Drifting Steam Meter
Päällystysliikkeen johtaja huomaa maakaasulaskun hiipivän ylöspäin joka vuosineljännes. Tuotantomäärä on tasainen. Kylpylälämpötilat eivät muutu. Höyrykattilan teho kasvaa. Lisähöyry ei lämmitä enempää prosessinestettä. Se kompensoi heikentynyttä lämmönsiirtoa hilseilevien, syöpyvien lämmönvaihtimen pintojen yli.
Puhdas metallilämmönvaihdin siirtää lämpöä tehokkaasti. Kuukauden käytön jälkeen kovassa vedessä tai hilseilykylvyssä sen teho alkaa laskea. Kuuden kuukauden jälkeen höyrynkulutus on kasvanut 20-30 % samalla lämmitysteholla. Kahdentoista kuukauden kuluttua kela saattaa vaatia vaihtoa tai aggressiivista kalkinpoistoa syklin toistuessa.
Saman palvelun PTFE-lämmönvaihdin käynnistyy hieman alhaisemmalla hyötysuhteella alhaisemman lämmönjohtavuuden vuoksi. Mutta sen tehokkuus pysyy vakaana. Kahdentoista kuukauden kuluttua PTFE-kela kuluttaa vähemmän höyryä kuin hilseilevä metallikela, huolimatta metallin alkuperäisestä lämpöedusta. Energiatehokkuusero on kääntynyt päinvastaiseksi.
Likaantumisresistenssin kasvukäyrä
Likaantumiskestävyys on lämpövastus, jonka lämmönsiirtopinnalle lisää kalkkikerrostuma. Se kasvaa ajan myötä skaalan kasautuessa. Likaantumisvastuksen kasvunopeus riippuu pintamateriaalista, nesteen kemiasta, lämpötilasta ja nopeudesta.
Ruostumattomassa teräksessä likaantumiskestävyys kasvaa nopeasti. Korkeaenergia-metallioksidipinta vetää puoleensa ja sitoo kalkki-muodostavat sakat. Korroosion aiheuttama pinnan karheus luo mekaanisia lukituskohtia. Kolmessa kuukaudessa likaantumiskestävyys lisää lämpövastusta 0,0005-0,0010 m²·K/W. 12 kuukaudessa se lisää 0,0015-0,0030 m²·K/W.
PTFE:llä likaantumisvastus kasvaa hitaasti. Matalaenergia-fluoripolymeeripinta kestää hilseilyn tarttumista. Sileä pinta tarjoaa muutamia mekaanisia lukituskohtia. 12 kuukaudessa likaantumiskestävyys lisää vain 0,0002-0,0005 m²·K/Wa osuutta metallin likaantumismaksusta.
Puhtaan ruostumattoman teräspatterin kokonaislämmönsiirtokerroin on noin 800 W/m²·K. 12 kuukauden skaalausvaiheen jälkeen se laskee arvoon 250-350 W/m²·Ka 55-70 %.
Puhtaan PTFE-patterin kokonaislämmönsiirtokerroin on noin 280 W/m²·K. 12 kuukauden kuluttua se laskee arvoon 240-260 W/m²·K - 8-15 %.
Taulukko 1: Energiatehokkuuden vertailu 12 kuukauden ajalta (50 kW käyttö, kohtalaiset skaalausolosuhteet)
| Aikajakso | Metallikela U{0}}-arvo (W/m²·K) | PTFE-käämin U{0}}-arvo (W/m²·K) | Metallihöyryn kulutus (kg/h) | PTFE:n höyrynkulutus (kg/h) | Tehokkuusvaje |
|---|---|---|---|---|---|
| Kuukausi 1 (siivous) | 800 | 280 | 78 | 82 | +5 % (metallietu) |
| Kuukausi 3 | 550 | 270 | 82 | 83 | +1 % (lähes pariteetti) |
| Kuukausi 6 | 380 | 255 | 86 | 83 | -3 % (PTFE-etu) |
| Kuukausi 9 | 320 | 248 | 89 | 84 | -6 % (PTFE-etu) |
| Kuukausi 12 | 290 | 240 | 91 | 85 | -7 % (PTFE-etu) |
| Kuukausi 12 (metallin kalkinpoiston jälkeen) | 800 | 240 | 78 | 85 | +9 % (väliaikainen metallietu) |
Höyrynkulutus laskettuna 3 barg kyllästettyä höyryä. Olettaa jatkuvan lämpökäytön ja LMTD:n. Metallikäämin kalkinpoisto palauttaa tehokkuuden, mutta sykli toistuu.
Vuotuinen polttoainekustannusvaikutus
Kumulatiivinen höyrynkulutuksen ero näkyy suoraan polttoainekustannuksissa. Kattila, joka tuottaa höyryä 80 %:n hyötysuhteella maakaasusta hintaan 5 dollaria miljoonaa BTU:ta kohti, kuluttaa noin 0,03 dollaria höyrykiloa kohden.
Metallikäämin keskimääräinen höyrynkulutus 12 kuukauden aikana (mukaan lukien kalkinpoistotapahtuma kuukaudessa 6) on noin 84 kg/h. PTFE-käämin keskikulutus on noin 83 kg/h. Vuosittainen ero on pieni, jos metallikäämistä poistetaan kalkki säännöllisesti.
Ero tulee merkittäväksi, kun kalkinpoisto viivästyy tai on epätäydellinen. Pienemmillä huoltoresursseilla toimiva laitos voi käyttää metallikelaa täydet 12 kuukautta ilman kalkinpoistoa. Tässä realistisessa skenaariossa metallikela kuluttaa keskimäärin 85 kg/h, kun taas PTFE kuluttaa 83 kg/h. Yli 6 000 käyttötunnilla 2 kg/h ero merkitsee 12 000 kg lisähöyryä -noin 360 $ polttoainekustannuksia kierukkaa kohti vuodessa.
Tämä yksittäinen{0}}kelan ero moninkertaistuu useiden säiliöiden välillä. Laitoksessa, jossa on 20 lämmitettyä säiliötä, aiheutuu noin 7 200 dollarin vuotuiset polttoainekustannukset ylimääräisistä metallikääreistä verrattuna vakaisiin PTFE-käämiin, lukuun ottamatta kemikaalien kalkinpoistokustannuksia, työvoimaa ja seisokkeja.
Yhteenveto
Todellinen energiatehokkuusero puhtaan PTFE-lämmönvaihtimen ja skaalatun metallipinnan välillä levenee asteittain 12 kuukauden käyttöjakson aikana. Metallikelat alkavat suuremmalla hyötysuhteella, mutta menettävät 55-70 % lämmönsiirtokertoimestaan likaantumisen vuoksi. PTFE-kelat alkavat alempana, mutta menettävät vain 8-15 %, mikä saavuttaa ylivoimaisen tehokkuuden noin 4-6 kuukauden jatkuvan käytön jälkeen.
Kumulatiivinen polttoainekustannusvaikutus, vaikka se onkin vaatimaton kierukkakohtaisesti, tulee merkittäväksi useissa säiliöissä. Suurempi taloudellinen vaikutus on metallikelan tehokkuuden palauttamiseen vaadittavat kalkinpoistokustannukset,{1}}jotka PTFE eliminoi kokonaan.
Tekninen analyysi energiatehokkuuden vertailua varten tietyissä skaalausolosuhteissa on saatavilla, kun toimitetaan veden laatutiedot, nykyinen kalkinpoistotaajuus, höyrykustannukset ja lämmönvaihtimen suorituskykymittaukset.
