محاسبه قیمت بخار

بخار یکی از حامل های مهم انرژی و جزء جدایی ناپذیر صنایع بوده و کاربردهای بسیار زیادی دارد از این رو تولید بخار با کیفیت مناسب و قیمت تمام شده ی مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است و تاثیر بسزایی در قیمت تمام شده ی تولید می گذارد. اطلاع دقیق از هزینه ی صرف شده برای تولید بخار یکی از پارامترهای مهم ارزیابی و بهبود  صنایع می باشد که بسیاری از فعالیت های مهم را تحت تاثیر قرار می دهد:

• برای ارزیابی صحیح کارایی یک پروژه و یا برای بهبود ارتقاء آن نیازمند اطلاع دقیق از هزینه های صرف شده هستیم.اگر هزینه هایی که در دست داریم صحیح نباشد ممکن است بر اثر محاسبات نادرست محاسبات غلط بعضی از پروژه های مفید و کارآمد متوقف شده و به جای آن پروژه های ناکارآمد اجرایی شوند.
• برای بهبود و ارتقاء یک مجموعه یکی از مهمترین عوامل کاهش هزینه هاست و این کاهش هزینه ها جز با اطلاع کافی از هزینه های جاری امکان پذیر نیست و یکی از هزینه های مهم هر کارخانه هزینه ی صرف شده برای تولید بخار مورد نیاز آن مجموعه است و از آن جایی که بخار در بسیاری از صنایع نظیر پالایشگاه ها، پتروشیمی ها، صنایع غذایی، صنایع داروسازی و …. کاربرد دارد قیمت آن نیز بسیار مهم است.

درکارخانه های تولیدی بیش از ۶۰% انرژی گرمایی مورد نیاز بوسیله ی بخار تامین می شود و با توجه به این مقدار مصرف بخار با بهینه کردن مصرف بخار در این بخش می توان هزینه ی زیادی را صرفه جویی نمود. در نظر داشته باشید که برای تعیین قیمت صحیح بخار باید جزئیات بیشتری از شرایط تولید بخار داشته باشیم.

در اینجا چندین سوال بوجود می آید.

• آیا موضوع بحث ما بخار در مرحله ی تولید است یا بخار در مرحله ی مصرف؟
• این بخار در چه نوع بویلری تولید می شود؟
• کیفیت و فشار این بخار چگونه است؟
• آیا هزینه ی میانگین مد نظر است یا هزینه ی موارد خاص؟
• اگر هزینه ی میانگین مد نظر است آیا میانگین یک بازه زمانی مشخص گرفته شود؟

باید به این نکته توجه داشت که هیچ گاه هزینه ی بخار تولیدی با بخار مصرفی را یکسان در نظر نگیریم زیرا  این دو هر یک معقوله جداگانه ای هستند. برای محاسبه ی هزینه بخار تولیدی هزینه های صرف شده تا خروجی بویلر را در نظر می گیریم و هزینه هایی که در طی توزیع بخار بین مصرف کننده ها صرف می شود در این قسمت سهمی ندارند. ولی در محاسبه ی هزینه ی بخار مصرفی باید هزینه هایی که صرف توزیع بخار و کاهش فشار بخار تا فشار مد نظرمی گردد در هزینه ی بخار محاسبه شوند. اگر در کارخانه ی مورد بررسی ما کل بخار از یک مولد ، در یک فشار مشخص و توسط یک سوخت تولید شود محاسبه ی هزینه ی آن ساده تر است هر چند در بیشتر موارد بخار توسط چند بویلر و در فشارهای مختلف و گاها” با مصرف چند نوع سوخت تولید می شود. همچنین گاها”  بعضی از مصرف کننده های بخار نیاز به بخار با فشار کمتری نسبت به فشار تولیدی دارند به همین خاطردر مسیر خط توزیع بخار به شیرهای فشارشکن هم نیاز است. البته این کاهش فشار می تواند بوسیله ی توربین هم انجام شود. همان طور که ملاحظه می کنید هرچه موضوع را از جهات بیشتری بررسی می کنیم محاسبه قیمت بخار پیچیده تر می شود.

محاسبه ی قیمت بخار از روش های گوناگونی امکان پذیر است که چند مورد از آنها عبارتند از: آنالیز اکسرژی(کیفیت انرژی یا ظرفیت و توانایی آن برای تغییر) ، روش نلسون، روش شبیه سازی و … که از این میان روش کامپیوتری شبیه سازی از سایر روش ها راحت تر و قابل اعتماد تر است. به طور مثال چند مورد از هزینه هایی که در این محاسبات باید در نظر گرفته شوند عبارتند از: آب، سوخت، انرژی، افزودنی های شیمیایی، نیروی انسانی، قطعات یدکی و جانبی، استهلاک، هزینه ی اقدامات اداری لازم و …که همه ی این ها باید با مقدار بخار تولید شده سنجیده شوند. این موارد در واقع فاکتورهای اصلی هزینه ی تمام شده ی تولید بخار در یک کارخانه هستند ولی برای بهبود شرایط وکاهش هزینه های تولید کافی نیستند برای این منظور به یک روش بهتر نیازمندیم. محاسبه ی قیمت در کارخانه هایی که از تعداد بیشتری بویلر استفاده کرده و همچنین از توربین هم استفاده می کنند پیچیده تر است.

شکلی که در زیر می بینید تصویر شماتیک یک سیستم بخار است که در آن کلیاتی از روند تولید و توزیع بخار به نمایش گذاشته شده است.طبق محاسبات و تحقیقات انجام شده فرمول هایی در این زمینه ارائه شده که می توان با استفاده از آن ها هزینه ی تولید و هزینه ی مصرف بخار را در یک ساعت بدست آورد.

Cԍ=Co/(1+x)S  dollar/lb هزینه بخار تولیدی

Cᶜ=Co/S        dollar/lbهزینه بخار مصرفی

X  فاکتوری است که معمولا مقداری بین ۵ تا ۲۰% دارد و Co هزینه ی کارکرد یک ساعت بویلر است و S مقدار بخار تولید شده در یک ساعت می باشد. دوفرمول بالا برای بدیت آوردن هزینه ی تولید و هزینه ی مصرف بخار می باشد. برای محاسبه ی دقیق این هزینه یعنی هزینه تولید بخار باید تمامی عواملی که به نوعی در این موضوع نقشی دارند بررسی شوند. بررسی خود را از ابتدایی ترین قسمت تولید بخار یعنی بویلر آغاز می کنیم. فاکتور های زیر باید به دقت بررسی شوند:

• هزینه سوخت مصرفی بویلر (Cf)
• هزینه آماده ساختن آب برای تولید بخار چه از لحاظ شیمیایی و چه از نظر شرایط ترمودینامیکی (Cbfw)
• هزینه آب مصرفی بویلر (Cw)
• هزینه ی پمپینگ آب تغذیه ی بویلر(Cp)
• هزینه ی فن تهویه هوای احتراق(Ca)
• هزینه ی مخازن و ملزومات بلودان(Cb)
• هزینه هدایت ودفع گازهای حاصل از احتراق بویلر(Cd)
• کنترل شرایط محیطی(Ce)
• نیروی انسانی و مواد و تجهیزات جانبی(Cm)

C_G = C_F + C_W + C_BFW + C_P + C_A + C_B + C_D + C_E + C_M

C_F = a_F x ( H_S – H_W)/۱۰۰۰/ƞ_B

Where  a_F = fuel cost, ($/MMBtu)

H_S = enthalpy of steam, Btu/lb

H_w = enthalpy of boiler feedwater, Btu/Ib

ƞ_B = overall boiler efficiency, fracional

با داشتن همه ی این اطلاعات می توان هزینه ی تولید بخار را محاسبه نمود. همه ی این پارامتر ها بر حسب dollar/k lb محاسبه می شوند. و بالاترین مقدار این هزینه ها مربوط به هزینه ی سوخت است که بخش عمده ای از هزینه کل را تشکیل می دهد. هزینه های جانبی بویلر نیز می تواند تاثیر بسزایی در قیمت تمام شده ی بخار داشته باشد که عموما آن را به طور نادرست همواره یک مقدار ثابت در نظر می گیرند. در صورتی که هزینه های جانبی باید در زمان های مختلف به طور دقیق و با توجه به شرایط آن بازه ی زمانی اندازه گیری شود.

نکته ی جالب توجه دیگر این است که هزینه ی تولید بخار در فشار های مختلف متفاوت است. ممکن است فشار بخار تولیدی با بخار مصرفی متفاوت باشد از این رو هزینه های آن ها هم متفاوت است. برای کاهش فشار معمولا از شیرهای فشار شکن استفاده می کنند با کاهش فشار آنتالپی بخار افزایش یافته و ممکن است سوپرهیت شود. هزینه ی تولید بخار فشار پایین با استفاده از هزینه ی بخار فشار بالا محاسبه می شود.

فرمول زیر برای بدست آوردن هزینه ی بخار فشار پایین استفاده می شود.

CL=CHx(Hsl-hw)(HsH-hw)

Hsh= آنتالپی بخار فشار بالا

Hsl=آنتالپی بخار فشار پایین

hw=آنتالپی آب تغذیه بویلر

CH: هزینه تولید بخار فشار بالا

CL:هزینه تولید بخار فشار پایین

باید در نظر داشت استفاده از شیرهای فشار شکن برای کاهش فشار راه چندان مناسبی نیست. برای این کار بهتر است برای جریان های بالای   ۵۰۰۰۰ lb/h   بخار را از یک توربین عبور داد . این روش تا حدودی مناسب تر از روش قبلی است . برای محاسبه هزینه تولید بخار فشار پایین بوسیله ی توربین از فرمول زیر استفاده می کنیم:

C_L = C_H – ۱۰۰۰ x a_E x (H_SH – H*_SL)/۳۴۱۳/ƞ_T/ƞ_G

ƞT=بازده آیزنتروپیک توربین

ƞG=بازده ژنراتور

ae= هزینه انرژی الکتریکی مصرف شده

H*sL=آنتالپی بخار فشار پایینی که طی یک فرآیند آیزنتروپیک از حالت فشار بالا به فشار پایین رسیده است

در روش مدل سازی باید با استفاده از قیدگذاری و معادلات ریاضی حاکم بر پدیده های طبیعی ، کل سیستم را به صورت یک مجموعه ی منطقی تعریف کرد تا از این طریق بتوان کوچکترین تغییرات در هر یک از پارامتر ها را به خوبی محاسبه کرد و تاثیر آن را بر سایر پارامتر ها بررسی نمود. تمامی زیر مجموعه های بویلر از جمله دی اریتور، اکونومایزر، بلودان، Flash vessel ، مبدل ها، توربین ها و … هر یک باید به طور جداگانه بررسی شوند و در نهایت یک معادله ی کلی برای کل سیستم بخار که شامل همه ی بخش ها می باشد نوشته می شود.

برای محاسبه ی دقیق اتلافات صورت گرفته می توانیم از قانون پایستگی جرم و تعادل حرارتی بین ورودی ها و خروجی های هر یک از اجزاء سیستم به طور جداگانه استفاده کنیم. از این طریق می توان به این موضوع پی برد که هر یک از اجزاء سیستم بخار تا چه حد از کارکرد آرمانی خود فاصله دارند و هر یک از میزان کل اتلاف هزینه چه سهمی دارند. این کار باعث می شود اطلاعات ما نسبت به سیستم بخار خود به طرز قابل ملاحظه ای بالا رفته و یک دید و آگاهی مناسب از کارکرد اجزاء سیستم داشته باشیم که در نتیجه ی آن می دانیم کدام یک از تجهیزات ما بیشتر باعث اتلاف هزینه می شود و اگر می خواهیم هزینه ی محدودی را برای بهبود سیستم بخار اختصاص دهیم، کدام جزء سیستم در اولویت تعمیر یا تعویض قرار دارد.