Estimación de costos para intercambiadores de casco y tubos

Transcripción

1 Rev A Página 1 de 8 Estimación de costos para intercambiadores de casco y tubos Referencia: Estimating costs of shell and tubes heat exchangers, G.P. Purohit, Fluor Corp., Chemical Engineering, 32 de Agosto de Los costos de intercambiadores de casco y tubos varían según: - tipo TEMA de cabezales y cuerpo - diámetro de la coraza - longitud de tubos - diámetro de tubos - espesor de tubos - pitch de tubos - layout de tubos - número de pasos - condiciones de diseño - materiales de construcción Los intercambiadores con tubos de diámetros pequeños son los más comunes (3/4 o 1 ) y generalmente más económicos. Debido a que el pitch es al menos 1.25 x O.D. del tubo, los tubos de diámetros grandes proveen menor superficie de intercambio para igual diámetro de coraza. Los arreglos triangulares son más económicos que los arreglos cuadrados porque generalmente acomodan mayores superficies para un tamaño de coraza dado. A medida que el diámetro de la coraza se incrementa crece el costo del material pero decrece el costo por unidad de área de la mano de obra.

2 Rev A Página 2 de 8 Costo del Intercambiador Base Para realizar una estimación se relacionan todos los factores a un intercambiador base que se define a continuación: Parámetro Espesor de tubos 14 BWG Longitud de tubos 20 ft Número de pasos por tubos 1 o 2 Presión de diseño del lado coraza < 150 psig Presión de diseño del lado tubos < 150 psig Material de construcción Acero al carbono Intercambiador base El análisis de costos de equipos a principios de 1982 permitió la obtención de la siguiente ecuación para obtener el costo de un intercambiador base: US$ b 6.6 = 2 ft 1 e ( ) x p x f x r 7 Di Donde: Di (in) = diámetro interno de la coraza o diámetro del mazo para un reboiler tipo marmita. p = multiplicador de costo para diferentes diámetro externo de tubos, pitch y layout. 27 Multiplicador p O.D. x pitch Arreglo triangular Arreglo cuadrado 5/8 x 25/ No es común 3/4 x 15/ No es común 3/4 x /8 x 13/ No es común 1 x 11/ /4 x 1 9/ /4 x 1 37/ /2 x 1 7/ /2 x 1 57/ /4 x 1 3/ /4 x 1 13/ x 21/ x 2 17/ Para tubos, arreglos y pitch no contemplados en la tabla puede utilizarse la siguiente ecuación: 2 a p = 0.75 x pi x do pi = pitch a = 1 (arreglo triangular) y a = 0.85 (arreglo cuadrado) do = diámetro externo de tubo

3 Rev A Página 3 de 8 f = multiplicador de costo para diferentes tipos de cabezal anterior TEMA. Cabezal TEMA Multiplicador f A B 1.0 C D N 1.05 r = multiplicador de costo para diferentes tipos de cabezal posterior TEMA. Cabezal TEMA Multiplicador r S 1.0 M 0.80 L 0.83 N 0.85 U 0.90 T 1.05 P 1.04 W 1.02 Correcciones del costo Para intercambiadores con características diferentes a las del intercambiador base se deben efectuar correcciones a fin de obtener un precio representativo. El costo corregido (C) puede calcularse a partir del costo base (b) según: C US$ 2 [ US$ ] = b x( + Cs + Cx + C + C + C + C + Cm Cg) x A[ ft ] ft 2 1 L Ntp Ps Pt + Este costo es fob (free on board) en la fábrica del proveedor, los costos de entrega deben estimarse en función de la distancia hacia la planta (una estimación grosera sería aumentar el costo fob en un 1-4%). Corrección por tipo de coraza (Cs) Coraza TEMA Cs E 0 J 0 X 0 G H F K

4 Rev A Página 4 de 8 Corrección por junta de expansión (Cx) Corrección por longitud de tubos (C L ) ( ) L Di 12 C L = 1 x x 20 L 1 20 para L < 20 ft CL = 0 para L 20 ft Corrección por número de pasos por tubos (C Ntp ) C Ntp = ( Ntp 1) Ntp = número de pasos por tubos mayor que dos (para uno o dos pasos C Ntp =0) 100 Corrección por condiciones de diseño (C Ps y C Pt ) Para presiones de diseño del lado de coraza mayores a 150 psig: Pds C Ps = 1 x [ x ( Di )] X El término X es un factor de ajuste para presiones mayores a 2000 psig (ver gráfico). Para presiones de diseño menores a 2000 psig X=0.

5 Rev A Página 5 de 8 Para presiones de diseño del lado de tubos mayores a 150 psig: C Pt Pdt = x Di [ x ( 12) ] Corrección por material de construcción (Cm) Como puede observarse en la figura a continuación al incrementarse el diámetro de coraza, el costo de mano de obra por unidad de área decrece mientras que los costos de coraza, cabezales y placa porta tubos permanecen aproximadamente constantes (en 10%, 6% y 4% respectivamente) expresados en forma relativa al costo total del intercambiador base de acero al carbono.

6 Rev A Página 6 de 8 El costo de los tubos de acero al carbono como fracción del precio total del equipo puede ser calculado con la siguiente ecuación: do y = x( Di 12) x 2 ( 0.75 x pi x a) Entonces si se conocen las relaciones de costo para tubos, coraza, cabezales y placas porta tubos de acero al carbono puede calcularse un mayor costo si se utilizan otros materiales multiplicando por los costos relativos de esos otros materiales al acero al carbono. Cm = Cmt + Cms + Cmc + Cmts Cmt: corrección por material de los tubos Cmt = y x (M1 1) Cms: corrección por material de la coraza Cms = 0.1 x (M2 1) Cmc: corrección por material de los cabezales Cmc = 0.06 x (M2 1) Cmts: corrección por material de la placa porta tubos Cmc = 0.04 x (M2 1) Las relaciones de costos de varios materiales relativos al acero al carbono de tubos y chapas (M1 y M2 respectivamente) calculadas con los precios de comienzos de 1982 pueden observarse en la siguiente tabla.

7 Rev A Página 7 de 8 Material Soldados M1 Sin costura Acero al carbono Acero al carbono - Aleaciones ½ Mo Mo ½ Ni ½ Ni Ni 1Cu Acero al carbono Aleaciones Cromo Molibdeno 1Cr -1/2Mo No estándar Cr-1Mo No estándar Cr-1Mo No estándar 6.10 No estándar Aceros Inoxidables L L L Nickel Monel Inconel Incoloy Hastelloy B Titanium Grade Zirconium M2 Corrección por espesor de tubos (Cg) Para espesores diferentes a 14 BWG el factor de corrección de costo como fracción del precio base se puede calcular según: Cg = y * (g-1) El factor g puede obtenerse de la siguiente figura para espesores del tubo especificados como valores promedio o mínimos.

8 Rev A Página 8 de 8 Actualización de los costos El precio de un intercambiador estimado con este método puede ser escalado al precio de otra fecha posterior a enero de 1982 por medio de índices. Uno de los índices que aplican a intercambiadores de proceso es la componente de equipos fabricados del índice de costos de plantas de ingeniería química ( Chemical Engineering Plant Cost Index ). Otras posibilidades son los índices: Marshall & Swift Equipment Cost Index, Nelson Refinery Cost Index y U.S. Bureau of Labor Statistics General Purpose Machinery and Equipment Cost Index. El costo del intercambiador base corregido desde enero de 1982 a otra fecha puede obtenerse multiplicando el valor b por la relación de los índices de 1982 y el correspondiente a la otra fecha. A los fines de utilizar este método para un análisis estimativo de los costos relativos de diferentes intercambiadores posibles para un mismo servicio no será necesario escalar el precio al presente. Cabe mencionar que esto no es necesariamente correcto y que, bajo ninguna circunstancia, podrán considerarse reales los costos en US$ obtenidos.