コスト正規化問題
熱交換器のコストの比較では、通常、総設置コストをキロワットあたりの設計負荷で割った値が使用されます。{0}}この指標は初期資本を把握しますが、さまざまな耐用年数やメンテナンス要件の影響はわかりにくくなります。長期的な意思決定を行うためのより明確な指標は、耐用年数 1 年当たりの伝熱面の平方メートルあたりの総コストです。-
この正規化された指標では、実際の耐用年数にわたって償却された初期設備コストが考慮されます。交換頻度とそれに伴う設置費用。メンテナンスの労力、化学物質、ダウンタイム。腐食許容量のコスト-熱伝達値を提供しないが購入する必要がある壁の厚さ。
スーパー二相ステンレス鋼 (UNS S32750、2507) は、クロム、モリブデン、窒素の含有量が高く、標準のオーステナイト系グレードと比較して優れた耐孔食性を発揮するため、塩化物-に富んだ湿式冶金浸出で広く使用されています。 PTFE はその化学的性質により、塩化物孔食の影響を受けません。 -平方メートルあたり-メートル-年間-のコストを比較すると、どの素材が長期コストを低く抑えることができるかが決まります。-}
耐用年数の要因
スーパー二相ステンレス鋼は、クロムとモリブデンが豊富に含まれた不動態皮膜により、塩化物の孔食を防ぎます。 2507 の耐孔食性等価番号 (PREN) は 40-43 で、ステンレス鋼の中で最も高い値を示します。周囲温度の中性塩化物溶液では、孔食は発生しません。高温の酸性塩化物浸出溶液-では、ニッケル ラテライトまたは銅ヒープ浸出操作に典型的であり、PREN 閾値を超えます。
10,000 ～ 50,000 ppm の塩化物を含む pH 1 ～ 3 の溶液中、70 ～ 80 度で、超二相ステンレス鋼は、一般的な速度に局所的な孔食を重ねて、年間 0.05 ～ 0.15 mm で腐食します。壁厚 1.5 mm の熱交換器チューブの予測耐用年数は、孔食が壁に浸透するまでに 5 ～ 10 年ですが、かなりの不確実性があります。
PTFE には塩化物による腐食メカニズムがありません。耐用年数は、使用温度における蒸気圧力下でのクリープによって決まります。 140度の変性PTFEの場合、耐用年数は15年を超えます。局所的な攻撃や孔食はなく、塩化物濃度や pH に対する影響もありません。
表 1: 年間平方メートルあたりの正規化コスト (5m² 熱交換器、10 年間分析、80 度、pH 2、30,000 ppm Cl⁻の塩化物浸出溶液)
| 原価要素 | スーパーデュプレックス 2507 | PTFE |
|---|---|---|
| ㎡あたりの初期設置コスト | $1,800-2,500 | $1,400-2,000 |
| 期待耐用年数（年） | 5-8 (孔食に依存) | 15+ |
| 10年以上の交換 | 1 (5 年生から 8 年生) | 0 |
| 交換費用（機器＋工事費） | $1,800-2,500/m² | $0 |
| 1平方メートルあたりの年間メンテナンス（点検、清掃） | $120-200 | $40-80 |
| 交換イベントごとのダウンタイムコスト (㎡あたり) | $300-500 | $0 |
| 平方メートルあたりの 10 年間の合計コスト | $4,500-7,500 | $1,800-2,800 |
| 1 平方メートルあたりの年間コスト | $450-750 | $180-280 |
腐食代のコスト
塩化物サービス用のスーパー二相ステンレス鋼熱交換器には、耐用年数中に腐食することが予想される追加の壁厚の腐食代が含まれています。{0}この余分な厚みは熱伝達の価値をもたらしませんが、材料コストと重量が増加します。
0.5 mm の腐食代を備えた 1.5 mm の設計壁の場合、高価な超二相材料の 33% が犠牲になります。 PTFE チューブの壁には腐食代がありません。壁全体の厚さは、耐用年数を通じて圧力の封じ込めに貢献します。
腐食代により、熱伝達もわずかに低下します。壁が厚いほど熱抵抗が高くなります。腐食許容値のある新しいスーパー二相管は、許容値がない場合よりも U 値が低くなります。-同じ用途で必要な表面積がわずかに多くなり、コストの差がさらに大きくなります。-
ダウンタイム値の割り当て
正規化されたコストの比較は、ダウンタイムに割り当てられた値に影響されます。浸出回路が生産のボトルネックとなっている湿式製錬プラントでは、1 時間のダウンタイムにより金属生産の損失として 10,000 ～ 50,000 ドルの損失が発生する可能性があります。熱交換器の故障により浸出回路が 12 ～ 24 時間停止した場合のコストは、機器の交換コストに比べて微々たるものです。
PTFE により予期せぬ孔食故障が排除されるため、このダウンタイムのコストが方程式から排除されます。 PTFE の正規化されたコストの利点は、生産稼働時間の値が増加するにつれて増加します。
まとめ
PTFE 熱交換器は、塩化物を含むスーパー二相ステンレス鋼よりも平方メートル当たりの年間コストが低くなります。{0}}浸出液が豊富なソリューション-は、年間で 450～750 ドルであるのに対し、通常は 180～280 ドルです。この違いは、PTFE の耐用年数が長いこと、交換イベントが不要であること、メンテナンス要件が低いこと、および犠牲腐食代が存在しないことから生じます。
正規化されたコストの利点は、計画外の孔食故障を排除することで非常に大きな経済的価値が得られる、{0}}ダウンタイム-のコストが高い作業でさらに増幅されます。スーパー二相ステンレス鋼は、PTFE の温度または圧力の制限を超える場所で使用されます。 PTFE の範囲内では、これがより低コストの選択肢です。-
塩化物サービスコスト比較のための工学分析は、溶液の化学的性質、動作温度、電流交換器の耐用年数データ、メンテナンスコストの記録、およびダウンタイムコストの見積もりを提出すると利用できます。
