Oppfinner: Anders Meeg har brukt opp mot 20.000 timer med rådata, regneark og matematikk for å utviklet et system som i sanntid kan måle ammoniakklekkasjer. – Jeg har møtt stor forståelse hos min arbeidsgiver Norsk Energi, sier han.
Oppfinner: Anders Meeg har brukt opp mot 20.000 timer med rådata, regneark og matematikk for å utviklet et system som i sanntid kan måle ammoniakklekkasjer. – Jeg har møtt stor forståelse hos min arbeidsgiver Norsk Energi, sier han.

Amsys - deteksjon av lekkasjer

Anders finner lekkasjer ved hjelp av matematikk

Tysk energigigant er blant brukerne av teknologien.

Et uhell ved et fjernvarmeanlegg trigget ingeniørhjernen til Anders Meeg. Resultatet ble en løsning for deteksjon av ammoniakklekkasjer ned til 0,1 ppm. 

Få – om noen – liker lukten av salmiakk. Salmiakk er ammoniakk løst i vann. For noen år siden kjente en dame i Drammen denne stramme ubehagelige lukten da hun stod i dusjen. Det viste seg da at den lokale fjernvarmeleverandøren hadde en lekkasje i en av varmepumpene, og ammoniakk kom ut i vannet.

Alle kjøle- eller varmeanlegg som har 500 kilo eller mer ammoniakk i systemet, er pålagt å ha installert anlegg for lekkasjeovervåking. Det hadde også Drammen fjernvarme, der et nytt avansert anlegg ble installert i 2011. Etter få måneders drift oppstod lekkasjen, men systemet ga ingen alarm og lekkasjen ble først oppdaget av damen som dusjet. Da hadde den vart lenge.

Nøyaktig: Amsys oppnår nøyaktigheten med standard sensorer. På anlegget i Malmø er det brukt Rosemount 400 Contacting Conductivity-sensor. Bildet viser sensorer på inn- og ut-strøm. Foto: Joachim Seehusen

– Det var helt ufarlig, men det ble en del oppstyr, forteller Anders Meeg som ble tilkalt for å finne feilen.

Anlegget i Drammen hadde  ammoniakksensor i varmekretsen basert på elektrolytisk måleprinsipp. Systemet viste seg å være både unøyaktig og krevende å drifte. Elektrolytten må skiftes jevnlig, og målingene gis med store tidsforsinkelser. Romslige alarmgrenser – i de fleste anlegg med elektrolytiske detektorer, blir derfor alarmgrensene satt så romslige at de sjelden vil gi alarm, selv ved større lekkasjer, sier Meeg.  

Meeg er seniorspesialist innen automatisering i Norsk Energi. I Drammen valgte han å benytte en annen velkjent målemetode for å finne lekkasjen: Differanse i vannets ledningsevne inn og ut av varmeveksler. Når det kommer ammoniakk i vannet, blir det dannet ioner som fører til at vannets ledningsevne øker ut av varmeveksleren i forhold til inn i varmeveksleren.

Ammoniakk

  • En fargeløs gass, NH3. Ammoniakk har et kokepunkt på – 33,4 °C og et smeltepunkt på – 78 °C
  • På grunn av stor fordampningsvarme, 23,4 kJ/mol ved kokepunktet, brukes ammoniakk i varmepumper og kjøleanlegg.
  • Det største bruksområdet er fremstilling av mineralgjødsel.

Dette er beskrevet i lærebøker og faglitteratur, men Meeg kjenner ikke til at det tidligere er benyttet i den type anlegg som de har i Drammen.

Lekkasjene ble funnet og reparert. Men da hadde Meeg også blitt faglig pirret av svakheter ved denne målemetoden.

Store forstyrrelser

Konduktiviteten endres også med temperatur, fra 2-2,2 prosent per grad celsius. Det gir store forstyrrelser. Men de fleste lekkasjer begynner gjerne som små lekkasjer, og for å kunne detektere små lekkasjer blir disse omtrentlige standardverdiene ikke nøyaktige nok. I praksis vil riktig verdi ofte ligge mellom 1 og 3 prosent per grad celsius. Og verdien kan også endre seg over tid avhengig av vannkvalitet og belegg på sensorene.

– Jeg satte inn både konduktivitets- og temperatursensorer, men var egentlig ikke helt fornøyd med resultatet til tross for at det var betydelig bedre enn de elektrolytiske sensorene som opprinnelig var montert. I tillegg til selve temperaturen var det en rekke andre forhold som ga unøyaktighet, som for eksempel termisk treghet i temperatursensorene, opptil 50 sekunder, som kan beregnes bort.

Meeg startet prosjektet i Drammen med en tradisjonell måling for å finne lekkasjen, men slet med begrenset nøyaktighet. Han satte seg derfor ned med masse rådata og excelark. Etter hvert fikk han bekreftet mistanken: Det går an å øke sensitiviteten ved hjelp av matematikk. Men det var ikke gjort i en fei.

– Jeg har ikke tellet timene, men det har nok gått med et sted mellom 10 og 20.000 timer. Kona har ikke sett meg mye de siste årene.

Telefon fra Tyskland

En dag fikk Meeg en telefon fra GEA, en stor tysk produsent av varmepumper og industrielle systemer. De skulle levere til energiselskapet EON som bygget anlegg i Malmø med fire varmepumper på 10 MW. Varmekilden er spillvann, og EON leverer fjernvarme. I anlegget var det også fem varmevekslere.

Artikkelen fortsetter nedenfor.

Panel: Systemet betjenes fra 7" berøringskjerm. Bak panelet sitter skruklemmer for tilkopling av målesignaler, 4-20mA, og alarmutganger. Skalering av målesignaler og justering av alarmgrenser gjøres fra penelet, som også kan gi historisk trend for analyse av utvikling over tid, samt alarmhistorikk. Foto: Joachim Seehusen

Det viste seg at de tyske ingeniørene hadde hørt om Meegs arbeid med å utvikle matematiske modeller for å bedre sensitiviteten. De ville vite om han kunne levere.

Sammen med EON ble det satt i gang grundige undersøkelser for å verifisere modellene Meeg hadde utviklet. De sammenliknet med andre systemer og brukte blant annet Sweco til å vurdere løsningen. Det endte med bestilling og i november i fjor ble anlegget i Malmø satt i drift. Der kan driftsingeniørene nå måle ammoniakk i konsentrasjoner ned til 0,1 ppm.

Systemskisse: Figuren viser oppbyggingen av lekkasjedeteksjonen fra Amsys. Måling av temperatur og ledningsevne på væskestrøm inn og ut, kombinert med en matematisk modell sikrer alarm når noe går galt.

Prosjektleder Mats Egard hos EON forteller at varmepumpene reduserer temperaturen på spillvannet som kommer inn fra 14 til 8 grader. Denne energien brukes så til å heve temperaturen på returvannet i fjernvarmeanlegget fra 55 til 65 grader, før det går videre til nok en stasjon der energi fra avfallsforbrenning hever temperaturen ytterligere til 90 grader.

Det nye anlegget skal redusere CO2-utslippene med 50 000 tonn/år. Det lokale vannverket slipper ut 1500 liter vann hvert sekund, tidligere gikk dette rett i havet. Produksjonen blir i området 200 000 MWh/år.

– Vi ba våre konsulenter lete etter en løsning for å detektere ammoniakk online i sanntid med høy nøyaktighet. De meldte tilbake at noe slikt fant de ikke. Så kom tipset om Anders Meeg. Dette er en betydelig forbedring, sier Egard.

Han legger til at dette hittil er deres første anlegg med ammoniakk.

Eget selskap

– Men om vi skulle bygge flere vil vi nok ta en prat med Anders Meeg. Foreløpig har ikke varmepumpene gått mer enn 40-50 timer. Hele systemet har en innkjøringsfase på seks måneder så erfaringene er begrenset.

Innovasjon Norge har gitt støtte på 400 000 kroner, og sammen med sin bror har Anders Meeg stiftet selskapet Amsys. Drammen Fjernvarme, som utløste det hele, har nå bedt om pris på Meegs løsning, det samme har et dansk selskap som har behov for nøyaktig lekkasjemåling.

Amsys-systemet kan benyttes til å måle alt som endrer ledningsevne, i saltvann og ferskvann. De viktigste skillene fra andre metoder og som sikrer nøyaktigheten, er at det er adaptivt og at det er en matematisk modell i bunnen.

Når et nytt anlegg settes i drift, vil systemet selv automatisk gå gjennom en periode med innkjøring og fintuning. Produsentene av sensorer oppgir typiske verdier for kompensering, men Meegs erfaring er at de ikke oppgir det med tilstrekkelig nøyaktighet. For å oppnå ønsket nøyaktighet og sensitivitet må systemet kalibrere seg selv med sensorene montert i prosessen.

Meeg og broren Rolf vurderer nå om løsningen skal patenteres.

– Ja, vi har fått bekreftet at det er patenterbart. Men om det likevel blir kopiert så vil vi ikke ha ressurser til å følge opp hvis det er en stor og ressurssterk aktør som står bak. Om vi velger patent, skal jeg velge ut en spesifikk liten del og beholde resten i mitt eget hode.

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)