Chi phí bơm chạy suốt ngày đêm

Một cơ sở xử lý hóa chất vận hành bể mạ tuần hoàn với bộ trao đổi nhiệt PTFE báo cáo rằng bơm tuần hoàn đang tiêu thụ 22 kW liên tục. Máy bơm có kích thước phù hợp để khắc phục tình trạng giảm áp suất của bộ trao đổi nhiệt và hệ thống đường ống ở tốc độ dòng thiết kế. Bộ trao đổi nhiệt chiếm khoảng 40% tổng lượng giảm áp và đường ống chiếm phần còn lại.

Hơn một năm vận hành liên tục, máy bơm tiêu thụ 192.720 kWh. Với chi phí điện là 0,10 USD/kWh, chi phí bơm hàng năm là 19.272 USD. Trong thời gian sử dụng mười{6}}năm, chi phí bơm tích lũy là 192.720 USD, gấp nhiều lần chi phí vốn của bộ trao đổi nhiệt.

Cấu hình dòng chảy của bộ trao đổi nhiệt xác định độ giảm áp suất mà máy bơm phải vượt qua. Cấu hình giúp giảm mức giảm áp suất 30% sẽ giảm công suất bơm khoảng 30% (giả sử hiệu suất bơm không đổi), giúp tiết kiệm 5.782 USD mỗi năm và 57.820 USD trong 10 năm. Đây là mức giảm chi phí vận hành đáng kể mà không được tính đến khi so sánh chi phí vốn.

Cấu hình dòng chảy xác định mức giảm áp suất như thế nào

Sự giảm áp suất qua bộ trao đổi nhiệt PTFE được xác định bởi cấu hình dòng chảy, tốc độ dòng chảy và hình dạng ống. Cấu hình dòng chảy bao gồm số lượng ống đi qua, đường kính ống, chiều dài ống và cách bố trí các kết nối đầu vào và đầu ra.

Số lượng ống đi qua.Cấu hình nhiều đường chuyền có mức giảm áp suất cao hơn cấu hình một đường chuyền vì dòng chảy đảo ngược hướng ở mỗi đường chuyền, điều này tạo ra tổn thất bổ sung. Độ giảm áp suất tăng xấp xỉ theo bình phương số lần đi qua.

Đường kính ống.Đường kính ống nhỏ hơn có độ giảm áp suất cao hơn cho cùng một tốc độ dòng chảy vì tốc độ dòng chảy cao hơn và hệ số ma sát lớn hơn. Độ giảm áp suất tỷ lệ nghịch với đường kính ống được nâng lên lũy thừa năm.

Chiều dài ống.Ống dài hơn có độ giảm áp suất cao hơn vì tổn thất ma sát tỷ lệ thuận với chiều dài. Độ giảm áp suất tỷ lệ thuận với chiều dài ống.

Bố trí kết nối.Việc bố trí các kết nối đầu vào và đầu ra ảnh hưởng đến việc phân phối dòng chảy và giảm áp suất. Cấu hình có chuyển tiếp đột ngột hoặc tiêu đề được thiết kế kém sẽ có mức giảm áp suất cao hơn cấu hình có chuyển đổi dần dần và tiêu đề được thiết kế tốt-.

Sự đánh đổi-giữa truyền nhiệt và giảm áp suất

Cấu hình dòng chảy giúp giảm thiểu sự sụt giảm áp suất không giống như cấu hình dòng chảy giúp tối đa hóa quá trình truyền nhiệt. Đường kính ống nhỏ hơn và tốc độ dòng chảy cao hơn làm tăng hệ số truyền nhiệt nhưng cũng làm tăng độ giảm áp suất. Đường kính ống lớn hơn và tốc độ dòng chảy thấp hơn làm giảm độ sụt áp nhưng cũng làm giảm hệ số truyền nhiệt.

Cấu hình dòng chảy tối ưu là cấu hình giúp giảm thiểu tổng chi phí của bộ trao đổi nhiệt và năng lượng bơm trong suốt thời gian sử dụng. Đây là một vấn đề tối ưu hóa khác với vấn đề giảm thiểu chi phí vốn hoặc tối đa hóa hiệu suất truyền nhiệt.

Đối với bộ trao đổi nhiệt hoạt động liên tục, năng lượng bơm là thành phần chi phí chiếm ưu thế và cấu hình tối ưu có xu hướng giảm áp suất thấp hơn ngay cả khi nó yêu cầu diện tích bề mặt lớn hơn một chút. Đối với bộ trao đổi nhiệt hoạt động không liên tục, năng lượng bơm là thành phần chi phí nhỏ hơn và cấu hình tối ưu có xu hướng hướng tới hệ số truyền nhiệt cao hơn ngay cả khi nó yêu cầu giảm áp suất cao hơn.

Định lượng năng lượng bơm cho các cấu hình khác nhau

Bảng sau đây tóm tắt năng lượng bơm và chi phí bơm hàng năm cho các cấu hình dòng trao đổi nhiệt PTFE khác nhau trong bể hóa chất tuần hoàn với tốc độ dòng chảy là 30 m³/h và chi phí điện là 0,10 USD mỗi kWh.

Cấu hình luồng	Đường kính ống	Số lần đi	Giảm áp suất	Công suất bơm	Chi phí bơm hàng năm	Chi phí bơm mười{0}}năm
Ống nhỏ, nhiều đường chuyền	6mm	4	45 kPa	22 kW	$19,272	$192,720
Ống nhỏ, hai{0}}vòng	6mm	2	28 kPa	14 kW	$12,264	$122,640
Ống trung bình, hai-ống	9,5 mm	2	18 kPa	9 kW	$7,884	$78,840
Ống trung bình,-ống đơn	9,5 mm	1	12 kPa	6 kW	$5,256	$52,560
Ống lớn,-một lần	12,7 mm	1	8 kPa	4 kW	$3,504	$35,040
Ống lớn,{0}}một đường truyền, tiêu đề được tối ưu hóa	12,7 mm	1	6 kPa	3 kW	$2,628	$26,280

Giá trị giảm áp suất được ước tính dựa trên cấu hình bộ trao đổi nhiệt PTFE điển hình và tốc độ dòng chảy là 30 m³/h. Công suất bơm được tính từ độ giảm áp suất và tốc độ dòng chảy, giả sử hiệu suất bơm là 70%. Chi phí bơm hàng năm giả định là 8.760 giờ hoạt động liên tục.

Sự đánh đổi chi phí vốn-Tắt

Cấu hình dòng chảy có đường kính ống lớn hơn và ít đường đi hơn sẽ có mức giảm áp suất thấp hơn và chi phí bơm thấp hơn, nhưng nó có thể yêu cầu diện tích bề mặt lớn hơn để đạt được cùng hệ số truyền nhiệt. Diện tích bề mặt lớn hơn làm tăng chi phí vốn của bộ trao đổi nhiệt.

Sự cân bằng-là giữa chi phí vốn cao hơn và chi phí bơm thấp hơn. Đối với cấu hình giúp giảm chi phí bơm 13.000 USD mỗi năm với mức vốn bổ sung là 15.000 USD, thời gian hoàn vốn là khoảng 14 tháng. Đối với cấu hình giúp giảm chi phí bơm 16.000 USD mỗi năm với mức vốn bổ sung là 25.000 USD, thời gian hoàn vốn là khoảng 19 tháng.

Thời gian hoàn vốn ngắn hơn đối với các cơ sở có chi phí điện cao, số giờ hoạt động cao hoặc tốc độ dòng chảy cao. Sẽ lâu hơn đối với các cơ sở có chi phí điện năng thấp hoặc hoạt động không liên tục.

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến năng lượng bơm

Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến năng lượng bơm và những yếu tố này tương tác với cấu hình dòng chảy.

Thiết kế đường ống.Cách bố trí đường ống, số lượng khuỷu và loại van ảnh hưởng đến tổng mức giảm áp suất của vòng tuần hoàn. Một hệ thống đường ống-được thiết kế tốt với sự chuyển đổi dần dần và-van khoan đầy đủ sẽ làm giảm độ sụt áp và năng lượng bơm.

Hiệu suất bơm.Máy bơm có hiệu suất cao hơn{0}}sẽ giảm năng lượng bơm khi có cùng mức giảm áp suất và tốc độ dòng chảy. Hiệu suất của máy bơm cần được xem xét trong tổng chi phí phân tích quyền sở hữu.

Phương pháp điều khiển dòng chảy.Bộ truyền động tần số thay đổi (VFD) trên máy bơm cho phép điều chỉnh tốc độ dòng chảy để phù hợp với nhu cầu của quy trình, giúp giảm năng lượng bơm trong những khoảng thời gian có-nhu cầu thấp. Van tiết lưu gây lãng phí năng lượng bằng cách tăng độ giảm áp suất.

Sự tắc nghẽn của bộ trao đổi nhiệt.Sự tắc nghẽn làm tăng sự sụt giảm áp suất trên bộ trao đổi nhiệt, làm tăng năng lượng bơm. Việc vệ sinh thường xuyên sẽ duy trì mức giảm áp suất ở giá trị thiết kế.

Nhiệt độ.Độ nhớt của chất lỏng xử lý giảm khi nhiệt độ tăng, làm giảm độ giảm áp suất và năng lượng bơm. Bộ trao đổi nhiệt phải được thiết kế phù hợp với nhiệt độ vận hành thực tế.

Đặc điểm thiết kế giúp giảm năng lượng bơm

Một số tính năng thiết kế làm giảm năng lượng bơm trong bể hóa chất tuần hoàn.

Đường kính ống lớn hơn.Đường kính ống lớn hơn làm giảm độ sụt áp và năng lượng bơm. Đường kính ống phải được lựa chọn dựa trên tổng chi phí sở hữu chứ không chỉ dựa trên hiệu suất truyền nhiệt.

Ít đường chuyền hơn.Cấu hình-một lượt có mức giảm áp suất thấp hơn so với cấu hình-nhiều lượt. Nên chọn cấu hình-một lần khi độ giảm áp suất là một thành phần chi phí đáng kể.

Tiêu đề được tối ưu hóa.-Các tiêu đề được thiết kế tốt với khả năng chuyển đổi dần dần và phân bổ dòng chảy đồng đều giúp giảm độ sụt áp và năng lượng bơm.

Bề mặt ống nhẵn.Bề mặt ống nhẵn làm giảm hệ số ma sát và giảm áp suất. Bề mặt ống không được có khuyết tật có thể làm tăng ma sát.

-điều khoản vệ sinh tại chỗ.Các kết nối cung cấp và hồi lưu dung dịch làm sạch cho phép làm sạch bộ trao đổi nhiệt mà không cần tháo rời, giúp duy trì mức giảm áp suất ở giá trị thiết kế.

Giám sát giảm áp suất.Cảm biến giảm áp suất trên bộ trao đổi nhiệt cho phép theo dõi tốc độ bám bẩn và lên kế hoạch làm sạch trước khi giảm áp suất tăng đáng kể.

Thông số kỹ thuật cho năng lượng bơm thấp

Các kỹ sư thiết bị chỉ định bộ trao đổi nhiệt PTFE cho bể hóa chất tuần hoàn phải xác nhận các thông số sau với nhà cung cấp.

Tốc độ dòng chảy.Chỉ định tốc độ dòng chảy thiết kế và phạm vi tốc độ dòng chảy dự kiến.

Giới hạn giảm áp.Chỉ định mức giảm áp suất tối đa cho phép trên bộ trao đổi nhiệt.

Đường kính ống.Chỉ định đường kính ống dựa trên giới hạn giảm áp suất và yêu cầu truyền nhiệt.

Số lượng đường chuyền.Chỉ định số lượng ống đi qua. Cấu hình-một lần được ưu tiên sử dụng khi năng lượng bơm thấp.

Thiết kế tiêu đề.Chỉ định thiết kế tiêu đề để giảm thiểu tổn thất áp suất và đảm bảo phân phối dòng chảy đồng đều.

Hiệu suất bơm.Chỉ định hiệu suất bơm và phương pháp kiểm soát dòng chảy.

Giám sát giảm áp suất.Chỉ định các cảm biến giảm áp suất và phương pháp giám sát.

Quy định vệ sinh.Chỉ định các kết nối và định giá cần thiết để-làm sạch tại chỗ.

Cấu hình dòng chảy phù hợp với chi phí năng lượng bơm

Cấu hình dòng chảy của bộ trao đổi nhiệt PTFE xác định độ giảm áp suất, đầu bơm cần thiết và năng lượng bơm. Trong bể hóa chất tuần hoàn, năng lượng bơm là chi phí vận hành liên tục có thể vượt quá chi phí vốn của bộ trao đổi nhiệt trong thời gian sử dụng mười{1}}năm. Cấu hình có đường kính ống lớn hơn, ít đường chuyền hơn và các tiêu đề được tối ưu hóa giúp giảm mức giảm áp suất và năng lượng bơm từ 30–60% so với cấu hình nhiều đường chuyền nhỏ gọn.

Cấu hình dòng chảy phải được lựa chọn dựa trên tổng chi phí sở hữu, bao gồm chi phí vốn và chi phí năng lượng bơm. Một mô hình bảng tính đơn giản với tính toán giảm áp suất và dữ liệu chi phí điện năng cung cấp thông tin cần thiết để chọn cấu hình tối ưu.

Đối với các bể hóa chất tuần hoàn đánh giá các phương án trao đổi nhiệt PTFE, cấu hình dòng chảy phải được chỉ định trong tài liệu mua sắm và được nhà sản xuất xác nhận. Cấu hình mặc định do nhà sản xuất cung cấp có thể được tối ưu hóa để nén hơn là bơm năng lượng và chi phí vận hành có thể vượt quá mức tiết kiệm chi phí vốn.

Các kỹ sư thiết bị và chuyên gia mua sắm đánh giá thông số kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt PTFE cho bể hóa chất tuần hoàn hoặc dịch vụ-dòng chảy liên tục khác có thể yêu cầu đánh giá thiết kế bao gồm đường kính ống, số lượng đường dẫn, thiết kế tiêu đề, độ sụt áp và năng lượng bơm để xác nhận thiết bị phù hợp với điều kiện dòng chảy thực tế và cơ cấu chi phí năng lượng của cơ sở.

bộ trao đổi nhiệt PTFE 撰写第32篇文章.让我回顾一下流程: