فلو دیاگرام سیستم دو مرحله ای در سیکل تبرید سردخانه های آمونیاکی
, , , ,

سیستم یک مرحله ای و دو مرحله ای و تفاوت های آن در سیکل تبرید سردخانه

سیستم هایی که تراکم گاز از فشار اواپراتور به فشار کندانسور در دو مرحله انجام می شود سیستم دو مرحله ای و سیستم هایی که عمل تراکم در یک مرحله صورت می گیرد سیستم یک مرحله ای گویند. نسبت فشاری که یک کمپرسور سیلندر پیستونی می تواند ایجاد کند حدود ۸ می باشد ، بنابراین برای رسیدن به دمای پایین تر از ۲۰- درجه سانتیگراد با دمای کندانسینگ ۳۵ درجه سانتیگراد در سیستم های آمونیاکی توسط کمپرسورهای سیلندر پیستونی باید از سیستم های دو مرحله ای استفاده کرد. این در حالیست که برای رسیدن به دماهای پایین می توان از کمپرسور اسکرو در سیستم یک مرحله ای استفاده کرد زیرا کمپرسورهای اسکرو می توانند نسبت فشار حدود ۲۰ نیز تأمین نمایند که از نظر بازده و مصرف انرژی توصیه نمی شوند و بهتر است که حتی برای دماهای پایین از کمپرسور های اسکرو در سیستم دو مرحله ای استفاده شود. بسیاری از سردخانه ها دو و یا چند دمای کاربری دارند مثلاً در صنایع غذایی یک دمای ۱۸- درجه سانتیگراد برای نگهداری مواد منجمد گوشت یا مرغ و یک دمای ۲+ برای نگهداری میوه ها یا سبزیجات . در این نمونه ها یک سپراتور یا اینترکولر با دمای میانی در نظر گرفته می شود که محل تخلیه کمپرسور دما پایین (بوستر کمپرسور) می باشد و همچنین می توان برای تغذیه مایع و برگشت از اواپراتورهای سالن های دمای میانی، از آن استفاده کرد. در سیستم های دو مرحله ای گاز خروجی از کمپرسور فشار پایین یا توسط پاشش مایع مبرد در آن که در سیستم های فریونی رایج است یا توسط تخلیه در یک مخزن مایع با فشار میانی (اینترکولر) که در سیستم های آمونیاکی رایج است، خنک می شود. سپس گاز خنک شده با فشار میانی وارد کمپرسور فشار بالا می گردد و نهایتاً در کندانسور تخلیه می گردد. در شکل و فلودیاگرام سیستم های یک مرحله ای و دو مرحله ای نشان داده شده است.

فلو دیاگرام سیستم یک مرحله ای سیکل تبرید سردخانه های آمونیاکی

فلو دیاگرام سیستم یک مرحله ای سیکل تبرید سردخانه های آمونیاکی

فلو دیاگرام سیستم دو مرحله ای در سیکل تبرید سردخانه های آمونیاکی

فلو دیاگرام سیستم دو مرحله ای در سیکل تبرید سردخانه های آمونیاکی

از سیستم های دو مرحله ای در دماهای پایین (سردخانه های زیر صفر ، تونل های انجماد و چیلرهای زیر صفری) استفاده می گردد. در شکل زیر مقدار ذخیره انرژی در سیستم های دو مرحله ای با توجه به دمای تبخیر اواپراتور مقایسه شده است. ملاحظه می گردد در سیستم های آمونیاکی برای رسیدن به دمای ۴۰- درجه سانتیگراد (دمای سپراتور برای تونل های انجماد می باشد) ، توسط سیستم دو مرحله ای مقدار ۱۴٪ در مصرف انرژی نسبت به سیستم های تک مرحله ای صرفه جویی می شود.

میزان ذخیره انرژی در سیستم های دو مرحله ای سردخانه های صنعتی آمونیاکیمیزان ذخیره انرژی در سیستم های دو مرحله ای سردخانه های صنعتی آمونیاکی

فلو دیاگرام سیستم دو مرحله ای در سیکل تبرید سردخانه های آمونیاکی
, , , , ,

نحوه کارکرد سیکل تبرید در سردخانه های صنعتی آمونیاکی

سیکل تبرید در سردخانه های صنعتی آمونیاکی از اجزای زیر تشکیل شده است.

موتورخانه در سیکل تبرید

در سیستم های آمونیاکی که بر خلاف سیستم های فریونی است از یک موتورخانه مرکزی تشکیل شده است که تمامی اجزاء به غیر از اواپراتور در آن قرار می گیرد. شکل زیر فلو دیاگرام یک موتورخانه سیکل تبرید تراکمی آمونیاکی دو مرحله ای را نشان می دهد. هدف اصلی در موتورخانه ، رساندن دمای سپراتور به دمای طراحی می باشد. هرگاه دمای سپراتور (فشار متناظر با دمای اشباع) از دمای طراحیش بیشتر باشد (کنترلر آن RT1Al در شکل۱۲-۳ می باشد) و نیز دمای یکی از سالنها بیشتر از دمای تنظیم شده در کنترلر سالن باشد(یعنی نیاز به برودت داشته باشد) و همچنین هیچ آلارم و خطایی که ذکر گردید در کمپرسور نباشد ، کمپرسور روشن گردیده و فشار (دمای اشباع) سپراتور را پایین می آورد در این لحظه پمپ آمونیاک ، مایع را به سمت اواپراتور (ها) پمپ می کند و با کارکردن این سیستم دمای سالن پایین می آید. در موتورخانه نشان داده شده در شکل۱۲-۳ دمای سپراتور دما پایین ۴۰ – درجه سانتیگراد که معادل با فشار ۷۱۷/۰ بار مطلق و مخزن اینترکولر یا سپراتور دمای میانی با دمای ۱۰- درجه سانتیگراد که معادل با فشار ۹/۲ بار مطلق می باشد. اگر فشار سپراتور دما پایین از ۷۱۷/۰ بار مطلق بیشتر شود ونیز یکی از سالن هایی که تغذیه اواپراتور آن دمای ۴۰ – درجه سانتیگراد است نیاز به برودت داشته باشد ، کمپرسور دما پایین روشن شده و از سپراتور ۴۰ – درجه مکش می کند و به سپراتور ۱۰- تخلیه می کند در این لحظه فشار مخزن ۱۰- درجه بیشتر از ۹/۲ بار مطلق می شود و باید کمپرسور مربوط به آن روشن گردد در نتیجه کمپرسور دمای میانی روشن شده و از مخزن ۱۰- مکش می کند و به کندانسور تخلیه می کند. کنترلر روشن یا خاموش شدن کندانسور (کنترلر آن RT5Al در شکل۱۲-۳ می باشد) روی ۵/۱۳ بار مطلق (مطابق ۳۵ درجه سانتیگراد دمای کندانسینگ) تنظیم می گردد که با رسیدن فشار به بیش از ۵/۱۳ بار مطلق ابتدا پمپ آب کندانسور و بعد از چند لحظه فن اول و سپس فن دوم روشن می گردد و فشار کندانسینگ را نزدیک ۵/۱۳ بار نگه می دارد به همین ترتیب اگر فشار کندانسینگ (فشار تخلیه کمپرسور دمای میانی) کمتر از ۵/۱۳ شد فن ها و پمپ آب خاموش می گردد. در حین کارکرد کمپرسور اگر مایع مبرد از لول کنترل پایینی در سپراتور ۱۰- درجه سانتیگراد کمتر شود شیر برقی خط تغذیه باز می شود و مایع از رسیور به سمت سپراتور به دلیل اختلاف فشار مابین آن ها جاری می شود. در خط تغذیه مایع از یک شیر کاهش فشار (مانند شیر فشار شکن در سیستم های فریونی) استفاده می شود که فشار مایع در رسیور را به فشار سپراتور دمای میانی تقلیل می دهد. نحوه ی تغذیه سپراتور دمای پایین (۴۰- درجه سانتیگراد) نیز درست مانند سپراتور دمای میانی (۱۰- درجه سانتیگراد) می باشد با این تفاوت که محل تأمین مایع مبرد از سپراتور دمای میانی می باشد. پمپ آمونیاک با توجه با شرکت سازنده آن باید اختلاف فشاری حدود ۲ بار را تأمین نماید چنانچه اختلاف فشار از این حد کمتر باشد باید کنترلر اختلاف فشار سیگنال قطع پمپ را به تابلو برق بدهد در این صورت باید پمپ تا موقعی که این اختلاف فشار را تأمین نکرده ، به صورت مداوم چند دقیقه (حدود ۳ دقیقه) کار کند و چند دقیقه (حدود ۳ دقیقه) کار نکند. همچنین برای اینکه اختلاف فشار بیش از ۲ بار که توسط پمپ تأمین می شود در سیستم ایجاد اخلال نکند یک مسیر بای پس بین خط رفت و برگشت وجود دارد که یک شیر کنترلی روی آن نصب می شود و تا زمانیکه اختلاف فشار بین این دو خط از حدود ۲ بار بیشتر نشود اجازه عبور مایع را از این مسیر نمی دهد.

فلودیاگرام سیکل تبرید تراکمی سیستم دو مرحله ای به همراه کنترلرها

فلودیاگرام سیکل تبرید تراکمی سیستم دو مرحله ای به همراه کنترلرها

ایستگاه شیرآلات در سیکل تبرید

هرگاه دمای سالن از دمای تنظیم شده در کنترلر آن بیشتر شود ، سالن نیاز به برودت دارد. با فرمان دادن کنترلر در هنگام نیاز به برودت ، شیر اصلی خط برگشت که یک شیر برقی و یک شیر پیلوت روی آن نصب می شود برق دار شده و خط برگشت باز می شود همزمان با باز شدن خط برگشت ، شیر برقی خط مایع (رفت به اواپراتور) نیز برق دار شده و خط مایع باز می شود سپس با یک تأخیر فن های اواپراتور روشن می شود. با عبور مبرد از لوله های اواپراتور فشارش افت کرده و اگر فشارش از فشار طراحی کمتر شود در نتیجه دمایش نیز از دمای طراحی کمتر می شود و اختلاف دمای زیاد مبرد و محصول باعث خشکی محصول و چروکیدگی سطح ظاهری آن می گردد بنابراین با به کار بردن شیر پیلوت در شیر اصلی خط برگشت (که وظیفه اش این است تا زمانی که فشار در اواپراتور به فشار تنظیم شده در شیر پیلوت نرسیده اجاز بازکردن خط برگشت را ندهد) این مشکل حل می گردد. در ورودی خط رفت (مایع) به اواپراتور یک شیر کاهش فشار به کار برده می شود که بدلیل افزایش فشار مبرد توسط پمپ ، باید در حین ورود به اواپراتور فشارش کاهش یافته و به فشار طراحی باز گردد. برای جلوگیری از ورود هرگونه آشغال به اواپراتور ، در مسیر رفت یک فیلتر نصب شده که با گرفتگی فیلتر مقدار مایع کمی وارد اواپراتور می گردد و سالن دیر به دما می رسد که در این لحظه باید تمیز شود. دیفراست یا یخ زدایی اواپراتورها در سیستم آمونیاکی به روش گاز داغ می باشد. مقدار زمان دیفراست اواپراتورها و فاصله ی زمانی بین دیفراست های متوالی آن بستگی به محصول و رطوبت محیط دارد. در هنگام دیفراست ابتدا خط رفت بسته شده و با یک تأخیر چند دقیقه ای فن ها خاموش و خط برگشت بسته می گردد که بدین علت است که مقدار مبرد باقی مانده در اواپراتور تخلیه شود. سپس شیر برقی خط گاز داغ برق دار شده و گاز داغ با عبور از سینی اواپراتور از کلکتور برگشت وارد اواپراتور شده و در آنجا کندانس می شود. در مسیر برگشت دیفراست یک شیر نگهدارنده فشار وجود دارد که باید فشار اواپراتور را در لحظه دیفراست حدود ۵ تا ۶ بار نگه دارد که دیفراست سریع صورت گیرد سپس مایع مبرد کندانس شده که فشار حدود ۵ تا ۶ بار می باشد با عبور از شیر کاهش فشار ، فشارش کاهش پیدا کرده تا به فشار سپراتور دمای میانی برسد و نهایتاً به سپراتور دمای میانی تخلیه می گردد.در شکل ۱۳-۳ فلودیاگرام ایستگاه شیرآلات یک سالن دومداره و چگونگی آن آمده است.

فلودیاگرام ایستگاه شیرآلات یک سالن دومدارهفلودیاگرام ایستگاه شیرآلات یک سالن دومداره

کمپرسور اسکرو
, , ,

اجزای سیکل تبرید سردخانه آمونیاکی

تجهیزات سردخانه های آمونیاکی به طور معمول شامل قطعات و اجزای زیر است:

کمپرسور در سیکل تبرید سردخانه آمونیاکی

وظیفه اصلی کمپرسور در سیکل تبرید تراکمی، تراکم گاز مبرد از فشار پایین سیکل (فشار اواپراتور) تا فشار بالای سیکل (فشار کندانسور) می باشد. در سیستم های آمونیاکی کمپرسور از سپراتور (جداکننده بخار از مایع) مکش می کند و وظیفه اصلی آن ثابت نگه داشتن فشار سپراتور، با توجه به دمای کاری مورد نیاز می باشد. کمپرسور های رایج در سیکل آمونیاکی معمولاً از دو نوع سیلندر پیستونی و اسکرو می باشند.

کمپرسور سیلندر پیستونی

 کمپرسورهای سیلندر پیستونی از: سیلندر ، پیستون، میل لنگ، سوپاپ های ورود و خروج گاز، کارتر روغن، فیلتر روغن، پمپ روغن و خنک کن روغن تشکیل یافته است که اساس کارکرد آن در چهار مرحله می باشد. در ابتدا پیستون قبل از رسیدن به نیمه های سیلندر، سوپاپ گاز ورودی (ساکشن) باز می شود و گاز وارد سیلندر می شود و پیستون به نقطه مرگ پایین خود می رسد. در مرحله دوم  هر دو سوپاپ های ورود و خروج بسته می شود و عمل فشردن صورت می گیرد و پیستون تا بالاتر از نیمه های سیلندر بالا می رود سپس در مرحله سوم سوپاپ خروجی باز شده و گاز پر فشار از سیلندر خارج میگردد در این مرحله پیستون تا نقطه مرگ بالا می رسد و در نهایت در مرحله آخر پیستون از نقطه مرگ بالا به نیمه های سیلندر آمده و سیکل تکمیل می گردد.

سیکل تراکم کمپرسورهای سیلندر پیستونی

سیکل تراکم کمپرسورهای سیلندر پیستونی

کمپرسور اسکرو

جزء اصلی کمپرسور های اسکرو از دو روتور پیچشی که با پروفیل های متفاوت نری و مادگی می باشند و با فاصله خیلی کم در هم قرار گرفته اند ، تشکیل یافته است و با چرخش یکی از روتورها با سرعت بسیار بالا ( بین ۳۰۰۰ تا ۳۶۰۰ دور بر دقیقه) و قرار گیری گاز در بین محفظه های خالی ما بین دو روتور و طی کردن طول روتور فشارش بالا می رود. یک یونیت کمپرسور اسکرو از اجزای کمپرسور (روتور پیچشی) ، الکتروموتور ، مخزن جداکننده روغن از گاز ، پمپ روغن (در صورت نیاز) ، خنک کننده روغن ، فیلتر روغن ، کوپلینگ ، یونیت کنترل یا PLC و در صورت لزوم اکونومایزر تشکیل یافته است.

کمپرسور اسکرو

کمپرسور اسکرو

کندانسور در سردخانه ها

 وظیفه کندانسور تقطیر گاز خروجی از کمپرسور، بوسیله انتقال حرارت با محیط می باشد. کندانسور های سیکل تبرید به سه نوع هوایی ، آبی و تبخیری دسته بندی می شوند که در سیکل تبرید آمونیاکی از نوع تبخیری استفاده می گردد. کندانسور تبخیری ترکیب یک کندانسور آبی و برج خنک کن در یک مجموعه می باشد. یک کندانسور تبخیری از کویل لوله، طشتک آب، فن (ها)، پمپ آب، نازل پاشش آب، قطره گیر و هیتر تشکیل یافته است. کویل لوله اگر از جنس فولاد باشد باید گالوانیزه گرم گردد. فن های کندانسور می تواند از نوع محوری یا سانتریفیوژ باشد ولی چون فشار استاتیک فن های سانتریفیوژ بالاتر است از این نوع فن ها بیشتر استفاده می گردد. در این کندانسورها آب توسط پمپ به بالای لوله ها هدایت شده و از نازل ها به روی کویل پاشیده می شود. در حین پاشش آب،  فن (ها) نیز شروع به کار کرده و جریان هوا را در جهت مخالف جریان آب (به علت افزایش انتقال حرارت) هدایت می کند، چون به هنگام عبور هوا از روی کویل ها دما و رطوبت هوا زیاد می گردد. ظرفیت کندانسور به دمای خیس هوای ورودی وابسته است و هرچه این دما پایین تر باشد ظرفیت کندانسور بیشتر می گردد. به طور کلی ظرفیت کندانسور با افزایش مقدار دبی فن ها و نیز مقدار آب در گردش روی کویل افزایش یافته اما عملاً بیشترین مقدار هوا به دلیل نیاز های توانی فن، محدود می باشد و نیز مقدار آب در گردش باید به حدی باشد که بیشترین کارایی از سطح لوله و کمترین آهنگ تشکیل رسوب حاصل گردد.[۲] در جدول زیر به داده های طراحی کندانسور تبخیری اشاره شده است.

 داده های طراحی در کندانسور تبخیری

پارامتر هر کیلو وات دفع حرارت
سطح حرارتی (متر مربع) ۰/۲۵
دبی آب (لیتر در ساعت) ۶۵
دبی هوا (متر مکعب در ساعت) ۱۰۸
افت فشار درون لوله کندانسور (پاسکال) ۲۵۰-۳۷۵
میزان مصرف آب (لیتر در ساعت) ۱/۵

سپراتور یا جداکننده بخار و مایع

وظایف سپراتور  در سیستم تراکمی آمونیاکی عبارتست از : – جدا کردن فاز بخار از مایع ها- حفاظت از کمپرسور در جلوگیری از ورود مایع مبرد به آن – ایجاد تناسب فشار در مدار خود – ایجاد توان موتوری از طریق پمپاژ مایع به اواپراتور – سرد کردن مبرد گاز خروجی از کمپرسور فشار پایین (low-stage) در سپراتور میانی یا اینترکولر و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد گاز ورودی در کمپرسور فشار بالا (High-stage). – برگشت مبرد دوفازی خروجی از اواپراتور به سپراتور

مخزن اینترکولر(سپراتور افقی) به همراه جزئیات اتصالات

مخزن اینترکولر(سپراتور افقی) به همراه جزئیات اتصالات

مخزن رسیور

 رسیور یا مخزن نگهداری مایع آمونیاک که وظیفه اصلی آن، دریافت و نگهداری مایع تقطیر شده از کندانسور و نیز نگهداری مبرد برای تغذیه سپراتور می باشد. سایز رسیور باید به گونه ای باشد که در زمان توسعه سیستم و تعویض یا تعمیر کردن هر یک از المان ها بتوان کل مبرد در سیستم را در آن جای داد.

مخزن رسیور به همراه جزئیات اتصالات

مخزن رسیور به همراه جزئیات اتصالات

اواپراتور در سیستم تبرید سردخانه

وظیفه اصلی اواپراتور در سیستم تبرید، جذب حرارت از محیطی است که باید سرد شود که این امر با تبخیر مبرد در اواپراتور صورت می گیرد. انواع اواپراتور با توجه به کاربرد آن عبارتست از:

خنک کننده هوا یا ایر کولر

از نوع فین کویل می باشد و در سردخانه های زیر صفر و بالای صفر و تونل های انجماد معمولی و آنی استفاده می گردد. طراحی کویل ایر کولر ها به گونه ای است که با حداقل افت فشار در سمت مبرد می باشد و لوله ها با آرایش مثلثی قرار می گیرد. ایر کولر ها می تواند از جنس های لوله و فین فولادی ، لوله استنلس استیل (فولاد ضد زنگ) با فین آلومینیوم و لوله و فین آلومینیومی ساخته شوند. اگر لوله ها و فین های ایرکولر از جنس فولاد باشند ، باید پس از مونتاژ بطور کامل گالوانیزه گرم شوند که موجب یک انتقال حرارت عالی و حفاظت در برابر خوردگی و پوسیدگی می شوند. از نکات مهم در انتخاب این نوع اواپراتورها  سطح حرارتی ، تعداد ردیف عمودی و افقی لوله ها ، فاصله فین ، سایز فن و هوادهی آنها می باشد که باید رعایت کرد.

چیلر

مبدلی برای خنک کردن سیال ثانویه مثل آب ، اتیلن گلیکول ، پروپیلن گلیکول ، کلسیم کلراید و …. می باشد و معمولا از نوع پوسته _ لوله یا صفحه ای است . در چیلر های پوسته لوله ای ، مبرد می تواند در لوله یا پوسته باشد. چیلر های فریونی به علت سیستم انبساط مستقیم ، مبرد در لوله قرار می گیرد ولی در چیلرهای آمونیاکی به علت سیستم تغذیه سیلابی مبرد در پوسته می باشد که به آن چیلرهای سیلابی می گویند.

چیلر تغذیه سیلابی

چیلر تغذیه سیلابی

کویل آیس بانک

در سیستم تبرید جهت ذخیره انرژی دمایی آب ، یخ صفر درجه سانتیگراد را تهیه و ذخیره می نماید و از طریق گرمای نهان تشکیل این انرژی سرمایی را به ۸۰ برابر بیشتر از آبسرد هم وزن خود خنک می کند. سیستم آیس بانک انرژی را در ساعات غیر اوج مصرف برق ، به صورت یخ ذخیره می کند که معمولا در تاسیسات کوچک و بزرگ برودتی که نیاز به ذخیره سازی برودت دارند مانند صنایع لبنی ، نوشابه سازی و تهویه مطبوع صنعتی و غیره استفاده می شود و همچنین از این کویل در تولید یخسازهای قالبی نیز استفاده می گردد.

مخزن روغن گیر

چون آمونیاک با روغن قابل امتزاج نمی باشد و نیز تغذیه اواپراتورها ، سیلابی  می باشد برای جلوگیری از ورود روغن به اواپراتور ، باید روغن را از مبرد جدا کرد. به همین منظور در زیر سپراتورها مخزنی نصب می شود که این وظیفه را انجام می دهد و به آن مخزن روغن گیر می گویند و چون چگالی روغن از آمونیاک بیشتر است روغن از کف سپراتور وارد مخزن روغنگیر شده و باعث می شود که روغن به سمت اواپراتورها پمپ نشود. هرگاه قسمتی از مخزن روغنگیر برفک نزند معلوم می شود که مقداری روغن در مخزن وجود دارد که با باز کردن شیر گاز داغ  ابتدا روغن را شل کرده و سپس آن را تخلیه می کنند.

مخزن روغن گیر به همراه جزئیات اتصالات

مخزن روغن گیر به همراه جزئیات اتصالات

پمپ آمونیاک

یکی از اجزای سیکل تبرید آمونیاکی که در سیستم های تغذیه سیلابی استفاده می گردد پمپ بوده که وظیفه ی آن ، پمپاژ مایع به اواپراتورها و جبران افت هد مایع در مسیر لوله کشی بین سپراتور و اواپراتور می باشد. دبی پمپ بر اساس نسبت گردش انتخاب می گردد. نسبت گردش عبارتست از نسبت میزان مایع ورودی از مبرد  به اواپراتور به میزان مایعی که در اواپراتور تبخیر می شود. مثلاً نسبت گردش ۴:۱ به این معنی است که اگر ۴ سهم مایع وارد اواپراتور گردد ۱ سهم آن تبخیر شده و ۳ سهم مایع از اواپراتور خارج می شود.