Miltä näyttää Hanasaaren voimalaitoksen sisällä?

Hanasaaren avoimien ovien päivä viime toukokuussa keräsi paikalle satoja voimalasta kiinnostuneita ihmisiä. Siitä sain ajatuksen, että ehkä laitosta voisi esitellä vähän enemmänkin. Paikoista, minne vieraita ei voi turvallisuussyistä päästää, tai minne ei laitoksen käydessä voi mennä. Siitä syntyi tämä virtuaalinen laitoskierros, kurkistus kulissien taakse.

Kaupunginvaltuusto päätti joulukuun alussa, että Hanasaaren hiilivoimala suljetaan viimeistään vuoden 2024 loppuun mennessä ja Helenin kehitysohjelma toteutetaan erilliseen lämmöntuotantoon perustuvana hajautettuna ratkaisuna.

 

Tällä kertaa ei puhuta politiikkaa, eikä esitellä uusia innovaatioita. Nyt kurkistetaan 42-vuotiaan hiilivoimalan konepellin alle ja katsotaan vähän, mitä vuosihuollossa tehdään, joten kaikki insinörtit ja muut nippeleistä ja rööreistä kiinnostuneet, popcornit esiin! Teksti on pidempi, mitä tässä blogissa on totuttu näkemään, mutta aihekin on laaja ja monimutkainen. Kuvat saat isommaksi klikkaamalla.

Uskollinen työjuhta

Hanasaaren voimalaitos on uskollinen työjuhta, joka jauhaa sähköä ja kaukolämpöä helsinkiläisille aina kun tarvitaan. Silloinkin, kun pakkanen paukkuu, Aurinko ei paista eikä tuulenvire käy. Kaikki koneet vaativat huoltoa toimiakseen luotettavasti. Helsingin voimalaitokset huolletaan kesäisin, kun energian tarve on pienimmillään. Neljän laitoksen vuosihuollot ajoitetaan peräkkäin, jotta kesälläkin on aina käytettävissä riittävästi kapasiteettia.

Hanasaaressa on kaksi lähes identtistä koneistoa, voimalaitostermillä ilmaistuna blokkia. Blokki 3 sijaitsee Merihaan puolella, blokki 4 Kalasataman metroaseman puolella. Blokit 1 ja 2 olivat jo puretussa Hanasaaren A-voimalaitoksessa.

Blokkien vuosihuollot kestävät kolmesta viikosta aina kolmeen kuukauteen, riippuen tehtävistä töistä. Hanasaaren kunnossapidon strategiana on pitkään ollut liukuva 20 vuoden jäljellä oleva elinikä. Toisin sanoen laitosta kunnossapidetään siten, että sitä voidaan käyttää vielä seuraavat 20 vuotta. Kymmenen vuoden kuluttua jäljellä oleva elinikä on edelleen 20 vuotta, ja niin edelleen.

Voimalaitos on tavallaan kuin vaarivainaan kirves; kun siihen vaihtaa välillä varren, ja välillä terän, se pysyy aina kunnossa ja toimii luotettavasti. Tekniikka itsessään ei sanottavasti ole 42 vuoteen muuttunut. Jos nyt rakennettaisiin uusi höyryvoimala, se olisi polttotekniikkaa lukuun ottamatta aivan samanlainen kuin Hanasaari. Automaatiojärjestelmähän Hanasaaressa on jo uusittu.

Voimalaitoksen blokit ovat itsenäisiä koneistoja, joita voidaan ajaa toisistaan riippumatta, yhdessä tai erikseen. Blokin päälaitteet ovat kattila ja turbiini. Kattilassa keitetään vettä 160 ilmakehän paineessa. Näin korkeassa paineessa vesi kiehuu vasta 350 asteen lämpötilassa. Syntynyt höyry tulistetaan 535 asteeseen ennen kuin se johdetaan turbiinille. Tulistettua höyryä kattila tuottaa 120 kilogrammaa sekunnissa. Turbogeneraattori kykenee muuttamaan siitä sähköksi yhden kolmasosan, loput kaksi kolmasosaa saadaan talteen lämpönä.

Voimalaitosta huolletaan vuosittain

Tänä vuonna blokki 3 oli pitkässä vuosihuollossa, johon teemme myös tämän kierroksemme. Blokilla tehtiin mm. turbiinin perushuolto.

Turbiini on laitoksen sydän. Hanasaaren turbiinit ovat tsekkiläisiä, Škodan valmistamia kaksipesäisiä väliotto-vastapaineturbiineja. Ne avataan kahdeksan vuoden välein, ellei tarkastuksissa tai käytössä ilmene syytä avata aiemmin.

Turbiinin osat painavat kymmeniä tonneja. Pelkkä 3000 kierrosta minuutissa pyörivä roottori painaa 28 tonnia. Sen käyntivälykset ovat muutaman kymmenesosa millimetrin, ja käyntilämpötila sadasta yli viiteensataan asteeseen. Lämmetessään koko turbiini pitenee lämpölaajenemisen seurauksena 50 millimetriä.

Jos mekaaninen rannekello suurennettaisiin turbiinin kokoiseksi, kello olisi karkeaa tekoa turbiinin rinnalla. Turbiinin huollossa tarvitaan silti sekä lekaa että mikrometriä, joten kyse on poikkeuksellisen vaativasta operaatiosta. Meillä se ammattitaito on omasta takaa, mutta huollot tehdään silti yhteistyössä valmistajan kanssa.

Alla olevassa kuvassa nähdään turbiinin korkeapainepesä avattuna. Turbiinin kansi on kiinnitetty metrin mittaisilla pulteilla, jotka avataan lämmittämällä. Pultti pitenee lämmityksessä reilun millin, jolloin se löystyy ja mutteri voidaan kiertää auki. Kiristys tehdään päinvastaisessa järjestyksessä.

 

Seuraavassa kuvassa nähdään 18 tonnia painava matalapaineroottori sorvissa Škodan tehtaalla Plzenissä. Tällä tehtaalla ei nimestä huolimatta ole mitään yhteistä Škodan autotehtaan kanssa.

 

Roottoriin uusittiin yhden vyöhykkeen siivet. Niistä löytyi tarkastuksissa säröjä, jotka olisivat voineet johtaa siipien katkeamiseen käynnin aikana. Tämän takia näitä huoltoja tehdään; jotta viat löydetään ennen kuin ne johtavat vaurioon.

Samaan aikaan Hanasaaressa kunnostettiin muita osia. Seuraavassa kuvassa on roottorin paikalla linjausakseli, jonka avulla turbiinin sisäosat linjataan millin osien tarkkuudella oikeille paikoilleen.

 

Turbiinista siirrymme kattilaan. Sen on valmistanut Tampella (nykyinen Valmet), Babcock & Wilcoxin lisenssillä. Tässä on yleiskuva kattilahallin ylätasolta, joka sijaitsee 41,5 metriä merenpinnan yläpuolella.

 

Mennään sisälle tulipesään. Seinille on rakennettu telineet, jotta kattilassa liikkuminen ja siellä työskentely on turvallista.

 

Tulipesän mitat ovat noin  8 x 10 x 20 metriä, eli sinne mahtuisi pieni kuusikerroksinen talo. Täällä palaa noin 50 tonnia hiiltä tunnissa. Ensi talvesta lähtien osa siitä korvataan pelletillä. Se onnistuu tehtyjen kokeiden perustella helposti, joskin pitkäaikaisesta seospoltosta ei tietenkään ole vielä kokemuksia.

Kattilan etuseinässä on 12 poltinta, joista tässä nähdään kolme.

 

Polttimien kautta tulipesään johdetaan palamisilma sekä hienoksi pölyksi jauhettu hiili ja pelletti. Polttimet ovat Low-NOx-polttimia, jotka asennettiin parikymmentä vuotta sitten typenoksidipäästöjen vähentämiseksi. Jokaisessa polttimessa voidaan polttaa myös öljyä. Sitä tarvitaan sytytyksessä ja kattilan lämmityksessä. Öljy vaihdetaan hiilen vasta kun generaattori on tahdistettu verkkoon ja tulitehoa on riittävästi vakaan palamisen varmistamiseksi.

Kattilan lämmitys kylmästä tilasta täyteen käyttölämpötilaan kestää kuutisen tuntia. Kattilan paksuseinämäiset putkistot ja turbiini eivät kestä nopeampaa lämmitystä.

Polttimien sisäosat puretaan ulkopuolelta käsin. Ne tarkastetaan ja vaihdetaan tarvittaessa uusiin.

 

Tulipesän seinämät koostuvat toisiinsa kiinnihitsatuista putkista, joissa vesi keitetään höyryksi. Tarkastusten perusteella huonokuntoisiksi todettuja putkia vaihdetaan uusiin. Tässä kuvassa nähdään asennushitsausta varten valmisteltu kohta, johon uusittiin muutamia putkia.

 

Kattilan yläosassa sijaitsevat tulistimet, joiden läpi yli tuhatasteiset savukaasut virtaavat kuumentaen putkissa virtaavan 350-asteisen höyryn 535 asteeseen. Lämpötila on 535 astetta, koska sitä korkeammassa lämpötilassa tarvittaisiin huomattavasti kalliimpia ja vaikeammin työstettäviä putkimateriaaleja. Tässä on kuva tulistimilta, joihin on juuri tehty kulutusta kestävä pinnoite.

 

Turbiinihuollon lisäksi toinen isompi työ Hanasaaressa oli kattilan veden esilämmittimen uusinta. Kuluvien osien kuntoa seurataan säännöllisin tarkastuksin, jotta laitoksen käynninaikaisilta vaurioilta vältytään. Niinpä nämä uusimistarpeet eivät tule yllätyksenä.

Esilämmittimen uusinta oli jo vuosia sitten ajoitettu tälle vuodelle, mutta siitä päätettiin lopullisesti vasta viime vuonna tuoreimpien tarkastustulosten perusteella. Esilämmitin sijaitsee kattilan ”takavedossa”, tulistimien jälkeen. Sen tehtävä on siirtää lämpöä savukaasuista kattilan syöttöveteen. Esilämmittimen putket olivat ohentuneet, niissä oli jo paljon hitsaamalla tehtyjä ”paikkalappuja”, sekä mekaanisesta hankauksesta syntyneitä paikallisia kulumia. Jotta esilämmittimen pystyy vaihtamaan, on kattilan kylkeen leikattava aukko. Sen jälkeen vanhat elementit vedetään ulos näin.

 

Uudet osat olivat jo valmiina odottamassa takapihalla.

 

Uusien putkinippujen asentamisen jälkeen ne liitetään hitsaamalla. Kaksi vasemmanpuoleista riviä on kuvassa jo hitsattu. Osa kuumalujista teräksistä täytyy hitsauksen jälkeen vielä lämpökäsitellä.

 

Kaiken kaikkiaan hitsattavia saumoja vuosihuollossa voi olla satoja. Niistä lähes kaikki röntgenkuvataan tai tarkastetaan ultraäänellä, jotta mahdolliset hitsausvirheet löydetään.

Painelaitehitsaus vaatii pätevyydet, ja rautaista ammattitaitoa, mutta virheitä voi silti sattua. Joskus hitsattavat saumat ovat niin ahtaissa paikoissa, että niitä ei suoraan näe, vaan hitsaus täytyy tehdä peilin avulla. Ei muuten keneltä tahansa onnistu, sopii kokeilla!

Tänä vuonna tehtiin tarkastuksia myös kattilan yläosassa, ns. ”kattokaapissa”. Se sijaitsee tulistinosan yläpuolella, ja on tavallisesti erittäin pölyinen paikka. Käynnin aikana sinne ei voi mennä ollenkaan. Kattokaapin imurointi ja eristeiden purku on iso työ, ennen kuin varsinaisia tarkastuksia päästään tekemään. Siksi siellä ei käydä jokaisessa vuosihuollossa.

 

Yllä olevassa kuvassa nähdään kattokaapissa sijaitseva välitulistimen kokoojakammio. Siinä sadoista pienistä tulistinputkista tuleva höyry kootaan yhteen isoon putkeen, jota pitkin höyry virtaa turbiinille. Kammion puolivälissä on yksi hitsaussauma, joka tarkastetaan määrävälein, samoin kuin tulistinputkien ja kammion väliset liitokset. Kammion pinnassa suunnilleen keskellä näkyy täplä, josta on otettu jäljenne. Se on kirkkaaksi hiotun teräksen pintaan sulatettava muoviliuska, johon teräksen mikrorakenne kopioituu. Siitä voidaan myöhemmin mikroskoopin avulla tutkia teräksen ikääntymistä ja arvioida jäljellä oleva elinikä.

Kivihiili jauhetaan neljässä kuularengasmyllyssä. Niissä on kaksi jauhinrengasta, joiden välissä on yhdeksän kuulaa. Renkaita painetaan vastakkain pneumaattisilla jousilla ja alarengasta pyöritetään sähkömoottorilla. Hiili johdetaan renkaiden ja kuulien väliin, jossa se jauhaantuu hienoksi pölyksi. Seospoltossa pelletti sekoitetaan hiileen ennen myllyä, jossa se jauhautuu hiilen seassa. Tässä on hiilimylly avattuna.

 

Myllyjen jauhinosat, kuulat ja renkaat, ovat kuluvia osia, mutta kestävät yllättävän kauan, jopa 30 000 käyttötuntia. Tänä vuonna ei tarvinnut uusia yhtään jauhinosia, mutta pari myllyä piti avata muista syistä. Tässä Sofia ja Petteri tutkivat myllyn yläosan vaurioita konepajalla.

 

Voimalaitoksen prosessissa käytettävän veden laatuvaatimukset ovat hyvin tiukat. Veden pitää olla puhdasta ja sen pH:n pitää olla sopiva. Helsingin vesijohtovesi on erinomaista juomavettä, mutta aivan liian likaista prosessivedeksi. Se tuhoaisi kattilan ja turbiinin hyvin nopeasti käyttökelvottomaksi. Sen takia voimalaitoksella on vedenkäsittelylaitos, jossa vesijohtovedestä poistetaan kaikki suolat ja muut epäpuhtaudet. Puhdistettu vesi on yhtä puhdasta kuin apteekista saatava tislattu vesi.

Vedenkäsittelyssä tarvitaan rikkihappoa, lipeää, ammoniakkia ja hydratsiinia. Tässä kuvassa on vedenkäsittelylaitos.

 

Käytössä olevan veden laatua seurataan jatkuvatoimisilla mittareilla. Jokaisesta osasta prosessia otetaan näytteitä, jotka tuodaan putkia pitkin näytteenottohuoneeseen. Höyrystä otetut näytteet lauhdutetaan vedeksi, jäähdytetään ja lopuksi tässä näytehuoneessa olevat mittarit mittaavat veden puhtautta. Poikkemista menee hälytys valvomoon.

 

Jatkuvatoimisten mittareiden lisäksi veden laatua seurataan käsin otettavilla näytteillä laboratoriossa. Vedenkäsittely on molemmille blokille yhteinen. Sen ja muutamien muiden yhteisten järjestelmien takia vuosittain tarvitaan myös lyhyt yhteisseisokki, jolloin molemmat blokit ovat pois tuotannosta.

Voimalaitoksen toimintoja ohjataan automaatiojärjestelmällä. Hanasaaren automaatio on uusittu vuonna 2000 ja sitä on jo jouduttu osittain päivittämään. Digitaalinen järjestelmä koostuu kymmenistä jääkaappi-pakastimen kokoisista kaapeista, jotka pitävät sisällään tietokoneita ja muuta elektroniikkaa. Erilaisia paineen-, lämpötilan- ja pinnankorkeuden mittauksia laitoksella on kolmisen tuhatta. Samoin ohjattavia laitteita, kuten venttiileitä, pumppuja ja puhaltimia, jne.

Jos turbiini on laitoksen sydän, automaatio on sen aivot. Automaatio valvoo ja säätää laitteiden tilaa taukoamatta niin, että kaiken toimiessa normaalisti, ihmisten ei tarvitse puutua asiaan. Häiriöistä seuraa hälytys ja silloin tarvitaan ammattitaitoista valvomohenkilökuntaa, joka on paikalla kellon ympäri. Jos häiriöitä ei jostain syystä saada hallintaan, automaatio ajaa laitoksen turvalliseen tilaan. Se kytkee vioittuneet laitteet pois, käynnistää varalaitteet, viime kädessä sammuttaa tulet kattilasta ja kytkee generaattorin irti verkosta. Näin käy yleensä jokusen kerran vuodessa.

Mahdollisia syitä pikasulkuun on lukematon määrä. Jokaisesta häiriöstä tehdään raportti, häiriön syy selvitetään ja mikäli mahdollista, pyritään estämään tulevaisuudessa. Pikasulku ei ole mitenkään erityisen dramaattinen tapahtuma, tekniikka ei siitä kärsi. Vika korjataan ja laitos ajetaan uudestaan ylös. Tappiota syntyy tietenkin, jos tuottamatta jäävä sähkö ja lämpö joudutaan hankkimaan kalliimmalla muualta.

Automaatiojärjestelmiä joudutaan aika ajoin uusimaan. Usein sen vuoksi, että kyseinen mallisarja on vanhentunut, tekninen tuki sekä varaosien saatavuus on päättynyt. Jokainen tietää, miten nopeasti tietokoneet ”vanhenevat” tänä päivänä. Alla on kuva laitoksen automaatiotilasta.

 

Tavallisesti vuosihuollon jälkeen emme tee erillistä koekäyttöä, vaan laitos otetaan normaalisti käyttöön sitten kun ilmat viilenevät ja energian tarve lisääntyy. Luotamme siihen, että hyvin tehdyn vuosihuollon jälkeen kaikki toimii. Pikkuvikoja ilmenee lähes jokaisessa ylösajossa, sille ei mahda mitään, mutta ne ovat tavallisesti nopeasti korjattavissa. Tänä vuonna koekäyttö kuitenkin jouduttiin tekemään, koska keskeisiä automaatio- ja suojausjärjestelmän osia uusittiin. Niiden testauksiin ja virittelyihin tarvittiin muutama päivä.

Viimeinen kuva esittääkin koekäytön aikaista näkymää tulipesästä. Telineet on purettu pois, neljä öljypoltinta on käytössä ja generaattori on verkossa muutaman kymmenen megawatin teholla. Tässä pystyy vielä juuri ja juuri pikaisesti ottamaan valokuvan tulipesän luukusta, ennen kuin hanskat (ja kamera) alkavat palaa.

 

Kierroksemme on päättynyt. Ehdimme vilkaista pienen osan siitä, mitä voimalaitoksessa vuosihuollon aikana tehdään. Olen kuullut vierailta sellaisia kommentteja, että vaikka ovat asuneet koko ikänsä Helsingissä ja ajaneet päivittäin Hanasaaren ohi, he eivät ole voineet aavistaakaan, millainen tehdas tässä oikeasti onkaan. Toivottavasti tämä esittely antoi siitä jonkinlaisen käsityksen.