Оценка жизненного цикла нержавеющей стали и углеродистой стали: сравнение общей стоимости за 50 лет

Нержавеющая стальна момент покупки почти всегда стоит дороже, чем углеродистая сталь -, часто в два-четыре раза дороже за килограмм. Если судить только по этому числу, углеродистая сталь выглядит экономичным выбором. Но покупная цена не является стоимостью жизненного цикла, и в течение 50-лет эксплуатации покрытия, проверки, простои и замены в середине срока службы, которые обычно требуются из углеродистой стали, могут полностью закрыть этот разрыв или обратить вспять его. В этом руководстве проводится структурированное сравнение стоимости жизненного цикла нержавеющей стали и углеродистой стали, показывая, где каждый материал выигрывает, в какой степени и при каких условиях действительно происходит пересечение.

Что такое анализ затрат жизненного цикла и почему он важен для выбора материала?

Анализ стоимости жизненного цикла (LCCA) суммирует все затраты, которые материал несет за полный срок службы - при первоначальной покупке, установке, техническом обслуживании, проверке, простое и возможной стоимости замены или восстановления -, а не только первоначальную цену покупки, и это имеет значение, поскольку решения по материалу, принимаемые только на основе первоначальных затрат, обычно недооценивают истинную 50-летнюю стоимость более дешевого варианта.

Заказ на поставку фиксирует ровно один момент в жизни структуры или системы: день ее покупки. Все, что происходит после - нанесения нового покрытия на корродирующий поручень, остановки технологической линии для замены проржавевшей катушки трубы, проверки резервуара на предмет потери секций - — это реальные затраты, которые при первом-сравнении затрат просто не учитываются. Анализ затрат жизненного цикла исправляет это путем суммирования всех затрат за определенный период анализа, обычно дисконтированных до текущей стоимости, чтобы затраты, понесенные через много лет в будущем, были соответствующим образом взвешены по сравнению с затратами, понесенными сегодня.

Для выбора материалов со сроком службы, измеряемым десятилетиями, - конструкционная сталь, технологические трубопроводы, резервуары для хранения, наружные компоненты зданий - горизонт в 50-лет является стандартным и оправданным периодом анализа, поскольку он охватывает несколько циклов технического обслуживания и по крайней мере один вероятный сценарий замены в середине-срока службы для варианта с более низким сроком службы.

Какова разница в первоначальных затратах между нержавеющей сталью и углеродистой сталью?

Нержавеющая сталь обычно стоит примерно в два-четыре раза дороже углеродистой стали за килограмм при первоначальной покупке, при этом точное кратное значение зависит от марки, рыночных надбавок на сплав и формы продукта, и этот первоначальный разрыв является самым большим и наиболее заметным показателем в любом сравнении -, и именно поэтому он доминирует в решениях о покупке, которые останавливаются на первой стоимости.

Ценовая премия в первую очередь обусловлена ​​содержанием легирующих элементов: добыча, очистка и обработка хрома, никеля и молибдена обходятся дороже, чем железо и углерод, из которых состоит простая углеродистая сталь, а их рыночные цены также могут быть более волатильными, добавляя дополнительный компонент, который колеблется в зависимости от мировых товарных рынков. Стандартные аустенитные марки (304/304L, 316/316L) обычно имеют более умеренную надбавку, чем дуплексные марки или марки с высоким-высоким содержанием никеля, поэтому выбор марки сам по себе является важным рычагом управления первоначальными затратами в рамках спецификации нержавеющей стали. Эта премия реальна, и ее никогда не следует сбрасывать со счетов - вопрос, на который отвечает анализ жизненного цикла, заключается не в том, существует ли премия, а в том, полностью или частично она компенсируется более низкими затратами в каждой категории, от установки до утилизации.

Как соотносятся затраты на техническое обслуживание и покрытие в течение 50-летнего срока службы?

Углеродистая сталь в большинстве наружных или агрессивных сред требует периодической защиты поверхности - покраски, гальванизации-или обновления покрытия - обычно каждые 8–15 лет, в то время как правильно выбранная нержавеющая сталь обычно вообще не требует ухода за поверхностью,-вызванной коррозией, что делает затраты на техническое обслуживание одним из самых больших совокупных разрывов между двумя материалами в течение нескольких-десятилетий.

Система покрытия из углеродистой стали не выходит из строя сразу; он постепенно разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения, истирания и химического воздействия, что требует проверки, точечного ремонта и, в конечном итоге, полного повторного покрытия, чтобы защитить основную сталь. В течение 50-летнего периода это обычно означает три-пять полных или частичных циклов перекрытия, каждый из которых включает подготовку поверхности (часто это самый крупный источник затрат, особенно в связи с удалением свинцовой-краски или трудным доступом), материалы и трудозатраты, которые повторяются независимо от того, насколько хорошо было нанесено исходное покрытие.

Коррозионная стойкость нержавеющей стали обусловлена ​​самовосстанавливающимся пассивным оксидным слоем, а не нанесенным покрытием, поэтому в большинстве сервисных сред она вообще не несет этой повторяющейся категории затрат; Вместо этого в его обслуживании необходимо перейти к механическому контролю и-проверке целостности сварных швов, что обычно менее затратно и менее часто, чем программа полного обновления покрытия.

Как влияют-простои, связанные с коррозией, и стоимость замены?

Простой и замена в середине-срока службы часто являются крупнейшими и наименее предсказуемыми категориями затрат в сравнении, поскольку незапланированный простой, вызванный коррозией, может стоить гораздо больше из-за простоев производства или сбоев в обслуживании, чем сам материал -, и этот риск асимметричен и непропорционально падает на углеродистую сталь в агрессивных средах.

Компонент из корродированной углеродистой стали обычно не сообщает заранее о своем выходе из строя; Потеря секций накапливается до тех пор, пока утечка, структурный дефект или результаты проверки не приведут к незапланированному ремонту или замене. В перерабатывающих отраслях стоимость самого простоя -, потери производства, оплаты труда в чрезвычайных ситуациях, ускоренного поиска материалов - часто значительно превышает прямые затраты на материалы и установку ремонта.

Это категория, в которой сравнение жизненного цикла наиболее резко отличается от простого сравнения цен на материалы: более высокая закупочная цена нержавеющей стали фактически обеспечивает меньшую вероятность этого дорогостоящего, разрушительного события, а в приложениях, где незапланированные простои обходятся чрезвычайно дорого - непрерывные технологические установки, критическая инфраструктура -, одно только снижение риска может оправдать надбавку за нержавеющую сталь даже до того, как будут рассмотрены другие категории затрат.

Какова общая стоимость владения: нержавеющая сталь или углеродистая сталь за 50 лет?

Если суммировать каждую категорию затрат - первоначальная стоимость, покрытие, осмотр, взвешенная по вероятности-замена и стоимость лома в конце--срока службы - за 50-летний период, общая стоимость владения нержавеющей сталью часто будет ниже или сопоставима с углеродистой сталью с покрытием в умеренной-- и сильной коррозионной среде, даже несмотря на то, что ее первоначальная стоимость остается значительно выше на всем протяжении.

В таблице ниже каждая категория затрат подробно описана:

Таблица 1. Сравнение категорий стоимости жизненного цикла, нержавеющая сталь и углеродистая сталь с покрытием, за 50-летний период анализа.

Наглядная сводка затрат за 50-лет, индексированная на первоначальную стоимость материала из углеродистой стали в качестве базового уровня в 100 единиц, показывает, как эти категории сочетаются:

Таблица 2. Иллюстративное сравнение индексированных затрат за 50-лет. Цифры представляют собой приблизительные значения для среды от -до-сильной агрессивной среды и предназначены для иллюстрации формы сравнения, а не служат оценкой для-конкретного проекта; Фактические цифры существенно различаются в зависимости от окружающей среды, выбора класса, рынка труда и масштаба проекта, и их следует рассчитывать с помощью LCCA для конкретного проекта.

Как серьезность окружающей среды и приложений меняет точку пересечения?

Окружающая среда является единственной крупнейшей переменной, влияющей на то, материализуется ли экономическое преимущество в течение жизненного цикла нержавеющей стали: в мягкой, сухой, хорошо-контролируемой среде переход может никогда не произойти в течение 50 лет, тогда как в морских, химических-процессах, условиях высокой-влажности или противообледенительной-соли переход может произойти задолго до 50-летней отметки.

Затраты на техническое обслуживание и замену углеродистой стали практически полностью зависят от скорости коррозии, которая сильно зависит от окружающей среды. - При использовании в сухих помещениях с контролируемым климатом,-скорость коррозии может быть настолько низкой, что одна система покрытия прослужит десятилетия с минимальной подкраской,-в то время как при использовании в прибрежных зонах, химикатах или противообледенительных солях-при применении в условиях эксплуатации в помещениях может произойти разрушение покрытия и потеря секций в течение нескольких лет без агрессивной программы технического обслуживания.

Вот почему сравнение стоимости жизненного цикла никогда не дает единого универсального ответа; это расчет, зависящий от-среды и приложения-. Практические диапазоны для оценки серьезности включают категорию атмосферного воздействия (сельская, городская, промышленная, морская), химическое воздействие (pH, содержание хлоридов, температура) и рабочий цикл (непрерывное увлажнение или прерывистое воздействие) -, все из которых изменяют как частоту обслуживания углеродистой стали, так и вероятность того, что незапланированная замена нержавеющей стали окажется ненужной.

Как конечная-жизнь-ценность влияет на общую стоимость?

Более высокая стоимость лома нержавеющей стали в конце срока службы обеспечивает большую компенсацию затрат, чем стоимость лома углеродистой стали, незначительно сокращая разрыв в чистых затратах жизненного цикла, поскольку лом нержавеющей стали сохраняет ценность за счет содержания хрома и никеля в отличие от лома простой углеродистой стали.

Оба материала подлежат вторичной переработке и оба имеют положительную стоимость лома, но лом нержавеющей стали имеет значительно более высокую цену за килограмм, поскольку переплавщики ценят восстанавливаемое содержание легирующих элементов, тогда как стоимость лома углеродистой стали отражает, прежде всего, содержание в нем железа. В перспективе 50-лет этот кредит-по окончании срока службы представляет собой относительно небольшую часть общей стоимости по сравнению с обслуживанием и простоем, но это реальный, направленно последовательный фактор, который благоприятствует нержавеющей стали и должен быть включен в модель затрат полного жизненного цикла, а не опущен для простоты.

Когда углеродистая сталь остается более экономичным выбором?

Углеродистая сталь остается более экономичным выбором в течение всего жизненного цикла для коротких расчетных сроков службы, мягких или хорошо контролируемых сред, а также для применений, где плановая замена уже запланирована по причинам, не связанным с коррозией, а также для случаев, когда надежное, хорошо-покрытие или программа цинкования действительно устойчивы в течение всего периода службы.

Жизненный цикл нержавеющей стали наиболее оптимален там, где высок риск коррозии, стоимость простоя или сложность доступа для обслуживания. - Это не универсальная рекомендация использовать нержавеющую сталь везде. Области применения с очень коротким расчетным сроком службы (временные конструкции, оборудование с запланированной технологической-заменой задолго до того, как коррозия станет предельной), благоприятные условия внутри помещений или с-контролируемым климатом, а также ситуации, когда доступ к техническому обслуживанию и бюджет на программу покрытия надежно доступны в течение всего срока службы — все это случаи, когда более низкие первоначальные затраты на углеродистую сталь могут считаться лучшим решением по совокупным-затратам даже на горизонте 50 лет. Цель концепции жизненного цикла состоит не в том, чтобы объявить один материал универсальным, а в том, чтобы сделать сравнение достаточно ясным, чтобы решение основывалось на общих затратах и ​​рисках, а не только на цене покупки.

Быстрые контрольные вопросы для выбора материала

• Какова реальная степень коррозии в рабочей среде и насколько достоверна эта классификация?
• Сколько на самом деле стоит незапланированный сбой или сбой в этом приложении - только прямой ремонт, а также потери производительности и риск безопасности?
• Существует ли надежный и финансируемый план по поддержанию системы покрытия в течение всего периода анализа, включая доступ для повторного нанесения покрытия?
• Каков фактически требуемый расчетный срок службы и превышает ли он точку, при которой покрытие или компонент из углеродистой стали, вероятно, потребуют серьезного вмешательства?

Часто задаваемые вопросы

Всегда ли нержавеющая сталь дешевле углеродистой стали в течение 50 лет?

Нет. Преимущество жизненного цикла во многом зависит от среды и приложения; в мягких,-контролируемых средах с устойчивой программой ухода за покрытием углеродистая сталь может оставаться вариантом с более низкими общими-затратами даже в течение 50 лет.

Чем анализ затрат жизненного цикла отличается от простого расчета окупаемости?

При расчете окупаемости обычно сравниваются два варианта и определяется точка пересечения совокупных затрат, в то время как полный расчет LCCA также учитывает временную стоимость денег (дисконтируя будущие затраты до текущей стоимости) и взвешенный по вероятности -риск таких событий, как незапланированный сбой, что дает более полную и надежную основу для сравнения.

Закрывает ли цинкование разницу в стоимости между углеродистой и нержавеющей сталью?

Гальванизация значительно увеличивает интервал-без технического обслуживания углеродистой стали по сравнению с использованием только краски и сокращает разрыв во многих средах, но она не эквивалентна нержавеющей стали в агрессивных химических средах или средах с высоким-хлоридом, где само цинковое покрытие изнашивается относительно быстро, поэтому сравнение все же следует проводить с учетом условий-, а не предполагать.

Какую ставку дисконтирования следует использовать при LCCA из нержавеющей или углеродистой стали?

Не существует универсальной фигуры; ставка дисконтирования должна отражать фактическую стоимость капитала владельца или ставку, указанную в соответствующих руководствах по государственным закупкам или инженерно-экономической политике, а окончательный рейтинг материалов должен быть проверен на чувствительность к разумному диапазону ставок дисконтирования, а не полагаться на одно предполагаемое значение.

Изменится ли 50-летнее сравнение никелевых сплавов со стандартными марками нержавеющей стали?

Да, - никелевые сплавы требуют более высокой первоначальной стоимости, чем стандартные аустенитные марки нержавеющей стали, поэтому их жизненный цикл зависит от еще более суровых условий эксплуатации (высокая-температура, высокая коррозия или условия с высоким-хлоридом), что оправдывает эту дополнительную надбавку за счет предотвращения сбоев и простоев.