Rozhodnutie o výbere materiálu
Moriaca linka z nehrdzavejúcej ocele používa zmesový kyslý roztok obsahujúci 8 % HF a 12 % HNO3 pri 55 stupňoch. Výmenník musí odolať tejto agresívnej chémii a zároveň dodať vykurovací výkon 60 kW. Do úvahy prichádzajú dva materiály: titán 2. stupňa a čistý PTFE.
Tradičnou voľbou je titán. Ponúka dobrú tepelnú vodivosť, mechanickú pevnosť a známosť tímom údržby. PTFE ponúka absolútnu chemickú odolnosť, ale nižšiu tepelnú vodivosť a väčšiu stopu cievky. Počiatočná nákupná cena nezvýhodňuje ani v rozhodujúcej miere,-cena titánu je vyššia za meter štvorcový, ale vyžaduje si menšiu plochu.
Rozhodnutie by malo byť urobené na základe celkových nákladov na vlastníctvo počas predpokladanej 10-ročnej životnosti moriacej linky. Táto analýza musí zohľadňovať počiatočný kapitál, inštaláciu, prácu na údržbe, chemické čistenie, prestoje vo výrobe a frekvenciu výmeny. Keď sa zahrnú všetky faktory, ekonomika sa rozhodne posunie.
Skryté náklady na titán v službách HF
Odolnosť titánu proti korózii závisí od pasívneho filmu TiO₂. V oxidačných kyselinách, ako je kyselina dusičná, je tento film stabilný. V prítomnosti fluoridových iónov z HF sa film rozpúšťa. Povrch titánu je napádaný tvorbou rozpustných komplexov -fluoridu titánu.
Pri koncentrácii HF 55 stupňov a 8% titán 2. stupňa koroduje rýchlosťou približne 0,5-1,5 mm za rok v závislosti od presného pomeru kyselín, kolísania teploty a miešania roztoku. Titánová ponorná cievka s hrúbkou steny 1,5 mm má životnosť 1-3 roky, kým stenčenie steny dosiahne bod, kedy je výmena povinná z bezpečnostných dôvodov.
Táto korózia nie je rovnomerná po celom povrchu cievky. Oblasti s vyššou teplotou, napríklad blízko vstupu pary, korodujú rýchlejšie. Zvary a tepelne-ovplyvnené zóny prednostne korodujú. Režim zlyhania je nepredvídateľná jamka, nie postupné stenčovanie, ktoré možno sledovať a plánovať.
Každá výmena stojí oveľa viac ako nákupná cena novej titánovej cievky. Kúpeľ sa musí vypustiť a vychladnúť. Výroba sa zastaví na 8-16 hodín. Stará cievka musí byť vyrezaná a odstránená. Nová cievka vyžaduje inštaláciu, testovanie tesnosti a riadený cyklus zahrievania. Celkové náklady na jednu výmenu sa zvyčajne pohybujú od 3 do 5-násobku nákupnej ceny cievky.
Tabuľka 1: 10-ročné porovnanie celkových nákladov na vlastníctvo (60 kW tepelný výmenník, 8 % HF / 12 % HNO₃ pri 55 stupňoch)
| Kategória nákladov | Titánová trieda 2 | PTFE |
|---|---|---|
| Počiatočné náklady na výmenník tepla | $12,000 | $14,000 |
| Cena inštalácie (počiatočná) | $4,000 | $3,500 |
| Očakávaná životnosť | 1.5 - 3 rokov | 10+ rokov |
| Výmena za 10 rokov | 3 - 5 | 0 |
| Náklady na výmenu za udalosť (cievka + práca + prestoje) | $18,000 - $22,000 | N/A |
| Celkové náklady na výmenu za 10 rokov | $72,000 - $88,000 | $0 |
| $800 | $200 | |
| 10-ročné náklady na údržbu | $8,000 | $2,000 |
| Odstávka výroby (hodiny na výmenu) | 12 - 16 hodín na udalosť | 0 hodín |
| Celkové prestoje počas 10 rokov | 48 - 80 hodín | 0 hodín |
| Celkové 10-ročné náklady (bez hodnoty prestojov) | $96,000 - $112,000 | $19,500 |
Odhady nákladov na základe operácie morenia strednej-veľkosti. Prestoje sa nespeňažujú celkovo, ale sú uvedené samostatne. Frekvencia výmeny titánu na základe publikovaných rýchlostí korózie v HF-HNO₃ pri prevádzkových podmienkach.
Výhoda PTFE: nulové náklady na výmenu
PTFE je chemicky inertný v zmesiach HF-HNO₃ pri všetkých koncentráciách a teplotách až do 260 stupňov . Neexistuje žiadny korózny mechanizmus. Hrúbka steny rúry zostáva nezmenená od inštalácie až do konca životnosti. Plocha povrchu prenosu tepla zostáva konštantná. Neexistujú žiadne neplánované výmeny.
Počiatočné náklady na PTFE výmenník tepla sú o niečo vyššie v dôsledku väčšej plochy povrchu potrebnej na kompenzáciu nižšej tepelnej vodivosti. Náklady na inštaláciu sú o niečo nižšie, pretože ľahká cievka nevyžaduje žiadne ťažké zdvíhacie zariadenie. Tieto mierne rozdiely sú úplne prekonané odstránením náhradných udalostí počas 10-ročného obdobia.
Ročné náklady na údržbu PTFE cievky sú obmedzené na vizuálnu kontrolu a príležitostné opláchnutie. Neexistuje žiadne chemické odstraňovanie vodného kameňa, pasivácia a meranie hrúbky ultrazvukom. Materiál jednoducho nevyžaduje údržbu, ktorú vyžaduje titán.
Nehmotné náklady a stabilita procesov
Okrem kvantifikovaných nákladov poskytuje PTFE cievka stabilitu procesu, ktorej sa titán nevyrovná. Korózia titánu vnáša titánové ióny do moriaceho kúpeľa. Tieto ióny môžu ovplyvniť rýchlosť leptania a kvalitu povrchu. Keď sa titán vymieňa preventívne na základe meraní hrúbky steny, načasovanie výmeny je rozhodnutím, ktoré môže byť príliš skoro (premrhanie zostávajúcej životnosti) alebo príliš neskoro (riziko úniku).
PTFE odstraňuje obe obavy. Do kúpeľa nevstupujú žiadne kovové ióny. Nie sú potrebné žiadne náhradné rozsudky. Proces prebieha so stabilnou rýchlosťou prenosu tepla a nulovým rizikom kontaminácie počas celej 10-ročnej životnosti zariadenia.
Zhrnutie
Celkové náklady na vlastníctvo PTFE výmenníka tepla v HF-HNO₃ morení za 10{1}} rokov sú približne-pätinové v porovnaní s ekvivalentom titánu, a to aj napriek mierne vyšším počiatočným obstarávacím nákladom. Rozdiel vyplýva z konečnej životnosti titánu v kyseline obsahujúcej fluorid, ktorá si vyžaduje 3-5 výmen za desaťročie, pričom každá z nich spôsobuje značné náklady na prácu a prestoje.
Chemická inertnosť PTFE úplne eliminuje{0}}výmenu spôsobenú koróziou. Náklady na údržbu sú minimálne. Stabilita procesu sa zlepšuje vďaka konzistentnému prenosu tepla a nulovej kontaminácii kovovými iónmi. Obchodný prípad pre PTFE v tejto aplikácii je jednoznačný, keď sa analyzujú celkové náklady, a nie samotná počiatočná nákupná cena.
Technická analýza pre porovnanie nákladov PTFE a titánu v špecifických aplikáciách morenia je k dispozícii po predložení koncentrácií kyselín, prevádzkovej teploty, rozmerov nádrže, požiadaviek na tepelnú záťaž a aktuálnych záznamov o nákladoch na údržbu.
