Problem normalizacji kosztów
Do porównań kosztów wymienników ciepła zazwyczaj wykorzystuje się całkowity koszt instalacji podzielony przez-dolary za kilowat w zakresie opłaty projektowej. Metryka ta uwzględnia kapitał początkowy, ale zaciemnia wpływ różnych okresów użytkowania i wymagań konserwacyjnych. Bardziej odkrywczym miernikiem umożliwiającym podejmowanie-terminowych decyzji-jest całkowity koszt na metr kwadratowy powierzchni wymiany ciepła w ciągu roku okresu użytkowania.
Ten znormalizowany wskaźnik uwzględnia: początkowy koszt wyposażenia amortyzowany przez rzeczywisty okres użytkowania; częstotliwość wymiany i powiązane koszty instalacji; prace konserwacyjne, chemikalia i przestoje; oraz koszt naddatku na korozję-grubość ścianki, która nie zapewnia wartości przenikania ciepła, ale musi zostać zakupiona.
Stal nierdzewna super duplex (UNS S32750, 2507) jest szeroko stosowana w ługowaniu hydrometalurgicznym-bogatem w chlorki, ponieważ jej wysoka zawartość chromu, molibdenu i azotu zapewnia doskonałą odporność na wżery w porównaniu ze standardowymi gatunkami austenitycznymi. PTFE jest odporny na wżery chlorkowe ze względu na swój charakter chemiczny. Porównanie kosztu-na-metr kwadratowy-na-na-rok pozwala określić, który materiał zapewnia niższy-koszt długoterminowy.
Sterowniki dotyczące okresu użytkowania
Stal nierdzewna Super Duplex jest odporna na wżery chlorkowe poprzez pasywną warstwę wzbogaconą w chrom i molibden. Liczba równoważna odporności na wżery (PREN) dla stali 2507 wynosi 40-43 i jest jedną z najwyższych wśród stali nierdzewnych. W obojętnych roztworach chlorków w temperaturze otoczenia nie występują wżery. W gorących kwaśnych roztworach chlorków ługujących-typowych dla operacji ługowania laterytu niklu lub hałd miedzi, próg PREN jest przekroczony.
W temperaturze 70–80 stopni w roztworach zawierających 10 000–50 000 ppm chlorku przy pH 1–3 stal nierdzewna super duplex koroduje z szybkością 0,05–0,15 mm/rok z miejscowymi wżerami nakładającymi się na ogólną szybkość. Rurka wymiennika ciepła o grubości ścianki 1,5 mm ma przewidywany okres użytkowania wynoszący 5–10 lat, zanim wżery przenikną przez ścianę, ze znaczną niepewnością.
PTFE nie ma mechanizmu korozji chlorkowej. Żywotność określa się na podstawie pełzania pod ciśnieniem pary w temperaturze roboczej. W przypadku modyfikowanego PTFE w temperaturze 140 stopni żywotność przekracza 15 lat. Nie występuje miejscowy atak, wżery i wrażliwość na stężenie chlorków lub pH.
Tabela 1: Znormalizowany koszt na metr kwadratowy na rok (wymiennik ciepła 5 m², analiza 10-letnia, roztwór ługujący chlorek w temperaturze 80 stopni, pH 2, 30 000 ppm Cl⁻)
| Element kosztowy | Superdupleks 2507 | PTFE |
|---|---|---|
| Początkowy koszt instalacji na m² | $1,800-2,500 | $1,400-2,000 |
| Oczekiwany okres użytkowania (lata) | 5-8 (w zależności od wżerów) | 15+ |
| Wymiany w ciągu 10 lat | 1 (w klasach 5-8) | 0 |
| Koszt wymiany (sprzęt + instalacja) | $1,800-2,500/m² | $0 |
| Coroczna konserwacja na m² (przegląd, czyszczenie) | $120-200 | $40-80 |
| Koszt przestoju w przeliczeniu na wymianę (na m²) | $300-500 | $0 |
| Całkowity 10-letni koszt na m² | $4,500-7,500 | $1,800-2,800 |
| Roczny koszt na m² rocznie | $450-750 | $180-280 |
Koszt dodatku na korozję
Wymienniki ciepła ze stali nierdzewnej typu super duplex do pracy z chlorkami obejmują naddatek antykorozyjny-dodatkową grubość ścianki, która zgodnie z przewidywaniami będzie korodować w trakcie okresu użytkowania. Ta dodatkowa grubość nie zapewnia wartości przenikania ciepła, ale zwiększa koszt materiału i wagę.
W przypadku ścianki o grubości 1,5 mm z naddatkiem na korozję 0,5 mm 33% drogiego materiału super duplex jest zbędne. Ścianka rurki PTFE nie posiada naddatku na korozję; cała grubość ścianki przyczynia się do utrzymania ciśnienia przez cały okres użytkowania.
Naddatek na korozję również nieznacznie pogarsza przenoszenie ciepła. Grubsza ścianka ma większy opór cieplny. Nowa rura superdupleksowa z naddatkiem na korozję ma niższą wartość U- niż miałaby bez naddatku, co wymaga nieco większej powierzchni do tego samego obciążenia,-co jeszcze bardziej zwiększa różnicę kosztów.
Przypisanie wartości przestoju
Znormalizowane porównanie kosztów jest wrażliwe na wartość przypisaną przestojom. W zakładzie hydrometalurgicznym, w którym obieg ługowania stanowi wąskie gardło w produkcji, godzina przestoju może kosztować 10 000–50 000 dolarów w postaci utraconej produkcji metalu. Koszt awarii wymiennika ciepła, która powoduje zatrzymanie obiegu ługowania na 12–24 godzin, przewyższa koszt wymiany sprzętu.
Eliminacja przez PTFE nieplanowanych awarii wżerowych eliminuje koszty przestojów. Znormalizowana przewaga kosztowa PTFE wzrasta wraz ze wzrostem wartości czasu sprawności produkcji.
Streszczenie
Wymienniki ciepła PTFE zapewniają niższy koszt na metr kwadratowy rocznie niż stal nierdzewna super duplex w-roztworach ługujących bogatych w chlorki-zazwyczaj 180–280 USD w porównaniu z 450–750 USD w ujęciu rocznym. Różnica wynika z dłuższej żywotności PTFE, eliminacji konieczności wymiany, niższych wymagań konserwacyjnych i braku naddatku na korozję.
Znormalizowana przewaga kosztowa zwiększa się w przypadku-przestojów- operacji, w których wyeliminowanie nieplanowanych awarii wżerowych ma ponadprzeciętną wartość ekonomiczną. Stal nierdzewna Super Duplex stosowana jest tam, gdzie przekroczone są limity temperatury lub ciśnienia PTFE; w powłoce PTFE jest to wybór o niższym-koszcie.
Analiza inżynieryjna mająca na celu porównanie kosztów obsługi chlorków jest dostępna po przedłożeniu składu chemicznego roztworu, temperatury roboczej, danych dotyczących bieżącego okresu użytkowania wymiennika, dokumentacji kosztów konserwacji i szacunkowych kosztów przestojów.
