen en bepaalde sequenties starten als dit nodig blijkt. Elke eenheid beschikt over de volgende werkingsmodes: o
Stop – Indien de lijn niet in werking is. Alles wordt stilgelegd, er is geen lopende sequentie. Alle pompen, kleppen, metingen, controles, enz. worden buiten werking geplaatst.
o
Manueel – De verschillende elementen van de eenheid kunnen bediend worden vanuit de supervisie. Motoren, kleppen, enz. kunnen individueel gestart worden of het werkingspunt kan aangepast worden. Metingen en beveiligingen blijven actief.
o
Auto – De eenheid wordt automatisch bediend door de DCS. Dit is de gewone werkingsmode.
26
o
Semi-auto – Per eenheid kunnen verschillende sequenties worden gestart door de operator, welke dan automatisch door de DCS worden uitgevoerd. Op het einde van elke sequentie gaat de eenheid in stand-by staan.
Om van mode te veranderen moet de operator eerst naar de stop-mode gaan, waarna hij de mode: manueel, auto of semi-auto kan kiezen. Elke eenheid beschikt over verschillende sequenties, welke samengevat zijn als bijlage, waarvan de belangrijkste hieronder zijn uitgelegd: o
Productie – Afhankelijk van het signaal dat de niveaumeter van de buffertank stuurt naar de DCS, wordt de desbetreffende eenheid (UF of RO) gestart. Indien het niveau zich onder de LSH-waarde (lower cross-section height) bevindt wordt de eenheid gestart. Eveneens wordt deze gestart indien de geassocieerde RO-eenheid in werking gaat. Ook wordt rekening gehouden met de bedrijfvoering van de geassocieerde ROeenheden.
o
Backwash – Toepasselijk voor de UF-eenheid. Er is ook backwash met ontluchting als een aparte sequentie gedefinieerd. Met een bepaalde frequentie worden de UFmembranen teruggespoeld met UF-permeaat vanuit de buffertank, waarbij de richting van de UF-permeaat pomp omgekeerd wordt. De frequentie dient empirisch te worden bepaald, afhankelijk van de vervuilingsgraad van de membranen.
o
Drain – Toepasselijk voor de UF-eenheid. Een drain wordt uitgevoerd indien een concentratiefactor bereikt is van 92% waarbij de UF-permeaat tank leeggemaakt wordt om accumulatie van zwevende stoffen te voorkomen. Ook opvullen is beschreven als een aparte sequentie.
o
Membraan conservering – Wanneer de installatie voor langer dan 24 uur wordt stopgezet, kunnen de membranen geconditioneerd worden met NaClO en NaHSO3 voor respectievelijk UF en RO. Indien dit niet gebeurt kunnen de membranen aangetast worden door biologische groei.
o
Lozing – De desbetreffende afvalwatertank wordt geledigd in het koelwater of vloerwater.
o
Stand-by – Niet beschikbaar in auto-mode. Er is ook stand-by met alarm als een aparte sequentie gedefinieerd. Voor de UF –en RO eenheden wordt een maximale stand-by tijd opgelegd om de membranen te beschermen. Wanneer deze overschreden wordt gaat de eenheid in stand-by met alarm.
27
1.8.2 Sequentieverloop UF 32B
Fig.16: Opvolging UF sequenties
28
In bovenstaand schema zijn verschillende modes, sequenties en controle parameters afgebeeld en geven het redeneringspatroon weer van de DCS voor de UF-eenheid. Elke parameter wordt berekend of kan ingesteld worden door de operator vanuit supervisie, volgende parameters komen voor in bovenstaand schema:
T 2.02
Aantal UF backwash sequentes uitgevoerd sinds de laatste backwash met ontluchting.
T 2.03
Tijdlengte sinds de ultrafiltratie 1-eenheid niet in productie is.
T 2.05
Tijdlengte sinds de ultrafiltratie 2-eenheid niet in productie is.
T 2.09
Tijd sinds de laatste drain van UF membraan tank 1.
P 5.03
Frequentie backwash met ontluchting. (Na XXX backwash sequentie)
P 5.07
Tijd tussen twee opeenvolgende drain sequenties.
P 5.12
Maximale stand-by tijd die geen backwash met ontluchting verijst bij het herstarten van de eenheid.
Dergelijke schema’s zijn belangrijk, maar het zou buiten de scoop van deze scriptie vallen om deze allemaal te bespreken. 1.8.3 Alarm Wanneer er een alarm ontvangen wordt van een bepaald onderdeel, wordt eerst aan de hand 33B
van een tabel gecontroleerd, welke onderdelen en eenheden gevaar lopen, waarna deze in de mode ‘stand-by met alarm’ gaan. De eenheid blijft in stand-by op alarm, ook wanneer het probleem verdwenen is. Het is alleen wanneer het alarm door de operator vrijgegeven wordt, dat de eenheid de ‘stand-by op alarm staat’ kan verlaten. Het geluidsalarm kan manueel uitgeschakeld worden door de operator. Het visueel alarm blijft stand houden tot de parameters in de groene zone komen. In de bijlagen is een tabel opgenomen waar de groene zones aangegeven zijn voor de verschillende opgemeten parameters.
29
2 APPLICATIE 1B
2.1 INLEIDING 14B
Deze applicatie is tot stand gekomen om aan de nood te kunnen voldoen voor het controleren en monitoren van de installatie, voor voornamelijk de uitbaters van Ondeo, die deze installatie voor de eerste drie jaar uitbaten. De applicatie is ontwikkeld in Excel met ondersteuning van een uitbreidingsapplicatie genaamd ‘PI-datalink’ (plant information). PI laat toe procesparameters afkomstig van de DCS te raadplegen en vormt hiermee een link tussen de productie- en kantooromgeving. De procesparameters worden real-time omgezet en weggeschreven naar een PI-server, die de parameters archiveert en ter beschikking stelt voor de client applicaties, zoals de ontwikkelde applicatie die hier besproken wordt. Naast real time uitlezing laat PI ook toe om historische data op te vragen tot meer dan 30 jaar terug, afhankelijk van de voorziene opslagcapaciteit. De ontwikkelde applicatie maakt zowel gebruik van real time binnenlezing voor voornamelijk de monitoring en raadpleegt eveneens historische data voor zowel monitoring als overige functies. Deze overige functies zijn het berekenen van de Key Performance Indicator (KPI), berekenen en weergeven van de operationele kosten (OPEX) en het berekenen van een pay-back time. Naast de oorspronkelijk geplande XLS-applicatie is er nog een tweede, kleiner XLS-bestand ontwikkeld moeten worden ten behoeve van de KPI, waarmee de eindgebruikers slechts zelden mee in aanraking zullen komen. De applicatie die centraal besproken wordt in deze scriptie is de eerste XLS-applicatie, terwijl de tweede, additionele applicatie slechts eenmalig aan bod zal komen onder de titel “werkbladen bijkomstige applicatie”. De eerste applicatie bestaat uit 7 werkbladen, nl.: schema, parameters, KPI, OPEX, OPEX-hulpsheet, payback, payback hulpsheet en de tweede, bijkomstige applicatie bestaat uit slechts 2 werkbladen, nl.: KPI, KPI-hulpsheet en is enkel ter ondersteuning van de KPI berekening. Voor de logica is gebruik gemaakt van de functies binnen XLS als programmering d.m.v. VB.script code. Doorheen de bespreking van de applicatie zal ook de programmering nader toegelicht worden. In eerste instantie wordt de PI add-in toegelicht, waarna de belangrijkste functies van de applicatie en waarna de werkbladen individueel worden besproken en hoe ze opgebouwd zijn. Doorheen de applicatie staat voornamelijk betrouwbaarheid en gebruiksvriendelijkheid centraal. Zo wordt er bij de performantieberekeningen meer gewicht toegekend aan de beschikbaarheid van de installatie en minder aan processpecifieke, moeilijker in te schatten parameters, zoals TMP, chemicaliënverbruik, etc. 30
De real time binnenlezing van de UF/RO parameters als monitoringsfunctie is de belangrijkste taak van de applicatie. Echter worden de parameters van de IX (nog) niet binnengelezen, aangezien deze (nog) niet gekoppeld zijn met de DCS. Echter wordt dit voorzien in de applicatie en is uitbreiding eenvoudig.
2.2 PI 15B
Zoals hierboven aangehaald laat PI een snelle raadpleging van de procesparameters toe, waarmee in excell berekeningen en controles kunnen gebeuren. Het PI-systeem heeft als voordelen: -
Centralisatie van de gegevens (rapportering, grafieken)
-
Snel een totaal overzicht (thermische bilan)
-
Quasi real time
-
Incidenten: gedetailleerde data onderzoek naar oorzaak
-
Geen belasting van de acquisitie sources
-
Men kan vanaf thuis inloggen (zicht op het proces)
-
Archivering (back-up over quasi ongelimiteerde periodes, >30 jaar)
De PI-software is server-client gebaseerd en heeft volgende basisarchitectuur:
Fig.17: Pi basisarchitectuur
Op de gebruiker computers staan naargelang de functie verschillende PI-clients geïnstalleerd, zoals: PI-datalink, PI-processbook enz. De applicatie waarvan gebruik wordt gemaakt is de PI-
31
datalink, welk een link legt tussen XLS en de PI-server, zodanig de parameterwaarden bekeken kunnen worden in XLS. Eens XLS opgestart, worden de parameters dynamisch binnengelezen en kunnen deze onderworpen worden aan berekeningen en/of controle. Ter bescherming van de procesgegevens is de toegang tot de PI-server goed beveiligd en is gebaseerd op: -
PC naam (firewall van PI server)
-
User-ID (trust van PI server)
-
PI Client applicatie
-
Gebruikersgroep / PI profiel
2.2.1 Dataverwerking De procesdata wordt binnengelezen, komende van de DCS en elke parameter wordt gekoppeld 34B
aan een zogenaamde ‘tag’ (datapunt), dat een unieke plaats voorstelt voor data op de PIserver. Tags kunnen zowel gemeten als berekende waarden bevatten, voorbeelden: druk van een stoomketel, stand veiligheidsklep, netto productie MW, alarmen, … Na opslag kan vervolgens van elke tag de huidige waarde als de gearchiveerde waarden opgevraagd worden m.b.v. PI-clients. Elke tag bezit enkele ‘tag attributes’, nl.: -
Tag name: unieke naam van het PI punt (KKS code)
-
Descriptor: tekstbeschrijving van de tag
-
EngUnits: eenheid van de tag (m³, °C, MW, …)
-
Point source: oorsprong van de data (DCS, PLC, …)
-
Zero, span en typical value (minimum, bereik en typische waarde)
-
PointType: type van variabele (digital, string, integer, …)
-
Exception & compression: manier van dataopslag
De ‘zero’, ‘span’ en ‘typical value’ worden geïllustreerd a.d.h.v. onderstaand voorbeeld:
Fig 18: PI zero, span & typical value
32
Bij bovenstaand voorbeeld is de zero of minimum waarde gelijk aan -150, de span of bereik gelijk aan 350 en de typical waarde gelijk aan 0. Indien de typical waarde niet gespecificeerd is, bedraagt deze standaard de waarde: zero + span/2.
Voorbeeld van een tag is: “BE-PRU-B3-MAW21-AA030-XJ01”, waarbij afkortingen in volgorde staan voor: het land (België), de centrale (Ruien), de afdeling/blok (B3) en het overige gedeelte de KKS-code voorstelt. In het voorbeeld staat ‘BE’ voor België, ‘PRU’ voor de centrale Ruien en ‘B3’ voor ‘blok B3’. De KKS-code bestaat uit drie termen, die telkens een duidelijkere specifiëring geven van de parameter. De eerste term duid aan over welke installatie of gebouw het gaat, de tweede term duid nader aan om welke meting het gaat en de laatste term geeft een laatste specificering mee naar welk signaal er moet gekeken worden. In dit voorbeeld staat “WAW” voor ‘stoomdichtingen en flensverwarming’ en “AA” voor ‘appendages’.
Binnen PI-datalink kunnen tags opgezocht worden d.m.v. ‘tag search’, waarbij in de in te vullen velden standaard een “*“ ingevuld staat, wat aanduid dat er geen nadere omschrijving is gegeven.
Fig.19: PI tag search
33
Om de benodigde capaciteit voor archivering te beperken, worden de parameters geleid doorheen twee algoritmes, nl. een exception –en compression test. De exception test gebeurt op de interface node, die gesitueerd is tussen de brondata en de PI-server, terwijl de compression test op de PI-server zelf gebeurt. De twee algoritmes bepalen de benodigde datapunten die nodig zijn om het proces zo geloofwaardig mogelijk weer te geven. Enkel de data die nodig is om het proces betrouwbaar weer te geven, wordt in het Archief opgeslagen.
Fig.20: PI algoritmes data opslag
2.2.1.1 Exception test 75B
De binnengelezen data wordt in eerste instantie aan de exception test onderworpen, waarbij de huidige waarde met de vorige wordt vergeleken en de laatste waarde enkel wordt bijgehouden indien de afwijking groter is dan een vastgelegde maximaal toegelaten afwijking.
Fig.21: PI exception test grafisch
34
Fig.22: PI exception test
Met:
-
ExcDev: Excepetion afwijking in Engineering Units.
-
ExcDevPercent: Exception afwijking in percentages t.o.v. de Span
-
ExcMax: Maximum tijd voor (alvorens) de exception.
-
ExcMin: Minimum tijd voor (alvorens) de exception.
2.2.1.2 Compression test 76B
Nadat de data de exception test is doorlopen wordt deze tijdelijk opgeslagen op de PI-server, waarna de resterende data door het compression algoritme loopt en opgeslagen wordt in het archief. Een nieuwe waarde wordt enkel opgeslagen indien de waarde buiten de grenzen valt, bepaald door de 2 laatst opgeslagen waarden.
Fig.23: PI compression test grafisch
Fig.24: PI compression test
35
Met:
-
CompDev: Compression afwijking in Engineering Units.
-
CompDevPercent: Compression afwijking in percentages t.o.v. de Span
-
CompMax: Maximum tijd voor (alvorens) de compression.
-
CompMin: Minimum tijd voor (alvorens) de compression.
2.3 FUNCTIES APPLICATIE 16B
2.3.1 Monitoring en controle De monitoring en controle zijn de voornaamste functie van de applicatie en worden m.b.v. 35B
verscheidene methoden bekomen. Als monitoring worden de parameters zowel visueel weergegeven als in tabelvorm. Naast de uitlezing wordt de monitoring ook ondersteund door het weergeven van een globale performantiewaarde, de ‘KPI’ genaamd en ook het weergeven van de operationele kosten in € per kubiek geproduceerd RO-permeaat, welke beiden berekend worden op aparte werkbladen. Daarnaast worden ook nog de recovery’s berekend van zowel de RO als de UF, waarbij telkens een gemiddelde recovery is berekend over de twee lijnen. Het eerste werkblad “schema” geeft alle bovenstaande parameters en berekende waarden gestructureerd weer en is dan ook het werkblad dat het meest bekeken zal worden. De KPI wordt op het schema linksboven weergegeven als een getal tussen 0 en 10, voor respectievelijk zeer slecht en zeer goed. Daarnaast wordt voor elke individuele parameter gecontroleerd of deze al dan niet in zijn werkingsgebied ligt en wordt de desbetreffende proceslijn al dan niet verkleurt in groen of rood, voor respectievelijk binnen of buiten het opgegeven werkingsgebied. De werkingsgebieden kunnen naar eigen inzicht ingesteld worden en hebben geen invloed op de KPI berekeningen. De hierboven besproken maatregelen laten toe de performantie in een oogopslag waar te nemen, echter moet men aandachtig blijven aangezien deze controles geen volledige dekking geven en individuele parametercontrole nodig blijft. Ten behoeve hiervan is rechtsonder trenduitlezing voorzien, die d.m.v. klikken op de parameters, toelaat de trends van alle parameters in de grafiek weer te geven, over een periode die men kan specificeren aan de linkerzijde van de grafiek. Er kan gekozen worden tussen een tijdsinterval van de laatste 8 uur, dag, week, maand of jaar. De monitoring vervult de belangrijkste taak van de applicatie en leest de parameters van de UF/RO real time binnen, waarna ze op het scherm weergegeven worden. Echter de parameters van de IX worden (nog) niet binnengelezen, aangezien deze (nog) niet gekoppeld zijn met de DCS. Echter wordt dit voorzien in de applicatie en is uitbreiding eenvoudig.
36
De parameters worden numeriek weergegeven, behalve de waterniveau’s in de tanks, die visueel weergegeven worden op het scherm. Indien de noodzaak bestaat om het exacte niveau te weten, kan dit afgelezen worden op het tweede werkblad. Op de volgende pagina is het eerste werkblad “schema” te zien.
37
Uitlezing: - KPI - OPEX - Recovery UF - Recovery RO
Ultrafiltratie (UF)
Processtromen Groen, paars of rood gekleurd, afhankelijk van de samenstelling en betrokken parameters.
Pomp en mediafilter
Inverse osmose (RO)
Ionenwisselaars (IX)
Chemicaliënband
Ontgasser Geschakeld tussen een sterk zure en sterk basische IX
Fig.25: Schema applicatie
Ionenwisselaars Deze zijn de twee laatste in de keten en doen een laatste polishing van het water
Demin opslagtanks
Grafiek
Door op een parameter te klikken wordt de desbetreffende parameter weergegeven volgens aangeduide periode
2.3.2 OPEX en payback OPEX staat voor “operational expenses” en geeft de kost aan in euro’s per geproduceerde 36B
kubieke meter water. De OPEX wordt berekend uit zowel vaste ingegeven bedragen per jaar, nl. onderhoud van de installatie en kosten voor het benodigde personeel ter exploitatie als real time binnengelezen waarden, nl. energie verbruik en chemicaliënverbruik. Daarnaast wordt er ook nog rekening gehouden met de elektriciteitskost in €/kW, kost van de chemicaliën HCl, NaOH, FeCl3, NaClO, NaHSO3, citroenzuur en antiscalant in €/m³ en heffingskosten voor intake en lozing in €/m³. Voor de payback wordt ook nog rekening gehouden met de investeringsuitgave (CAPEX) van de installatie en de discontovoet (WACC). Daarnaast wordt voor de goede werking van het programma ook nog rekening gehouden met de startdatum van de inwerkingstelling. 2.3.2.1 OPEX 77B
De berekende OPEX wordt visueel weergegeven en is ook in tabelvorm beschikbaar op het “OPEX hulpsheet” tabblad. Visueel wordt de OPEX weergegeven in een taartgrafiek en trend, waarbij het mogelijk is om bij de trend een periode te specificeren van de laatste 8 uur, dag, week, maand of jaar. De OPEX onder de vorm van een taartgrafiek wordt zowel weergegeven voor de globale OPEX als de dynamic OPEX. Als globale OPEX wordt de kost weergegeven per geproduceerde kubiek RO-permeaat sinds de opstart van de installatie. Als dynamic OPEX wordt de kost weergegeven in een periode tussen het huidige tijdstip en een uur terug.
Fig.26: Dynamic en globale OPEX
39
Fig.27: Trend OPEX
De vast ingegeven waarden waarmee het programma werkt kunnen aangepast worden op het tabblad “instellingen”, waar later dieper op ingegaan wordt. Naast de vast ingegeven en real time binnengelezen kosten kunnen ook nog eenmalige kosten ingegeven worden voor onvoorziene uitgaven, nl. scheuren van membranen, vervangen van een druktank, enz.
Fig.28: Tabel onvoorziene uitgaven
2.3.2.2 Payback 78B
De terugbetalingstermijn voor de UF/RO/IX installatie, gevoed met Scheldewater wordt vergeleken met de vroegere uitbatingsituatie m.b.v. enkel ionenwisselaars IX, gevoed met stadswater. De payback is visueel weergegeven in trendvorm en kan ook in tabelvorm gevonden worden op het “payback hulpsheet” tabblad.
40
Fig.29: Trend payback
Gebruikte waarden voor de berekening zijn een vast ingegeven OPEX van de oude IX uitbating en waarden van de OPEX berekeningen.
2.4 WERKBLADEN HOOFDAPPLICATIE 17B
Zoals eerder aangehaald bestaat de hoofdapplicatie uit 7 werkbladen, waarbij het “parameter” werkblad het meest centraal staat en gekoppeld is met de meeste andere werkbladen. Verwijzingen gebeuren d.m.v. XLS-functies en ook VB.script code. In dit gedeelte wordt ook dieper ingegaan op de programmering, waarbij dieper ingegaan wordt op de belangrijkste code. Volgende screenshot geeft de werkbladen en modules weer van de applicatie:
Fig.30: Indeling hoofdapplicatie
De werkbladen schema, parameters, OPEX en payback bevatten VB.script code met daarnaast nog programmering in de globale workbook en de modules. Vanuit de werkbladen en de globale workbook wordt steeds verwezen naar de code in de modules, waarin zich het grootste 41
gedeelte van de code bevindt. Bij nadere toelichting van de verschillende werkbladen zal ook de code vanuit de modules nader toegelicht worden, indien hier naartoe wordt verwezen. 2.4.1 Schema Het schema geeft alle parameters gestructureerd weer, alsook de KPI, OPEX en recovery’s van 37B
de UF en RO. Dit werkblad is te zien op pagina 37. Aangezien dit werkblad het meest bekeken zal worden, wordt bij opstart van de applicatie steeds dit werkblad geopend. Ook wordt het beeld gemaximaliseerd en de linkercel A1 geselecteerd, zodanig het volledige schema bij opstart weergegeven wordt. Door de omvang en de complexiteit van het schema is het nodig het beeldscherm te maximaliseren om het complete schema in één oogopslag weer te kunnen geven. Na opstart kan er eenvoudig overgeschakeld worden naar de normale werkomgeving door het beeld eenmalig te minimaliseren en terug te vergroten. Volgende VB.script code in de globale workbook voorziet de aangepaste opstart:
Fig.31: VB.script code – workbook
Alle iconen op het werkblad zijn aangemaakt m.b.v. autovormen binnen excell, uitgezonderd het bedrijfsicoon van Electrabel. Het werkblad is gekoppeld met de parameter-, instellingen-, KPI- en OPEX-sheet. 2.4.1.1 Binnenlezen parameterwaarden 79B
De weergegeven parameterwaarden zijn gekoppeld met de parameterwaarden van op het parameter werkblad, welke op zich real time binnengelezen worden vanaf de PI-server. Echter bezitten de binnengelezen waarden vele kommagetallen en dienen deze eerst afgerond te worden, alvorens deze gekoppeld worden met de tekstvelden, waartoe een extra kolom is voorzien op het parameter werkblad die de binnengelezen parameterwaarden afrond. Elke weergegeven parameter op het schema werkblad stelt een tekstveld voor, met als tekst telkens “Param!xx”, met ‘xx’ de specifieke cel waarnaar verwezen wordt op het parameter werkblad. Alle parameters worden numeriek weergegeven, behalve de niveaus in de tanks welke visueel worden weergegeven, wat de gebruiksvriendelijkheid verhoogt en het schema attractiever maakt. De shapes zijn ingekleurd met een gradient.
42
Can xxx
Naam tank
Base can xxx
Fig.32: Niveauweergave tanks
Voor het weergeven van het niveau in een tank wordt gebruik gemaakt van twee vormen, nl. een basis vorm, “Base can xxx”, die de tank voorstelt en een variabele vorm, “Can xxx” die de watermassa voorstelt, waarbij de hoogte van deze laatste vorm aangepast wordt naargelang de binnengelezen niveaustand. Uitgaande van de opgegeven hoogte van de tank, de hoogte van de basisvorm en de binnengelezen niveaustand wordt de hoogte van de variabele vorm aangepast. Voor het berekenen van de hoogte van ‘de variabele vorm’ wordt gebruik gemaakt van volgende kolommen op het werkblad parameter: waarde PI, werkingsgebied, type, gelinkte shapes, base can en overrule, welke te zien zijn op onderstaande figuur. (overige kolommen zijn verborgen)
Fig.33: Parameter sheet – niveauregeling tanks
Aangezien bovenstaande kolommen ook gebruikt worden voor de parametercontrole, dat in het volgende gedeelte besproken wordt, dient eerst gecontroleerd te worden of het gaat om parametercontrole of ‘niveau weergave van de tanks’. Indien het gaat om de parametercontrole wordt “Line” meegegeven in de kolom “type” en indien het gaat om ‘niveau weergave van de tanks’ wordt “Can” meegegeven.
43
Fig.34: VB.script code – controle line of can
In de kolom “werkingsgebied” wordt de minimum en maximum opvulhoogte meegegeven, bij “gelinkte shapes” wordt de variabele vorm van de tank meegegeven en bij “Base can” de basis vorm. Indien een waarde in de kolom “overrule” wordt meegegeven wordt deze gebruikt i.p.v. de binnengelezen PI-waarde. Onderstaande code voorziet het weergeven van de niveaustanden van de tanks en bevindt zich in de module “Verander_Schema”.
Fig.35: VB.script code – niveauregeling tanks
44
In eerste instantie worden enkele variabelen gedeclareerd, waaronder twee shapes, nl. shpChange en shpMother, één numerieke waarde als een ‘double’, nl. oldHeight en 4 numerieke waarden als ‘integers’, nl. val, maxval, minval en perc. Hierna worden de variabelen gedefinieerd, samengaand met de nodige berekeningen voor het bepalen van de hoogte van de variabele vorm van de tank. Daarnaast wordt nog voorzien dat indien het programma een bepaalde shapenaam niet kan terugvinden, er een berichtvenster verschijnt met de shapenaam en op de hoeveelste rij in het werkblad param zich de niet gevonden shapenaam bevindt. Voor het berekenen van de hoogte van de variabele vorm wordt het volumepercentage berekend, kijkende naar de huidige binnengelezen PI-waarde, de minimum en maximum niveaustand, waarna de hoogte van de variabele vorm wordt bepaald door deze waarde te vermenigvuldigen met de hoogte van de ‘base can’.
Analoog als bovenstaande code van figuur 25 is alle code voorzien van commentaar ten behoeve de gebruiksvriendelijkheid. Daarnaast zijn binnen Excel ook alle titels voorzien van opmerkingen.
Fig.36: Param sheet – opmerkingen
Naast de parameterwaarden wordt ook de KPI waarde, OPEX en recovery’s van de UF en RO weergegeven, welke d.m.v. gewone celverwijzingen gekoppeld zijn met de respectievelijke waarden van op het parameter werkblad. Deze waarden worden linksboven weergegeven op het werkblad en zijn te zien op pagina 37. 2.4.1.2 Parametercontrole 80B
Naast binnenlezing van parameterwaarden is er ook een controle voorzien, die periodiek d.m.v. een timerfunctie controleert of de parameters die weergegeven worden op het schema binnen hun opgegeven bereik liggen. De controle verandert voor elke parameter al dan niet de kleur van een proceslijn in het werkblad ‘schema’. Standaard staat voor elke waterstroom een groene kleur ingesteld en voor elke chemicaliënstroom een paarse kleur, conform met de internationale kleurencode. Indien een parameter buiten zijn ingestelde bereik valt, wordt de kleur van de gekoppelde proceslijn verandert in rood, zodanig in een oogopslag duidelijk wordt of de
45
parameters al dan niet binnen hun opgegeven bereik liggen. Aan elke proceslijn zijn één of meerdere parameterwaarden gekoppeld en wordt de kleur van de proceslijn veranderd vanaf één van de parameters buiten zijn bereik valt. De bereiken kunnen aangepast worden naargelang eigen behoefte en staan standaard ingevuld naar eigen inzicht. Voor onderstaand voorbeeld zijn de temperatuur, druk, pH, productieflux, permeabiliteit, debiet en recovery samen gekoppeld aan de drie lijnen: “Straight Connector 373”, “Straight Connector 9” en “Straight Connector 281”.
Fig.37: Schema sheet - verkleuren parametercontrole
Voor de parametercontrole wordt gebruik gemaakt van volgende kolommen op het werkblad parameter: waarde PI, werkingsgebied, groep, type, gelinkte shapes en overrule.
Fig.38: Parameter sheet – parametercontrole
In eerste instantie wordt gekeken naar het type en wordt bij “Line” de parametercontrole uitgevoerd. Binnen de parametercontrole worden eerst het aantal parameters bepaald die gekoppeld moeten worden aan de shapes, waarvoor gekeken wordt naar de kolom “Groep”, die de parameters aanduidt die tot dezelfde groep behoren. De lijnen worden meegegeven in de kolom “gelinkte shapes”. Vervolgens wordt voor elke parameter binnen dezelfde groep gecontroleerd of deze zich binnen zijn werkingsgebied bevindt. Indien één van de parameters zich buiten zijn werkingsgebied bevindt, worden de shapes rood gekleurd. De kleuren die gehanteerd moeten worden kunnen aangepast worden op het werkblad “instellingen”, welke te zien zijn op figuur 30.
46
Fig.39: VB.script code – verkleuren parametercontrole
De frequentie van parametercontrole staat standaard op het ‘instellingen’ werkblad ingesteld op 5 seconden en kan naargelang eigen behoefte aangepast worden, echter is er wel een minimum van 3 seconden vastgelegd om vastlopen van de applicatie te verhinderen. Afhankelijk van de processorsnelheid van de gebruikte computer kan het noodzakelijk zijn om deze frequentie hoger in te stellen om de applicatie vloeiend te laten werken. Bij opstart van de applicatie wordt onderstaande timer geactiveerd, welke zich in de module ‘thread’ bevindt.
Fig.40: VB.script code – starttimer
Het is mogelijk om de controle aan of af te zetten d.m.v. twee knoppen bovenaan het parameter werkblad, welke te zien zijn in onderstaande figuur 15. Bij opstart van de applicatie wordt de controle aangezet en terug uitgezet bij sluiten van de applicatie. Dit laatste is niet noodzakelijk, maar wordt toch meegegeven in de code om het eventueel verder blijven draaien van het programma in het geheugen van de computer te vermijden. (David, 2009)
47
2.4.2 Parameter Op het parameter werkblad worden de parameters binnengelezen komende van de PI-server en 38B
deze parameters ter beschikking stelt voor berekeningen of visualisatie op andere werkbladen. De eerste onderverdeling bestaat uit de gevisualiseerde en niet gevisualiseerde parameters, waarbinnen nog verdere onderverdelingen zijn gemaakt. De gevisualiseerde parameters bevat 18 onderverdelingen, chronologisch volgens het deminproces: Scheldewater, coagulatietanks, UF1, UF2, UF-permeaat tank, additieven, RO1, RO2, RO permeaat tank, IX, demintanks, AAT, CAT, CIP UF tank, CIP RO tank, IX afvalwatertank, Chemicaliënband en Overige. De niet gevisualiseerde parameters zijn onderverdeeld in: Chemicaliën pompen, niveauswitchen & lekdetecties chemicaliën, Overige en Aansturen waterniveau tanks.
Fig.41: Parameters sheet
Er zijn 12 kolommen per parameter, waarvan er standaard slechts 6 zichtbaar zijn en de overige 6 onzichtbaar zijn ingesteld. De onzichtbaar geplaatste kolommen moeten enkel bekeken en ingevuld worden indien parameters toegevoegd moeten worden aan het schema. De zichtbare kolommen zijn: Omschrijving, huidige waarde, eenheid, werkingsgebied, tagnaam en overrule. De onzichtbare kolommen zijn: waarde PI, waarde & eenheid, groep, type, gelinkte shapes en base can. Elke kolom is bovenaan bij de titel voorzien van uitleg in de vorm van ‘opmerkingen’ die toegevoegd zijn aan de titels en duidelijk is a.d.h.v. de rode driehoek die zich 48
recht bovenaan de cel bevindt. Indien de muiscursor zich hierboven bevindt worden de opmerkingen weergegeven.
Fig.42: Parameters sheet - kolommen
De kolom ‘huidige waarde’ bevat de afgeronde waarden van de binnengelezen PI-waarden, welke gebruikt worden voor de numerieke visualisatie op het werkblad ‘schema’. De rechtstreeks binnengelezen PI-waarden bevinden zich in een onzichtbaar geplaatste kolom tussen de kolommen ‘huidige waarde’ en ‘eenheid’ en worden gebruikt om berekeningen uit te voeren. Vervolgens is als vijfde kolom ‘waarde & eenheid’ onzichtbaar gesteld tussen ‘eenheid’ en ‘werkingsgebied’ en worden hier de afgeronde waarden, afkomstige van de kolom ‘huidige waarde’ samengevoegd met de eenheden, afkomstige van de kolom ‘eenheid’, waarna deze samengevoegde waarden gevisualiseerd worden op het werkblad schema.
Fig.43: Parameters sheet - waarde & eenheid
Het werkingsgebied wordt gebruikt bij zowel de parametercontrole als ‘visualisatie van de waterniveaus’ en bestaat in feite uit 5 kolommen, maar lijkt als één kolom doordat bij de cellen de achtergrondkleur is ingesteld als ‘wit’, i.p.v. ‘geen opvulling’. De kolom ‘Tagnaam’ bevat de tags van de parameters, welke gebruikt worden door de add-in applicatie PI-datalink om de huidige waarde op te vragen van de parameters. Daarnaast worden de tagnamen ook gebruikt op overige werkbladen om historische data op te vragen van de parameters.
Fig.44: Parameter sheet - PI-datalink
Vervolgens zijn er de kolommen ‘groep’, ‘type’, ‘gelinkte shapes’ en ‘base can’, welke reeds eerder toegelicht zijn en uitsluitend gebruikt worden voor de ondersteuning van de VB.script code om de parametercontrole en de niveauweergave van de tanks uit te voeren. Als laatste kolom is er ‘Overrule’, die voorzien is indien er een probleem is met een of meerdere 49
binnengelezen parameterwaarden, deze te kunnen negeren en de waarde te gebruiken die meegegeven is in de kolom ‘Overrule’. Zowel de parametercontrole als niveauweergave van de tanks houden rekening met de ‘Overrule’ kolom. Indien de gebruiker (de) binnengelezen PIwaarde(n) wil negeren volstaat het om deze waarden in te vullen in de kolom ‘Overrule’. 2.4.3 Instellingen Alle mogelijk instellingen binnen de applicatie zijn gebundeld op het werkblad ‘instellingen’, dat 39B
opgedeeld is in 6 categorieën, nl.: varia, procesparameters, werkingsgebieden, eigenschappen chemicaliën, kosten parameters en eigenschappen infrastructuur.
Fig.45: Instellingen sheet
Alle aanpassingen die de gebruiker dient te verrichten dienen op dit werkblad te gebeuren, uitgezonderd de kolom ‘Overrule’ van op het werkblad param, waar eventueel ook waarden dienen opgegeven te worden. 2.4.4 KPI Ten behoeve de globale performantie te kennen en belangrijker de historiek van de globale 40B
performantie te weten is getracht een zo representatief mogelijk KPI te berekenen, gebruik makende van de verscheidene parameters die binnengelezen worden op het werkblad ‘parameter’ en daarnaast nog waarden afkomstig van het werkblad ‘instellingen’. De
50
uiteindelijke KPI is een getal tussen 0 en 10, voor respectievelijk zeer slecht en zeer goed en zodanig toelaat de performantie van de gehele installatie af te kunnen leiden uit één enkele waarde. Wegens de nood aan historische uitlezing van de KPI, is een tweede ‘hulp applicatie’ ontwikkeld geworden die de KPI berekent en wegschrijft naar de PI-server. Het werkblad ‘KPI’ in de hoofdapplicatie leest louter enkel de actuele waarde af van de PI-server en is ook voorzien met een trend om historische data van de KPI te kunnen raadplegen, waarbij er vijf keuzemogelijkheden zijn tussen de tijdsintervallen, analoog als de trend op het werkblad ‘schema’.
Fig.46: KPI sheet
Nadat de gebruiker de historische KPI heeft bekeken, kunnen er vervolgens op het werkblad ‘schema’ specifieke parameters van naderbij bekeken worden op het tijdstip van interesse. De globale KPI laat toe de werking van de installatie af te leiden uit één enkele waarde, echter moet aandachtig gebleven worden dat deze berekende performantie met vele zaken geen rekening houdt en deze waarde geen volledige zekerheid biedt. 2.4.5 OPEX Naast de parameterweergave en KPI berekening is er als derde luik de OPEX berekening, die de 41B
operationele kosten weergeeft per kubiek geproduceerde hoeveelheid deminwater. De OPEX wordt berekend uitgaande van enkele vast ingestelde kosten, ingegeven op het werkblad ‘instellingen’, binnengelezen parameters van het werkblad ‘parameter’ en daarnaast nog
51
waarden afkomstig van het werkblad ‘OPEX’ zelf. Vaste kosten zijn o.a. onderhoud en exploitatie, kostprijs chemicaliën, heffingen, etc. Binnengelezen en dus ook variabele parameters zijn o.a. demindebiet, chemicaliëndebieten, etc. De kosten die daarnaast moeten opgegeven worden binnen het werkblad ‘OPEX’ zelf zijn voor onvoorziene kosten, waarbij de gebruiker een omschrijving, bedrag en tijdstip dient op te geven voor de onvoorziene kosten. Deze onvoorziene kosten dienen opgegeven te worden in onderstaande tabel.
Fig.47: Opex sheet - tabel onvoorziene uitgaven
Uitgaande van het veiliger en meer modulair maken van de applicatie, worden de binnengelezen instellingen afkomstig van de werkblad ‘instellingen’ een tweede maal weergegeven op het werkblad ‘KPI’.
52
Fig.48: Opex sheet - binnengelezen waarden
Als resultaat wordt een ‘huidige OPEX’ en een ‘totale OPEX’ berekend en zowel numeriek als grafisch in een trend weergegeven. De trend laat historische uitlezing toe en is analoog als de trend op het werkblad ‘schema’ voorzien van vijf keuzemogelijkheden tussen de perioden. Daarnaast is echter nog een knop “Berekenen” voorzien om de actuele trend weer te geven, wat nodig is aangezien deze trend afkomstig is van XLS en niet een PI-trend is, waarbij wel automatisch de trend continue vernieuwd wordt.
Fig.49: Opex sheet - trend
Daarnaast is ook voorzien om de verdeling van de kosten uit te kunnen lezen, waarvoor gebruik is gemaakt van twee taartgrafieken, voor respectievelijk de ‘huidige OPEX’ en de ‘totale OPEX’. Deze zijn enkel weergegeven op het werkblad ‘OPEX’ en zijn hieronder weergegeven.
53
Fig.50: Opex sheet - Taartgrafieken
Dergelijke uitlezing maakt het mogelijk de verschillende kosten te situeren en ahv deze kennis de kosten effectiever trachten te beperken bij de uitbating. De kosten zijn opgedeeld onder vijf categorieën, nl.: kost electriciteit, kost chemicaliën, taksen, staffing en maintainance. Verwacht wordt dat de OPEX de eerste drie jaar relatief constant zal verlopen, wegens de grote kosten aan onderhoud en personeel, welke uitbesteed worden voor de eerste drie jaar en een vast bedrag zijn. 2.4.6 OPEX hulpsheet Op dit werkblad gebeuren alle berekeningen voor het berekenen van de OPEX, waarbij de 42B
berekeningen gestructureerd worden in onderstaande tabel die 18 kolommen en 50 rijen bevat. De kolommen van links naar rechts zijn respectievelijk: tijdstip, aantal kubiek geproduceerd ROpermeaat (m³), OPEX zonder onvoorziene kosten (€/m³) , kost electriciteit (€/m³), kost chemicaliën (€/m³), taksen (€/m³), staffing (€/m³), maintainance (€/m³), electriciteitsverbruik UF/RO-gebouw (€), electriciteitsverbruik UF/RO-kelder (€), kost HCl (€), NaOH (€), FeCl3 (€), antiscalant (€), NaHSO3 (€), citroenzuur (€), NaClO (€) en OPEX (€). De kolommen die de vijf categorieën representeren, samen met de OPEX bevatten de resultaten die gevisualiseerd worden op het werkblad ‘OPEX’. Het eerste en grootste gedeelte van de tabel dient voor het genereren van de trend en het tweede gedeelte voor het berekenen van de ‘huidige OPEX’ en ‘totale OPEX’. Bij de ‘totale OPEX’ worden alle kosten opgeteld sedert de start van de installatie tot heden en worden deze gedeeld door het aantal geproduceerde kubiek deminwater. Voor de ‘huidige OPEX’ wordt de termijn gekozen die gespecificeerd is door de gebruiker van op het werkblad ‘instellingen’ en staat standaard ingesteld op 24h.
54
Fig.51: Opex hulpsheet - hulptabel
Alle berekeningen gebeuren met standaard XLS functies, behalve voor het genereren van de tijdstippen in de eerste kolom en voor het toevoegen van de kosten uit de tabel ‘onvoorziene uitgaven’. Onderstaande code genereert de tijdstippen van de eerste kolom, afhankelijk van de periode die door de gebruiker geselecteerd is in de trend op het werkblad ‘OPEX’ en bevindt zich in de module ‘OPEXgrafCal’. De code gaat in eerste instantie de twee grenstijdstippen opzoeken, waarna de periode opgedeeld wordt in 50 gelijke tijdsintervallen, waarna deze tijdstippen overschreven worden in de tabel. In tweede instantie wordt de code aangeroepen voor het opzoeken van eventuele kosten komende uit de tabel ‘onvoorziene uitgaven’, welke eveneens hieronder is weergegeven.
55
Fig.52: VB.script code – genereren tijdstippen
Onderstaande code gaat na of er eventueel onvoorziene kosten zijn opgegeven, waarbij elke rij in de tabel ‘onvoorziene uitgaven’ wordt afgegaan en waarbij de code stopt met zoeken indien er geen waarden meer gevonden worden, m.a.w. moeten eventueel opgegeven onvoorziene uitgaven na elkaar opgegeven worden zonder leegstaande rijen ertussen. Een eerste controle gebeurt voor het nagaan of een eventueel opgegeven kost binnen de periode valt van de trend. Indien hieraan voldaan wordt, zoekt de code bij welk tijdsinterval de kost opgeteld moet worden, samen met de kost ‘OPEX zonder onvoorziene kosten’ en wordt in de kolom ‘OPEX’ geplaatst. Indien niet voldaan wordt aan de laatste voorwaarde, wordt enkel de kost ‘OPEX zonder onvoorziene kosten’ in de kolom ‘OPEX’ geplaatst. Het is uiteindelijk deze kolom ‘OPEX’ die uitgelezen wordt in de trend op het werkblad ‘OPEX’.
56
Fig.53: VB.script code – onvoorziene kosten
Voor het berekenen van de ‘OPEX zonder onvoorziene kosten’ wordt voor de variabele kosten de parameterwaarden uitgelezen vanaf de PI-server, nl. kosten chemicaliën, electriciteitsverbruik, etc. en wordt voor de vaste kosten gekeken naar het werkblad ‘instellingen’. Voor de binnengelezen PI-waarden wordt telkens de gemiddelde waarden genomen tussen de tijdstippen die berekend zijn in de eerste kolom. Voor de vaste kosten die opgegeven zijn op het werkblad ‘instellingen’, nl. taksen, staffing en maintainance, wordt er d.m.v. XLS functies berekend hoeveel de kosten zijn per tijdsinterval. Deze berekeningen voor de vaste kosten gebeuren in een kleine hulptabel en drukken de kosten uit in €/Δt, waarbij Δt staat voor het tijdsinterval tussen elke tijdstip in de grote tabel.
Fig.54: Opex sheet - hulptabel berekeningen
57
2.4.7 Payback De payback geeft de termijn aan waarbinnen de nieuwe UF/RO installatie zichzelf terugverdient, 43B
relatief t.o.v. de oude stand allone IX uitbating. Voor de berekeningen wordt teruggegrepen naar de OPEX berekeningen en wordt de OPEX van de huidige installatie vergeleken met de OPEX van de oude uitbating. Daarnaast wordt ook nog rekening gehouden met het aantal kubiek geproduceerde deminwater, met de CAPEX en met de tijdswaarde van het geld d.m.v. het in rekening brengen van een discontovoet. Ten laatste moet ook rekening gehouden worden met de nieuwe OPEX van de ionenwisselaars in de nieuwe uitbatingsconfiguratie UF/RO/IX, waarvoor voorlopig 0,2 €/m³ is opgegeven, maar dient aangepast te worden eens deze waarde beter gekend is na het in werking zijn van de installatie. Analoog aan het werkblad ‘OPEX’ worden eerst alle gebruikte instellingen binnengelezen van het werkblad ‘instellingen’ om de applicatie meer modulair te maken en eveneens de gebruiker bewust te houden van de gekozen instellingen.
Fig.55: Payback sheet – binnengelezen waarden
De payback wordt gevisualiseerd in een trend, waarvan de tijdsschaal vastgelegd is tussen de startdatum van de installatie en het huidige tijdstip. Daarnaast is ook de maximum waarde van de y-as vastgelegd op € 2E06, waarbij volgende grafiek bekomen wordt voor de payback.
58
Fig.56: Payback sheet - trend
2.4.8 Payback hulpsheet Voor de berekening van de payback wordt ook gebruik gemaakt van de voorgaande OPEX 44B
berekeningen, maar dan licht aangepast en zijn tevens enkele kolommen extra toegevoegd om de winst, cumulatieve discounted winst en netto cumulatieve discounted winst te berekenen. De codes voor het opzoeken van de onvoorziene kosten en voor het genereren van de tijdstippen blijft ongewijzigd, maar wel dient bij het klikken op de knop ‘berekenen’, op de trend in het werkblad ‘payback’, het aanroepen van de code aangepast te worden, zodanig dat de begindatum steeds deze is van de opstartdag van de installatie en het eindtijdstip steeds het huidige tijdstip is. Onderstaande code wordt uitgevoerd bij het klikken op de knop ‘berekenen’.
Fig.57: VB.script code – knop berekenen
De functie ‘SetHulpSheet2’ wordt aangeroepen, waarbij er vier variabelen worden meegegeven, nl. de ‘OPEX’ sheet, ‘PayBack hulpsheet’, starttijdstip en eindtijdstip, waarbij de twee tijdstippen zich respectievelijk bevinden in de cellen ‘C21’ en ‘C23’ op het werkblad ‘PayBack’, welke de twee cellen zijn die zich onder de knop ‘berekenen’ bevinden. Hierbij wordt in de bovenste cel verwezen naar de startdatum van de installatie en in de onderste cel het huidige tijdstip, d.m.v. de functie “=NU()”. De aangepaste code past de hulptabel aan, waarin de berekeningen gebeuren voor de OPEX, samen met de berekeningen voor de payback in drie extra kolommen naast de ‘OPEX’, welke hieronder zijn weergegeven.
59
Fig.58: Payback hulpsheet – extra kolommen hulptabel
De extra kolommen gebruiken standaard XLS functies voor de berekeningen, waarbij in eerste instantie de winst berekend wordt van de huidige uitbating UF/RO/IX, relatief t.o.v. de oude IX uitbating. Voor de huidige uitbating wordt telkens naar de waarden gekeken in de ‘OPEX’ kolom (€/m³) en worden deze telkens vergeleken met de vast ingegeven waarde voor de oude IX uitbating op het werkblad ‘instellingen’, die 1,5 €/m³ bedraagt. 1,5 €⁄ ³
, €⁄ ³
³
Vervolgens wordt de cumulatieve discounted winst berekend, waarbij rekening wordt gehouden met de monetaire tijdswaarde, d.m.v. de discontovoet in rekening te brengen. De discontovoet staat op het werkblad ‘instellingen’ ingesteld op 7% en kan aangepast worden indien gewenst. Bij de berekeningen voor de cumulatieve discounted winst wordt binnen de kolom telkens teruggegrepen naar de bovenliggende cel en wordt de winst opgeteld. Echter is de effectieve winst die gegenereerd wordt na verloop van tijd telkens kleiner, vanwege het langzaam verminderen van de waarde van het geld en wordt als volgt berekend. 1
#
%
Voor de cumulatieve discounted winst wordt nog telkens de waarde van de bovenliggende cel opgeteld bij de nieuw gegenereerde winst. 1
%
#
Als laatste stap wordt de netto cumulatief discounted winst berekend, waarbij de CAPEX kost wordt afgetrokken van de cumulatief discounted winst.
60
Deze laatste waarden worden weergegeven in de laatste kolom en worden gebruikt voor het genereren van de payback trend op het werkblad ‘payback’.
61
2.5 WERKBLADEN BIJKOMSTIGE APPLICATIE 18B
2.5.1 Parameter Dit werkblad is volkomen identiek aan het werkblad ‘Parameter’ binnen de reeds eerder 45B
besproken hoofdapplicatie, maar wordt hier enkel gebruikt ten dienste van de KPI hulpsheet voor het berekenen van de KPI. 2.5.2 Instellingen Analoog aan het voorgaande werkblad ‘Parameter’ is dit werkblad identiek gelijk aan het 46B
werkblad ‘Instellingen’ binnen de reeds eerder besproken hoofdapplicatie, maar wordt hier enkel gebruikt ten dienste van de KPI hulpsheet. 2.5.3 KPI Het ‘KPI’ werkblad binnen deze applicatie verschilt van het ‘KPI’ werkblad binnen de 47B
hoofdapplicatie, onder meer wegens de noodzaak om enkele instellingen, die de gebruiker nader kan specificeren, mee te geven aan de ‘KPI hulpsheet’. Onderstaande figuur geeft de tabel weer binnen het ‘KPI’ werkblad.
Fig.59: KPI sheet bijkomstige applicatie - tabel KPI
De tabel is opgedeeld in vier gedeeltes welke de vier verschillende criteria voorstellen waaruit de KPI wordt berekend, nl. ‘beschikbaarheid’, ‘belasting membranen’, ‘performantie’ en ‘OPEX’. Bij de beschikbaarheid worden voor de acht verschillende eenheden, nl. UF1, UF2, UF CIP, RO1, RO2, RO CIP, AAT en CAT nagegaan hoeveel procent van de tijd deze eenheden zich in de 62
stand ‘stand-by op alarm’ hebben bevonden, waarna d.m.v. scoretoekenning en het meegeven van wegingsfactoren deze de KPI beïnvloeden. Bij het tweede criterium ‘belasting membranen’ wordt gekeken naar de temperatuurgecorrigeerde transmembraandruk, de redox potentiaal voor de RO-eenheden, netto drijvende kracht voor de beide stages van de RO-eenheden en het verbruik van de reinigingsmiddelen voor de UF en de RO eenheden. Voor het derde criterium ‘performantie’ wordt gekeken naar de recovery, salt passage en het niveau van de putwatertanks en als vierde en laatste criterium wordt gekeken naar de OPEX. Aan de vier criteria worden respectievelijk de wegingsfactoren 45%, 25%, 20% en 10% meegegeven, welke samen 100% vormen. Aan de beschikbaarheid is het grootste gewicht toegekend wegens het meest nauwkeurig en objectief makkelijkst te bepalen en aan de OPEX het minste gewicht, wegens het relatief verwacht constante verloop van de OPEX en zeker de eerste drie jaren wegens uitbesteding van de grootste kosten aan een vast tarief. Naast het toekennen van wegingsfactoren aan de vier criteria, is er binnen elk criteria een verdere onderverdeling per parameter, waarbij aan elke parameter op zijn beurt een wegingsfactor is toegekend. Naast toekennen van wegingsfactoren, dienen ook waarden voor scoretoekenning meegegeven te worden en gebeurt adhv de tabel ‘score toekenning’ in bovenstaande figuur, waarbij voor elke parameter parameterwaarden ingegeven moeten worden bij (een) score(s) naar keuze. Op het volgende werkblad ‘KPI hulpsheet’ wordt dan uitgaande van deze tabel een matrix opgesteld voor de scoretoekenning, dat in het volgende gedeelte besproken wordt. Bovenstaande vernoemde wegingsfactoren en waarden voor scoretoekenning worden doorgegeven naar het volgende werkblad ‘KPI hulpsheet’, waarna het doorlopen van enkele algoritmes scores worden toegekend aan de verscheidene parameters en een KPI berekent wordt. De huidige waarde van de parameters, status van de eenheden en scores worden teruggekoppeld vanaf het werkblad ‘KPI hulpsheet’ naar het werkblad ‘KPI’, analoog als de huidig berekende KPI waarde, welke te zien zijn op bovenstaande figuur onder de tabel ‘score toekenning’. Bij de status van de eenheden wordt gekeken of de installatie zich in de sequentie ‘stand-by op alarm’, ‘productie’ of indien geen van voorgaande zich in ‘niet-productie’ bevindt, waaraan respectievelijk de codes ‘SA’, ‘P’ en ‘NP’ zijn toegekend. Eveneens als bij het werkblad ‘KPI’ van de hoofdapplicatie, is er ook een trenduitlezing voorzien om het verloop van de KPI weer te geven en is te zien in onderstaande figuur. 63
Fig.60: KPI sheet bijkomstige applicatie – trend KPI
2.5.4 KPI hulpsheet Op dit werkblad wordt de KPI berekent dmv verscheidene algoritmes, waaronder het berekenen 48B
van: de x en y scoretabellen, huidige waarden, scores, variabele wegingsfactoren, gecombineerde wegingsfactoren en tenslotte berekening van de KPI-waarde. In eerste instantie worden de x en y scoretabellen opgesteld, welke de x en y waarden bevatten van de verbanden tussen de parameterwaarden en de scores. De scores gaan van 0 tem 10, voor respectievelijk zeer slecht en zeer goed, terwijl de parameterwaarden verschillen voor elke parameter en verscheidene metingen zijn van: temperaturen, redox potentialen, debieten, drukken, enz. Aan de gebruiker wordt de mogelijkheid gegeven de verbanden tussen de parameterwaarden en de scores zelf te definiëren, door hem de mogelijkheid te geven bij elke scorewaarde tussen 0 en 10 een overeenkomstige parameterwaarde op te geven. De gebruiker wordt vrijgelaten om bij elke score tussen 0 en 10 een overeenkomstige parameterwaarde op te geven of slechts bij enkele scores parameterwaarden op te geven. Zie bovenstaande figuur 30. Het algoritme dat deze mogelijkheid voorziet wordt hieronder nader besproken. Voor het toekennen van de verbanden tussen de parameterwaarden en de scores wordt gebruik gemaakt van de functie “Lijnsch()” van excell, die de mogelijkheid heeft om éérste tot zesdegraads verbanden te genereren. Echter voor deze functie te gebruiken is nood aan ten eerste de y-waarden, die hier de scorewaarden voorstellen van 0 tem 10 en ten tweede de x-waarden, die hier de parameterwaarden voorstellen en verschillen naargelang de beschouwde parameter. Echter aangezien alle x en alle y waarden telkens opgesteld worden binnen eenzelfde tabel voor alle parameters, dient om de functie te doen werken, in iedere cel een waarde te zijn ingevuld. Concreet wordt in de bovenste rij, voor score “0”, van de tabel “x-waarden voor de ‘Linest()’ functie” nagegaan of een waarde is opgegeven in de scoretabel op werkblad ‘KPI’. Indien dit 64
het geval is, wordt deze waarde ingevuld en indien geen waarde is opgegeven, wordt gekeken naar de eerstvolgende onderliggende cel in de scoretabel op het werkblad ‘KPI’. Indien vervolgens daar een waarde is opgegeven, wordt deze waarde gebruikt en indien geen waarde is opgegeven wordt terug gekeken naar de eerstvolgende onderliggende cel in de scoretabel, enz. Voor de overige rijen wordt simpelweg gekeken of er een waarde is opgegeven in de scoretabel en indien dit niet het geval is, wordt de bovenliggende waarde overgenomen. Analoog algoritme is gebruikt voor de tabel “y-waarden voor de ‘Linest()’ functie”, maar dan worden telkens de scores ingevuld en niet de parameterwaarden. Op deze wijze worden twee volledig ingevulde tabellen bekomen die de x en y waarden bevatten waaruit verbanden moeten gegenereerd worden. Zie onderstaande figuur 30, waarbij de eerste tabel de scores bevat, die de y-waarden zijn voor de Lijnsch() functie en de tweede tabel de parameterwaarden bevat, die de x-waarden zijn voor de functie.
Na het opstellen van de tabellen met de x en y waarden, worden hieruit verbanden gegenereerd dmv de ‘Lijnsch()’ functie. Echter zijn er verbanden die meergraads verbanden zijn, terwijl andere slechts ééngraads verbanden zijn. Bijgevolg is er een controle voorzien, die in eerste instantie nagaat of een eerste graadsverband voldoende correlatie heeft, indien dit het geval is wordt een eerstegraads verband gegenereerd en indien dit niet het geval is, wordt nagegaan of een tweedegraads verband voldoende correlatie heeft, enz. tot maximum een zesdegraads verband. Als minimum correlatiefactor is standaard 0,995 vooropgesteld, maar kan door de gebruiker verandert worden vanaf het werkblad ‘instellingen’.
65
Fig.61: KPI hulpsheet bijkomstige applicatie
Na het berekenen van de score, wordt aan elke score een bepaalde weging gegeven dmv wegingsfactoren. De eerste twee wegingsfactoren zijn deze kijkende naar de vier verschillende aspecten en de individuele wegingsfactoren per parameter, welke reeds eerder in het vorige gedeelte besproken zijn. Naast deze twee types wegingsfactoren wordt er nog een derde en laatste variabele wegingsfactor toegekend aan de parameters, die afhankelijk van de toegekende score hoger of 66
lager uitvalt, nl. hoe slechter de toegekende score, hoe groter de variabele wegingsfactor zal uitvallen, en dit volgens volgende formule. 93
,
7
Daarnaast kan ook voor sommige parameters, d.m.v. de variabele wegingsfactor, deze parameters uitgeschakeld worden door aan de variabele wegingsfactor ‘0’ mee te geven, wat toegepast wordt wanneer de specifieke eenheid uit productie is, m.a.w. naast de score wordt ook rekening gehouden met de status van de eenheden. P; 93
,
7; 0
Ten laatste worden bovenstaande drie wegingsfactoren gecombineerd tot een ‘gecombineerde wegingsfactor’, waarbij de variabele wegingsfactor vermenigvuldigd wordt met de overige wegingsfactoren tov het gemiddelde. Zie onderstaande figuur.
Fig.62: KPI hulpsheet bijkomstige applicatie - gecombineerde wegingsfactor
Ten slotte wordt voor elke parameter de bekomen score vermenigvuldigd met de gecombineerde wegingsfactor en deze waarden opgeteld bij elkaar, waarna gedeeld wordt door de som van de gecombineerde wegingsfactoren. 2.5.5 Tags2PI Dit werkblad voorziet het wegschrijven van de bekomen KPI-waarde naar de PI-server en er 49B
wordt hier niet dieper op ingegaan.
67
BESLUIT
2B
De bekomen ontworpen applicatie beantwoordt aan alle criteria en alle vooropgestelde noden voor de gebruikers en zal worden gebruikt door operatoren van Ondeo die de installatie uitbaten en eveneens de verantwoordelijken binnen Electrabel. De applicatie ondersteunt live uitlezing van de parameterwaarden, historische parameteruitlezing tussen vaste selecteerbare tijdsintervallen, controle van de parameterwaarden, berekenen van een KPI, OPEX berekening en tenslotte payback berekening. Eveneens is er een hoge gebruiksvriendelijkheid bekomen, maar wordt soms gecompromitteerd door het instabiel draaien van Excel, waaronder het verkeerd specificeren van cellen bij het ingeven van formules enz. Daarnaast zijn de berekeningen van de KPI-waarden afhankelijk van een aparte stand-alone Excel applicatie, die vereist is continu te werken en continu de berekende KPI-waarden wegschrijft naar de PIserver. Deze stand-alone applicatie kan werken op een reeds continu werkende desktop binnen het laboratorium van de centrale, maar brengt een zekere afhankelijkheid en onzekerheid teweeg voor het berekenen van de KPI-waarden. De applicatie is voornamelijk d.m.v. veel ‘trial and error’ tot stand gekomen, waarbij doorgaans de ontwikkeling vele kleine foutjes zijn opgedoken binnen de programmeercode, PI datalink en excelfuncties. Ook zijn de meeste fouten slechts laat tegen de deadline waar genomen door de onvoorziene zeer late ingebruiksneming van de installatie, welke oorspronkelijk voorzien was tegen midden maart, maar slechts operationeel en volledig werkend was tegen midden augustus. Bijgevolg is de applicatie nog vatbaar voor enkele kleine verbeteringen, maar is wegens de hoge gebruiksvriendelijkheid eenvoudig te verwezenlijken. Bij kleine verbeteringen wordt o.a. gedacht aan het uitvoeren van enkele parameterberekeningen op niveau van de PIserver i.p.v. de excelapplicatie, waardoor historische uitlezing mogelijk wordt van deze berekende parameterwaarden. Door de mogelijkheid om van alle belangrijkste parameters de trends op te vragen en eveneens van de KPI, is de eindgebruiker in staat het performantieverloop bij de opstart in een oogopslag op te volgen en hoeft de applicatie bijgevolg niet continu te werken, maar kan regelmatig opgestart worden ter controle van de werking van de installatie. De applicatie voorziet een eenvoudige uitbreiding voor toevoegen van parameterwaarden, waarbij deze eenvoudig gevisualiseerd kunnen worden op het werkblad ‘schema’ voor monitoring en controle. Aanpassen van de KPI, OPEX en payback berekeningen zijn minder evident, maar is mogelijk indien nodig en is duidelijk uitgelegd in deze scriptie, die ook dient als handleiding van de applicatie.
68
PROJECTFICHE
3B
ONLINE MONITORING EN ECONOMISCHE ANALYSE VAN DE UF/RO INSTALLATIE IN DE CENTRALE TE RUIEN PROJECTTYPE
Studie en monitoring
BEDRIJF
Electrabel – Gdf/Suez Herpelgem 17 9690 Kluisbergen
IN SAMENWERKING MET
Ondeo Rue de la clef 39 4000 Luik Laborelec Rodestraat 125 1630 Linkebeek
PROJECTTEAM
Projectleider Projecteigenaar
Projectbelgeider
Lode Moreels Electrabel – Gdf/Suez met als externe promotor Marnix Vermeersch Pascal Dejans
DOELSTELLINGEN
50B
- Ontwerpen en uitwerken van een gebruiksvriendelijke en betrouwbare tool, die continue de bedrijfsvoering weergeeft van de UR/RO-installatie. Het ‘weergeven van de bedrijfsvoering’ beslaat zowel het visualiseren van de productieparameters als een economische balans, welke beiden dynamisch dienen aangepast te worden naar gelang het functioneren van de installatie. - De tool moet kunnen aangeven of de installatie naar behoren draait, dit zowel voor de individuele parameters als voor
51B
de volledige installatie. Eveneens moet de uitbater de mogelijkheid hebben om prognoses te maken d.m.v. parameters aan te passen. - De tool dient ook een economische vergelijking te maken tussen de oude IX en de nieuwe UF/RO/IX uitbating.
KWALITEITSEISEN Wettelijke verplichtingen
:
confidentieel akkoord Electrabel - PIH
Veiligheidseisen
:
ja
Milieuvereisten
:
nee
69
INPUT ♦ Electrabel
Kennis, ervaring en raadgeving van externe promotors Marnix Vermeersch en Kurt Heugens. Toegang tot productie en meetapparatuur. ♦ Hogeschool West-Vlaanderen PIH
Kennis, ervaring en raadgeving van interne promotor Pascal Dejans. ♦ Ondeo
Kennis en raadgeving, volgens officieuze samenwerking. ♦ Laborelec
Kennis en raadgeving, volgens officieuze samenwerking. ♦ Overige bronnen
Raadplegen van het World Wide Web, boeken, artikels en cursusmateriaal.
OUTPUT - Ontwerpen en realiseren van de applicatie, conform met de geformuleerde doelstellingen. De Applicatie dient dynamisch de bedrijfsvoering te bepalen en weergeven, waarbij de parameters binnengehaald worden via de add-in ‘PI’ in XLS. - Scriptie als bron van informatie over de studie en het uitgewerkte project.
PRESTATIE-INDICATOREN
52B
- Evaluatie geleverde werk doorheen het jaar. - Voldoen van de applicatie aan de beoogde doelstellingen.
53B
- Bruikbaarheid verkregen applicatie voor Electrabel.
54B
- Volledigheid van de applicatie i.f.v. complexiteit van de parameters.
55B
- Kwaliteit van het doorlopen ontwerpproces.
56B
PROJECTBEPERKINGEN
57B
- Geen diepgaand programmeren voor zowel het visualiseren als berekenen van de parameters. - De economische balans blijft beperkt tot een payback time analyse.
58B
- Geen diepgaande studie van de gebruikte materialen en fouling processen van de membranen.
MIJLPALEN DOORHEEN HET EINDWERK
59B
1. Doornemen functionele analyse en P&ID’s van de UF/RO met oog op de te realiseren applicatie.
60B
2. Aanleren werking van de add-in applicatie ‘PI’ in XLS.
61B
3. Schema opstellen met aanduiding van alle processtromen en plaatsing parameters in XLS.
62B
4. Dynamisch inlezen van de parameters en koppeling met het schema.
63B
5. Dynamische uitwerking OPEX en CAPEX van de UF/RO-installatie.
64B
6. Koppelen van de OPEX aan het schema via trending en weergeven van een absolute waarde.
65B
7. Uitgewerkt economische vergelijking tussen de oude IX en nieuwere UF/RO/IX uitbating.
66B
8. Berekenen van de KPI (Key Performance Index)
67B
70
SCHEMATISCHE PLANNING
68B
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 September Oktober
1 2
3
November
2
December
5
6
1
4
3
7
Januari
4
8
Februari Maart April Mei
China studiereis
5
6 7
8
9 Legende: Mijlpalen:
; Deadlines:
DEADLINES
69B
1. Projectsheet: doelstellingen en planning
6. Eerste versie masterproeftekst
2. Tussentijdse evaluatie
7. Samenvatting – poster – laatste versie tekst
3. Voorbereidend masterproefverslag
8. Proefthesis verdediging
4. Presentatie voorlopige resultaten
9. Ingebonden thesis
5. Inhoudsopgave
GOEDKEURING DOOR
70B
Projecteigenaar
Projectbegeleider
Projectleider
Naam: Marnix Vermeersch
Naam: Pascal Dejans
Naam: Lode Moreels
Datum: 12-11-2008
Datum: 12-11-2008
Datum: 12-11-2008
Handtekening:
Handtekening:
Handtekening:
71
BIBLIOGRAFIE
4B
LITERATUUR
19B
ALARIE, AND J. 2008. Filmtec bw30-365-fr fouling resistant ro element. [online], 4. Available from: [Accessed]. BEKEN, V. D., AND PATRICK. 2006. Jaarverslag 2006. [online]. Available from: [Accessed]. DOW. 2008. Filmtec Reverse Osmosis Membranes – Technical Manual. KLUWER. 2005. Membraanfiltratie. Amsterdam. MULDER, AND MARCEL. 1997. Basic principles of membrane technology. second ed. London: Kluwer Academic Publishers. VANLANGENDONCK, AND Y. 2008a. Functional and descriptive notes - rev0 (pp. 307). Brussel: Ondeo. VANLANGENDONCK, AND Y. 2008b. Prijsofferte voor electrabel ruien - voorbehandeling Scheldewater door middel van uf/ro (pp. 74). Brussel: Ondeo. VERMEERSCH, AND MARNIX. UF/RO-installatie
e-Mail to.
VERMEERSCH, AND MARNIX. 2008b. Presentatie deminwaterproject - power plant of ruien (pp. 16). Kluisbergen: Electrabel.
MONDELING
20B
Gesprek Marnix Vermeersch, 6 Maart 2008 Gesprek Marnix Vermeersch, 27 Maart 2008 Gesprek Kurt Heugens, 4 April 2008 Gesprek Marnix Vermeersch, 7 Mei 2008 Gesprek Frank Portier, 10 October 2008 Gesprek Kurt Heugens, 8 December 2008 Gesprek David Derluyn, 3 Februari 2009 Gesprek Ann Verbestel, 10 Juni 2009 Gesprek David Derluyn, 17 Juli 2009
I
BIJLAGEN
5B
-
Bijlage 1: Tabel: Meetpunten op de demi-installatie
-
Bijlage 2: Tabel: Oplosbaarheidsproducten van anorganisch slecht oplosbare zouten
-
Bijlage 2: P&ID: DWG N°100, coagulatietanks
-
Bijlage 3: P&ID: DWG N°101, UF-tanks
-
Bijlage 4: P&ID: DWG N°102, UF permeaat tank
-
Bijlage 5: P&ID: DWG N°103, RO-installatie
-
Bijlage 6: P&ID: DWG N°104, CIP tanks
-
Bijlage 7: P&ID: DWG N°105, Algemeen afvalwatertank
-
Bijlage 8: P&ID: DWG N°106, Citroenzuur afvalwatertank
-
Bijlage 9: P&ID: DWG N°107, Chemicaliën: FeCl3, anti-scalant, citroenzuur, NaHSO3
-
Bijlage 10: P&ID: DWG N°108, Chemicaliën: HCl, NaOH
-
Bijlage 11: P&ID: DWG N°109, Putwatertanks
-
Bijlage 12: P&ID: DWG N°110, Staal name apparaten
-
Bijlage 13: P&ID: DWG N°115, Demiwater opslagtanks
II
Bijlage1: Tabel: Meetpunten op de demi-installatie Metingen
Te valideren zone
Debiet
10 - 75 m³/h
Temperatuur
3 - 33 °C
Troebelheid
0 - 100 NTU
coagulatietank
Niveau
0,2 - 1,7 m
UF membraan tank
Niveau
2,6 - 3,1 m
Druk
0,1 - 0,7 bar
Debiet
15 – 37,5 m³/h
Temperatuur
5 - 35 °C
pH
2 – 10,5 Sör
Niveau
0,25 – 2,5 m
Temperatuur
5 – 33 °C
Niveau
0 – 1,2 m
Debiet
> 5 m³/h
Temperatuur
5 - 35 °C
pH
2 – 10,5 Sör
Vrij chloor
0 – 10 mg/l
Druk
0 – 40 bar
Debiet
0 – 28 m³/h
Geleidbaarheid
0 – 80 µS/cm
rH
0 - 175 mV
RO permeaat putwatertank
Niveau
50 – 95 %
RO CIP tank
Niveau
0 – 1,2 m
Debiet
0 – 60 m³/h
Temperatuur
5 – 45 °C
pH
1 – 13 Sör
Niveau
0 – 3,4 m
Debiet
5 – 40 m³/h
Temperatuur
5 – 30 °C
pH
6 – 9 Sör
rH
0 – 175mV
Niveau
0 – 3,1 m
Debiet
0,5 - 2 m³/h
Temperatuur
5 – 30 °C
pH
6 – 9 Sör
Scheldewater
UF permeaat tank
UF CIP tank
RO eenheid
Algemeen afvalwater tank
Citroenzuur afvalwater tank
III
Bijlage2: Tabel: Oplosbaarheidsproducten van anorganisch slecht oplosbare zouten
IV
