La decisione sulle infrastrutture
Un impianto di trattamento chimico gestisce 10 serbatoi riscaldati utilizzando riscaldatori elettrici ad immersione al quarzo. I riscaldatori al quarzo si guastano ogni 6-12 mesi a causa di shock termico e impatto meccanico. Ogni guasto costa 2.500 dollari per un riscaldatore sostitutivo, più 4 ore di inattività. L’elettricità costa $ 0,10/kWh. Non esiste alcuna infrastruttura per il vapore: nessuna caldaia, nessuna tubazione del vapore, nessun ritorno della condensa.
La struttura sta valutando l'installazione di una caldaia a vapore alimentata a gas naturale-e la conversione di tutti i 10 serbatoi in scambiatori di calore in PTFE. La conversione richiede un investimento di capitale nella caldaia, nelle tubazioni di distribuzione del vapore, nel sistema di ritorno della condensa, nelle apparecchiature per il trattamento dell'acqua e negli stessi scambiatori in PTFE. La decisione richiede un confronto del costo totale di proprietà su un periodo di 15 anni per determinare se l’investimento nell’infrastruttura del vapore è giustificato dal risparmio sui costi operativi.
L'analisi degli investimenti di capitale
Il costo di capitale dell'infrastruttura del vapore comprende una caldaia a tubi di fumo monoblocco dimensionata per la domanda totale di riscaldamento (10 serbatoi × 40 kW=400 kW totali, circa 600 kg/h di vapore), un sistema di trattamento dell'acqua di alimentazione (addolcitore e dosaggio di prodotti chimici), tubazioni di distribuzione del vapore con isolamento, tubazioni di ritorno della condensa, ricevitore e pompa della condensa, separatore di scarico e raffreddatore. Ingegneria, installazione e messa in servizio si aggiungono al totale.
Il costo di investimento dello scambiatore di calore in PTFE è di 10 unità installate a $ 9.500 ciascuna. Il costo di sostituzione del riscaldatore al quarzo è continuo-intervallo di sostituzione di 6-12 mesi e viene inserito nel flusso dei costi operativi.
| Elemento del costo del capitale | Opzione vapore + PTFE | Opzione al quarzo elettrico |
|---|---|---|
| Caldaia a vapore (unità monoblocco da 600 kg/h) | $85,000 | $0 |
| Sistema di trattamento dell'acqua di alimentazione | $18,000 | $0 |
| Tubazioni di distribuzione del vapore (isolate) | $32,000 | $0 |
| Sistema di recupero condensa | $22,000 | $0 |
| Ingegneria e installazione | $35,000 | $0 |
| Scambiatori di calore in PTFE (10 × $ 9.500) | $95,000 | $0 |
| Riscaldatori elettrici al quarzo (10 × $ 2.500 esistenti) | $0 | $ 0 (già installato) |
| Capitale totale | $287,000 | $0 |
Il confronto dei costi operativi su 15 anni
Il costo energetico è la spesa operativa dominante. Il riscaldamento elettrico al quarzo a 0,10 $/kWh fornisce 10 × 40 kW × 6.000 ore/anno=2,400.000 kWh/anno al costo di 240.000 $/anno. L'opzione vapore utilizza gas naturale a $ 4,50/MMBtu. Una caldaia che funziona con un’efficienza dell’82% produce vapore con un costo di riscaldamento effettivo di circa 0,019 dollari/kWh equivalente. Il costo energetico annuale è di 2.400.000 × $0.019=$ 45.600. Il risparmio energetico annuo con il vapore è di $ 194.400.
Le sostituzioni dei riscaldatori al quarzo avvengono a una velocità di 1,5 per riscaldatore all'anno (MTBF 8 mesi). Con 2.500 $ per riscaldatore più 800 $ di manodopera per l'installazione e 2.000 $ di costi per i tempi di inattività, il costo di sostituzione annuale è di 10 × 1,5 × 5 $,300=79.500 $. Gli scambiatori in PTFE non necessitano di sostituzioni nel periodo di 15 anni.
| Elemento di costo operativo (annuale) | Vapore + PTFE | Quarzo elettrico |
|---|---|---|
| Energia | $45,600 | $240,000 |
| Sostituzioni riscaldatori | $0 | $79,500 |
| Manutenzione della caldaia | $8,500 | $0 |
| Prodotti chimici per il trattamento dell'acqua | $3,200 | $0 |
| Manutenzione del PTFE (solo ispezione) | $2,000 | $0 |
| Totale operativo annuo | $59,300 | $319,500 |
Il risultato cumulativo di 15 anni
| Categoria di costo | Vapore + PTFE | Quarzo elettrico |
|---|---|---|
| Capitale | $287,000 | $0 |
| 15 anni di attività | $889,500 | $4,792,500 |
| Costo totale in 15 anni | $1,176,500 | $4,792,500 |
| Risparmio di vapore + PTFE | – | $3,616,000 |
Il periodo di rimborso
Il risparmio operativo annuale di 260.200 dollari recupera l'investimento di capitale di 287.000 dollari in circa 13 mesi. Dall'anno 2 all'anno 15, il risparmio consiste nella pura riduzione dei costi operativi. L’investimento nell’infrastruttura del vapore, sebbene sostanziale, è chiaramente giustificato dai risparmi energetici e sui costi di sostituzione.
Riepilogo
L'installazione di infrastrutture per il vapore e la conversione a scambiatori di calore in PTFE consente di risparmiare circa 3.616.000 dollari in 15 anni rispetto all'utilizzo dei riscaldatori elettrici al quarzo in un impianto a 10-serbatoi senza vapore esistente. L'investimento di capitale di $ 287.000 viene recuperato attraverso risparmi operativi in 13 mesi. Il risparmio principale è rappresentato dai costi energetici-il gas naturale e il vapore costano circa un-quinto dell'elettricità per unità di calore erogato-seguito dall'eliminazione delle sostituzioni dei riscaldatori al quarzo. L'opzione vapore-più PTFE è la scelta dal costo totale più basso per qualsiasi struttura con più di 3-4 serbatoi riscaldati.
Il supporto tecnico per l'infrastruttura del vapore e l'analisi degli investimenti sugli scambiatori di calore in PTFE è disponibile previa presentazione del conteggio dei serbatoi e delle tariffe per il riscaldamento, delle tariffe locali di elettricità e gas, del tipo di riscaldatore esistente e della frequenza di sostituzione e dello spazio disponibile per l'installazione della caldaia.
