Materiaalivalintapäätös
Ruostumattoman teräksen peittauslinjassa käytetään sekoitettua happoliuosta, joka sisältää 8 % HF:a ja 12 % HNO3 55 asteessa. Lämmönvaihtimen on kestettävä tämä aggressiivinen kemia samalla kun se tuottaa 60 kW lämmitystehoa. Harkinnassa on kaksi materiaalia: luokan 2 titaani ja neitsyt PTFE.
Titaani on perinteinen valinta. Se tarjoaa hyvän lämmönjohtavuuden, mekaanisen lujuuden ja tutun huoltotiimille. PTFE tarjoaa ehdottoman kemiallisen sietokyvyn, mutta alhaisemman lämmönjohtavuuden ja suuremman kelan jalanjäljen. Alkuperäinen ostohinta ei suosii ratkaisevasti-, että titaani maksaa enemmän neliömetriä kohti, mutta vaatii vähemmän pinta-alaa.
Päätös tulee tehdä peittauslinjan odotetun 10 vuoden käyttöiän kokonaisomistuskustannuksista. Tässä analyysissä on otettava huomioon alkupääoma, asennus, huoltotyö, kemiallinen puhdistus, tuotannon seisokit ja vaihtotiheys. Kun kaikki tekijät otetaan huomioon, talous muuttuu ratkaisevasti.
Titaanin piilokustannukset HF-palvelussa
Titaanin korroosionkestävyys riippuu passiivisesta TiO₂-kalvosta. Hapettavissa hapoissa, kuten typpihapossa, tämä kalvo on stabiili. HF:n fluoridi-ionien läsnä ollessa kalvo liukenee. Liukoisten titaani-fluoridikompleksien muodostuminen vaikuttaa titaanin pintaan.
55 asteen ja 8 % HF:n pitoisuudessa luokan 2 titaani syövyttää noin 0,5-1,5 mm vuodessa riippuen tarkasta happosuhteesta, lämpötilan vaihteluista ja liuoksen sekoituksesta. Titaaninen upotuskelan seinämäpaksuus on 1,5 mm, ja sen käyttöikä on 1-3 vuotta, ennen kuin seinämän oheneminen saavuttaa pisteen, jossa vaihtaminen on turvallisuuden vuoksi pakollista.
Tämä korroosio ei ole tasaista koko kelan pinnalla. Korkeamman lämpötilan alueet, kuten höyryn tuloaukon lähellä, syöpyvät nopeammin. Hitsisaumat ja lämmön{2}}vaikutusalueet syöpyvät ensisijaisesti. Vikatila on arvaamaton pistekorko, ei asteittainen harvennus, jota voidaan seurata ja suunnitella.
Jokainen vaihtotapahtuma maksaa paljon enemmän kuin uuden titaanikelan ostohinta. Kylpy on tyhjennettävä ja jäähdytettävä. Tuotanto pysähtyy 8-16 tunniksi. Vanha kela on leikattava irti ja poistettava. Uusi patteri vaatii asennuksen, vuototestauksen ja kontrolloidun lämmitysjakson. Yhden vaihtotapahtuman kokonaiskustannukset ovat tyypillisesti 3–5 kertaa kelan ostohinta.
Taulukko 1: 10 vuoden kokonaisomistuskustannusten vertailu (60 kW lämmönvaihdin, 8 % HF / 12 % HNO₃ 55 asteessa)
| Kustannusluokka | Titaani luokka 2 | PTFE |
|---|---|---|
| Lämmönvaihtimen alkuperäinen hinta | $12,000 | $14,000 |
| Asennuskustannukset (alku) | $4,000 | $3,500 |
| Odotettu käyttöikä | 1.5 - 3 vuotta | 10+ vuotta |
| Vaihdot yli 10 vuotta | 3 - 5 | 0 |
| Vaihtokulut tapahtumaa kohden (kela + työ + seisokki) | $18,000 - $22,000 | N/A |
| Vaihtokustannukset yhteensä 10 vuoden ajalta | $72,000 - $88,000 | $0 |
| Vuosihuolto (tarkastus, siivous) | $800 | $200 |
| 10 vuoden ylläpitokustannukset | $8,000 | $2,000 |
| Tuotantoseisokit (tuntia vaihtoa kohti) | 12 - 16 tuntia tapahtumaa kohden | 0 tuntia |
| Kokonaisseisokki yli 10 vuotta | 48 - 80 tuntia | 0 tuntia |
| 10 vuoden kokonaiskustannukset (ilman seisokkien arvoa) | $96,000 - $112,000 | $19,500 |
Hinta-arviot, jotka perustuvat keskikokoiseen peittaukseen-. Katkosaikaa ei ole kaupallistettu yhteensä, mutta ne on lueteltu erikseen. Titaanin vaihtotaajuus perustuu julkaistuihin korroosionopeuksiin HF-HNO₃:ssa käyttöolosuhteissa.
PTFE:n etu: nolla vaihtokustannuksia
PTFE on kemiallisesti inertti HF{0}}HNO₃-seoksissa kaikissa pitoisuuksissa ja lämpötiloissa aina 260 asteeseen asti. Korroosiomekanismia ei ole. Putken seinämän paksuus pysyy muuttumattomana asennuksesta käyttöiän loppuun asti. Lämmönsiirtopinta-ala pysyy vakiona. Suunnittelemattomia vaihtoja ei ole.
Alkuperäinen PTFE-lämmönvaihtimen hinta on hieman korkeampi johtuen suuremmasta pinta-alasta, joka tarvitaan kompensoimaan alhaisempi lämmönjohtavuus. Asennuskustannukset ovat hieman alhaisemmat, koska kevyt kela ei vaadi raskaita nostolaitteita. Nämä vaatimattomat erot hukkuvat täysin korvaavien tapahtumien eliminoinnilla 10 vuoden aikana.
PTFE-käämin vuosihuoltokustannukset rajoittuvat silmämääräiseen tarkastukseen ja satunnaiseen huuhteluun. Ei kemiallista kalkinpoistoa, passivointikäsittelyä eikä paksuuden ultraäänimittausta. Materiaali ei yksinkertaisesti vaadi titaanin vaatimia huoltotoimenpiteitä.
Aineettomat kustannukset ja prosessin vakaus
Määrällisten kustannusten lisäksi PTFE-kela tarjoaa prosessin vakautta, jota titaani ei pysty vastaamaan. Titaanikorroosio tuo titaani-ioneja peittauskylpyyn. Nämä ionit voivat vaikuttaa etsausnopeuteen ja pinnan viimeistelyn laatuun. Kun titaani vaihdetaan ennaltaehkäisevästi seinämän paksuusmittausten perusteella, vaihdon ajoitus on harkinta, joka voi olla liian aikaista (jäljellä olevan käyttöiän hukkaaminen) tai liian myöhäistä (vuodon riski).
PTFE poistaa molemmat ongelmat. Kylpyyn ei pääse metalli-ioneja. Korvaavia tuomioita ei tarvita. Prosessi toimii vakaalla lämmönsiirtonopeudella ja ilman kontaminaatioriskiä laitteen koko 10 vuoden käyttöiän ajan.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimen 10 -vuoden kokonaisomistuskustannukset HF-HNO₃-peittauspalvelussa ovat noin -viidesosa titaanin vastaavasta, huolimatta hieman korkeammista alkuperäisistä ostokustannuksista. Ero johtuu titaanin rajallisesta käyttöiästä fluoripitoisessa hapossa, joka vaatii 3-5 vaihtoa vuosikymmenen aikana, joista jokaisesta aiheutuu huomattavia työ- ja seisokkikustannuksia.
PTFE:n kemiallinen inertisyys eliminoi korroosion{0}}aiheuttaman vaihdon kokonaan. Ylläpitokustannukset ovat minimaaliset. Prosessin vakautta parantaa tasainen lämmönsiirto ja nolla metalli-ionikontaminaatio. Tässä sovelluksessa PTFE:n liiketoiminta on yksiselitteinen, kun analysoidaan kokonaiskustannuksia pelkän alkuperäisen ostohinnan sijaan.
Tekninen analyysi PTFE:n ja titaanin kustannusten vertailusta tietyissä peittaussovelluksissa on saatavilla, kun happopitoisuudet, käyttölämpötila, säiliön mitat, lämpökäyttövaatimukset ja nykyiset ylläpitokustannustiedot on toimitettu.
