سیستمهای تبرید آمونیاکی (قسمت اول)
مقدمه
این مقاله به بررسی جامع سیستمهای تبرید آمونیاکی بهعنوان یکی از پرکاربردترین و مؤثرترین فناوریهای سرمایشی در صنایع مختلف میپردازد. آمونیاک بهعنوان یک مبرد طبیعی با قابلیت انتقال حرارت بالا، راندمان انرژی مناسب و اثرات زیستمحیطی ناچیز، در مقایسه با سایر مبردها، مزایای قابلتوجهی دارد. با این حال، ویژگیهایی مانند سمیت و قابلیت اشتعال، لزوم رعایت دقیق استانداردهای ایمنی در طراحی، نصب و بهرهبرداری از این سیستمها را دوچندان میسازد.
در این ترجمه، اجزای اصلی سیستمهای تبرید آمونیاکی شامل کمپرسورها، کندانسورها، تبخیرکنندهها، تجهیزات کنترل و سیستمهای ایمنی بهتفصیل معرفی شدهاند. همچنین، نکاتی در خصوص نگهداری، تعمیرات پیشگیرانه، بهینهسازی مصرف انرژی و الزامات زیستمحیطی ارائه گردیده است. این مجموعه میتواند راهنمایی کاربردی برای مهندسان، تکنسینها و متخصصین صنعت تبرید باشد که به دنبال بهرهبرداری ایمن و کارآمد از سیستمهای آمونیاکی هستند.
سیستمهای تبرید آمونیاکی (R-717 )
که به صورت سفارشی طراحی و مهندسی می شوند، معمولا دارای شرایط طراحی ای هستند که دامنه گسترده ای از دماهای تبخیر و تقطیر را در بر میگیرند.
مثالهایی از این نوع سیستمها عبارتند از:
۱) یک کارخانه انجماد مواد غذایی که از ۱۰ تا ۴۵- درجه سانتیگراد کار میکند؛
۲) یک انبار شکلات که نیاز به دمای ۱۵ درجه سانتیگراد همراه با کنترل دقیق رطوبت دارد؛
۳) اتاق نگهداری گوشت گاو در دمای ۲- تا ۱- درجه سانتیگراد با رطوبت بالا؛
۴) یک انبار توزیع که نیاز به دماهای مختلف برای ذخیره یخکریم، مواد غذایی منجمد، گوشت و سبزیجات دارد و همچنین برای اسکلهها؛
۵) یک فرایند شیمیایی که به دماهای مختلف از ۱۵ تا ۵۰- درجه سانتیگراد نیاز دارد.
آمونیاک به عنوان مبرد انتخابی برای بسیاری از سیستمهای تبرید صنعتی شناخته میشود.
تاریخچه تبرید آمونیاک
آمونیاک اولین بار در سال ۱۸۲۳ سنتز شد و نخستین بار در سیستمهای جذب بخار برای تولید یخ بهوسیله فردیناند کاره، مهندس و مخترع فرانسوی، در سال ۱۸۵۸ بهعنوان مبرد مورد استفاده قرار گرفت (GPO 1893). دستگاه کاره از محلول آمونیاک آبی استفاده میکرد که آب بهعنوان جاذب و آمونیاک بهعنوان مبرد عمل میکرد. این نوع سیستم جذب بخار هنوز هم استفاده میشود.
استفاده از آمونیاک بهعنوان مبرد در سیستمهای تراکم بخار پس از آن انجام شد. دیوید بویل در سال ۱۸۷۳ یک کارخانه تولید یخ در جفرسون، تگزاس تأسیس کرد و از طراحی بهبود یافته کمپرسور استفاده کرد، و سپس شرکت Boyle Ice Machine Co. را در شیکاگو، ایلینوی در سال ۱۸۷۸ راهاندازی کرد (بالمر ۲۰۱۰؛ وولریچ و کلارک n.d.). با پشتیبانی مالی چندین کارخانه آبجوسازی، پروفسور کارل فون لیند از مونیخ، آلمان، ۳۰ دستگاه تولید یخ از طراحی خود را بین سالهای ۱۸۷۵ و ۱۸۸۱ ساخت (دینسر ۱۹۹۷؛ اشمیدت ۱۹۰۸).
اولین تولید تجاری آمونیاک سنتزی در سال ۱۹۱۳ آغاز شد (IIAR n.d.). تولید سالانه آمونیاک در سطح جهانی حدود ۱۳۵ میلیون تن متریک است که از این مقدار ۹.۴ میلیون تن در ایالات متحده در سال ۲۰۱۱ تولید شده است) USGS ۲۰۱۲ (.
بیش از ۸۰ درصد از آمونیاک تولید شده در کشاورزی بهعنوان کود شیمیایی استفاده میشود و کمتر از ۲ درصد آن بهعنوان مبرد بهکار میرود
)ASHRAE ۲۰۱۷ (.
از سه مبرد اولیه نسل اول که در دهه ۱۹۲۰ استفاده میشدند (یعنی آمونیاک (R-717 ) ، کلرو متان (R-۴۰ ) و دیاکسید گوگرد (R-۷۶۴ ))، تنها آمونیاک همچنان بهعنوان مبرد مورد استفاده قرار میگیرد. آمونیاک بهعنوان یک مبرد طبیعی شناخته میشود زیرا یک ترکیب طبیعی و رایج است و بهطور طبیعی به هیدروژن و نیتروژن تجزیه میشود.
آمونیاک بهعنوان مبرد برای سیستمهای تهویه مطبوع
در حال حاضر، علاقهمندی به استفاده از آمونیاک در سیستمهای تهویه مطبوع بهویژه به دلیل برنامههای فازبندی و افزایش هزینههای مبردهای کلروفلوئوروکربنی (CFC) و هیدروکلروفلوئوروکربنی (HCFC) افزایش یافته است. سیستمهای آمونیاک ثانویه که آب سرد یا مبرد ثانویه دیگری را گردش میدهند، بهعنوان یک جایگزین مناسب برای سیستمهای هالوکربن شناخته میشوند، اگرچه استفاده از آمونیاک برای سیستمهای تهویه مطبوع مستقیم (آمونیاک در کویلهای واحد هوا) مناسب نیست. واحدهای بستهبندیشده آمونیاک برای کاربردهای تهویه مطبوع در دسترس هستند. مانند هر سیستم تهویه مطبوع، تمام کدها، استانداردها و الزامات بیمه باید رعایت شوند.
۱. دستگاهها
۱.۱ کمپرسورها
کمپرسورهایی که برای کاربردهای تکمرحلهای و چندمرحلهای در دسترس هستند، عبارتند از:
• کمپرسورهای روتاری وان
• کمپرسورهای رفت و برگشتی
• کمپرسورهای روتاری اسکرو
کمپرسورهای روتاری وان معمولاً برای کاربردهای کمپرسور مرحله پایین (تقویتکننده) استفاده میشوند. کمپرسورهای رفت و برگشتی و اسکرو میتوانند بهعنوان دستگاههای تکمرحلهای، مرحله پایین (تقویتکننده) یا مرحله بالا استفاده شوند و همچنین میتوانند بهطور داخلی ترکیب شوند تا مراحل فشردهسازی مختلفی را در یک بدنه کمپرسور فراهم کنند.
کمپرسور رفت و برگشتی رایجترین نوع کمپرسور مورد استفاده در سیستمهای تکمرحلهای یا چندمرحلهای کوچک با توان کمتر از ۷۵ کیلووات است. کمپرسورهای اسکرو غالباً برای توانهای بالای ۷۵ کیلووات در سیستمهای تکمرحلهای و چندمرحلهای مورد استفاده قرار میگیرند. ترکیبهای مختلفی از کمپرسورها ممکن است در سیستمهای چندمرحلهای استفاده شوند. کمپرسورهای روتاری وان و اسکرو معمولاً برای مرحله فشار پایین استفاده میشوند، جایی که حجم زیادی از گاز باید جابجا شود. مرحله فشار بالا ممکن است یک کمپرسور رفت و برگشتی یا اسکرو باشد.
هنگام انتخاب یک کمپرسور، باید موارد زیر را در نظر گرفت:
• اندازه سیستم و نیازهای ظرفیت.
• مکان نصب، مانند نصب داخلی یا بیرونی، در سطح زمین یا روی سقف.
• صدای تجهیزات.
• عملکرد جزئی یا کامل.
• عملیات در زمستان و تابستان.
زمان کاهش دما برای کاهش دما به شرایط مطلوب برای عملیات اولیه یا عادی. دما باید بهطور مکرر برای برخی از کاربردها برای بار فرایند کاهش یابد، در حالی که یک انبار سرد بزرگ ممکن است تنها یکبار در طول عمر خود به کاهش دما نیاز داشته باشد.
خنکسازی روغن
زمانی که یک کمپرسور رفت و برگشتی نیاز به خنکسازی روغن دارد، معمولاً یک مبدل حرارتی خارجی با استفاده از مبرد یا خنککننده ثانویه اضافه میشود. خنکسازی روغن کمپرسور اسکرو بهطور کامل در بخش مربوط به کمپرسورهای اسکرو توضیح داده شده است.
درایوهای کمپرسور
انتخاب اندازه مناسب موتور الکتریکی برای سیستمهای چندمرحلهای با بار کاهش دما تعیین میشود. زمانی که سطح نهایی عملکرد مرحله پایین به۷۵- درجه سانتیگراد میرسد، بار کاهش دما ممکن است سه برابر بار عملیاتی باشد.
موتورهای کمپرسورهای مثبت جابجایی رفت و برگشتی معمولاً برای حدود ۱۵۰٪ از نیازهای توان عملیاتی برای بار ۱۰۰٪ انتخاب میشوند. مکانیزم تخلیه کمپرسور میتواند برای جلوگیری از اضافه بار موتور استفاده شود. موتورهای الکتریکی نباید تحت بار اضافی قرار گیرند، حتی زمانی که یک ضریب سرویس در نظر گرفته شده باشد. برای کاربردهای کمپرسورهای اسکرو، موتورها باید با افزودن ۱۰٪ به توان عملیاتی اندازهگیری شوند. کمپرسورهای اسکرو مکانیزمهای تخلیه داخلی دارند که از اضافه بار موتور جلوگیری میکنند. موتور نباید بیش از حد بزرگ انتخاب شود، زیرا موتور بزرگشده دارای ضریب توان پایینتر و کارایی کمتری در طراحی و بارهای کاهش یافته دارد.
کمپرسورهای بخار
توربینهای بخار یا موتورهای درونسوز گاز طبیعی، گازوئیل، پروپان یا بنزینی در مواقعی استفاده میشوند که دسترسی به برق وجود ندارد یا اگر منبع انرژی انتخابی ارزانتر باشد. گاهی اوقات آنها بهطور ترکیبی با برق برای کاهش تقاضاهای اوج مصرف استفاده میشوند. توان خروجی یک موتور در اندازه خاص میتواند بهطور قابل توجهی ۱۵٪ تغییر کند، بسته به سوخت انتخابشده.
توربینهای بخار برای درایوهای کمپرسورهای مبرد معمولاً محدود به نصبهای بسیار بزرگ هستند که در آنها بخار با فشار متوسط تا زیاد در دسترس است. در هر صورت، آنالیز پیچشی برای تعیین جفتی که باید برای خنثی کردن هرگونه نوسانات منتقلشده از کمپرسور استفاده شود، ضروری است.برای کارایی بهینه، یک توربین باید در سرعت بالایی کار کند که باید برای کمپرسورهای رفت و برگشتی و شاید اسکرو کاهش یابد. نه جعبه دنده و نه توربین نمیتوانند بهطور صحیح از پس بازگشت پیچشی از طرف کمپرسور برآیند، بنابراین آنالیز پیچشی و استفاده از جفتهای خاص ضروری است.
مزایای توربینها شامل کنترل ظرفیت با سرعت متغیر و هزینههای پایینتر عملیاتی و نگهداری است. معایب آنها شامل هزینههای اولیه بالاتر و ممکن است سطح بالای نویز باشد. شروع توربین باید بهصورت دستی انجام شود تا بدنه توربین بهآرامی به دما برسد و از ورود کندانس اضافی به داخل توربین جلوگیری شود.
انتخاب موتور درونسوز
موتورهای درونسوز در بعضی موارد میتوانند هزینههای عملیاتی را پایینتر از موتورهای الکتریکی نگه دارند. معایب آنها شامل (۱) هزینه بالاتر اولیه موتور، (۲) نیاز به کنترلهای اضافی ایمنی و شروع، (۳) سطح بالاتر نویز، (۴) نیاز به فضای بیشتر، (۵) آلودگی هوا، (۶) نیاز به دفع گرما، (۷) هزینههای بالاتر نگهداری، و (۸) سطح لرزش بیشتر نسبت به موتورهای الکتریکی است. یک آنالیز پیچشی باید انجام شود تا جفت صحیح برای استفاده از درایو موتور انتخاب شود.
کمپرسورهای رفت و برگشتی
لولهکشی
شکل ۱ یک آرایش معمولی لولهکشی برای دو کمپرسور که بهطور موازی از همان خط مکش عمل میکنند را نشان میدهد.
خطوط مکش باید بهگونهای طراحی شوند که تنها گاز خشک و تمیز به کمپرسور بازگردد. این معمولاً نیاز به یک تله مکش با اندازه مناسب برای جداسازی گاز و مایع بر اساس سرعتهای مجاز گاز در دماهای خاص دارد. یک تله انتهایی معمولاً تنها میتواند مقیاس و روغن را گیر بیندازد.
بهعنوان یک جایگزین، ممکن است یک انباشتگر پوسته و کویل با یک کویل مایع گرم در نظر گرفته شود. خطوط مکش که به و از تله یا انباشتگر میروند باید بهطور مناسب به طرف تله با زاویه ۱۰ میلیمتر در هر متر برای تخلیه مایع شیبدار باشند.
همچنین توصیه میشود که لولهکشی شاخهای کمپرسور مکش، بالای خط مرکزی خط مکش متصل شود.
انتخاب لولهکشی مکش و انشعابها
هنگام اندازهگیری لولهکشی مکش و انشعابها از لولههای اصلی به کمپرسورها، باید تأثیر افت فشار در لولهکشی انتخابشده بر اندازه کمپرسور مورد نظر در نظر گرفته شود. هزینههای اولیه و هزینههای عملیاتی برای کمپرسور و انتخاب لولهکشی باید بهطور بهینه انتخاب شوند.
یک سیستم لولهکشی مکش خوب باید افت اصطکاک کل حدود ۰.۵ تا ۱.۵ کیلوپاسکال معادل افت فشار داشته باشد. افتهای عملیاتی لولهکشی مکش نباید از ۰.۰۱ کیلوپاسکال معادل برای هر متر طول معادل بیشتر شود.
یک لولهکشی تخلیه طراحیشده خوب باید افت فشار کل حدود ۷ تا ۱۴ کیلوپاسکال داشته باشد. معمولاً، کمی بزرگتر بودن لولهکشی تخلیه مطلوب است تا فشار تخلیه را کاهش دهد و بهطور کلی دمای تخلیه و هزینههای انرژی را کاهش دهد. در صورت امکان، خطوط تخلیه باید با شیب (۱۰ میلیمتر در هر متر) به سمت کندانسور بدون ایجاد تله مایع طراحی شوند؛ در غیر این صورت، شیب باید به سمت جداکننده خط تخلیه باشد.سوئیچها و گیجهای فشار بالا و پایین و سوئیچهای خرابی فشار روغن باید در طرف کمپرسور از شیرهای توقف نصب شوند تا از کمپرسور محافظت کنند.
جداسازهای روغن
جداسازهای روغن در خط تخلیه هر کمپرسور قرار دارند (شکل ۱A). یک شیر شناور فشار بالا روغن را بهطور برگشتی به محفظه کمپرسور یا مخزن روغن تخلیه میکند. این جداساز میتواند از کمپرسور دور باشد، بنابراین هر لولهکشی اضافی میتواند برای خنکسازی گاز تخلیهشده قبل از ورود به جداساز استفاده شود. این باعث کاهش دمای بخار آمونیاک میشود و جداساز مؤثرتر عمل میکند. یک مبدل حرارتی گاز تخلیه نیز ممکن است برای خنکسازی گاز قبل از ورود به جداکننده روغن استفاده شود. روغن باید به محفظه کمپرسور نرسد. معمولاً یک شیر (ترجیحاً خودکار) در تخلیه از جداکننده روغن نصب میشود که تنها زمانی باز میشود که دمای پایینتر از دمای کندانسینگ در انتهای جداکننده باشد. برخی از تولیدکنندگان یک هیتر الکتریکی کوچک در انتهای تله عمودی روغن نصب میکنند. این هیتر زمانی که کمپرسور در حال کار نیست فعال میشود. جداکنندههای در معرض سرما باید عایقبندی شوند تا از کندانس شدن آمونیاک جلوگیری شود. تهویه گاز فشار بالا در جداکننده روغن به خط مکش یا محفظه کمپرسور نیز کمک میکند تا از کندانس شدن آمونیاک جلوگیری کند.
روغن باید به محفظه کمپرسور نرسد. معمولاً یک شیر (ترجیحاً خودکار) در تخلیه از جداکننده روغن نصب میشود که تنها زمانی باز میشود که دمای پایینتر از دمای کندانسینگ در انتهای جداکننده باشد. برخی از تولیدکنندگان یک هیتر الکتریکی کوچک در انتهای تله عمودی روغن نصب میکنند. این هیتر زمانی که کمپرسور در حال کار نیست فعال میشود. جداکنندههای در معرض سرما باید عایقبندی شوند تا از کندانس شدن آمونیاک جلوگیری شود. تهویه گاز فشار بالا در جداکننده روغن به خط مکش یا محفظه کمپرسور نیز کمک میکند تا از کندانس شدن آمونیاک جلوگیری کند.
مخازن روغن
شکل ۱B نشاندهنده دو کمپرسور است که روی یک خط مکش مشترک عمل میکنند و یک جداکننده روغن در خط تخلیه دارند. شناور جداساز روغن به مخزن روغن تخلیه میشود که یک منبع ذخیره روغن برای کمپرسورها فراهم میکند. کمپرسورها باید به شناورهای محفظه کمپرسور مجهز شوند تا جریان روغن به محفظه کمپرسور تنظیم شود.
شیرهای یکطرفه تخلیه و لولهکشی تخلیه
شیرهای یکطرفه تخلیه در سمت پاییندست هر جداساز روغن نصب میشوند تا از جریان گاز فشار بالا به کمپرسور غیرفعال و ایجاد کندانس جلوگیری کنند (شکل ۱A).
خط تخلیه از هر کمپرسور باید با زاویه حداکثر ۴۵ درجه در سطح افقی به خط تخلیه اصلی وارد شود تا جریان گاز بهطور روان انجام شود.
شروع بدون بار
شروع بدون بار اغلب برای باقی ماندن در محدودیتهای گشتاور یا جریان موتور ضروری است. اکثر کمپرسورها بدون بار میشوند یا با نگهداشتن دریچه مکش هر سیلندر باز یا با بایپس خارجی. کنترل میتواند بهصورت دستی یا خودکار باشد.
شروط برای کنترل گاز مکش
لولهکشی مکش باید عایقبندی شود و مجهز به یک مانع بخار برای کاهش تلفات حرارتی بهطور مؤثر، جلوگیری از تعرق و/یا یخ زدن لولهکشی و محدود کردن پیشگرمایش در کمپرسور باشد. پیشگرمای اضافی دماهای تخلیه را افزایش داده و ظرفیت کمپرسور را کاهش میدهد. دماهای تخلیه پایین در کارخانههای آمونیاک برای کاهش حمل روغن و زیرا روغن کمپرسور در دماهای بالاتر میتواند کربنیزه شود که منجر به خطخوردگی دیوار سیلندر و ایجاد لجن روغن در سراسر سیستم میشود. دماهای تخلیه بالاتر از ۱۲۰ درجه سانتیگراد باید در هر شرایطی اجتناب شود. روغنها باید نقطه اشتعال بالاتر از دمای حداکثر تخلیه کمپرسور مورد انتظار داشته باشند.
خنکسازی
بهطور کلی، کمپرسورهای آمونیاکی با گذراندن مایعات خنککننده از درون سیلندرها و/یا در داخل سرهای بالای کمپرسور ساخته میشوند. این کانالها فضای لازم را برای گردش یک محیط انتقال حرارت فراهم میکنند که از انتقال گرما از گاز داغ تخلیهشده به گاز مکش ورودی و روغن در محفظه کمپرسور جلوگیری میکند.
یک خنککننده روغن خارجی در اکثر کمپرسورهای رفت و برگشتی آمونیاک عرضه میشود. معمولاً آب بهعنوان محیط انتقال حرارت در این کانالها و خنککننده روغن با سرعت حدود ۲ میلیلیتر بر ثانیه برای هر کیلووات از تبرید در گردش است. دمای روغن در محفظه کمپرسور (بسته به نوع ساختار) حدود ۵۰ درجه سانتیگراد است. دماهای بالاتر از این سطح خواص روانکاری روغن را کاهش میدهند.
برای کمپرسورهایی که در محیطهایی با دمای بالاتر از ۰ درجه سانتیگراد کار میکنند، جریان آب کنترلشده توسط یک شیر سلونوئیدی در خط ورودی معمولاً برای اتوماتیک کردن سیستم و جلوگیری از کندانس شدن مبرد در بالای پیستونها مورد نیاز است.
وقتی کمپرسور متوقف میشود، جریان آب باید متوقف شود تا از کندانس شدن گاز باقیمانده جلوگیری شده و از هدر رفتن آب نیز جلوگیری شود. یک شیر تنظیمکننده آب، که در خط تأمین آب نصب میشود و حسگر آن در خط برگشتی آب قرار دارد، نیز توصیه میشود. این نوع خنکسازی در شکل ۲ نشان داده شده است.
ترموستات در خط آب خروجی از جاکت بهعنوان قطعکننده ایمنی برای توقف کمپرسور در صورت بالاتر رفتن دما عمل میکند.
برای کمپرسورهایی که در محیطهای با دمای زیر ۰ درجه سانتیگراد کار میکنند، روشی برای تخلیه جاکت در زمان خاموش شدن کمپرسور بهمنظور جلوگیری از یخزدگی باید فراهم شود.
یکی از روشها در شکل ۳ نشان داده شده است. جریان آب از طریق شیر ورودی که بهطور معمول بسته است، انجام میشود، که زمانی که کمپرسور شروع میشود، جریان آب از طریق خنککننده روغن و جاکت انجام میشود و سپس از طریق خط برگشتی آب خارج میشود. وقتی کمپرسور متوقف میشود، شیر ورودی آب سلونوئیدی غیرفعال میشود و جریان آب به کمپرسور متوقف میشود.
در همین زمان، شیر تخلیه خط برگشتی آب که بهطور معمول باز است غیرفعال میشود و تخلیه آب از پایینترین نقطه به تصفیهخانه فاضلاب انجام میشود. شیرهای چک در خطوط هوا وقتی که فشار تخلیه میشود باز میشوند و اجازه میدهند تا جاکت و خنککننده تخلیه شوند.
برای کمپرسورهایی که در فضاهای زیر ۰ درجه سانتیگراد قرار دارند یا جایی که کیفیت آب بسیار ضعیف است، بهترین روش برای خنکسازی استفاده از یک محلول ضدیخ گلیکولی یا سیال مناسب دیگر در جاکتها و خنککننده روغن و خنکسازی با یک مبدل حرارتی ثانویه است.
این روش برای خنکسازی کمپرسورهای رفت و برگشتی آمونیاک، رسوب روغن در خنککننده روغن و جاکتها را که معمولاً به دلیل آب شهری یا آب برج خنککننده یا سایر منابع آب به وجود میآید، از بین میبرد.
کمپرسورهای روتاری وان
(تقویتکنندههای مرحله پایین)
لولهکشی
کمپرسورهای روتاری وان بهطور گستردهای بهعنوان تقویتکنندههای مرحله پایین در سیستمهای تبرید آمونیاک استفاده شدهاند. اکنون، با این حال، کمپرسورهای اسکرو بیشتر بهعنوان کمپرسورهای مرحله پایین آمونیاک جایگزین کمپرسورهای روتاری وان شدهاند.
نیازهای لولهکشی برای کمپرسورهای روتاری وان مشابه کمپرسورهای رفت و برگشتی است. بیشتر کمپرسورهای روتاری وان با استفاده از تزریق روغن روانشدهاند، زیرا آنها فاقد محفظه روغن هستند. در برخی از طراحیها، یک جداساز روغن، مخزن روغن و خنککننده در تخلیه این کمپرسورها مورد نیاز است و یک پمپ روغن را برای گردش روغن به کمپرسور برای هر دو هدف خنکسازی و روانکاری فراهم میکند. در سایر طراحیهای کمپرسور روتاری وان، جداساز روغن تخلیه وجود ندارد و روغن در انباشتگر یا خنککننده مرحله بالا جمع میشود که میتواند تخلیه شود. روغن برای تزریقکنندهها باید بهطور دورهای به مخزن اضافه شود.
خنکسازی
جاکت کمپرسور با استفاده از یک سیال خنککننده مانند محلول آب/گلیکول یا روغن خنک میشود. روغن توصیه میشود، زیرا یخ نمیزند و میتواند هر دو هدف خنکسازی و روانکاری را انجام دهد (شکل ۴).
کمپرسورهای اسکرو
کمپرسورهای مارپیچی هلیکال انتخاب اول در بیشتر سیستمهای تبرید صنعتی هستند. تمام کمپرسورهای هلیکال اسکرو طراحی ثابتحجم (جابجایی) دارند. شاخص حجم (Vi) به نسبت حجم داخلی کمپرسور اشاره دارد (یعنی کاهش حجم گاز فشردهشده از مکش به تخلیه کمپرسور). کنترل ظرفیت با استفاده از یک شیر لغزشی، پورتهای بایپس یا با کنترل سرعت [درایو متغیر فرکانس (VFD)] انجام میشود. شیر لغزشی و پورتهای بایپس ظرفیت را با استفاده تنها از بخشی از مارپیچ برای فرآیند فشردهسازی کنترل میکنند.
برخی از کمپرسورها با Vi ثابت طراحی شدهاند. زمانی که Vi ثابت است، کمپرسور معمولاً در یک نسبت فشردهسازی خاص (CR) بهطور بهینه عمل میکند. در انتخاب یک کمپرسور با Vi ثابت، باید CR میانگین بهجای CR حداکثر در نظر گرفته شود. یک راهنما برای انتخاب کمپرسور مناسب براساس معادله Vi ^k = CR است که در آن k = 1.۴ برای آمونیاک. بهعنوان مثال، یک کمپرسور اسکرو که در فشار مکش ۲۶۵ کیلوپاسکال و فشار تخلیه ۱۳۵۰ کیلوپاسکال کار میکند، CR = ۵.۰۹ خواهد داشت.
بنابراین، Vi = ۳.۲ (Vi = CR1/k). بنابراین، کمپرسوری با Vi نزدیک به ۳.۲ بهترین انتخاب است. به دلیل اینکه شرایط محیطی در طول سال تغییر میکند، دمای کندانسینگ میانگین ممکن است ۲۴ درجه سانتیگراد باشد (۹۶۹ کیلوپاسکال).
با فشار تخلیه پایینتر، CR میانگین کمپرسور ۳.۶۵ است و Vi ایدهآل ۲.۵۲ خواهد بود. بنابراین، یک کمپرسور با Vi نزدیک به ۲.۵ انتخاب مناسب برای بهینهسازی کارایی است.
برخی از کمپرسورها دارای کنترل Vi متغیر هستند. این امر انتخاب کمپرسور را سادهتر میکند زیرا حجم داخلی میتواند برای شرایط عملیاتی مختلف تغییر کند. بنابراین، نسبت فشردهسازی خارجی میتواند بهطور خودکار با فشار خارجی مطابقت یابد.
معمولاً کمپرسورهای اسکرو با Vi متغیر میتوانند در محدوده ۲.۲ تا ۵.۰ Vi کنترل کنند. کمپرسورهای Vi متغیر در دامنه وسیعی از نسبتهای فشار سیستم برای بهبود کارایی مفید هستند زیرا فشارهای کندانسینگ تغییر میکنند.
لولهکشی
کمپرسورهای اسکرو روغنخورده رایجترین نوع کمپرسورهای اسکرو در تبرید هستند. این کمپرسورها که در اواخر دهه ۱۹۵۰ بهعنوان جایگزینی برای کمپرسورهای خشک با پروفیل روتور متقارن معرفی شدند، بهسرعت در بسیاری از کاربردهای معمولی کمپرسورهای رفت و برگشتی و کوچکترین کمپرسورهای گریز از مرکز پذیرفته شدند.
این کمپرسورها معمولاً روغن را با نرخ حجمی حدود ۰.۵٪ از حجم جابجایی به ناحیه فشردهسازی پمپاژ میکنند. بخشی از این روغن برای روانکاری یاتاقانها و مهر و مومها استفاده میشود. معمولاً روغنهای معدنی پارافینیک یا نفتنیک استفاده میشوند، اگرچه روغنهای مصنوعی در برخی از کاربردها بهطور فزایندهای استفاده میشوند.
روغن سه هدف اصلی دارد: مهر و موم کردن، خنکسازی و روانکاری. روغن تمایل دارد هرگونه مسیر نشت بین و اطراف مارپیچها را پر کند.
این کار باعث میشود که کارایی حجمی حتی در نسبتهای فشردهسازی بالا نیز خوب باشد. کارایی حجمی معمولاً بالاتر از ۸۵٪ است حتی زمانی که نسبت فشردهسازی ۲۵ باشد.
مهر و موم کردن روغن همچنین به حفظ کارایی حجمی خوب در سرعتهای عملیاتی کاهشیافته کمک میکند. عملکرد خنککنندگی روغن بیشتر گرمای فشردهسازی را از گاز به روغن منتقل کرده و دمای تخلیه معمولی را زیر ۹۰ درجه سانتیگراد نگه میدارد. این اجازه میدهد تا نسبتهای فشردهسازی بالا بدون خطر تجزیه روغن انجام شود. عملکرد روانکاری روغن از یاتاقانها، مهر و مومها و نواحی تماس مارپیچ محافظت میکند.
تزریق روغن به کمپرسور اسکرو معمولاً با یکی از دو روش زیر انجام میشود:
• یک پمپ روغن عمل کرده و فشار بیشتری نسبت به فشار تخلیه کمپرسور برای تزریق روغن ایجاد میکند. این پمپ ممکن است زمانی مورد نیاز باشد که کمپرسور با نسبت فشردهسازی پایین کار کند یا اگر طراحی یاتاقانهای کمپرسور نیاز به فشار روغن بیشتری نسبت به فشار تخلیه کمپرسور داشته باشد.
• عملیات بدون پمپ بستگی به فشار تفاوت بین فشار کمپرسور و فشار تخلیه کمپرسور بهعنوان نیروی محرک برای تزریق روغن دارد.
برخی از کمپرسورهای اسکرو ممکن است از ترکیب هر دو روش برای تزریق روغن استفاده کنند. پمپ ممکن است فقط برای مدت زمانی که نسبت فشردهسازی زیر یک مقدار تنظیمشده باشد، عمل کند. این گزینه بهطور شماتیک در شکل ۵ نشان داده شده است.
تزریق روغن نیاز به یک جداکننده روغن دارد تا روغن را از مبرد با فشار بالا جدا کند. جداکنندههای روغن برای برآورده کردن نیازهای نوع سیستم، مبرد و تجهیزات انتقال حرارت استفادهشده طراحی میشوند.
تجهیزات جداسازی مدرن معمولاً انتقال روغن به سیستم تبرید را به کمتر از ۵ میلیگرم در کیلوگرم مبرد محدود میکنند.زیرا روغن مقدار قابل توجهی از گرمای فشردهسازی را در عملیات روغنخورده جذب میکند، بنابراین باید برای حفظ دمای تخلیه پایین، خنکسازی روغن استفاده شود. روشهای معمول خنکسازی روغن عبارتند از:
• تزریق مایع مبرد به فرآیند فشردهسازی کمپرسور اسکرو. میزان مایع مبرد تزریقشده معمولاً با حسگر دمای تخلیه کمپرسور کنترل میشود. مایع مبرد با یک شیر انبساط حرارتی تنظیم میشود تا دمای تخلیه ثابت بماند. مقداری از مایع تزریقشده باروغن مخلوط میشود و حجم داخلی را برای گاز مکش به کمپرسور کاهش میدهد. بنابراین، ظرفیت کمپرسور کاهش مییابد.
علاوه بر این، مایع گرما را جذب کرده و به بخار تبدیل میشود که نیاز به قدرت اضافی برای فشردهسازی دارد. کمپرسورهای اسکرو معمولاً بهگونهای طراحی میشوند که پورتهای تزریق مایع تا حد امکان در مراحل پایانی فرآیند فشردهسازی قرار بگیرند تا ظرفیت و هزینههای قدرت کاهش یابد. تزریق مایع برای خنکسازی روغن بهطور شماتیک در شکل ۶ نشان داده شده است خنکسازی روغن با استفاده از مبدلهای حرارتی خارجی آب یا گلیکول نیز یک روش معمول برای خنکسازی روغن است. در این پیکربندی، گرما از روغن با استفاده از یک مبدل حرارتی روغن خارجی حذف میشود. آب خنککننده، برج خنککننده، مبدل خنککننده تبخیری جداگانه، گلیکول زیرزمینی و سایر منابع آب یا گلیکول برای گردش در مبدل حرارتی و حذف گرمای فشردهسازی استفاده میشود. یک شیر سهطرفه کنترل دمای روغن معمولاً در لولهکشی روغن کمپرسور برای کنترل دمای روغن استفاده میشود.
این روش خنکسازی روغن تأثیری بر کارایی یا ظرفیت کمپرسور ندارد. مبدل حرارتی خارجی برای خنکسازی روغن در شکل ۷ نشان داده شده است. خنکسازی روغن با استفاده از مبدل حرارتی مبرد خارجی (ترموسیفون) یکی دیگر از روشهای خنکسازی روغن است. در این پیکربندی، گرما از روغن با استفاده از مبدل حرارتی روغن خارجی و مبرد مایع با فشار بالا از سیستم حذف میشود.
این نوع خنکسازی روغن غیرمستقیم یا ترموسیفونی برای کمپرسورهای اسکرو مرحله پایین متداول است و بار خنکسازی روغن را به کندانسور یا سیستم خنککننده کمکی انتقال میدهد؛ این بار به کمپرسور مرحله بالا منتقل نمیشود، بنابراین کارایی سیستم بهبود مییابد. خنکسازی روغن بهصورت ترموسیفونی رایجترین روش خنکسازی روغن در تبرید است. در این سیستم، مایع مبرد با فشار بالا از کندانسور که در دمای طراحی (معمولاً ۳۲ تا ۳۵ درجه سانتیگراد) جوش میآید، روغن را در یک مبدل حرارتی خنک میکند. خنکسازی روغن ترموسیفونی نیز بهطور شماتیک در شکل ۷ نشان داده شده است. یک سیستم ترموسیفونی معمولی برای خنکسازی روغن با مبدلهای حرارتی متعدد در شکل ۸ نشان داده شده است. توجه داشته باشید که تأمین مایع مبرد به خنککننده روغن باید از تأمین مایع سیستم کمفشار اولویت داشته باشد. همچنین مهم است که لوله بازگشتی دو فازی از خنککننده روغن به مخزن ترموسیفونی بهدرستی اندازهگیری شود تا از گازگیر شدن مخزن جلوگیری شود. معمولاً، خط برگشتی دو فازی از خنککننده روغن باید بهطور شیبدار با ۲۰ میلیمتر در هر متر از مسیر جریان پایین باشد. خنکسازی روغن با استفاده از مبدل حرارتی مبرد خارجی (ترموسیفون) یکی دیگر از روشهای خنکسازی روغن است. در این پیکربندی، گرما از روغن با استفاده از مبدل حرارتی روغن خارجی و مبرد مایع با فشار بالا از سیستم حذف میشود.
در تمامی سیستمهای تبرید، کندانسور در سیستم آمونیاک گرمای جذبشده در تبخیرکننده و همچنین گرمای اضافی وارد شده از فرایند فشردهسازی و سایر ورودیهای متفرقه را به محیط خارج میفرستد. این دفع معمولاً به محیط اطراف انجام میشود، اما میتواند به منابع آب (با رعایت محدودیتهای زیستمحیطی محلی) نیز انجام گیرد. رایجترین نوع کندانسور، کندانسور تبخیری است که از یک سیمپیچ سطحی اولیه استفاده میکند و جریانهای هوا و آب از روی آن عبور میکنند. یک نوع تغییر یافته از این کندانسور، هوای ورودی را قبل از عبور از سیمپیچ خنک میکند که این باعث کاهش جریان آب میشود. همچنین، مبدلهای حرارتی مانند انواع لولهوپوسته یا صفحات نیز استفاده شدهاند؛ این مبدلها معمولاً به برج خنککننده نیاز دارند تا آب را به مبدلهای حرارتی تأمین کند. آنها میتوانند گرمای سیستم تبرید را به سایر فرآیندهای کارخانه که به یک منبع گرمایی با دمای نسبتاً پایین (۲۴ تا ۸۲ درجه سانتیگراد) نیاز دارند، مانند پیشگرمایش آب دیگ بخار یا گرمایش آب برای فرآیندها و تمیزکاری، منتقل کنند. کندانسورهای هوایی در مناطقی که آب کمیاب و یا هزینه آن بالا است، میتوانند استفاده شوند، اما این نوع کندانسور تنها قادر به خنکسازی محسوس است و طراحی سیستم تبرید باید برای فشارهای تخلیه بالاتر در این سیستمها در نظر گرفته شود.
انتخاب کندانسورها
کندانسورها اغلب بر اساس دفع کل گرمایی که در بار تبریدی حداکثر سیستم در هنگام عملکرد عادی باید از سیستم خارج کنند، انتخاب میشوند. اما این انتخاب فرض میکند که عملیات سیستم در حالت ایستا انجام میشود، که در بیشتر کارخانههای تبرید یافت میشود. نصبهایی که راهاندازی فصلی دارند یا عملیات متناوب انجام میدهند، باید برای بارهای کاهش دما نیز بهگونهای طراحی شوند، زیرا گرمای دفعشده در زمان شروع بار کاهش ممکن است چندین برابر میزان دفعشده در شرایط عادی باشد. تخلیه کمپرسور یا محدود کردن ظرفیت مکش میتواند برای محدود کردن حداکثر میزان گرمای دفعشده در طول بار کاهش استفاده شود. اگر کندانسور برای شرایط بار کاهش اندازهگیری نشود و ظرفیت کمپرسور نتواند در این مدت محدود شود، فشار کندانسور ممکن است آنقدر افزایش یابد که سیستم را خاموش کند.
لولهکشی کندانسور و مخزن
مهم است که مایع متراکمشده بهطور مداوم از کندانسور تخلیه شود تا سطح انتقال حرارت کندانسور برای دریافت بخار جدید آزاد باقی بماند. لولهکشی طراحیشده بهدرستی در اطراف کندانسورها و مخازن، سطح انتقال حرارت کندانسور را در بالاترین کارایی نگه میدارد زیرا مایع آمونیاک به محض کندانس شدن از کندانسور تخلیه میشود و هوای غیرمبرد و سایر گازهای غیرمبرد از سیستم تخلیه میشود.
کندانسور لولهوپوسته افقی و مخزن از نوع ورودی بالا
شکل ۹ یک کندانسور آبخنک افقی را نشان میدهد که بهطور معمول از طریق مخزن ورودی بالای کندانسور تخلیه میشود. معمولاً در کارخانههای آمونیاک نیازی به تنظیم جریان آب برای حفظ فشار ندارد. معمولاً فشار برای انتقال آمونیاک به تبخیرکنندهها به اندازه کافی در دسترس است بدون اینکه نیاز به تنظیم جریان آب باشد. هر وضعیت باید با مقایسه هزینههای آب با صرفهجویی در مصرف انرژی برق در فشارهای کندانسینگ پایینتر ارزیابی شود.لولهکشی آب باید بهگونهای طراحی شود که لولههای کندانسور همیشه پر از آب باشند. باید دریچههای هوا در سرهای کندانسور قرار داده شوند و این دریچهها باید دارای شیرهای دستی برای تخلیه هوا باشند.مخازن باید پایینتر از کندانسور قرار گیرند تا سطح انتقال حرارت کندانسور توسط آمونیاک غرق نشود. لولهکشی باید بهگونهای طراحی شود که (۱) تخلیه مایع از کندانسور بهطور آزاد انجام گیرد و (۲) ارتفاع آمونیاک بالاتر از اولین شیر خارج از کندانسور بیشتر از افت فشار از طریق شیر باشد.
کندانسور تبخیری
کندانسورهای تبخیری معمولاً بر اساس فشار کندانسینگ حداکثری و دمای مرطوب طراحیشده در محل نصب انتخاب میشوند. دمای مرطوب طراحی ۱٪ دما است که در آن بهطور متوسط در سال ۱٪ یا بیشتر از زمان معادل میشود، یعنی حدود ۸۷.۶ ساعت. فشار کندانسینگ حاصل تنها ۱.۰٪ از زمان در شرایط طراحی برابر یا بالاتر از وضعیت طراحی خواهد بود، اگر دمای مرطوب طراحی و بار تبریدی اوج به طور همزمان اتفاق بیفتند. این وضعیت به اندازه کندانسور بستگی کمتری دارد و بیشتر به نحوه محاسبه بار، عامل تنوع بار یا استفاده از ضریب ایمنی در محاسبات بستگی دارد.
محل نصب
اگر کندانسور تبخیری در فضایی با فضای ناکافی برای حرکت هوا نصب شود، اثر آن تقریباً مشابه با ایجاد دمپر ورودی است، و فن ممکن است نتواند حجم هوای کافی را تأمین کند. چنین مکانی ممکن است احتمال بازگشت هوای خروجی کندانسور به داخل ورودی فن را افزایش دهد، که باعث کاهش ظرفیت کندانسور میشود، زیرا هوای بازگشتی دمای مرطوب بالاتری خواهد داشت.
برای کندانسورهای نوع پیشکشنده، سرعت بالای ورودی باعث ایجاد منطقه فشار پایین در اطراف ورودی فن میشود و باعث میشود که جریان هوای تخلیه به این منطقه وارد شود.
بخش تخلیه هوا
(Discharge Section) کندانسور
بخش تخلیه هوای کندانسورهمیشه باید بالاتر از هر سازه مجاور قرار گیرد تا از ایجاد جریانهای برگشتی (downdraft) که ممکن است موجب بازگشت هوا (recirculation) شوند جلوگیری گردد.
اگر این کار عملی نباشد، میتوان از هودهای تخلیه برای خروج هوا در فاصلهای دورتر از ورودی فنها استفاده کرد تا بازگشت هوا رخ ندهد.با این حال، فشار استاتیکی اضافی ناشی از هود تخلیه باید به سیستم فن افزوده شود. سرعت فن را میتوان کمی افزایش داد تا حجم هوای مناسب تأمین گردد.
حفاظت در برابر یخزدگی
در مناطقی که دمای محیط کمتر از °C0 است، آب موجود در تشت تخلیه کندانسور تبخیری و مدار آب باید از یخزدگی محافظت شود.وقتی دما در حد صفر یا پایینتر باشد، کندانسور تبخیری میتواند بهصورت یک واحد کویل خشک عمل کند و همچنان فشارهای تقطیر قابل قبولی را حفظ نماید.
در برخی موارد (بسته به شرایط آبوهوا، بارها و ظرفیت کندانسور)، ممکن است پمپ(ها)ی آب و لولهکشی برای فصل تخلیه و ایمن شوند.روش دیگر برای جلوگیری از یخزدگی این است که آب موجود در مخزن کندانسور به یک مخزن آب داخلی منتقل شود (مطابق شکل ۱۰).
هنگامی که دمای بیرونی کاهش مییابد، فشار تقطیر افت میکند و یک کلید فشاری با المان حسگر در خط فشار تخلیه، پمپ آب را متوقف میکند؛ سپس آب به داخل مخزن تخلیه میشود.روش جایگزین استفاده از ترموستاتی است که دمای آب یا دمای محیط بیرونی را حس کند و در دماهای پایین پمپ را خاموش کند. لولهکشیهای در معرض هوا و هر هدر آب گیر افتاده در کندانسور تبخیری باید به مخزن داخلی تخلیه شود.
کنترل ظرفیت جریان هوا
روشهای کنترل ظرفیت جریان هوا شامل سیکلکردن فن در پاسخ به کنترلهای فشار، و نیز استفاده از موتورهای فن دوسرعته یا مجهز به درایو فرکانس متغیر (VFD) است.
نصب برای یک سیستم تبرید نسبتاً وچک، یک کندانسور تبخیری منفرد همراه با گیرنده نوع عبوری (ورودی از بالا) میتواند همانند شکل ۱۱ متصل گردد. گیرنده باید همیشه در همان فشار تقطیر کندانسور قرار داشته باشد تا مایع آمونیاک تقطیرشده بتواند بهصورت ثقلی از بسته لولههای کندانسور خارج شود.این کار با قرار دادن گیرنده در زیر ارتفاع خروجیهای کندانسور تبخیری، برابرسازی فشار گیرنده با لولهکشی ورودی کندانسور، و اطمینان از اینکه سرعت خط تخلیه کندانسور برای جریان ثقلی مناسب است (یعنی تنها تا حدی از مایع پر باشد) محقق میشود.
برای یک مدار تککندانسور، این امر با برابرسازی از طریق خط تخلیه کندانسور و محدودکردن سرعت به ۰.۵ متر بر ثانیه بهدست میآید.
تلههای مایع (Liquid Traps)
برای گیرنده نوع عبوری (ورودی از بالا)، زمانی که دو یا چند کندانسور یا کویل کندانسور نصب شده باشند، وجود تلههای مایع در خروجیها ضروری است تا تغییرات افت فشار در هر مدار کندانسور مانع تخلیه پیوسته مایع از کندانسور نشود (شکل ۱۲).
یک خط همفشار (equalizer) نیز برای تضمین تخلیه آزاد از کندانسورها لازم است، زیرا فشار گیرنده و کندانسورها باید برابر نگه داشته شود. برای مثال، افت فشاری معادل ۱۰ کیلوپاسکال در کندانسور فعال در شکل ۱۲ فشار کمتری (۱۲۹۰ کیلوپاسکال) در خروجی آن نسبت به کندانسور غیرفعال (۱۳۰۰ کیلوپاسکال) و گیرنده (۱۳۰۰ کیلوپاسکال) ایجاد میکند. تله یک آببندی مایع ایجاد میکند تا ارتفاع h مایع به اندازه ۱۷۰۰ میلیمتر (معادل ۱۰ کیلوپاسکال) در لوله تخلیه عمودی هر کندانسور شکل گیرد، نه در کویل کندانسور.
تله باید ارتفاع کافی بالای ستون مایع عمودی داشته باشد تا معادل بیشترین افت فشار ممکن در کندانسور باشد.این مثال حالت شدید یک واحد روشن و دیگری خاموش را نشان میدهد؛ اما همین پدیده در مقیاس کمتر هنگام عملکرد همزمان دو کندانسور با افت فشار متفاوت رخ میدهد.
تفاوت قابل توجه در افت فشار میتواند حتی بین دو برند مختلف از کندانسورهای همسایز یا دو مدل متفاوت از یک سازنده واحد دیده شود.حداقل ارتفاع توصیهشده برای ستون عمودی مایع در سیستمهای آمونیاکی ۱۵۰۰ میلیمتر است. این ارتفاع h در همه دیاگرامهای لولهکشی کندانسورهای تبخیری نشان داده میشود. این مقدار برای عملکرد در محدودههای معقول پیرامون شرایط طراحی نرمال مناسب است و بر اساس بیشینه افت فشار تقطیر کویل تعیین شده است.اگر شیرهای سرویس در ورودی و/یا خروجی کویلها نصب شده باشند، افت فشار ناشی از این شیرها باید در محاسبه در نظر گرفته شود و حداقل ارتفاع ۱۵۰۰ میلیمتر به اندازه معادل افت فشار شیر به ارتفاع مایع مبرد افزایش یابد (شکل ۱۳).
گازهای غیرقابلتقطیر (Noncondensables)
گازهای غیرقابلتقطیر میتوانند در یک سیستم تبرید آمونیاکی بهدلیل تخلیه ناقص، تجزیه شیمیایی سیال، یا ورود هوا به بخشهایی از سیستم که در فشار کمتر از اتمسفر کار میکنند، تجمع یابند.
این گازها همراه با مبرد وارد کندانسور میشوند اما تقطیر نمیشوند و نمیتوانند از طریق تلههای خروجی پر از مایع عبور کنند.مگر اینکه این گازها از مدار کندانسور تخلیه شوند، آنها سطح انتقال حرارت را میپوشانند و توانایی کندانسور را کاهش میدهند.
عملیات تخلیه (Purging) توسط تجهیزات اختصاصی که از طریق شیرهای برقی به نقاط بالای هر خروجی کندانسور متصل میشوند انجام میگیرد.
ضروری است که هر شیر برقی بهصورت جداگانه فعال شود، نه همزمان با شیر برقی تخلیه کندانسور دیگر؛ زیرا این کار موجب اتصال خروجی کندانسورها و دور زدن تلهها خواهد شد.
شکلهای ۱۴، ۱۵ و ۱۶ آرایشهای مختلف لولهکشی برای کندانسورهای تبخیری را نشان میدهند.
در واحدهای آمونیاکی، همیشه نیازی به کنترل جریان آب برای حفظ فشار وجود ندارد. معمولاً فشار بهاندازهای است که آمونیاک را بدون تنظیم جریان آب به سمت تبخیرکنندهها هدایت کند.
هر موقعیت باید با مقایسه هزینه آب و صرفهجویی انرژی ناشی از فشار کندانسور پایینتر ارزیابی شود.
لولهکشی آب باید بهگونهای طراحی شود که لولههای کندانسور همواره پر از آب باشند. دریچههای هوا باید روی سرهای کندانسور تعبیه شوند و دارای شیر دستی برای تخلیه هوا باشند
گیرندهها باید پایینتر از کندانسور قرار گیرند تا سطح تقطیر با آمونیاک پر نشود.
لولهکشی باید (۱) تخلیه آزاد از کندانسور و (۲) ارتفاع استاتیکی آمونیاک بالای اولین شیر خروجی از کندانسور که بزرگتر از افت فشار درون شیر است را تأمین کند.خط تخلیه از کندانسور به گیرنده بر اساس حداکثر سرعت ۰.۵ متر بر ثانیه طراحی میشود تا امکان همفشاری بین کندانسور و گیرنده فراهم شود (به جدول ۲ برای معیارهای سایزینگ مراجعه کنید).
کندانسورهای پوسته و لوله افقی موازی
شکل ۱۷ دو کندانسور را نشان میدهد که بهصورت موازی با یک گیرنده نوع عبوری (ورودی از بالا) کار میکنند. طول خطوط افقی تخلیه مایع به گیرنده باید به حداقل برسد و هیچ تلهای مجاز نیست. پوستهها با پایین نگه داشتن سرعت مایع در خط تخلیه به کمتر از ۰.۵ متر بر ثانیه همفشار میشوند. خط تخلیه را میتوان بر اساس جدول ۲ سایز کرد.
کندانسورهای هواخنک (Air-Cooled Condensers)
این نوع کندانسور کمتر از نوع تبخیری رایج است، اما با افزایش هزینههای آب، مواد شیمیایی و فاضلاب، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است.
از آنجا که تجهیزات هواخنک بر اساس انتقال حرارت محسوس کار میکنند و اختلاف دما بین دمای خشک محیط و دمای تقطیر بهندرت کمتر از ۱۱ کلوین است، افزایش دمای تقطیر و توان مصرفی کمپرسور باید در فرآیند انتخاب در نظر گرفته شود.آرایش لولهکشی و مسیر جریان هوا مشابه کندانسورهای تبخیری است، اما ضروری است که لولههای تقطیر هواخنک بهطور تراز نصب شوند تا تخلیه مایع بهدرستی انجام گیرد.سطح انتقال حرارت ثانویه از نوع صفحهای یا پره مارپیچی معمول است و فاصله پرهها معمولاً بین ۱.۷ تا ۳.۲ میلیمتر است.
جریان هوا بهصورت دمشی (blow-through) یا مکشی (draw-through)،
آلایندههای موجود در هوا را بین پرهها رسوب میدهد و معمولاً نیاز به شستشوی ماهیانه دارد. برای نمونهای از این آرایش، به شکل 7 در فصل 39 کتابچه ASHRAE 2016 سیستمها و تجهیزات HVAC مراجعه کنید.
کندانسور با فن مکشی
کندانسور با فن مکشی، که بهعنوان کندانسورهای دمشی یا کششی شناخته میشوند، بهویژه در مناطق با فضای محدود یا در مناطقی که نیاز به کنترل دقیق جریان هوا دارند، کاربرد دارند. این کندانسورها ممکن است مشکل بازگشت هوای تخلیه را که باعث کاهش ظرفیت کندانسور میشود، نداشته باشند.
با این حال، حتی در کندانسورها با فن مکشی، اگر فاصله کافی بین کندانسورها وجود نداشته باشد، ممکن است بازگشت هوا اتفاق بیفتد و این میتواند تأثیرات مشابهی با کندانسورها با فن مکشی ایجاد کند.
طراحی لولهکشی و اندازهگیری کندانسور
اگر یک کندانسور تبخیری در جایی نصب شود که فضای کافی برای جریان هوا وجود ندارد، این وضعیت میتواند همان اثر را مانند زمانی که یک دمپر ورودی استفاده میشود ایجاد کند و فن ممکن است نتواند هوای کافی را بهطور مؤثر تأمین کند.چنین جایی همچنین میتواند احتمال بازگشت هوای تخلیهشده از کندانسور را به ورودی فن افزایش دهد که باعث کاهش ظرفیت کندانسور میشود. این وضعیت همچنین میتواند باعث کاهش بهرهوری سیستم گردد زیرا هوای بازگشتی دمای مرطوب بالاتری دارد.
فنها و دمای محیط
فنها باید بهگونهای نصب شوند که بالاتر از هر ساختار مجاور قرار داشته باشند تا از وقوع جریان برگشتی هوای تخلیهشده جلوگیری کنند. اگر این کار ممکن نباشد، میتوان از کاورهای تخلیه استفاده کرد که هوای تخلیه را بهطور مؤثر از ورودی فنها دور کند تا از وقوع بازگشت هوا جلوگیری شود. با این حال، اضافهکردن این کاورها به سیستم، فشار استاتیک اضافی به سیستم وارد میکند و باید این فشار اضافی بهعنوان بخشی از طراحی سیستم در نظر گرفته شود. افزایش سرعت فنها میتواند به میزان کمی برای جبران فشار استاتیک اضافی استفاده شود.
نصب کندانسور در فصول سرد
در مناطقی که دمای محیط به
زیر ۰ درجه سانتیگراد میرسد، باید تدابیر خاصی برای جلوگیری از یخزدگی در کندانسورهای تبخیری اتخاذ شود.
یکی از روشها، استفاده از یک تانک آب داخلی در شرایط سرد است که آب کندانسور بهطور موقت به داخل تانک تخلیه میشود تا از یخزدگی جلوگیری شود.
همچنین یک سوئیچ فشار در خط تخلیه قرار داده میشود که در صورت رسیدن به دمای پایینتر از حد معین، سیستم پمپ آب را متوقف میکند و آب به داخل تانک منتقل میشود.
کندانسورهای لولهوپوسته
کندانسورهای لولهوپوسته معمولاً در سیستمهایی استفاده میشوند که از آب بهعنوان مایع خنککننده برای دفع گرما استفاده میکنند. این نوع کندانسورهای لولهوپوسته معمولاً در سیستمهایی که به برج خنککننده نیاز دارند استفاده میشوند. در این نوع کندانسورها، آب خنککننده به داخل لولهها وارد میشود و آمونیاک در خارج از لولهها جریان مییابد. این سیستمها میتوانند بهطور مؤثری گرما را از آمونیاک حذف کنند و آن را به محیط اطراف منتقل نمایند. برای افزایش راندمان این نوع کندانسورها، معمولاً لولهها از مواد مقاوم به خوردگی ساخته میشوند.
شیرهای کنترل فشار
در سیستمهای تبرید آمونیاکی، معمولاً از شیرهای کنترل فشار برای تنظیم و کنترل فشار در کندانسورهای لولهوپوسته استفاده میشود. این شیرها بهطور خودکار فشار را در داخل کندانسور تنظیم کرده و به جلوگیری از اضافه بار فشار کمک میکنند.
این تنظیمات فشار بهویژه در سیستمهایی که دما و فشار بهطور مداوم تغییر میکند، مهم هستند.
ادامه دارد…