Usporedba koju odjeli nabave pogriješe
Linija za dekapiranje klorovodične kiseline koja radi na 40-60 stupnjeva s 10-15% HCl predstavlja odluku o odabiru materijala koja se često rješava usporedbom nabavnih cijena. Titanski izmjenjivači topline obično su jeftiniji od PTFE jedinica ekvivalentne površine jer titan ima veću toplinsku vodljivost i zahtijeva manju površinu za isti toplinski učinak. Prednost kupovne cijene titana je stvarna i to je razlog zašto se jedinice za titan često navode u servisu razrijeđene klorovodične kiseline.
Usporedba nabavne cijene propušta činjenicu da titan ima ograničen vijek trajanja u klorovodičnoj kiselini. Brzina korozije ovisi o koncentraciji kiseline, temperaturi i sadržaju otopljenog kisika. Na 15% HCl i 60 stupnjeva titanij korodira brzinom od 0,1-0,3 mm godišnje. Na 20% HCl i 60 stupnjeva, stopa se povećava na 0,5–1,0 mm godišnje. Stijenka cijevi se stanji, a izmjenjivač topline na kraju otkaže.
PTFE ne korodira u klorovodičnoj kiselini pri bilo kojoj koncentraciji ili temperaturi unutar radnog raspona. Životni vijek određen je mehaničkim čimbenicima kao što su toplinski ciklusi i naprezanje cijevne ploče, a ne kemijskim djelovanjem. Pravilno dizajniran PTFE izmjenjivač topline može pružiti 10-15 godina rada u dekapiranju klorovodičnom kiselinom, u usporedbi s 3-6 godina za jedinicu od titana.
Stopa korozije koja određuje životni vijek titana
Otpornost titana na koroziju u klorovodičnoj kiselini ovisi o stvaranju pasivnog oksidnog filma na površini. Film je stabilan u neutralnim i blago kiselim otopinama, ali se raspada u koncentriranoj solnoj kiselini, osobito pri povišenim temperaturama. Nakon što se film razbije, titan korodira brzinom koja se povećava s koncentracijom kiseline i temperaturom.
Podaci o brzini korozije za titan u klorovodičnoj kiselini dobro su dokumentirani. Na 5% HCl i 60 stupnjeva, stopa korozije je manja od 0,1 mm godišnje. Na 10% HCl i 60 stupnjeva, stopa je 0,1-0,2 mm godišnje. Na 15% HCl i 60 stupnjeva, stopa je 0,3-0,5 mm godišnje. Na 20% HCl i 60 stupnjeva, stopa je 0,8-1,2 mm godišnje. Na 25% HCl i 60 stupnjeva, stopa prelazi 2,0 mm godišnje.
Za cijev izmjenjivača topline od titana s debljinom stijenke od 0,9 mm i minimalnom dopuštenom debljinom od 0,5 mm, dopušteni gubitak stijenke je 0,4 mm. Pri brzini korozije od 0,4 mm godišnje, cijev postiže minimalnu debljinu u jednoj godini. Pri brzini korozije od 0,2 mm godišnje, cijev postiže minimalnu debljinu za dvije godine.
Životni vijek titanskog izmjenjivača topline u luženju klorovodičnom kiselinom stoga jako ovisi o koncentraciji kiseline i temperaturi. U razrijeđenoj kiselini na niskoj temperaturi jedinica može trajati 5-8 godina. U koncentriranoj kiselini na višoj temperaturi, jedinica može trajati samo 1-2 godine.
Zašto vijek trajanja PTFE-a nije ograničen korozijom
PTFE ne korodira u klorovodičnoj kiselini. Kiselina ne napada veze ugljika-fluora, a kemijsko okruženje ne degradira strukturu polimera. Životni vijek PTFE izmjenjivača topline u luženju klorovodičnom kiselinom određen je mehaničkim čimbenicima: toplinskim ciklusima, naprezanjem cijevne ploče i mehaničkim oštećenjima tijekom održavanja.
Pravilno dizajniran PTFE izmjenjivač topline s plutajućom cijevnom pločom, brtvama s visokim-povratom i odgovarajućim razmakom potpore može pružiti 10-15 godina rada u luženju klorovodične kiseline. Debljina stijenke cijevi se ne smanjuje tijekom vremena jer nema korozije. Brtve i brtve mogu zahtijevati zamjenu u intervalima od 3-5 godina, ali sam snop cijevi ostaje netaknut.
Odsutnost korozije također znači da se učinak prijenosa topline ne pogoršava tijekom vremena. Stijenka cijevi ostaje glatka i čista, a koeficijent prolaza topline ostaje na izvornoj vrijednosti. To je u suprotnosti s titanom, gdje proizvodi korozije i hrapava površina mogu s vremenom smanjiti učinak prijenosa topline.
Razlika u troškovima održavanja
Razlika u troškovima održavanja između PTFE i titanskih izmjenjivača topline u luženju klorovodičnom kiselinom uvjetovana je učestalošću zamjene i radom na održavanju.
Titanski izmjenjivač topline u 15% HCl na 60 stupnjeva zahtijeva zamjenu cijevi svake 2-3 godine. Trošak zamjene uključuje nove cijevi, rad za njihovo uklanjanje i ugradnju te vrijeme zastoja povezano sa zamjenom. Za izmjenjivač topline srednje{6}}veličine, cijena zamjene cijevi iznosi 8.000–15.000 USD, a cijena zastoja je 5.000–20.000 USD, ovisno o proizvodnoj vrijednosti.
PTFE izmjenjivač topline u istom servisu zahtijeva zamjenu brtve svakih 3-5 godina i pregled snopa cijevi svake 1-2 godine. Trošak zamjene brtve iznosi 500–1500 USD, a trošak zastoja je 2000–8000 USD. Sam snop cijevi ne zahtijeva zamjenu osim ako nije mehanički oštećen.
Tijekom deset-godišnjeg razdoblja, titanski izmjenjivač topline može zahtijevati 3-5 zamjena cijevi, dok PTFE izmjenjivač topline zahtijeva 2-3 zamjene brtve i nijednu zamjenu cijevi. Razlika u troškovima održavanja je znatna.
Izloženost proizvodnom gubitku
Gubitak proizvodnje tijekom održavanja izmjenjivača topline značajna je komponenta troškova u kiseljenju klorovodične kiseline. Gubitak ovisi o vrijednosti proizvodnje i trajanju zastoja.
Zamjena cijevi titanijskog izmjenjivača topline zahtijeva 8-16 sati zastoja, uključujući vrijeme za pražnjenje jedinice, uklanjanje snopa cijevi, zamjenu cijevi, ponovno sastavljanje jedinice i vraćanje u rad. Ako se izmjenjivač topline neočekivano pokvari, vrijeme prekida rada može biti dulje jer zamjenske cijevi možda nisu na zalihi.
Zamjena brtve PTFE izmjenjivača topline zahtijeva 4-8 sati zastoja. Pregled snopa cijevi zahtijeva 2-4 sata. Kraće vrijeme zastoja i manja vjerojatnost neočekivanog kvara smanjuju izloženost proizvodnom gubitku.
Tijekom deseto-godišnjeg razdoblja, kumulativni gubitak proizvodnje za jedinicu od titana može biti 40-80 sati, dok kumulativni gubitak proizvodnje za PTFE jedinicu može biti 20-40 sati. Uz vrijednost proizvodnje od 800 USD po satu, razlika je 16.000–32.000 USD.
Usporedba deseto-godišnjih životnih troškova
Sljedeća tablica sažima deset{0}}godišnji trošak životnog vijeka za PTFE i titanske izmjenjivače topline u usluzi luženja klorovodičnom kiselinom na 15% HCl i 60 stupnjeva s toplinskim opterećenjem od 20 kW i vrijednošću proizvodnje od 800 USD po satu.
| Troškovna komponenta | Izmjenjivač topline od titana | PTFE izmjenjivač topline | Razlika |
|---|---|---|---|
| Početna kupoprodajna cijena | $18,000 | $26,000 | +8000$ za PTFE |
| Trošak instalacije | $2,500 | $3,000 | +500 dolara za PTFE |
| Zamjene cijevi preko 10 godina | 3 zamjene po 12.000 dolara | 0 | -36 000 USD za PTFE |
| Zamjene brtvila preko 10 godina | Uključeno u zamjenu cijevi | 2 zamjene po 1200 dolara | +2400$ za PTFE |
| Rad na održavanju preko 10 godina | 120 sati po 75 USD/sat | 60 sati po 75 USD/sat | -4500 USD za PTFE |
| Gubitak proizvodnje tijekom 10 godina | 60 sati po 800 USD/sat | 30 sati po 800 USD/sat | -24 000 USD za PTFE |
| Trošak zbrinjavanja | $1,500 | $2,000 | +500 dolara za PTFE |
| Deset{0}}godišnji ukupni trošak | $102,500 | $62,900 | -39.600 USD za PTFE |
Ukupni deset{0}}godišnji trošak za PTFE izmjenjivač topline približno je 39% niži od titanske jedinice, unatoč višoj početnoj nabavnoj cijeni. Uštede prvenstveno proizlaze iz izbjegnutih zamjena cijevi i smanjenog gubitka proizvodnje.
Kad bi titan još mogao biti opravdan
Analiza troškova životnog vijeka daje prednost PTFE-u u većini aplikacija za luženje klorovodičnom kiselinom, ali postoje uvjeti u kojima bi titan ipak mogao biti opravdan.
Vrlo razrijeđena kiselina na niskoj temperaturi.Na 5% HCl i 30 stupnjeva, stopa korozije titana je zanemariva, a jedinica od titana može trajati 15-20 godina. U ovom slučaju, veća toplinska vodljivost titana smanjuje potrebnu površinu i kapitalne troškove, a stopa korozije je dovoljno niska da je životni vijek usporediv s PTFE-om.
Usluga visokog{0}}tlaka.Titan ima veću mehaničku čvrstoću od PTFE-a i može izdržati veće pritiske. Za rad klorovodične kiseline pri tlakovima iznad 10 bara, titan bi mogao biti jedina održiva opcija.
Usluga na visokim-temperaturama.Titan zadržava svoju mehaničku čvrstoću na temperaturama iznad 150 stupnjeva, dok PTFE omekšava i gubi čvrstoću. Za rad klorovodične kiseline iznad 150 stupnjeva može biti potreban titan ili neki drugi-materijal za visoke temperature.
Prostor{0}}ograničene instalacije.Veća toplinska vodljivost titana znači da izmjenjivač topline od titana zahtijeva manju površinu za isti toplinski učinak. U instalacijama gdje je prostor jako ograničen, manja jedinica od titana može biti jedina opcija.
Parametri specifikacije za uslugu klorovodične kiseline
Inženjeri opreme koji procjenjuju PTFE i titanijeve izmjenjivače topline za uslugu luženja klorovodičnom kiselinom trebaju potvrditi sljedeće parametre kod dobavljača.
Koncentracija kiseline i temperatura.Navedite najveću koncentraciju kiseline i temperaturu. Oni određuju brzinu korozije titana i vijek trajanja PTFE-a.
Sadržaj otopljenog kisika.Navedite sadržaj otopljenog kisika u kiselini. Veći sadržaj kisika povećava brzinu korozije titana.
Toplinsko opterećenje i površina.Navedite toplinsko opterećenje i potrebnu površinu za svaku opciju materijala.
Debljina stijenke cijevi.Odredite debljinu stijenke cijevi za jedinicu od titana i dopuštenu koroziju. Za PTFE jedinicu navedite debljinu stjenke i mehaničke konstrukcijske odredbe.
Pristup za održavanje.Potvrdite da se izmjenjivač topline može pregledavati i održavati bez prekomjernog prekida rada.
Vrijednost proizvodnje i trošak zastoja.Navedite proizvodnu vrijednost i trošak zastoja kako bi se analiza životnih troškova mogla prilagoditi određenom objektu.
Odredbe o višku radnika.Navedite je li osiguran redundantni kapacitet izmjenjivača topline. Redundancija smanjuje izloženost proizvodnim gubicima za oba materijala.
Usklađivanje odabira materijala sa stvarnim uvjetima usluge
Usporedba životnog vijeka između PTFE i titanovih izmjenjivača topline u dekapiranju klorovodične kiseline ovisi o koncentraciji kiseline, temperaturi i vrijednosti proizvodnje. U razrijeđenoj kiselini na niskoj temperaturi, titan može biti konkurentan. U koncentriranoj kiselini na povišenoj temperaturi, PTFE pruža značajno niže troškove usprkos višoj nabavnoj cijeni.
Odluka o odabiru trebala bi se temeljiti na-specifičnoj analizi objekta koja uključuje brzinu korozije, učestalost zamjene, troškove održavanja i izloženost proizvodnom gubitku. Jednostavan model proračunske tablice s ovim komponentama troškova pruža informacije potrebne za donošenje odluke.
Za linije za dekapiranje klorovodičnom kiselinom koje procjenjuju opcije izmjenjivača topline, odabir materijala trebao bi se temeljiti na ukupnom trošku vlasništva tijekom očekivanog radnog vijeka, a ne samo na nabavnoj cijeni. Jedinica od titana s nižom nabavnom cijenom može imati višu cijenu životnog vijeka ako zahtijeva česte zamjene cijevi i produljeni prekid rada.
Inženjeri opreme i stručnjaci za nabavu koji procjenjuju specifikacije PTFE izmjenjivača topline za klorovodičnu kiselinu ili druge korozivne usluge mogu zatražiti pregled dizajna koji pokriva koncentraciju kiseline, temperaturu, otopljeni kisik, debljinu stijenke cijevi, odredbe o održavanju i analizu troškova životnog vijeka kako bi potvrdili da je odabir materijala usklađen sa stvarnim uvjetima rada i strukturom troškova postrojenja.
