Naraščajoči račun za paro
Račun za zemeljski plin v obratu za proizvodnjo pare se v treh letih poveča za 18 %, medtem ko obseg proizvodnje ostane enak. Učinkovitost kotla je preverjena. Parne zapore delujejo. Cevi za distribucijo pare so izolirane. Povečana poraba je povezana z izmenjevalniki toplote v procesnih rezervoarjih-natančneje, s postopno izgubo učinkovitosti prenosa toplote, ko se kovinske tuljave umažejo in korodirajo.
Čista tuljava iz nerjavečega jekla ob namestitvi prenaša toploto s skupno U-vrednostjo približno 800 W/m²·K. Po 12 mesecih delovanja je vrednost U- padla na 450 W/m²·K. Po 24 mesecih 320 W/m²·K. Po 36 mesecih tuljava komaj vzdržuje temperaturo kopeli pri polnem pretoku pare in je predvidena za zamenjavo.
PTFE tuljava, nameščena hkrati, začne z nižjo U-vrednostjo-približno 280 W/m²·K-vendar jo ohranja. Po 36 mesecih je vrednost U- še vedno 260-270 W/m²·K. Trajektoriji stroškov energije teh dveh krivulj učinkovitosti se močno razlikujejo.
Mehanizem izgube učinkovitosti
Kovinske tuljave izgubijo učinkovitost prenosa toplote zaradi dveh mehanizmov. Zunanje usedline umazanije-kalcijev sulfat, kovinski hidroksidi, organski ostanki-, ki dodajajo toplotno odpornost zaporedno s steno cevi. Plast vodnega kamna z debelino 0,5 mm lahko zmanjša vrednost U- za 30-50 %, odvisno od njegove toplotne prevodnosti.
Notranja površinska korozija naredi-stransko steno cevi za paro hrapavo. Povečana hrapavost poveča turbulenco, kar nekoliko izboljša notranji koeficient prenosa toplote, vendar produkti korozije tvorijo izolacijsko plast, ki več kot izravna ta dobiček. Neto učinek je progresivna degradacija.
Naprava kompenzira s povečanjem tlaka pare. Višji tlak pare poveča temperaturo nasičenja, kar poveča logaritemsko srednjo temperaturno razliko, ki spodbuja prenos toplote. Višji LMTD delno izravna padec vrednosti U-. Toda višja temperatura pare poveča toplotne izgube iz rezervoarja in cevi, kotel pa deluje z nižjo učinkovitostjo pri višjih izhodnih temperaturah. Energijske kazni spojine.
Tabela 1: 36-mesečna primerjava stroškov energije (50 kW projektirano delovanje, 6000 obratovalnih ur/leto)
| Časovno obdobje | U-vrednost nerjavečega jekla (W/m²·K) | PTFE U-vrednost (W/m²·K) | SS Poraba pare (kg/h) | PTFE poraba pare (kg/h) | Kumulativna kazen za stroške energije (SS v primerjavi s PTFE) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. mesec (čisto) | 800 | 280 | 78 | 82 | -180 USD (prednost SS) |
| 6. mesec | 500 | 275 | 83 | 82 | +$60 |
| 12. mesec | 400 | 270 | 86 | 83 | +$480 |
| 18. mesec | 350 | 268 | 88 | 83 | +$960 |
| 24. mesec | 310 | 265 | 90 | 84 | +$1,620 |
| 30. mesec | 290 | 262 | 91 | 84 | +$2,340 |
| 36. mesec (pred-zamenjava) | 260 | 260 | 93 | 85 | +$3,180 |
| 3-letni skupni stroški energije | – | – | – | – | +$9,440 |
Cena pare je izračunana na 30 USD/tono (1000 kg). Kumulativna kazen je dodatni strošek pare, ki ga ima tuljava iz nerjavečega jekla zaradi zmanjšanja učinkovitosti v primerjavi s stabilno zmogljivostjo PTFE.
Prednost PTFE: Stabilnost nad vrhom
PTFE tuljava deluje z zmerno nizko ceno energije v prvih nekaj mesecih, ko je tuljava iz nerjavečega jekla čista. Ta začetna vrzel znaša približno 180 USD - zanemarljiv znesek. Ko se nerjavna tuljava umaže, se vrzel obrne. Do 9. meseca so kumulativni stroški energije enaki. Od te točke naprej PTFE tuljava z vsakim mesecem zagotavlja nižje stroške energije.
V celotnem 36-mesečnem obdobju se stabilna tuljava iz PTFE izogne približno 9440 $ dodatnih stroškov pare, ki nastanejo zaradi razgradnje tuljave iz nerjavečega jekla. Samo ta prihranek stroškov energije povrne višjo začetno nabavno ceno PTFE tuljave – brez upoštevanja izognjenih stroškov odstranjevanja vodnega kamna, izognjenih izpadov zaradi čiščenja ali izognjene zamenjave po 36 mesecih.
Energijska kazen za odstranjevanje vodnega kamna
Če tuljavo iz nerjavečega jekla odstranimo iz vodnega kamna v 12-mesečnih intervalih, se njena U-vrednost delno obnovi. Toda odstranjevanje vodnega kamna nikoli ne povrne prvotne učinkovitosti – vsako čiščenje odstrani nekaj navadne kovine skupaj z vodnim kamnom, hrapava površina pa se po vsakem čiščenju hitreje umaže. Prednost PTFE pri stroških energije se zmanjša, vendar ne odpravi, ko se izvaja odstranjevanje vodnega kamna.
Poleg tega samo odstranjevanje vodnega kamna porablja energijo. Kemikalije za čiščenje je treba segreti. Po postopku odstranjevanja vodnega kamna je treba rezervoar ponovno segreti. Ti stroški energije so del skupnih stroškov lastništva kovinske tuljave, vendar se redko spremljajo kot stroški energije.
Povzetek
Stabilna zmogljivost PTFE toplotnega izmenjevalnika se izogne progresivnemu znižanju stroškov energije zaradi umazanije kovinskih tuljav. V 36-mesečnem obdobju kumulativni prihranek pri stroških pare zaradi stabilnega delovanja PTFE preseže 9400 USD za en toplotni izmenjevalnik moči 50 kW – kar je dovolj, da se nabavna cena PTFE povrne samo s prihranki energije.
Prednost pri stroških energije se ohrani v celotni 10+-letni življenjski dobi izmenjevalnika PTFE, medtem ko kovinska tuljava z vsako zamenjavo ponovi 36-mesečni cikel razgradnje. Stabilna učinkovitost PTFE zagotavlja trajno prednost pri stroških energije po začetnem obdobju preloma.
Inženirska analiza za primerjavo stroškov energije v posebnih pogojih delovanja je na voljo ob predložitvi trenutne vrste in starosti toplotnega izmenjevalnika, stroškov pare, podatkov o stopnji umazanije ter pogostosti in učinkovitosti odstranjevanja vodnega kamna.
