La Decisió d'Infraestructura
Una instal·lació de processament químic opera 10 dipòsits escalfats amb escalfadors d'immersió elèctrics de quars. Els escalfadors de quars fallen cada 6-12 mesos a causa del xoc tèrmic i l'impacte mecànic. Cada fallada costa 2.500 dòlars per a un escalfador de recanvi, més 4 hores d'inactivitat. L'electricitat costa 0,10 $/kWh. No hi ha infraestructura de vapor existent, ni caldera, ni canonades de vapor, ni retorn de condensats.
La instal·lació està considerant instal·lar una caldera de vapor-de gas natural i convertir els 10 dipòsits en intercanviadors de calor de PTFE. La conversió requereix una inversió de capital a la caldera, canonades de distribució de vapor, sistema de retorn de condensats, equips de tractament d'aigua i els mateixos intercanviadors de PTFE. La decisió requereix una comparació del cost total de propietat durant 15 anys per determinar si la inversió en infraestructura de vapor està justificada per l'estalvi de costos operatius.
L'anàlisi de la inversió de capital
El cost de capital de la infraestructura de vapor inclou una caldera de tubs de foc empaquetada dimensionada per a la demanda total de calefacció (10 tancs × 40 kW=400 kW totals, aproximadament 600 kg/h de vapor), un sistema de tractament d'aigua d'alimentació (suavitzador i dosificació de productes químics), canonades de distribució de vapor amb aïllament, canonades de retorn de condensats, receptor i bomba de condensació i separador de condensats i refrigeració. L'enginyeria, la instal·lació i la posada en marxa se sumen al total.
El cost de capital de l'intercanviador de calor de PTFE és de 10 unitats a 9.500 dòlars cadascuna instal·lada. El cost de substitució de l'escalfador de quars està en curs-Interval de substitució de 6 a 12 mesos i es recull al flux de costos operatius.
| Element de cost de capital | Opció de vapor + PTFE | Opció de quars elèctric |
|---|---|---|
| Caldera de vapor (unitat envasada 600 kg/h) | $85,000 | $0 |
| Sistema de tractament d'aigua d'alimentació | $18,000 | $0 |
| Tubs de distribució de vapor (aïllats) | $32,000 | $0 |
| Sistema de retorn de condensats | $22,000 | $0 |
| Enginyeria i instal·lació | $35,000 | $0 |
| Bescanviadors de calor de PTFE (10 × 9.500 $) | $95,000 | $0 |
| Escalfadors elèctrics de quars (existents 10 × 2.500 $) | $0 | $0 (ja instal·lat) |
| Capital total | $287,000 | $0 |
La comparació de costos operatius de 15 anys
El cost de l'energia és la despesa d'explotació dominant. La calefacció elèctrica de quars a 0,10 $/kWh ofereix 10 × 40 kW × 6.000 h/any=2,400.000 kWh/any amb un cost de 240.000 $/any. L'opció de vapor utilitza gas natural a 4,50 $/MMBtu. Una caldera que funciona amb un 82% d'eficiència produeix vapor amb un cost efectiu de calor d'aproximadament 0,019 $/kWh equivalent. El cost anual de l'energia és de 2.400.000 × $0.019=$ 45.600. L'estalvi d'energia anual amb vapor és de 194.400 dòlars.
Les substitucions dels escalfadors de quars es produeixen a un ritme d'1,5 per escalfador per any (MTBF 8 mesos). Amb 2.500 $ per escalfador més 800 $ de mà d'obra d'instal·lació i un cost d'inactivitat de 2.000 $, el cost anual de substitució és de 10 × 1,5 × 5 $,300=79.500 $. Els intercanviadors de PTFE no requereixen substitucions durant el període de 15 anys.
| Element de cost d'explotació (anual) | Vapor + PTFE | Quars elèctric |
|---|---|---|
| Energia | $45,600 | $240,000 |
| Substitucions d'escalfadors | $0 | $79,500 |
| Manteniment de calderes | $8,500 | $0 |
| Substàncies químiques per al tractament de l'aigua | $3,200 | $0 |
| Manteniment de PTFE (només inspecció) | $2,000 | $0 |
| Total de funcionament anual | $59,300 | $319,500 |
El resultat acumulat de 15 anys
| Categoria de costos | Vapor + PTFE | Quars elèctric |
|---|---|---|
| Capital | $287,000 | $0 |
| 15 anys de funcionament | $889,500 | $4,792,500 |
| Cost total de 15 anys | $1,176,500 | $4,792,500 |
| Estalvi de vapor + PTFE | – | $3,616,000 |
El període d'amortització
L'estalvi operatiu anual de 260.200 dòlars recupera la inversió de capital de 287.000 dòlars en aproximadament 13 mesos. Des de l'any 2 fins a l'any 15, l'estalvi és pura reducció de costos operatius. La inversió en infraestructures de vapor, tot i que és substancial, està clarament justificada per l'estalvi d'energia i costos de substitució.
Resum
La instal·lació d'infraestructura de vapor i la conversió a intercanviadors de calor de PTFE permet estalviar aproximadament 3.616.000 dòlars durant 15 anys en comparació amb continuar amb escalfadors de quars elèctrics en una instal·lació de 10-dipòsits sense vapor existent. La inversió de capital de 287.000 dòlars es recupera mitjançant estalvis operatius en 13 mesos. L'estalvi dominant és el cost de l'energia-el vapor de gas natural costa aproximadament una-quinta part de l'electricitat per unitat de calor subministrada-seguit de les substitucions eliminades dels calefactors de quars. L'opció de vapor-més PTFE és l'opció de menor cost total per a qualsevol instal·lació amb més de 3-4 dipòsits escalfats.
El suport d'enginyeria per a la infraestructura de vapor i l'anàlisi de la inversió de l'intercanviador de calor de PTFE està disponible quan s'envien el recompte de dipòsits i els deures de calor, les tarifes locals d'electricitat i gas, el tipus d'escalfador existent i la freqüència de substitució i l'espai disponible per a la instal·lació de la caldera.
