Ο ανερχόμενος λογαριασμός Steam
Ο λογαριασμός φυσικού αερίου για παραγωγή ατμού μιας εγκατάστασης επιμετάλλωσης αυξάνεται κατά 18% σε τρία χρόνια, ενώ ο όγκος παραγωγής παραμένει σταθερός. Η απόδοση του λέβητα επαληθεύεται. Οι παγίδες ατμού λειτουργούν. Οι σωληνώσεις διανομής ατμού είναι μονωμένοι. Η αυξημένη κατανάλωση εντοπίζεται στους εναλλάκτες θερμότητας στις δεξαμενές διεργασίας-συγκεκριμένα, στην προοδευτική απώλεια απόδοσης μεταφοράς θερμότητας καθώς τα μεταλλικά πηνία ρυπαίνουν και διαβρώνονται.
Ένα καθαρό πηνίο από ανοξείδωτο χάλυβα κατά την εγκατάσταση μεταφέρει θερμότητα με συνολική τιμή U-περίπου 800 W/m²·K. Μετά από 12 μήνες υπηρεσίας, η τιμή U-μειώθηκε στα 450 W/m²·K. Μετά από 24 μήνες, 320 W/m²·K. Μετά από 36 μήνες, το πηνίο μετά βίας διατηρεί τη θερμοκρασία του μπάνιου σε πλήρη ροή ατμού και έχει προγραμματιστεί για αντικατάσταση.
Ένα πηνίο PTFE που εγκαθίσταται ταυτόχρονα ξεκινά με χαμηλότερη τιμή U-τιμή-περίπου 280 W/m²·K-αλλά τη διατηρεί. Μετά από 36 μήνες, η τιμή U- εξακολουθεί να είναι 260-270 W/m²·K. Οι τροχιές κόστους ενέργειας αυτών των δύο καμπυλών απόδοσης αποκλίνουν σημαντικά.
Ο Μηχανισμός Απώλειας Απόδοσης
Τα μεταλλικά πηνία χάνουν την απόδοση μεταφοράς θερμότητας μέσω δύο μηχανισμών. Οι εξωτερικές εναποθέσεις ρύπανσης σχηματίζουν κλίμακα-θειικό ασβέστιο, υδροξείδια μετάλλων, οργανικά υπολείμματα-που προσθέτουν θερμική αντίσταση σε σειρά με το τοίχωμα του σωλήνα. Ένα στρώμα κλίμακας πάχους 0,5 mm μπορεί να μειώσει την τιμή U κατά 30-50% ανάλογα με τη θερμική του αγωγιμότητα.
Η διάβρωση της εσωτερικής επιφάνειας τραχύνει το τοίχωμα του πλευρικού σωλήνα ατμού-. Η αυξημένη τραχύτητα ενισχύει τον στροβιλισμό, γεγονός που βελτιώνει ελαφρώς τον εσωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, αλλά τα προϊόντα διάβρωσης σχηματίζουν ένα μονωτικό στρώμα που αντισταθμίζει περισσότερο αυτό το κέρδος. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι η προοδευτική υποβάθμιση.
Η εγκατάσταση αντισταθμίζει αυξάνοντας την πίεση ατμού. Η υψηλότερη πίεση ατμού αυξάνει τη θερμοκρασία κορεσμού, αυξάνοντας τη λογαριθμική μέση διαφορά θερμοκρασίας που οδηγεί στη μεταφορά θερμότητας. Το υψηλότερο LMTD αντισταθμίζει εν μέρει την πτώση της τιμής U-. Αλλά η υψηλότερη θερμοκρασία ατμού αυξάνει τις απώλειες θερμότητας από τη δεξαμενή και τις σωληνώσεις και ο λέβητας λειτουργεί με χαμηλότερη απόδοση σε υψηλότερες θερμοκρασίες εξόδου. Οι ενώσεις ενεργειακής ποινής.
Πίνακας 1: Σύγκριση κόστους ενέργειας 36 μηνών (Χρέωση σχεδίασης 50 kW, 6.000 ώρες λειτουργίας/έτος)
| Χρονική περίοδος | Ανοξείδωτος χάλυβας U-Τιμή (W/m²·K) | PTFE U-Τιμή (W/m²·K) | Κατανάλωση ατμού SS (kg/h) | Κατανάλωση ατμού PTFE (kg/h) | Αθροιστική ποινή κόστους ενέργειας (SS έναντι PTFE) |
|---|---|---|---|---|---|
| Μήνας 1 (καθαρός) | 800 | 280 | 78 | 82 | -180 $ (πλεονέκτημα SS) |
| Μήνας 6 | 500 | 275 | 83 | 82 | +$60 |
| Μήνας 12 | 400 | 270 | 86 | 83 | +$480 |
| Μήνας 18 | 350 | 268 | 88 | 83 | +$960 |
| Μήνας 24 | 310 | 265 | 90 | 84 | +$1,620 |
| Μήνας 30 | 290 | 262 | 91 | 84 | +$2,340 |
| Μήνας 36 (προ-αντικατάσταση) | 260 | 260 | 93 | 85 | +$3,180 |
| Συνολικό κόστος ενέργειας 3 ετών | – | – | – | – | +$9,440 |
Το κόστος ατμού υπολογίζεται στα 30 $/τόνο (1.000 κιλά). Η σωρευτική ποινή είναι το πρόσθετο κόστος ατμού που προκύπτει από το πηνίο από ανοξείδωτο χάλυβα λόγω της μείωσης της απόδοσης έναντι της σταθερής απόδοσης PTFE.
Το πλεονέκτημα PTFE: Σταθερότητα πάνω από την κορυφή
Το πηνίο PTFE λειτουργεί με μέτριο ενεργειακό μειονέκτημα τους πρώτους μήνες όταν το πηνίο από ανοξείδωτο χάλυβα είναι καθαρό. Αυτό το αρχικό κενό είναι περίπου 180 $ - ένα αμελητέο ποσό. Καθώς το ανοξείδωτο πηνίο κάνει φάουλ, το κενό αντιστρέφεται. Μέχρι τον μήνα 9, το σωρευτικό κόστος ενέργειας είναι ίσο. Από εκείνο το σημείο και μετά, το πηνίο PTFE προσφέρει χαμηλότερο κόστος ενέργειας κάθε μήνα που περνά.
Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου των 36-μηνών, το σταθερό πηνίο PTFE αποφεύγει περίπου 9.440 $ σε πρόσθετο κόστος ατμού που προκύπτει από το πηνίο από ανοξείδωτο χάλυβα που υποβαθμίζεται. Αυτή η εξοικονόμηση κόστους ενέργειας από μόνη της ανακτά την υψηλότερη αρχική τιμή αγοράς του πηνίου PTFE-χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το αποφευγόμενο κόστος αφαλάτωσης, η αποφυγή διακοπής λειτουργίας για τον καθαρισμό ή η αποφυγή αντικατάστασης στους 36 μήνες.
Η ποινή της ενέργειας αφαλάτωσης
Εάν το πηνίο από ανοξείδωτο χάλυβα αφαλατώνεται σε διαστήματα 12-μήνων, η τιμή U-του αποκαθίσταται μερικώς. Αλλά η αφαλάτωση δεν αποκαθιστά ποτέ την αρχική απόδοση - κάθε καθαρισμός αφαιρεί κάποιο βασικό μέταλλο μαζί με την κλίμακα και η τραχιά επιφάνεια ρυπαίνει γρηγορότερα μετά από κάθε καθαρισμό. Το πλεονέκτημα κόστους ενέργειας του PTFE μειώνεται αλλά δεν εξαλείφεται όταν εφαρμόζεται η αφαλάτωση.
Επιπλέον, η ίδια η αφαλάτωση καταναλώνει ενέργεια. Τα χημικά καθαρισμού πρέπει να θερμαίνονται. Η δεξαμενή πρέπει να ξαναθερμανθεί μετά τη διαδικασία αφαλάτωσης. Αυτά τα ενεργειακά κόστη αποτελούν μέρος του συνολικού κόστους ιδιοκτησίας του μεταλλικού πηνίου, αλλά σπάνια παρακολουθούνται ως ενεργειακά έξοδα.
Περίληψη
Η σταθερή απόδοση του εναλλάκτη θερμότητας PTFE αποφεύγει την προοδευτική ποινή του ενεργειακού κόστους της ρύπανσης των μεταλλικών πηνίων. Σε μια περίοδο 36-μηνών, η σωρευτική εξοικονόμηση κόστους ατμού από τη σταθερή λειτουργία PTFE υπερβαίνει τα 9.400 $ για έναν εναλλάκτη θερμότητας 50 kW - αρκετά για να ανακτήσει την τιμή αγοράς PTFE μόνο από την εξοικονόμηση ενέργειας.
Το πλεονέκτημα κόστους ενέργειας διατηρείται κατά τη διάρκεια της πλήρους διάρκειας ζωής του εναλλάκτη PTFE 10+ ετών, ενώ το μεταλλικό πηνίο επαναλαμβάνει τον κύκλο υποβάθμισης των 36-μήνων με κάθε αντικατάσταση. Η σταθερή απόδοση του PTFE παρέχει ένα μόνιμο πλεονέκτημα κόστους ενέργειας μετά την αρχική περίοδο νεκρού σημείου.
Η μηχανική ανάλυση για σύγκριση κόστους ενέργειας σε συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας είναι διαθέσιμη με την υποβολή του τρέχοντος τύπου και ηλικίας εναλλάκτη θερμότητας, του κόστους ατμού, των δεδομένων ρυθμού ρύπανσης και της συχνότητας και της αποτελεσματικότητας αφαλάτωσης.
