寿命周期成本分析

作者：M. F. Crawley和J. M. Bell

麦考勃工程有限公司 (美国) | www.macawber.com

麦克腾系统有限公司 (英国) | www.mactenn.com

概要:

分析经济资本项目购买决策的传统方法，通常涉及所安装系统的总采购成本的比较，以及设备运行成本的单独比较。有关运行成本的第二项单独成本比较涵盖了运行成本的所有方面，诸如设备运行的能源、运行劳动力、维护劳动力、更换部件以及与系统运行直接相关的其他消费品的成本。

这种方法向决策者提供了两项主要经济指标，而没有考虑到其他可能的与功能性和耐用性相关的设备未来性能的重要指标。在以强有力的财务管理为主导的机构里，能够做出正确项目采购决策的人很少被关注，对采购决策者来说这样的方法也许是可行的。然而，由于气力输送系统性能相关的条件特殊，采取更注重分析的方法进行经济性的比较将更为有效和恰当。名为寿命周期成本分析的这项技术方法提供了一套全面的经济成本指标，包括气力输送系统专有的成本创造特点。

气力输送系统

气力输送系统作为一项技术工艺，采用气流作为输送媒介，可将几乎任何类型的散装物料从一个或多个接收点输送或注入到一个或多个目的地。新型散装物料和生产或使用散装物料的新颖新工艺的出现，加上监督机关的鼓励，促成了气力输送设备应用的增长，从而创造更清洁的工作环境。

与大多数工艺一样，气力输送系统的设计也存在理念上的差异。这些差异的出现，部分是设计工程师的原因，也有成本节约为动机的原因。凭借其对该行业的熟知，工程师们也尝试取得与生产成本和运行成本相关的成本改善。

就概念而言，所有系统设计形式都是以压缩气体或负压气体作为输送媒介，通过管道输送散装物料。

输送媒介可以自由地与散装物料混合，物料颗粒得以悬浮在气体中沿管道输送，或者，散装物料可以完全密实，无需进行任何流化或与气体混合。

根据输送或注入系统的设计目标，在这些极端的输送形式之间，仍有可能采取形式多样的中间输送形式。

气力输送系统的设计者选择合适的气力输送形式，以经济的方式实现系统目标，同时兼顾散装物料特性可能施加的限制。

所输送物料的特性在选择输送形式的过程中扮演者非常重要的角色。若拿水泥粉末和潮湿的煤块做一比较，这将变得很容易理解。尽管两种物料都可以采用气力输送，然而水泥粉末所采取的气力输送形式很可能与为潮湿煤块所选定的输送形式有着极大的区别。

其原因涉及到散装物料的特性以及这些特性如何在气力输送过程中相互影响。例如，水泥粉末可能轻易流化并与空气混合。在高速输送时，水泥粉末不会因降级损害这种散装物料。

而在另一方面，潮湿的煤块(2" X 0)只有在严重降级物料直至极端损害煤产品的情况下才能得以流化。这些因素影响了对物料在管道中可能的流速的选择。

现在再考虑一下物料磨琢性的特征，仍拿潮湿煤块和水泥进行类似的比较。对于许多磨琢性极高的物料，如果用通常输送水泥粉末的高速进行输送，将快速磨耗管道和系统的其他部件。

除了散装物料对系统（a）影响的议题，以及我们已经讨论过的系统对物料的影响（b）的议题，还有一项输送过程中重要的成本产生因素。能耗显然是一项重要成本。

散装物料的速度和所选择的输送形式相关的因素直接影响到系统的耗气量。高速输送物料的系统的耗气量未必高于低速输送系统。一种特定输送形式的气源压力可能高于另一种输送形式。

需要的输送或注入距离将影响单位体积物料输送所需的气体体积。当然，对于气力注入系统，气体体积将受气力注入系统运行环境的背压影响。

为了给所有系统设计中存在的大量变化因素带来秩序，要求对任何气力输送形态应用成本创造因素的规范措施

因此，本文提供了针对气力输送系统概念的两项一般说明，并应理解如下：

(a) 稀相系统（通常在低压下运行）采用旋转阀或其他简单的锁气装置将物料引入系统。此类输送系统应用的压力低于1bar。

(b) 密相系统（通常在高压下运行）的输送用气压力要求使用压力容器作为将物料送入系统的方式。系统应用压力通常高于1bar。

寿命周期

设备的寿命周期可以认为是计划的经济寿命预期。依据管理方的成本分析目的，这个周期可以是2年、10年或20年。

寿命周期成本

寿命周期成本是通过分析已知或预计的系统成本得出的单项数据。这个单项数据成本可以表现为月度或年度，或与所执行工作相关的定期合计，也就是输送或注入每吨XX元。

(a) 生产成本;和

(b) 总运行成本

生产成本，或称为投资或投资性成本，是完善系统就位条件所需的购置成本。这项单一经济指标显而易见的缺点是忽略了设备的运行成本，对于气力输送系统这种情况，不同气力输送系统之间可能有极大的差别。此外，设计拙劣的气力输送系统的运行成本可能远远超过生产成本达很多倍。

运行成本

每项产生费用的项目都经过仔细检查，但首先概括如下:

1)能量消耗

2)管道磨损

3)维护

4)不定期的系统停机造成的生产损失

能量消耗

空气或其他气体的消耗是气力输送系统产生能源成本的主要因素。旋转阀或控制设备消耗的额外能量可以忽略。

管道磨损

物料输送速度是造成管道磨损的主要原因，这一事实已被广为接受。伦敦托马斯工学院的米尔斯（Mills）和梅森（Mason）以及印度技术研究所的Agarwal的研究（1）揭示了具体磨损和速度之间的关系：

具体磨损 = (速度系数) ^2.65

以量化的手段衡量，这表明，如果密相系统以150米/分钟的速度输送，稀相系统以1000米/分钟，那么采用稀相系统的管道磨损增加量将为:

(1000)2.65 或大约175倍!

(150)

因此低速密相系统可以更有效地减小管道磨损，通常应该始终用于磨琢性物料的输送。

维护

工程师需要与安装后设备系统“共处”，他们所做的设备选型不知道被财务驳回了多少次，而坚持要求购买“最低价”的设备。当工程师凌晨三点进行系统维护和检修的时候，那位财务通常是在家里睡觉。

这里的失败应归咎于工程师，他未能提出采购的总成本效应，即寿命周期成本分析的替代模式（因此有了这篇论文）。维护量大是错误采购最明显的表现，通常也是系统启动后最大的“意外”。

物料损失/破损

妥善管理的合同前测试将揭示易碎散装物料的最佳物料速度和输送形式。需要确信的是测试确实能够优化研究，测试设施并包括选定的系列系统，进行性能测试。 在不具备速度或流态控制的单一系统中进行的样品输送不能被称之为测试，而仅是一种演示，因此不是优化的方案。

不定期的系统停机造成的生产损失

 现实主义要求我们对系统运转不良所造成损失的允许值进行预测。将武断的估算应用于特定的系统设计是不合适的，此外，支持全面寿命周期成本分析的估算必须通过规范而且专业的途径来建立。

寿命周期成本分析和比较

系统样品估计：焦炭尺寸 – 6至10目 – 25吨/小时 – 150英尺，4 X 90^o弯头，单个接收料斗 – 物料干燥可自由流动。能源成本为5/千瓦每小时。

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成本构成               稀相流化    非流化     密相

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生产成本 (10年系统寿命) 4,500     6,500    8,000

产品损失 – 降级成本     80,000    50,000   20,000

能源成本                 5,700     5,000    4,500

管道更换成本            24,000     11,000   2,000

维护成本                11,000     6,000    1,500

不定期停机成本          12,000     5,000     1,000

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总年度成本           137,200      83,500         37,000

(年复一年)

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总寿命周期成本      1,372,000     835,000        370,000

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回顾

由于下述考虑事项，寿命周期成本分析的效用和价值对于气力输送系统方案的复审尤其重要。

(a)与任何其他形式的粉体物料输送相比，气力输送系统消耗大量昂贵的能源来实现输送功能。

(b)如果卖方不认同技术术语、性能计算或伦理行为的国际标准，则买方很容易被卖方的主张误导（参见附件I)。

(c)很多种气力输送设计都可以被证明“可用”，但是您可能没有没有得到足够信息来评定专业测试的经济价值。

结论

我国工业界内某些运营良好的国际竞争商已经采用寿命周期成本分析超过二十年了。这里我们所描述的逻辑支持他们长期而且更加保守的策略，这个策略是很成功的。

负责设备选型的工程师必须通过提出有意义的支持性数据理论来对选择标准有更好的控制。这项技术将支持他们的这一努力，并且但愿能够帮助他们对气力输送系统有更好的理解。

附件 I

输送设备制造商协会的气力输送部门正在通过努力建立气力输送系统的国家标准。更多细节请联系：输送设备制造商协会的Ray Lloyd先生，电话：(301) 738‑2448, 传真：(301) 738‑0076。

参考文献

1) 印度V.K. Agarwal,; 英国米尔斯（Mills）和梅森（Mason）,“气力输送系统管路中弯头磨损的一些表现”1985年10月。

2) J.S. Mason. "进入21世纪的气力输送", 1987年，英国托马斯工学院，散装物料输送组