Odločitev o viru ogrevanja
Objekt načrtuje ogrevanje 12 procesnih rezervoarjev, od katerih vsak potrebuje 40 kW ogrevalne moči. Obravnavani sta dve možnosti: namestitev električnih potopnih grelnikov v vsak rezervoar ali namestitev centralnega parnega kotla-na zemeljski plin, ki v vsakem rezervoarju oskrbuje toplotne izmenjevalnike iz PTFE.
Električna možnost ponuja preprostost: brez kotla, brez cevi za paro, brez povratka kondenzata, brez obdelave vode. Vsak rezervoar ima svoj električni grelec, ki se upravlja neodvisno. Stroški kapitala so 12 električnih grelnikov in električna infrastruktura.
Parna možnost zahteva kotel, cev za distribucijo pare, povratni sistem kondenzata, opremo za pripravo vode in 12 toplotnih izmenjevalnikov PTFE. Stroški kapitala so višji. Operativni stroški,-ki jih prevladuje energija-, so nižji, ker zemeljski plin na enoto energije stane približno eno-tretjino do-četrtine električne energije na večini industrijskih trgov.
10-letna primerjava skupnih stroškov določa, katera možnost zagotavlja nižje stroške življenjskega cikla, upoštevajoč energijo, zamenjavo opreme in vzdrževanje.
Razlika v stroških energije
Ogrevanje z električnim uporom pretvori skoraj 100 % električne energije v toploto na mestu uporabe. Ni izgub v dimniku, ni izgub v cevovodih, ni izgub zaradi izpihovanja. Dobavljena učinkovitost je v bistvu 100 %.
Proizvodnja pare iz zemeljskega plina vključuje večkratne izgube učinkovitosti. Dobro-vzdrževani industrijski kotel deluje z 80-85-odstotnim izkoristkom goriva--pare. Cevovodi za distribucijo pare izgubijo 5-10 % toplote zaradi izgub izolacije. Sistemi za povratek kondenzata izgubljajo dodatno toploto. Celotna učinkovitost goriva v procesu je 65-75 %.
Kljub tem izgubam je zemeljski plin na enoto energije toliko cenejši od električne energije, da je možnost pare boljša pri obratovalnih stroških. Pri povprečnih cenah industrijske energije v ZDA-0,08 USD/kWh električne energije, 4,50 USD/MMBtu zemeljskega plina-je strošek na dobavljeno kWh toplote 0,08 USD za električno energijo, 0,023 USD za zemeljski plin in paro (kar predstavlja 70-odstotni skupni izkoristek).
Tabela 1: 10-letna primerjava skupnih stroškov (12 rezervoarjev × 40 kW, 6000 ur/leto delovanja)
| Stroškovni element | Električni potopni grelniki | Namenski kotel + PTFE izmenjevalniki toplote |
|---|---|---|
| Stroški kapitala | ||
| Oprema za ogrevanje (12 enot) | $48,000 (12 × $4,000) | 96.000 USD (12 PTFE × 8.000 USD) |
| Kotel in parni sistem | $0 | 65.000 $ (nameščeno) |
| Posodobitev električne infrastrukture | $25,000 | $0 |
| Skupni kapital | $73,000 | $161,000 |
| Letni obratovalni stroški | ||
| Stroški energije | 230.400 USD (2.880 MWh × 0,08 USD) | 82.800 USD (ekvivalent 3.600 MWh × 0,023 USD) |
| Menjava grelnikov (električni elementi vsaki 2 leti) | 48.000 USD (6 zamenjav/leto × 4.000 USD × 10 let=240.000 USD / 10) | $0 (PTFE >10-letno življenje) |
| Vzdrževanje kotlov in priprava vode | $0 | $8,000 |
| Skupno letno poslovanje | $278,400 | $90,800 |
| 10-letni skupni stroški | $2,857,000 | $1,069,000 |
Stroški zamenjave opreme
Električni potopni grelniki imajo omejeno življenjsko dobo. V korozivnih kemičnih kopelih celo oplaščeni električni elementi odpovejo v 2-3 letih zaradi korozije plašča ali okvare tesnila. V 10 letih potrebuje vsak od 12 rezervoarjev 3-5 zamenjav grelca. Kumulativni stroški zamenjave se približajo začetnim kapitalskim stroškom ali jih presežejo.
PTFE toplotni izmenjevalniki, ogrevani s paro, nimajo električnih elementov, ki bi se pokvarili. PTFE cevni snop, pravilno oblikovan za tlak in temperaturo pare, zdrži 10+ let brez zamenjave. 10-letni stroški zamenjave opreme za parno možnost so skoraj enaki ničli za opremo na strani rezervoarja.
Sam kotel zahteva vzdrževanje-čiščenje cevi, servis gorilnika, obdelavo vode-vendar so ti stroški predvidljivi in skromni v primerjavi s stroški večkratne zamenjave električnih potopnih grelnikov v agresivnih kemičnih okoljih.
Premislek o prilagodljivosti in redundanci
Možnost pare nudi fleksibilnost delovanja. Kotel lahko zadosti dodatnim potrebam procesnega ogrevanja poleg 12 rezervoarjev-ogrevanja prostora, ogrevanja čistilne raztopine ali prihodnjih ekspanzijskih posod. Električna možnost služi samo rezervoarjem in ne ponuja nobenih dodatnih koristi.
Če kotel potrebuje vzdrževanje, lahko rezervoarji še naprej delujejo na akumulirano toplo vodo ali zmanjšan pretok. Če v enem rezervoarju odpove električni grelec, ta rezervoar ne bo več v proizvodnji, dokler grelec ni zamenjan. PTFE izmenjevalnik, ki je sam po sebi bolj zanesljiv, zmanjša, vendar ne odpravi tega tveganja-vendar sam kotel doda-točkovno tveganje okvare, ki ga je treba obvladovati z redundanco ali načrtovanjem ob nepredvidljivih dogodkih.
Povzetek
V 10-letnem obdobju kombinacija namenskega kotla na zemeljski plin in PTFE toplotnih izmenjevalcev skupaj stane približno 1.069.000 USD v primerjavi z 2.857.000 USD za električne potopne grelnike – 63-odstotno znižanje. Kapitalski strošek parnega sistema je višji (161.000 USD v primerjavi s 73.000 USD), vendar prihranek stroškov energije v višini 147.600 USD na leto in odprava ponavljajočih se zamenjav električnih grelnikov povrneta kapitalsko razliko v prvem letu delovanja.
Za objekte s tremi ali več ogrevanimi rezervoarji je kombinacija pare-in-PTFE možnost z nižjimi skupnimi stroški. Prehodna točka je odvisna od lokalnih cen energije, korozivnosti procesnih kemikalij (ki določa pogostost menjave električnih grelnikov) in razpoložljivosti obstoječe parne infrastrukture.
Inženirska analiza za primerjavo vira ogrevanja v posebnih pogojih objekta je na voljo ob predložitvi števila in velikosti rezervoarjev, lokalnih cen električne energije in plina, kemije procesa in obstoječe komunalne infrastrukture.
