بخشی از مقاله
چکیده
مبدلهای گرمایی لوله و پوسته پرکاربرد ترین مبدل های گرمایی در صنعت هستند که در ابعاد گوناگون طراحی و ساخته می شوند. برآورد قیمت این مبدلهای گرمایی تأثیر بسزایی بر سود آوری پروﮊه های اصلاحی و طراحی پایه شبکه مبدلهای گرمایی دارد. همچنین پیش بینی قیمت خالص مبدل گرمایی با استفاده از روابط برآورد هزینه، امری کارآمد است.
در این پژوهش، روابط برآورد قیمت مبدل های گرمایی لوله و پوسته با جنس کربن استیل برای محدوده بیشینه فشار کارکرد لوله و پوسته بین ۲/۱ تا ۱۴بار به صورت تابعی از سطح انتقال حرارت با استفاده از قیمت های موجود در ایران بدست آمده و میزان خطای این روابط بررسی شده است. این روابط در دو دسته، جهت تخمین قیمت شبکه مبدل های گرمایی و قیمت خالص مبدل گرمایی بدست آمده اند. در نهایت با بکارگیری روابط در یک شبکه مبدل گرمایی صحت روابط، ارزیابی شده است.
۱- مقدمه
در مراحل اولیه پروﮊه های اصلاحی و طراحی از پایه شبکه مبدل های گرمایی، تخمین قیمت این مبدل های گرمایی جهت تصمیم گیری مناسب برای بهینه سازی و طراحی شبکه، بسیار حائز اهمیت است]۱.[ روشهای گوناگونی برای برآورد هزینه، استفاده می شود که متعاقبا نتایج مختلفی نیز از این روشها به دست میآید. هال٢ با بررسی نمودار های هزینه مطالعات صورت گرفته در سال ۲۸۹۱، روابطی برای هزینه ارائه کرد . وی روابطی را برای استخراج هزینه از روش پیوروهیت توسعه داد
در این روش، هزینههای خرید مبدل های گرمایی لوله و پوسته با استفاده از قالب کلی به صورتC=a+bAc محاسبه شده است. که هزینه خرید مبدل گرمایی C را به صورت تابعی از سطح انتقال حرارت A نشان می دهد. a،bو cنیز پارامتر های ثابت رابطه هستند]۴-۵.[ پارامتر a بیانگر هزینه های نصب مبدل گرمایی است و تا حدود زیادی به شرایط اجتماعی و اقتصادی وابسته است.
پارامترهای bوc نیز به بیشینه فشار کارکرد وجنس ساختار مبدل گرمایی وابستهاند]۶.[ این رابطه در اکثر نرم افزارهای طراحی شبکه مبدل های گرمایی با استفاده از فناوری پینچ نظیر Hint، Aspen Hx-Net و ... به عنوان یک ابزار پیش نیاز برای در نظر گرفتن مسائل اقتصادی شبکه، جهت یافتن بهترین حداقل اختلاف دما ΔTmin با بیشترین قابلیت بازیافت حرارتی بین جریان های مختلف سرد و گرم موجود در شبکه مبدل های گرمایی، به کار رفته است
به همین دلیل در این پژوهش با استفاده از داده های موجود در کشور روابط در قالب کلی رابطه هال بدست آمدهاند. در این پژوهش، روابط برای مبدل های گرمایی لوله و پوسته با صفحه نگهدارنده ثابت لوله هاو پوسته تک پاس با جنس ساختارکربن استیل درچهار محدوده بیشینه فشار کارکرد سمت لوله و پوسته بین ۲/۱ تا۱۴ بدست آمده است. بیشینه فشار کارکرد در مبدل های گرمایی لوله و پوسته، فشار نسبیای است که بر ضخامت پوسته، کلاهک عقبی، جلویی، صفحه نگهدارنده لوله ها و تعداد لوله ها تاثیر گذار است، و در نهایت باعث تغییر در قیمت نهایی مبدل گرمایی میشود
طبق استاندارد انجمن مهندسان آمریکا٤بیشینه فشار کارکرد باید به اندازه ای از فشار کارکرد بیشتر باشد تا مبدل گرمایی در شرایط بحرانی تر از حالت کارکردی اش طراحی شود]۹.[ روابط پیش بینی قیمت در محدوده های مختلف بیشینه فشار کارکرد، نتایج متفاوتی را نشان می دهد. شایان ذکر است که در این پژوهش روابط بدست آمده، در۲ دسته شامل تعیین قیمت خالص مبدل گرمایی و تعیین قیمت شبکه مبدلهای گرمایی می باشند. منظور از شبکه مبدل های گرمایی چیدمانی ازمجموعه مبدل های گرمایی است که با توجه به قوانین فناوری پینچ در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. قیمت یک مبدل گرمایی در داخل شبکه با قیمت همان مبدل گرمایی در خارج از شبکه بسیار متفاوت است.
۲- روش جمع آوری داده ها جهت تخمین قیمت خالص مبدل گرمایی
با توجه به اینکه جمع آوری اطلاعات اقتصادی و فهرست بها جهت فعالیت های تحقیقاتی در کشور کار چندان ساده ای نیست، داده های استفاده شده در این مقاله جهت بدست آوردن رابطه های تعیین قیمت مبدل های گرمایی لوله و پوسته، مدل سازی شده است. بدین صورت که پس از جمع آوری تعدادی از فهرست بها از حدود هفت کارخانه سازنده در کشور، اطلاعات فنی مربوط به این داده ها به طور همزمان در دو نرم افزار ذیل مورد تحلیل قرار گرفت.
۱- نرم افزار TASC که برای طراحی حرارتی، بررسی عملکرد و شبیه سازی مبدل های لوله و پوسته استفاده می شود.
۲- نرم افزار TEAMS که برای طراحی مکانیکی اجزاﺀ تشکیل دهنده مبدل های گرمایی لوله و پوسته بکار می رود. هر دو نرم افزار ذکر شده از زیر مجموعه های نرم افزار Aspen HTFSهستند.
در این بررسی با در نظر گرفتن اطلاعات ورودی شامل مشخصات فیزیکی، دمای ورودی و خروجی سیال سرد و گرم، فشار کارکرد ورودی سیال گرم وسرد، ظرفیت حرارتی مبدل گرمایی و... پارامتر های خروجی نظیر سطح انتقال حرارت لازم، تعداد بافل ها، محدوده فشار کارکرد خروجی، فشار طراحی سمت لوله و پوسته و... از نرم افزار تی ای اس سی وهمچنین با در نظر گرفتن اطلاعات ورودی شامل دما، فشار طراحی سمت لوله و پوسته، تعداد، طول و قطر لوله های کاربردی و نوع آرایش مبدل گرمایی به عنوان پارامترهای ورودی، پارامتر های خروجی نظیر وزن، اندازه و جزئیاتی از اجزاﺀ مختلف مبدل گرمایی از نرم افزار تیمز بدست آورده شد.
سپس نتایج حاصل از این بررسیها به عنوان پارامترهای موثر در قیمت نهایی استفاده شده است. لازم به ذکر است که در بررسی داده های حاصل از نرم افزارها مواردی شامل میزان لرزش مجاز، افت فشار، سرعت مجاز سیال ها و میزان خوردگی و جرم گرفتگی مجاز رعایت شد تا نتایج حاصل قابل اعتماد باشند. شایان ذکر است، مواردی شامل سه درصد مالیات بر ارزش افزوده و سود کارخانه سازنده، بر قیمت خام اضافه شده است. همچنین پس از پایان ساخت مبدل گرمایی هزینه های جانبی نظیر هزینه مواد سربار - موادی که در ساخت جنبه مصرفی دارند، مانند الکترود مصرفی در عملیات جوشکاری و ... - ، هزینه تست هیدرواستاتیک و نشتی مبدل گرمایی نیز وجود دارند.
امابه دلیل عدم وجود معیار مشخصی برای برآورد هزینه آنها، این موارد در میزان سود دریافتی کارخانه لحاظ شده اند. همچنین بررسی فهرست بهای کارخانجات سازنده، نشان می دهد که کارخانجات سود مشابهی را دریافت نمی دارند. به همین دلیل میانگینی از سودهای دریافتی توسط کارخانههای مورد نظر به عنوان سود ثابت به قیمت های تمام شده داده های کاربردی، جهت تخمین قیمت نهایی خرید، اضافه شده است. میزان سود اضافه شده به قیمت تمام شده، بیست و هفت درصد می باشد.
لازم به ذکر است که، روند ذکر شده برای مدل سازی داده ها تقریبی بوده و به عنوان روش پیشنهادی جهت شبیه سازی قیمت های واقعی موجود در بازار ایران با توجه به داده های در دسترس، ارائه شده است. در نهایت پس از جمع آوری فهرست قیمت خالص مبدل های گرمایی بر حسب سطح انتقال حرارت و استفاده از آنها به عنوان دادههای ورودی، با برازش نموداری با کمترین خطا نسبت به قیمت های واقعی، روابط مورد نظر به دست آورده شده است. قیمت خالص مبدل گرمایی شامل مجموع موارد ذکر شده و هزینه ساخت مبدل گرمایی است.
۲- ۱- نحوه تخمین هزینه های ساخت یک مبدل گرمایی
ساخت یک مبدل گرمایی لوله وپوسته دارای مراحل متعددی است، که هر کدام نیازمند تخصص و مهارت نیروی کار است. پس از آماده شدن نقشه های طراحی که توسط مهندس طراح کارخانه سازنده تهیه می شود، اقداماتی از جمله عملیات های سوراخ کاری، صافکاری، جوشکاری، چکش خواری، نصب سر جلویی و عقبی، نصب دسته لوله ها و... انجام می شود.
همچنین می توان به اقدامات بازرسی کیفیت توسط مهندس ناظر در حین ساخت مبدل گرمایی اشاره نمود. با توجه به مشاهدات صورت گرفته در برخی کارخانجات، معمولا در یک پروﮊه ساخت، یک نفر مهندس طراح فنی، یک نفر مهندس ناظر و حدود ۸۱ نفر کارگر و تکنسین شرکت دارند. بر طبق قانون وزارت کار در سال ۹۸۳۱]۰۱[، با توجه به حداقل حقوق پایه و با اضافه شدن حق پروال، حق خوار و بار، حق فرزند و ۳۲ درصد از پایه حقوق به ازای حق بیمه کارگر که باید توسط کارفرما پرداخت شود، حداقل دستمزد نیروی کار تعیین می شود.
در نهایت با توجه به مدرک تحصیلی نیروی کاری شرکت کننده در پروﮊه، سطوح حقوقی وی تعیین می شود که با توجه به اینکه معمولا سطوح حقوقی روند ثابت و یکسانی در همه کارخانه ها ندارند، در این پژوهش نیز با توجه به مشاهدات و به صورت تقریبی در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال حقوق مهندسین ناظر و طراح حدود ۵/۱ برابر حداقل حقوق یک کارگر در نظر گرفته شده است. در ساخت مبدل گرمایی لوله و پوسته با افزایش ابعاد و اندازه مبدل گرمایی، هزینه مواد اولیه افزایش و هزینه دستمزد نیروی کار به لحاظ کمتر شدن ظرافت در مراحل ساخت کاهش می یابد.
به عبارت دیگر معمولا مبدل های گرمایی با ابعاد پوسته بزرگتر، بر پایه قیمت بر مترمربع به صرفه ترند]۱۱.[ بنابراین با توجه به توضیحات مذکور رابطه ای بین سطح انتقال حرارت و هزینه نیروی کار وجود دارد. با توجه به فهرست بها و زمان تحویلی که از کارخانه های فعال در کشور جمع آوری شده است، معمولا برای تحویل هر مبدل گرمایی به مشتری، حدود ۰۱ الی ۵۱ روز کاری پس از تایید درخواست توسط مشتری و آماده شدن نقشه های طراحی زمان نیاز است.
