دانلود مقاله کاربرد مبرد ها

-   مقدمه  Introduction

با توجه به آنچه که در گزارش اول ، اسفند 1381 ( بررسی و چگونگی تعویض مبرد R-22 در چیلرهای مجتمع پتروشیمی اصفهان ) به آن اشاره شد و پروژه‏های انجام شده در خصوص‏تعویضCFC ها در این مجتمع، PROPOSAL حذف برای مبردهای R-11 ، R-13 ، R-502 و R-12 صادر شده است و در طی سال گذشته و جاری دستگاههای سبک مجتمع که با R-12 کار می‏کردند ، در زمان تعمیرات و در واحد تهویه گاز آنها با مبرد R-134a با موفقیت تعویض شد که در این زمینه می‏توان به دو دستگاه آبسرد کن و دو دستگاه فریزر اشاره نمود.

واحد تهویه امیدوار است بتواند با انجام پروژه تعویض HCFC  R-22 که برای اولین بار در کشور در این مجتمع انجام میگیرد ، رسالت خود را در خصوص تعهدات زیست محیطی و پروتکل مونترال تکمیل نموده و بدین ترتیب در کارنامه خود در خصوص RETROFIT تجربه جدید ( تعویض HCFC ها ) را به دستاوردهای خود اضافه نماید.

البته با توجه به تماس‏ها و مکاتباتی که از طریق اینترنت بعمل آمده است، از مبرد R-507 بجای فرئون R-22 فقط در دستگاههای سرد کننده‏ای که دمای آنها زیر صفر است (LOW AND MEDIUM TEMPERATURE) استفاده میشود و این مسئله هم اخیراً و آنهم بصورت یک پروژه تحقیقاتی که از طرف ASHRAE هزینه شده است ، عنوان گردیده و در واقع استفاده از R-507 بجای R-22 در سیستمهای سرد کننده با دمای بالای صفر (HIGH TEMPERATURE) و آنهم به کمک BRINE ( ضد یخ – اتیلن گلایکول ) برای اولین بار در این مجتمع صورت میگیرد که در صورت موفقیت علاوه بر تعویض HCFC ، مسئله بهینه‏سازی در مصرف انرژی نیز مدنظر قرار خواهد گرفت.

نکته : استفاده از گلایکول اتیلن و پائین آوردن دمای آب چیلر از 8°C   به 1°C ، از سیستم میتوان بعنوان ICE CHILLER STORAGE بهره برد.  ( باید در نظر داشت که مکانیزمها و سیستمهای بکار برده شده از نظر دما و فشار محدودیتی نداشته باشند )

استفاده از دستگاههای ICE STORAGE در طراحیهای جدید و آتی با دمای (1°C) 36°F علاوه بر بهینه کردن مصرف انرژی ، هزینه‏های لوله‏کشی ، داکت و کانال کشی ، پمپها و وسایل برقی را بدلیل کوچک شدن سایزشان کاهش داد.

2-     مبردها Refrigerants

مبرد ماده‏ایست که با جذب حرارت از یک ماده و یا یک محیط و انتقال آن به محیط دیگر بصورت عامل خنک کننده عمل می‏کند.  در یک سیکل تراکمی تبخیری ، ماده مبرد با تبخیر و تقطیر تناوبی ، به ترتیب حرارت را در اواپریتور جذب و در کاندنسر دفع مینماید.

مبرد میبایستی دارای خواص شیمیائی ، فیزیکی و ترمودینامیکی ویژه‏ای باشد که استفاده از آن مطمئن و از نظر اقتصادی به صرفه باشد.

البته مبردی وجود ندارد که برای همه کاربردها مناسب باشد ، بهمین دلیل میبایستی در انتخاب یک مبرد شرایطی را در نظر گرفت که بتواند نیازهای یک کاربرد بخصوص را تأمین نماید.

3-    مبردهای جایگزین و معیارهای انتخاب

Retrofit Refrigerants & The Guide Lines Of Choise

با شرایط خاصی که در سالهای اخیر برای کره زمین ایجاد شده است ومسئله صدمه دیدن لایه اوزن ، سازمانهای بین‏المللی استفاده از HCFC ها را نیز همانند CFCها محدود و برای حذف (PHASE OUT) کردن آنها برنامه زمان بندی شده‏ای را در نظر گرفته‏اند و شرکتهای تولید کننده اینگونه مواد سعی بر این دارند که جایگزینهای مناسبی را تولید و در دسترس مشتریها و مصرف کننده‏ها قرار دهند.

البته همانگونه که در گزارش اول به آن اشاره شده است واحد تهویه در نظر دارد که مسئله بهینه سازی انرژی را در زمان تعویض و انتخاب مبرد جایگزین ، مد نظر قرار داده تا بدین ترتیب در کاهش مصرف سوختهای فسیلی قدم مؤثری برداشته باشد.   در نتیجه نسبت به تعویضهای گذشته میتوان اصل ششم یعنی ارزیابی انرژی مصرفی را به پنج اصل گذشته اضافه نمود.

الف ) عملکرد  Performance

ب)    ایمنی Safety

ج)    اطمینان Reliability

د)    ملاحظات زیست محیطی Environmental Consideration

ه)  ملاحظات اقتصادی Economic Consideration

و)    مصرف انرژی Power Consumption

3-1-  عملکرد Performance

ظرفیت برودتی (COOLING CAPACITY) ، ضریب عملکرد (COP) ، گرمای نهان تبخیر مبرد ، چگالی گاز و نقطه جوش مبرد فاکتورهائی است که عملکرد سیستم را مشخص می‏نماید.

3-2- ایمنی  Safety 

غیر سمی بودن ، غیر قابل اشتعال بودن و فشار کارکرد مبرد بعنوان مهمترین شاخصهای ایمنی مبرد در نظر گرفته میشود.

3-3- اطمینان  Reliability 

پایداری شیمیائی و سازش و تطابق آن با اجزای مختلف سیستم و مخصوصاً با روغن کمپرسور یکی از ویژگیهای مهم یک مبرد به حساب می‏آید.  قابلیت حل شدن مبرد در روغن آنهم در دماهای کارکرد مختلف باید مورد قبول بوده و در برگشت روغن به کارتل کمپرسور خللی بوجود نیاید.

3-4- ملاحظات زیست محیطی  Environmental consideration 

در انتخاب مبرد جایگزین دو فاکتور مهم زیست محیطی مدنظر است

پتانسیل تخریب لایه اوزن OZON DEPLETION POTENTAIL

پتانسیل گرمایش گلخانه‏ای GLOBAL WARMING POTENTAIL

3-5- ملاحظات اقتصادی Economic Consideration   

با توجه به مقررات جدید EC REQULATION 2037/2000 واضح است که در آینده‏ای نزدیک حذف و از رده خارج شدن CFC ها و بدنبال آنها HCFC ها حتمی است.  در نتیجه علاوه بر گران شدن مبردهای قدیمی و نیز به سبب مقررات گمرکی که در واردات و صادرات اینگونه مواد در نظر گرفته شده است ، چنانچه در بازار هم یافت شوند ، بصورت قاچاق و گران خواهند بود ، علاوه بر این ، انتخاب یک مبرد جایگزین نیز در بعضی مواقع میتواند منجر به تعویض کامل کمپرسور ، روغن و یا تمام اتصالات لوله کشی شود بهمین دلیل در انتخاب یک مبرد جایگزین میبایستی مسائل اقتصادی و هزینه‏ها را در نظر گرفت.

3-6-  مصرف انرژی Power Consumption

با توجه به مقایسه دقیق خصوصیات مبردها و اطلاعاتی که از طریق اینترنت دریافت شده است میتوان با لحاظ کردن

COP Of Refrigerants

Surface Coefficient Of Heat Transfer Of Refrigerants

Surface Coefficient Of Heat Transfer Of Oils

و حلالیت روغنهای POLYOIL ESTER که نسبت به روغنهای معدنی و الکالین بنزنی شرایط بهتری را دارا هستند ، مسئله مصرف انرژی به ازای هر تن برودت را کاهش و بدین ترتیب علاوه بر انتخاب مبرد ایده‏آل از نظر سازگاری آن با سیستم در بهینه کردن مصرف انرژی میتوان اقدام نمود.

البته استفاده از گلایکول اتیلن بعنوان ضد یخ در آب چیلر این فرصت را به صاحب دستگاه خواهد داد که دمای آب چیلر را پائین‏تر آورده و زمان استراحت دستگاه را بیشتر نماید.

بدین ترتیب تعداد ON  و OFF های سیستم در 24 ساعت کاهش یافته و در دیماند و آمپرهای راه اندازی که خود باعث افزایش هزینه‏های  الکتریکی می‏گردد ، صرفه‏جوئی نماید.

4-   انواع مبردها Kinds Of Refrigerants

بطور کلی مبردها ( مبردهای قدیم و جدید ) به سه دسته تقسیم می‏شوند :

ماده خالص (SINGLE FLUID) مانند R-22  , R-134a

مخلوط آزئوتروپ (AZEOTROPIC) مانند R-502 ,  R-507

مخلوط زئوتروپ (ZEOTROPIC) مانند R-404 A , R-407 C

البته بهترین مبردها ، مبردهائی هستند که از یک ماده خالص تشکیل شده باشند ( به دلیل ایجاد دما و فشار ثابت در اواپریتور و کاندنسر ) ، ولی با توجه به موارد گوناگون و تنوع در کاربرد سیستمهای تبرید ، استفاده از یک مبرد خالص (SINGLE FLUID) همیشه امکان پذیر نبوده و با محدودیت‏هائی مواجه است اما لزوم جایگزینی (RETROFITTING) استفاده از مبردهای مخلوط را هم اجتناب ناپذیر مینماید.

به دلایل زیر انتخاب آزئوتروپها نسبت به زئوتروپها بعنوان جایگزین و تعویض مبردهای تخریب کننده لایه ازون بهتر است.

ضریب انتقال حرارت دمای گلاید TEMPERATURE GLIDE مسئله نشتی و تغییر در غلظت یکی از عناصر تشکیل دهنده مخلوط از نظر ضریب انتقال حرارت آزئوتروپها از زئوتروپها بهتر عمل می‏کنند همچنین در صورت نشتی ، در نسبت وزنی عناصر تشکیل دهنده زئوتروپها تغییرات فاحشی ایجاد می‏شود که نهایتاً منجر به تغییر ضریب عملکرد (COP) دستگاه شده و حتی ممکن است نیاز باشد که کل گاز دستگاه تخلیه و دوباره شارژ مجدد شود در صورتیکه آزئوتروپها در این مورد تقریباً همانند ماده خالص عمل می‏کنند ( بدلیل صفر بودن و یا پائین بودن دمای گلاید ) - دمای گلاید TEMPERATURE GLIDE برخلاف ماده خالص ، برای مخلوط ها دمای تبخیر تعریف نمی‏شود بلکه دمای دیگری بنام گلاید مورد مطالعه قرار میگیرد چرا که مخلوط از چند ماده مختلف با خصوصیات فیزیکی متفاوت تشکیل شده است و عمل تبخیر و تقطیر آنها در شرایط یکسان انجام نمی‏گیرد.

در نتیجه در موقع انتخاب مبردهای مخلوط دمای گلاید را مدنظر قرار میدهند.

اختلاف بین دمای نقطه حباب (BUBBLE POINT) و نقطه شبنم (DEW POINT) تحت فشار ثابت را دمای گلاید (TEMPERATURE GLIDE) می‏گویند و هر چه این دما کمتر باشد رفتار ماده مورد نظر به رفتار یک ماده خالص نزدیکتر است و بهمین دلیل در موقع انتخاب مبردهای مخلوط ، این دما ، نقش تعیین کننده دارد و آزئوتروپها از این نظر بهتر میباشند.

5- انتخاب مبرد جایگزین R-22 در مجتمع پتروشیمی اصفهان الف) گزینه‏های معرفی شده از طرف شرکتهای تولید کننده خارجی برای جایگزینی R-22 گازهای R-407C و R-507 میباشد که البته گاز R-507 اخیراً بعنوان جایگزین در دستگاههائی که دمای OPERATION آنها زیر صفر میباشد توصیه شده است.

لذا واحد تهویه مجتمع در نظر دارد با اضافه کردن گلایکول اتیلن ( ضد یخ ) به آب چیلر از مبرد R-507 در دستگاههای تهویه مطبوع بنا به دلایل زیر استفاده نماید : دمای گلاید آن صفر است.

نسبت به R-407 C از ضریب انتقال حرارت بیشتری برخوردار است.

سازگاری با کمپرسورهای COPELAND به دلیل تجربه استفاده در سردخانه زیر صفر مصرف انرژی الکتریکی در این سیستم کمتر خواهد بود بدلیل سرما سازی سریع R-507 و طولانی شدن OFF دستگاه ضایعات آن کمتر و عمر قطعات مکانیکی بیشتر خواهد شد.

بدلیل اینکه دمای دیسچارج کمپرسور پائین‏تر است سالم ماندن روغن تضمین خواهد شد.

6- مبرد R-22 فرئون 22 یکی از مبردهای فلوروکلر داریست که در سطح وسیعی در سیستمهای سرد کننده و تهویه مطبوع استفاده میشود.

فرمول شیمیائی آن CHCLF2 میباشد.

نقطه جوش آن در فشار یک آتمسفر -41.4°C است.

گرمای نهان تبخیر فرئون 22 در دمای 5°F برابر با 93.58 B.T.U/ lb میباشد.

محل نشت آن در سیستمها به کمک لیک یاب الکترونیکی ، چراغ هالاید و یا با کف صابون مشخص میشود.

آثار زیست محیطی این نوع مبرد تخریب لایه ازون و میزان آن بین 0.01 تا 0.05 است.

بدلیل داشتن هیدروژن در فرمول شیمیائی میزان تخریب آن نسبت به R-12 کمتر است.

درمجتمع‏پتروشیمی‏اصفهان‏ازاین‏نوع‏مبرد در سیستمهای تهویه مطبوع (WATER CHILLER) کولرهای گازی پنجره‏ای ، سیستم سرد کننده واحد ازت و در سیکل کمپرسور C-321 در واحد H.P.U.

استفاده میشود.

7- محاسبات سیستم سرد کننده ساختمان سایت آفیس در شرایط موجود با گاز R-22 7-1- محاسبات ترمودینامیکی سیکل با مبرد R-22 ( سیکل ایده‏آل) سیکل مبرد R-22 را میتوان در نمودار فشار – انتالپی (p-h) مطابق شکل زیر نمایش داد.

سیکل ، ایده‏آل بوده و راندمان کمپرسور و افت فشار در لوله‏ها در نظر گرفته نشده است.

مقادیر فشار و دما در نقاط مختلف سیکل براساس استاندارد تبرید تراکمی صورت میگیرد.

(مخصوص چیلرها) فرآیندهای مختلف در این سیکل عبارتند از : فرآیند 1-2 : تراکم بخار مبرد در کمپرسور که در شرایط ایده‏آل و بصورت آیزونتروپیک است.

فرآیند 2-3 : کاهش دمای مبرد در تحول فشار ثابت ( در لوله دیسچارج و کاندنسر) فرآیند 3-4 : تقطیر یا کاندنس کامل مبرد در یک تحول فشار و دما ثابت فرآیند 4-5 : تحـول خفقان یا انتالپی ثابت که در وسیله انبساطی صورت می‏گیـرد (اکسپنشن ولو ) فرآیند 5-6 : تحول تبخیر در اواپریتور (CHILLER) که بصورت دما و فشار ثابت انجام می‏گیرد.

فرآیند 6-1 : ناحیه‏سوپرهیت است که در واقع‏برای‏جلوگیری از صدمه‏رسیدن به کمپرسور ، بخار اشباع در اواپریتور را قبل از ورود به کمپرسور کمی گرم می‏کنند تا بصورت بخار داغ (SUPERHEAT) وارد کمپرسور شود.

در محاسبه سیکل تبرید مورد نظر با مبرد R-22 و بصورت ایده‏آل از داده‏های موجود در مرکز اسناد و کاتالوگ شرکت سازنده چیلر (CLIMAVENTA) استفاده شده است.

البته لازم به ذکر است که بار حرارتی کاندنسر در محاسبات انجام شده براساس اختلاف دمای 6 درجه (INLET 29°C , OUTLET 35°C) صورت گرفته است درصورتیکه طبق LOG SHEETهای پیوست اختلاف دمای آب ورودی و خروجی کاندنسر چیزی در حدود 10 درجه است که این مسئله باعث افزایش ظرفیت کاندنسر خواهد شد.

( مشخصات فنی و داده‏های سیستم در پایان گزارش پیوست میباشد ) 7-2- جزئیات محاسبات سیکل تبرید R-22 ( سیکل واقعی ) از آنجائی که جریان سیال در دو مبدل کاندنسر و اواپریتور دو فازی ( اشباع SATURATION