Orizontul de 20 de ani
Echipamentele industriale de procesare chimică sunt adesea amortizate pe o perioadă de 5-10 ani, dar procesele pe care le deservesc funcționează timp de 20-30 de ani sau mai mult. O selecție de schimbător de căldură făcută astăzi implică instalația la un flux de costuri viitoare - achiziții de înlocuire, forță de muncă la instalare, întreținere și timpi de nefuncționare - care se extind cu mult dincolo de perioada de amortizare.
O analiză a costurilor ciclului de viață pe 20 de ani surprinde angajamentul total al costurilor. Normalizarea costului pe metru pătrat de suprafață de transfer termic permite o comparație corectă între diferite materiale cu cerințe de suprafață diferite pentru aceeași sarcină termică.
Un schimbător de căldură PTFE, cu o conductivitate termică mai scăzută, necesită aproximativ 3,5 metri pătrați de suprafață pentru a furniza aceeași sarcină de 50 kW pe care o oferă un schimbător din oțel inoxidabil cu 1,0 metru pătrat. Normalizarea ține seama de această diferență, exprimând costul în dolari pe metru pătrat pe an, permițând compararea directă a eficienței economice a fiecărui metru pătrat de suprafață instalată.
Cascada de înlocuire
Peste 20 de ani în serviciul cu acid coroziv, numărul de înlocuiri pentru diferite materiale este total diferit. Un schimbător din oțel inoxidabil 316L, cu o durată de viață tipică de 2-3 ani înainte de avarie, necesită 7-9 înlocuiri în 20 de ani. Un schimbător de titan de gradul 2, care durează 4-6 ani într-un serviciu mai puțin agresiv, necesită 3-4 înlocuiri. Un schimbător de PTFE, cu o durată de viață de 15-20 de ani, necesită zero sau o înlocuire.
Fiecare înlocuire implică nu numai costul echipamentului, ci și forța de muncă de instalare, modificări ale conductelor dacă înlocuirea nu este identică dimensional și timp de oprire a producției. Costul cumulat al înlocuirilor multiple depășește avantajul prețului de achiziție inițial al schimbătoarelor metalice mai ieftine.
Costul ciclului de viață normalizat pe metru pătrat pe an surprinde toate aceste costuri de înlocuire și le exprimă ca un cost anual de proprietate pentru fiecare metru pătrat de suprafață de transfer de căldură.
Tabelul 1: Costul ciclului de viață pe 20 de ani pe metru pătrat (dată de 50 kW, 15% H₂SO₄ la 70 de grade)
| Element de cost | Oțel inoxidabil 316L | Titan grad 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Suprafața necesară (m²) | 1.0 | 1.0 | 3.5 |
| Costul echipamentului pe m² | $3,500 | $4,500 | $2,700 |
| Durată de viață tipică (ani) | 2.5 | 5 | 18 |
| Înlocuiri de peste 20 de ani | 7 | 3 | 0,1 (în mod efectiv 0) |
| Cheltuieli totale pentru echipamente peste 20 de ani (pe m²) | $28,000 | $18,000 | $2,700 |
| Costul de instalare pe înlocuire (pe m²) | $1,200 | $1,400 | 800 USD (-o dată) |
| Costul total de instalare peste 20 de ani (pe m²) | $9,600 | $5,600 | $800 |
| Întreținere anuală pe m² (inspecție, curățare) | $180 | $140 | $30 |
| Cost de întreținere pe 20 de ani pe m² | $3,600 | $2,800 | $600 |
| Timp de nefuncționare per înlocuire (ore) | 6 | 6 | 0 |
| Costul timpului de nefuncționare de peste 20 de ani la 500 USD/h (pe m²) | $24,000 | $12,000 | $0 |
| Cost total pe 20 de ani pe m² | $65,200 | $38,400 | $4,100 |
| Cost anualizat pe m² pe an | $3,260 | $1,920 | $205 |
Efectul multiplicator al suprafeței
Schimbătorul PTFE necesită de 3,5 ori suprafața alternativelor metalice. Pentru a compara costul total de proprietate pentru instalația completă de 50 kW, costurile pe -metru pătrat- trebuie înmulțite cu suprafețele respective.
Costul total al oțelului inoxidabil pe 20 de ani: 1,0 m² × 65.200 USD/m²=65.200 USD. Costul total al titanului pe 20 de ani: 1,0 m² × 38.400 USD/m²=38.400 USD. Costul total al PTFE pe 20 de ani: 3,5 m² × 4.100 USD/m²=14.350 USD.
În ciuda faptului că necesită o suprafață de 3,5 ori mai mare, costul total pe 20 de ani al schimbătorului PTFE este cu 78% mai mic decât echivalentul din oțel inoxidabil și cu 63% mai mic decât echivalentul cu titan. Costul anual pe metru pătrat pentru PTFE (205 USD) este mult mai mic decât pentru metale (1.920 USD-3.260 USD), încât penalizarea suprafeței este ușor de depășit.
Premium de predictibilitate
Analiza normalizată a costurilor relevă un alt avantaj al PTFE: predictibilitatea costurilor. Costurile schimbătoarelor metalice sunt dominate de evenimentele de înlocuire-numărul de înlocuiri, momentul acestora și timpul de nefuncționare asociat. Acestea sunt variabile, incerte și adesea depășesc sumele bugetate.
Costul PTFE este dominat de achiziția inițială-o sumă cunoscută, bugetată. Costurile de întreținere și înlocuire pe 20 de ani sunt aproape de zero. Certitudinea financiară a deținerii PTFE are valoare în bugetare, planificare financiară și evitarea cheltuielilor de urgență nebugetate pe care le impun defecțiunile schimbătoarelor metalice.
Rezumat
Costul ciclului de viață de 20 de ani pe metru pătrat de suprafață de transfer de căldură este de 3.260 USD/an pentru oțel inoxidabil, 1.920 USD/an pentru titan și 205 USD/an pentru PTFE. Avantajul 16:1 al PTFE față de oțel inoxidabil și 9:1 față de titan este determinat de eliminarea mai multor cicluri de înlocuire, fiecare implicând costuri pentru echipamente, instalare, întreținere și timpi de nefuncționare.
Chiar și atunci când se aplică penalizarea suprafeței PTFE, costul total de 20-ani pentru instalarea completă de 50 kW este de 14.350 USD pentru PTFE față de 38.400 USD-65.200 USD pentru metale. PTFE oferă cel mai scăzut cost total de proprietate cu o marjă largă, cu avantajul suplimentar al costurilor previzibile, încărcate în avans, mai degrabă decât un flux de cheltuieli viitoare incerte de înlocuire.
Suportul de inginerie pentru analiza costurilor ciclului de viață de 20 de ani în condiții specifice de proces este disponibil la transmiterea specificațiilor actuale ale schimbătorului, a datelor privind durata de viață, a costurilor de înlocuire, a înregistrărilor de întreținere și a estimărilor de costuri pentru timpul de nefuncționare.
