Odluka o izvoru grijanja
Postrojenje planira zagrijati 12 procesnih rezervoara, od kojih svaki zahtijeva 40 kW grijanja. Razmatraju se dvije opcije: ugradnja električnih uranjajućih grijača u svaki rezervoar ili ugradnja centralnog parnog kotla na prirodni plin- koji opslužuje PTFE izmjenjivače topline u svaki rezervoar.
Električna opcija nudi jednostavnost: bez bojlera, bez cijevi za paru, bez povrata kondenzata, bez tretmana vode. Svaki rezervoar ima sopstveni električni grejač, koji se samostalno kontroliše. Kapitalni trošak je 12 električnih grijača plus električna infrastruktura.
Opcija za paru zahtijeva kotao, cijevi za distribuciju pare, sistem povrata kondenzata, opremu za tretman vode i 12 PTFE izmjenjivača topline. Kapitalni trošak je veći. Operativni troškovi-u kojima dominira energija-je niži jer prirodni gas po jedinici energije košta otprilike jednu-trećinu do jedne-četvrtine električne energije na većini industrijskih tržišta.
Poređenje ukupnih troškova za 10 godina određuje koja opcija donosi niže troškove životnog ciklusa, računajući energiju, zamjenu opreme i održavanje.
Diferencijal u troškovima energije
Električno otporno grijanje pretvara gotovo 100% električne energije u toplinu na mjestu upotrebe. Nema gubitaka u dimnjaku, nema gubitaka u cjevovodu, nema gubitaka zbog propuštanja. Isporučena efikasnost je u suštini 100%.
Proizvodnja pare prirodnog gasa uključuje višestruke gubitke efikasnosti. Dobro-održavan industrijski kotao radi na 80-85% goriva-na-efikasnost pare. Cijevi za distribuciju pare gube 5-10% topline kroz gubitke izolacije. Sistemi povrata kondenzata gube dodatnu toplinu. Ukupna efikasnost goriva do procesa je 65-75%.
Uprkos ovim gubicima, prirodni gas je toliko jeftiniji po jedinici energije od električne energije da opcija pare dobija na operativnim troškovima. Po prosječnim cijenama industrijske energije u SAD-0,08 USD/kWh električne energije, 4,50 USD/MMBtu prirodnog gasa-cijena po isporučenom kWh topline je 0,08 USD za električnu energiju, 0,023 USD za paru prirodnog gasa (što čini 70% ukupne efikasnosti).
Tabela 1: Poređenje ukupnih troškova za 10 godina (12 rezervoara × 40 kW, 6.000 sati/godina rada)
| Cost Element | Električni potopni grijači | Namjenski kotao + PTFE izmjenjivači topline |
|---|---|---|
| Kapitalni troškovi | ||
| Oprema za grijanje (12 jedinica) | $48,000 (12 × $4,000) | 96.000 USD (12 PTFE × 8.000 USD) |
| Kotao i parni sistem | $0 | 65.000 dolara (instalirano) |
| Nadogradnja električne infrastrukture | $25,000 | $0 |
| Ukupni kapital | $73,000 | $161,000 |
| Godišnji operativni troškovi | ||
| Trošak energije | 230.400 USD (2.880 MWh × 0,08 USD) | 82.800 USD (ekvivalent 3.600 MWh × 0,023 USD) |
| Zamjena grijača (električni elementi svake 2 godine) | 48.000 USD (6 zamjena godišnje × 4.000 USD × 10 godina=240.000 USD / 10) | $0 (PTFE >10-godišnji život) |
| Održavanje bojlera i tretman vode | $0 | $8,000 |
| Ukupno godišnje poslovanje | $278,400 | $90,800 |
| 10-godišnji ukupni trošak | $2,857,000 | $1,069,000 |
Trošak zamjene opreme
Električni uranjajući grijači imaju ograničen vijek trajanja. U korozivnim hemijskim kupkama, čak i obloženi električni elementi pokvare se u roku od 2-3 godine zbog korozije omotača ili kvara brtve. Tokom 10 godina, svaki od 12 rezervoara zahteva 3-5 zamena grejača. Kumulativni trošak zamjene približava se ili premašuje početni kapitalni trošak.
PTFE izmjenjivači topline grijani parom nemaju električnih elemenata koji bi mogli otkazati. PTFE snop cijevi, pravilno dizajniran za pritisak i temperaturu pare, traje 10+ godina bez zamjene. 10-godišnji trošak zamjene opreme za parnu opciju je blizu nule za opremu na strani rezervoara.
Sam kotao zahtijeva održavanje-čišćenje cijevi, servis gorionika, tretman vode-ali ovi troškovi su predvidljivi i skromni u poređenju sa troškovima uzastopne zamjene električnih potopnih grijača u agresivnim hemijskim sredinama.
Razmatranje fleksibilnosti i redundancije
Opcija pare nudi operativnu fleksibilnost. Kotao može poslužiti za dodatne potrebe procesnog grijanja izvan 12 spremnika-zagrijavanja prostora, grijanja otopine za čišćenje ili budućih ekspanzijskih spremnika. Električna opcija služi samo rezervoarima i ne nudi nikakvu korist od prelivanja.
Ako kotao zahtijeva održavanje, spremnici mogu nastaviti raditi na uskladištenoj toploj vodi ili smanjenom protoku. Ako električni grijač pokvari u jednom spremniku, taj spremnik je van proizvodnje dok se grijač ne zamijeni. PTFE izmjenjivač, budući da je inherentno pouzdaniji, smanjuje, ali ne eliminira ovaj rizik-međutim, sam kotao dodaje rizik od kvara u jednoj-tački kojim se mora upravljati kroz redundantnost ili planiranje nepredviđenih situacija.
Rezime
Tokom perioda od 10- godina, kombinacija namjenskog kotla na prirodni plin i PTFE izmjenjivača topline košta oko 1.069.000 USD ukupno, u poređenju sa 2.857.000 USD za električne uranjajuće grijače – smanjenje od 63%. Kapitalni troškovi parnog sistema su veći (161.000 USD prema 73.000 USD), ali ušteda troškova energije od 147.600 USD godišnje i eliminacija ponavljajućih zamjena električnih grijača vraćaju kapitalnu razliku u prvoj godini rada.
Za objekte s tri ili više grijanih rezervoara, kombinacija pare-plus-PTFE je opcija niže ukupne cijene. Tačka križanja ovisi o lokalnim cijenama energije, korozivnosti procesnih hemikalija (koja određuje učestalost zamjene električnih grijača) i dostupnosti postojeće parne infrastrukture.
Inženjerska analiza za poređenje izvora grijanja u specifičnim uslovima objekta dostupna je uz dostavljanje broja i veličine rezervoara, lokalnih cijena električne energije i gasa, procesne hemije i postojeće komunalne infrastrukture.
