El problema de la normalización de costos
Las comparaciones de costos de intercambiadores de calor generalmente utilizan el costo total de instalación dividido por los derechos de diseño-dólares por kilovatio. Esta métrica captura el capital inicial pero oscurece los efectos de las diferentes vidas útiles y requisitos de mantenimiento. Una métrica más reveladora para-la toma de decisiones-a largo plazo es el costo total por metro cuadrado de superficie de transferencia de calor por año de vida útil.
Esta métrica normalizada representa: el costo inicial del equipo amortizado durante la vida útil real; la frecuencia de reemplazo y los costos de instalación asociados; mano de obra de mantenimiento, productos químicos y tiempo de inactividad; y el costo del subsidio de corrosión-espesor de pared que no proporciona valor de transferencia de calor pero debe comprarse.
El acero inoxidable súper dúplex (UNS S32750, 2507) se usa ampliamente en la lixiviación hidrometalúrgica rica en cloruro- porque su alto contenido de cromo, molibdeno y nitrógeno proporciona una resistencia superior a las picaduras en comparación con los grados austeníticos estándar. El PTFE es inmune a las picaduras de cloruro por su naturaleza química. La comparación del costo-por-metro cuadrado--por-año determina qué material ofrece un menor costo a largo plazo.
Los impulsores de la vida útil
El acero inoxidable súper dúplex resiste las picaduras de cloruro a través de una película pasiva enriquecida en cromo y molibdeno. El número equivalente de resistencia a las picaduras (PREN) para 2507 es 40-43, uno de los más altos de los aceros inoxidables. En soluciones de cloruro neutro a temperatura ambiente, no se producen picaduras. En soluciones de lixiviación en caliente de cloruro ácido-típicas de operaciones de lixiviación en pilas de laterita de níquel o cobre, se excede el umbral PREN.
A 70-80 grados en soluciones que contienen 10.000-50.000 ppm de cloruro a pH 1-3, el acero inoxidable súper dúplex se corroe a una velocidad de 0,05-0,15 mm/año con picaduras localizadas superpuestas a la velocidad general. Un tubo intercambiador de calor con un espesor de pared de 1,5 mm tiene una vida útil prevista de 5 a 10 años antes de que las picaduras penetren en la pared, con una incertidumbre significativa.
El PTFE no tiene ningún mecanismo de corrosión por cloruro. La vida útil está determinada por la fluencia bajo la presión del vapor a la temperatura de funcionamiento. Para PTFE modificado a 140 grados, la vida útil supera los 15 años. No hay ataque localizado, ni picaduras ni sensibilidad a la concentración de cloruro o al pH.
Tabla 1: Costo normalizado por metro cuadrado por año (intercambiador de calor de 5 m², análisis de 10 años, solución de lixiviación de cloruro a 80 grados, pH 2, 30 000 ppm Cl⁻)
| Elemento de costo | Súper Dúplex 2507 | PTFE |
|---|---|---|
| Costo instalado inicial por m² | $1,800-2,500 | $1,400-2,000 |
| Vida útil esperada (años) | 5-8 (dependiente de las picaduras) | 15+ |
| Reemplazos durante 10 años | 1 (en el año 5-8) | 0 |
| Costo de reposición (equipo + instalación) | $1,800-2,500/m² | $0 |
| Mantenimiento anual por m² (inspección, limpieza) | $120-200 | $40-80 |
| Costo del tiempo de inactividad por evento de reemplazo (por m²) | $300-500 | $0 |
| Costo total por m² a 10 años | $4,500-7,500 | $1,800-2,800 |
| Costo anualizado por m² por año | $450-750 | $180-280 |
El costo del subsidio de corrosión
Los intercambiadores de calor de acero inoxidable súper dúplex para servicio de cloruro incluyen un margen de corrosión-espesor de pared adicional que se espera que se corroa durante la vida útil. Este espesor adicional no proporciona valor de transferencia de calor pero aumenta el costo y el peso del material.
Para una pared de diseño de 1,5 mm con un margen de corrosión de 0,5 mm, el 33% del costoso material súper dúplex es sacrificable. La pared del tubo de PTFE no tiene tolerancia a la corrosión; todo el espesor de la pared contribuye a la contención de la presión durante toda la vida útil.
El margen de corrosión también degrada ligeramente la transferencia de calor. La pared más gruesa tiene mayor resistencia térmica. Un nuevo tubo súper dúplex con tolerancia a la corrosión tiene un valor U-más bajo que el que tendría sin la tolerancia, lo que requiere un poco más de superficie para el mismo trabajo-lo que aumenta aún más la diferencia de costos.
La asignación de valor del tiempo de inactividad
La comparación de costos normalizados es sensible al valor asignado al tiempo de inactividad. En una planta hidrometalúrgica donde el circuito de lixiviación es el cuello de botella de la producción, una hora de inactividad puede costar entre 10.000 y 50.000 dólares en producción de metal perdida. El costo de una falla en el intercambiador de calor que detiene el circuito de lixiviación durante 12 a 24 horas eclipsa el costo de reemplazo del equipo.
La eliminación del PTFE de fallas por picaduras no planificadas elimina de la ecuación este costo de tiempo de inactividad. La ventaja de costos normalizados del PTFE aumenta a medida que aumenta el valor del tiempo de actividad de la producción.
Resumen
Los intercambiadores de calor de PTFE ofrecen un costo más bajo por metro cuadrado por año que el acero inoxidable súper dúplex en-soluciones de lixiviación ricas en cloruro-típicamente entre $180 y $280 frente a $450-750 anualizados. La diferencia surge de la vida útil más larga del PTFE, la eliminación de eventos de reemplazo, menores requisitos de mantenimiento y la ausencia de tolerancia a la corrosión por sacrificio.
La ventaja de costos normalizados se amplifica en operaciones con altos costos de-tiempo de inactividad-donde la eliminación de fallas por picaduras no planificadas tiene un valor económico enorme. El acero inoxidable súper dúplex sirve cuando se exceden los límites de temperatura o presión del PTFE; dentro del sobre de PTFE, es la opción de menor-coste.
El análisis de ingeniería para comparar los costos del servicio de cloruro está disponible previa presentación de la química de la solución, la temperatura de funcionamiento, los datos actuales de la vida útil del intercambiador, los registros de costos de mantenimiento y las estimaciones de costos del tiempo de inactividad.
