Нарастващата сметка за Steam
Сметката за природен газ на съоръжението за нанасяне на покритие за генериране на пара нараства с 18% за три години, докато производственият обем остава непроменен. Ефективността на котела е проверена. Пароуловителите работят. Пароразпределителният тръбопровод е изолиран. Увеличеното потребление се дължи на топлообменниците в технологичните резервоари-по-конкретно, на прогресивната загуба на ефективност на топлопренос, тъй като металните намотки се замърсяват и корозират.
Чистата серпентина от неръждаема стомана при монтаж пренася топлина с обща U-стойност от приблизително 800 W/m²·K. След 12 месеца експлоатация U-стойността е намаляла до 450 W/m²·K. След 24 месеца, 320 W/m²·K. След 36 месеца намотката едва поддържа температурата на банята при пълен поток на пара и е планирана за подмяна.
PTFE намотка, инсталирана по същото време, започва с по-ниска U-стойност-приблизително 280 W/m²·K-, но я поддържа. След 36 месеца U-стойността все още е 260-270 W/m²·K. Траекториите на разходите за енергия на тези две криви на ефективност се различават значително.
Механизмът за загуба на ефективност
Металните серпентини губят ефективността на топлообмен чрез два механизма. Външни отлагания от замърсяване-калциев сулфат, метални хидроксиди, органични остатъци-които добавят топлинна устойчивост последователно със стената на тръбата. Слой от котлен камък с дебелина 0,5 mm може да намали U-стойността с 30-50% в зависимост от неговата топлопроводимост.
Корозията на вътрешната повърхност прави страничната стена-на тръбата за пара грапава. Повишената грапавост засилва турбулентността, което леко подобрява вътрешния коефициент на топлопреминаване, но корозионните продукти образуват изолационен слой, който повече от компенсира тази печалба. Крайният ефект е прогресивна деградация.
Съоръжението компенсира чрез увеличаване на налягането на парата. По-високото налягане на парата повишава температурата на насищане, увеличавайки средната логаритмична температурна разлика, която стимулира преноса на топлина. По-високият LMTD частично компенсира спада на стойността на U-. Но по-високата температура на парата увеличава топлинните загуби от резервоара и тръбопроводите и котелът работи с по-ниска ефективност при по-високи изходни температури. Енергийните наказателни съединения.
Таблица 1: Сравнение на енергийните разходи за 36 месеца (50 kW проектно натоварване, 6000 работни часа/година)
| Период от време | U-стойност на неръждаема стомана (W/m²·K) | PTFE U-стойност (W/m²·K) | SS Консумация на пара (kg/h) | PTFE Консумация на пара (kg/h) | Кумулативна санкция за енергийни разходи (SS срещу PTFE) |
|---|---|---|---|---|---|
| Месец 1 (чист) | 800 | 280 | 78 | 82 | -$180 (SS предимство) |
| Месец 6 | 500 | 275 | 83 | 82 | +$60 |
| Месец 12 | 400 | 270 | 86 | 83 | +$480 |
| Месец 18 | 350 | 268 | 88 | 83 | +$960 |
| Месец 24 | 310 | 265 | 90 | 84 | +$1,620 |
| Месец 30 | 290 | 262 | 91 | 84 | +$2,340 |
| Месец 36 (пред-замяна) | 260 | 260 | 93 | 85 | +$3,180 |
| 3-годишни общи разходи за енергия | – | – | – | – | +$9,440 |
Разходи за пара, изчислени на 30 $/тон (1000 kg). Кумулативната неустойка е допълнителният разход за пара, понесен от серпентината от неръждаема стомана поради намаляване на ефективността спрямо стабилна производителност на PTFE.
Предимството на PTFE: Стабилност над пика
PTFE намотката работи при скромен недостатък на разходите за енергия през първите няколко месеца, когато намотката от неръждаема стомана е чиста. Тази първоначална разлика е приблизително $180 - незначителна сума. Тъй като неръждаемата бобина се замърсява, празнината се обръща. До 9-ия месец кумулативните разходи за енергия са равни. От този момент нататък PTFE намотката осигурява по-ниски разходи за енергия с всеки изминал месец.
През пълния период от 36-месеца стабилната PTFE намотка избягва приблизително $9440 допълнителни разходи за пара, причинени от разграждащата се намотка от неръждаема стомана. Това спестяване на разходи за енергия само по себе си възстановява по-високата първоначална покупна цена на PTFE намотката – без да се вземат предвид избегнатите разходи за отстраняване на накип, избегнатото време за престой за почистване или избегнатата подмяна на 36 месеца.
Енергийното наказание за отстраняване на котления камък
Ако серпентината от неръждаема стомана се почиства на интервали от 12-месеца, нейната U-стойност се възстановява частично. Но премахването на котления камък никога не възстановява първоначалната производителност - всяко почистване премахва малко неблагороден метал заедно с котления камък, а грапавата повърхност се замърсява по-бързо след всяко почистване. Предимството на разходите за енергия на PTFE се намалява, но не се елиминира, когато се практикува отстраняване на накип.
Освен това самото отстраняване на котления камък консумира енергия. Почистващите химикали трябва да се нагреят. Резервоарът трябва да се загрее отново след процеса на отстраняване на котления камък. Тези енергийни разходи са част от общите разходи за притежание на металната намотка, но рядко се проследяват като енергийни разходи.
Резюме
Стабилната производителност на PTFE топлообменника избягва прогресивното намаляване на разходите за енергия от замърсяване на метални бобини. За период от 36-месеца кумулативните икономии на разходи за пара от стабилна работа на PTFE надхвърлят $9400 за един топлообменник от 50 kW – достатъчно, за да се възстанови покупната цена на PTFE само от спестяване на енергия.
Предимството в разходите за енергия се запазва през целия експлоатационен живот на PTFE топлообменника от 10+ години, докато металната бобина повтаря 36-месечния цикъл на разграждане с всяка смяна. Стабилната ефективност на PTFE осигурява постоянно предимство в разходите за енергия след първоначалния период на рентабилност.
Инженерен анализ за сравнение на енергийните разходи при специфични работни условия е наличен при подаване на текущия тип и възраст на топлообменника, разходи за пара, данни за степента на замърсяване и честота и ефективност на отстраняване на котлен камък.
