Materjali valiku otsus
Roostevabast terasest peitsimisliinil kasutatakse segatud happelahust, mis sisaldab 8% HF ja 12% HNO₃ temperatuuril 55 kraadi. Soojusvaheti peab sellele agressiivsele keemiale vastu pidama, pakkudes samal ajal 60 kW küttevõimsust. Kaalumisel on kaks materjali: 2. klassi titaan ja esmane PTFE.
Titaan on traditsiooniline valik. See pakub hooldusmeeskondadele head soojusjuhtivust, mehaanilist tugevust ja tuttavlikkust. PTFE pakub absoluutset keemilist häirekindlust, kuid madalamat soojusjuhtivust ja suuremat pooli jalajälge. Esialgne ostuhind ei soosi otsustavalt,{3}}et titaan maksab ruutmeetri kohta rohkem, kuid nõuab vähem pinda.
Otsus tuleks teha omamiskulude kogumaksumuse kohta marineerimisliini eeldatava 10-aastase kasutusea jooksul. See analüüs peab arvestama algkapitali, paigaldust, hooldustööd, keemilist puhastust, tootmisseisakuid ja asendamise sagedust. Kui kõik tegurid on kaasatud, muutub majandus otsustavalt.
Titaani varjatud hind HF-teenuses
Titaani korrosioonikindlus sõltub passiivsest TiO₂-kilest. Oksüdeerivates hapetes, nagu lämmastikhape, on see kile stabiilne. HF fluoriidioonide juuresolekul kile lahustub. Titaanpinda kahjustab lahustuvate titaan-fluoriidikomplekside moodustumine.
55-kraadise ja 8% HF kontsentratsiooni juures korrodeerub 2. klassi titaan ligikaudu 0,5-1,5 mm aastas, sõltuvalt täpsest happesuhtest, temperatuurikõikumistest ja lahuse segamisest. 1,5 mm seinapaksusega titaankümblusmähise kasutusiga on 1–3 aastat, enne kui seina õhenemine jõuab punktini, kus ohutuse tagamiseks on asendamine kohustuslik.
See korrosioon ei ole kogu pooli pinnal ühtlane. Kõrgema temperatuuriga alad, näiteks auru sisselaskeava lähedal, korrodeeruvad kiiremini. Eelkõige korrodeeruvad keevisõmblused ja kuumusest{2}}mõjutatud tsoonid. Tõrkerežiim on ettearvamatu aukude tekkimine, mitte järkjärguline hõrenemine, mida saab jälgida ja planeerida.
Iga asendusüritus maksab palju rohkem kui uue titaanpooli ostuhind. Vann tuleb tühjendada ja jahutada. Tootmine peatub 8-16 tunniks. Vana mähis tuleb välja lõigata ja eemaldada. Uus mähis nõuab paigaldamist, lekkekatsetust ja kontrollitud kuumutustsüklit. Ühe vahetussündmuse kogumaksumus on tavaliselt 3–5 korda suurem pooli ostuhinnast.
Tabel 1: 10-aastane kogu omamiskulude võrdlus (60 kW soojusvaheti, 8% HF / 12% HNO₃ 55 kraadi juures)
| Kulukategooria | Titaan klass 2 | PTFE |
|---|---|---|
| Soojusvaheti esialgne maksumus | $12,000 | $14,000 |
| Paigalduskulu (esialgne) | $4,000 | $3,500 |
| Eeldatav kasutusiga | 1.5 - 3 aastat | 10+ aastat |
| Asendused üle 10 aasta | 3 - 5 | 0 |
| Asenduskulu sündmuse kohta (mähis + tööjõud + seisakud) | $18,000 - $22,000 | N/A |
| Asenduskulud kokku 10 aasta jooksul | $72,000 - $88,000 | $0 |
| Iga-aastane hooldus (ülevaatus, puhastus) | $800 | $200 |
| 10-aastane hoolduskulu | $8,000 | $2,000 |
| Tootmise seisak (tunnid asenduste kohta) | 12 - 16 tundi sündmuse kohta | 0 tundi |
| Kokku seisakuid üle 10 aasta | 48 - 80 tundi | 0 tundi |
| 10 aasta kogukulu (välja arvatud seisakuaeg) | $96,000 - $112,000 | $19,500 |
Kuluprognoosid, mis põhinevad{0}}keskmise suurusega marineerimisoperatsioonil. Seisakuid ei rahastata kokku, vaid on loetletud eraldi. Titaani asendamise sagedus põhineb avaldatud korrosioonimääradel HF-HNO₃ töötingimustes.
PTFE eelis: null asenduskulu
PTFE on HF{0}}HNO₃ segudes keemiliselt inertne kõigil kontsentratsioonidel ja temperatuuridel kuni 260 kraadi. Korrosioonimehhanism puudub. Toru seina paksus jääb paigaldamisest kuni kasutusea lõpuni muutumatuks. Soojusülekande pindala jääb konstantseks. Planeerimata asendusi ei ole.
PTFE soojusvaheti esialgne maksumus on pisut kõrgem, kuna madalama soojusjuhtivuse kompenseerimiseks on vaja suuremat pinda. Paigalduskulud on veidi madalamad, kuna kerge spiraal ei vaja raskeid tõsteseadmeid. Need tagasihoidlikud erinevused on täielikult hämmingus asendussündmuste kõrvaldamisega 10-aastase perioodi jooksul.
PTFE pooli iga-aastane hoolduskulu piirdub visuaalse kontrolli ja aeg-ajalt loputamisega. Puudub keemiline katlakivi eemaldamine, passiveerimistöötlus ega ultraheli paksuse mõõtmine. Materjal lihtsalt ei vaja hooldustegevust, mida titaan nõuab.
Immateriaalsed kulud ja protsessi stabiilsus
Lisaks kvantifitseeritud kuludele tagab PTFE mähis protsessi stabiilsuse, mida titaan ei suuda võrrelda. Titaani korrosioon toob peitsivanni titaaniioone. Need ioonid võivad mõjutada söövituskiirust ja pinnaviimistluse kvaliteeti. Kui titaani ennetavalt asendatakse seina paksuse mõõtmise põhjal, on asendamise ajastus hinnanguline otsus, mis võib olla liiga vara (raisatakse järelejäänud kasutusiga) või liiga hilja (lekke oht).
PTFE kõrvaldab mõlemad probleemid. Vanni ei satu metalliioone. Asendusotsuseid pole vaja. Protsess töötab stabiilse soojusülekande kiirusega ja nulli saastumise riskiga kogu seadme 10-aastase kasutusea jooksul.
Kokkuvõte
HF-HNO₃ peitsimisteenuse PTFE-soojusvaheti 10-aastane kogukulu on ligikaudu üks-viiendik titaani ekvivalendi hinnast, hoolimata veidi kõrgemast esialgsest ostuhinnast. Erinevus tuleneb titaani piiratud kasutuseast fluoriidi sisaldavas happes, mis nõuab 3–5 asendust kümne aasta jooksul, millest igaüks toob kaasa märkimisväärseid tööjõu- ja seisakukulusid.
PTFE keemiline inertsus välistab täielikult{0}}korrosioonist tingitud asendamise. Hoolduskulud on minimaalsed. Protsessi stabiilsust parandab pidev soojusülekanne ja metalliioonide nullsaaste. PTFE ärikasutus selles rakenduses on ühemõtteline, kui analüüsitakse pigem kogumaksumust kui algset ostuhinda.
Tehniline analüüs PTFE ja titaani kulude võrdlemiseks konkreetsetes peitsimisrakendustes on saadaval happe kontsentratsioonide, töötemperatuuri, paagi mõõtmete, soojuskoormuse nõuete ja jooksvate hoolduskulude dokumentide esitamisel.
