۱- مقدمه Introduction
با توجه به آنچه كه در گزارش اول ، اسفند ۱۳۸۱ ( بررسي و چگونگي تعويض مبرد R-22 در چيلرهاي مجتمع پتروشيمي اصفهان) به آن اشاره شد و پروژه‏هاي انجام شده در خصوص‏تعويضCFC ها در اين مجتمع، PROPOSAL حذف براي مبردهاي R-11 ، R-13 ، R-502 و R-12 صادر شده است و در طي سال گذشته و جاري دستگاههاي سبك مجتمـع كه با R-12 كار مي‏كردند ، در زمـان تعميرات و در واحد تهويه گاز آنها با مبرد R-134a با موفقيت تعويض شد كه در اين زمينه مي‏توان به دو دستگاه آبسرد كن و دو دستگاه فريزر اشاره نمود.

واحد تهويه اميدوار است بتواند با انجام پروژه تعويض HCFC R-22 كه براي اولين بار در كشور در اين مجتمع انجام ميگيرد ، رسالت خود را در خصوص تعهدات زيست محيطي و پروتكل مونترال تكميل نموده و بدين ترتيب در كارنامة خود در خصوص RETROFIT تجربه جديد ( تعويض HCFC ها ) را به دستاوردهاي خود اضافه نمايد.

البته با توجه به تماس‏ها و مكاتباتي كه از طريق اينترنت بعمل آمده است، از مبرد R-507 بجاي فرئون R-22 فقط در دستگاههاي سرد كننده‏اي كه دماي آنها زير صفر است (LOW AND MEDIUM TEMPERATURE) استفاده ميشود و اين مسئله هم اخيراً و آنهم بصورت يك پروژة تحقيقاتي كه از طرف ASHRAE هزينه شده است ، عنوان گرديده و در واقع استفاده از R-507 بجاي R-22 در سيستمهاي سرد كننده با دماي بالاي صفر (HIGH TEMPERATURE) و آنهم به كمك BRINE ( ضد يخ – اتيلن گلايكول ) براي اولين بار در اين مجتمع صورت ميگيرد كه در صورت موفقيت علاوه بر تعويض HCFC ، مسئله بهينه‏سازي در مصرف انرژي نيز مدنظر قرار خواهد گرفت.

نكته : استفاده از گلايكول اتيلن و پائين آوردن دماي آب چيلر از ۸°C به ۱°C ، از سيستم ميتوان بعنوان ICE CHILLER STORAGE بهره برد. ( بايد در نظر داشت كه مكانيزمها و سيستمهاي بكار برده شده از نظر دما و فشار محدوديتي نداشته باشند )
استفاده از دستگاههاي ICE STORAGE در طراحيهاي جديد و آتي با دماي (۱°C) 36°F علاوه بر بهينه كردن مصرف انرژي ، هزينه‏هاي لوله‏كشي ، داكت و كانال كشي ، پمپها و وسايل برقي را بدليل كوچك شدن سايزشان كاهش داد.

۲- مبردها Refrigerants
مبرد ماده‏ايست كه با جذب حرارت از يك ماده و يا يك محيط و انتقال آن به محيط ديگر بصورت عامل خنك كننده عمل مي‏كند. در يك سيكل تراكمي تبخيري ، ماده مبرد با تبخير و تقطير تناوبي ، به ترتيب حرارت را در اواپريتور جذب و در كاندنسر دفع مينمايد.
مبرد ميبايستي داراي خواص شيميائي ، فيزيكي و ترموديناميكي ويژه‏اي باشد كه استفاده از آن مطمئن و از نظر اقتصادي به صرفه باشد.
البته مبردي وجود ندارد كه براي همه كاربردها مناسب باشد ، بهمين دليل ميبايستي در انتخاب يك مبرد شرايطي را در نظر گرفت كه بتواند نيازهاي يك كاربرد بخصوص را تأمين نمايد.

۳- مبردهاي جايگزين و معيارهاي انتخاب
Retrofit Refrigerants & The Guide Lines Of Choise

با شرايط خاصي كه در سالهاي اخير براي كرة زمين ايجاد شده است ومسئله صدمه ديدن لاية اوزن ، سازمانهاي بين‏المللي استفاده از HCFC ها را نيز همانند CFCها محدود و براي حذف (PHASE OUT) كردن آنها برنامه زمان بندي شده‏اي را در نظر گرفته‏اند و شركتهاي توليد كنندة اينگونه مواد سعي بر اين دارند كه جايگزينهاي مناسبي را توليد و در دسترس مشتريها و مصرف كننده‏ها قرار دهند.
البته همانگونه كه در گزارش اول به آن اشاره شده است واحد تهويه در نظر دارد كه مسئله بهينه سازي انرژي را در زمان تعويض و انتخاب مبرد جايگزين ، مد نظر قرار داده تا بدين ترتيب در كاهش مصرف سوختهاي فسيلي قدم مؤثري برداشته باشد. در نتيجه نسبت به تعويضهاي گذشته ميتوان اصل ششم يعني ارزيابي انرژي مصرفي را به پنج اصل گذشته اضافه نمود.

الف ) عملكرد Performance
ب) ايمني Safety
ج) اطمينان Reliability
د) ملاحظات زيست محيطي Environmental Consideration
هـ) ملاحظات اقتصادي Economic Consideration
و) مصرف انرژي Power Consumption
3-1- عملكرد Performance
ظرفيت برودتي (COOLING CAPACITY) ، ضريب عملكرد (COP) ، گرماي نهان تبخير مبرد ، چگالي گاز و نقطة جوش مبرد فاكتورهائي است كه عملكرد سيستم را مشخص مي‏نمايد.

۳-۲- ايمني Safety
غير سمي بودن ، غير قابل اشتعال بودن و فشار كاركرد مبرد بعنوان مهمترين شاخصهاي ايمني مبرد در نظر گرفته ميشود.
۳-۳- اطمينان Reliability
پايداري شيميائي و سازش و تطابق آن با اجزاي مختلف سيستم و مخصوصاً با روغن كمپرسور يكي از ويژگيهاي مهم يك مبرد به حساب مي‏آيد. قابليت حل شدن مبرد در روغن آنهم در دماهاي كاركرد مختلف بايد مورد قبول بوده و در برگشت روغن به كارتل كمپرسور خللي بوجود نيايد.
۳-۴- ملاحظات زيست محيطي Environmental consideration
در انتخاب مبرد جايگزين دو فاكتور مهم زيست محيطي مدنظر است
۱- پتانسيل تخريب لايه اوزن OZON DEPLETION POTENTAIL
2- پتانسيل گرمايش گلخانه‏اي GLOBAL WARMING POTENTAIL
3-5- ملاحظات اقتصادي Economic Consideration

با توجه به مقررات جديد EC REQULATION 2037/2000 واضح است كه در آينده‏اي نزديك حذف و از رده خارج شدن CFC ها و بدنبال آنها HCFC ها حتمي است. در نتيجه علاوه بر گران شدن مبردهاي قديمي و نيز به سبب مقررات گمركي كه در واردات و صادرات اينگونه مواد در نظر گرفته شده است ، چنانچه در بازار هم يافت شوند ، بصورت قاچاق و گران خواهند بود ، علاوه بر اين ، انتخاب يك مبرد جايگزين نيز در بعضي مواقع ميتواند منجر به تعويض كامل كمپرسور ، روغن و يا تمام اتصالات لوله كشي شود بهمين دليل در انتخاب يك مبرد جايگزين ميبايستي مسائل اقتصادي و هزينه‏ها را در نظر گرفت.

۳-۶- مصرف انرژي Power Consumption
با توجه به مقايسه دقيق خصوصيات مبردها و اطلاعاتي كه از طريق اينترنت دريافت شده است ميتوان با لحاظ كردن
۱) COP Of Refrigerants
2) Surface Coefficient Of Heat Transfer Of Refrigerants
3) Surface Coefficient Of Heat Transfer Of Oils

و حلاليت روغنهاي POLYOIL ESTER كه نسبت به روغنهاي معدني و الكالين بنزني شرايط بهتري را دارا هستند ، مسئله مصرف انرژي به ازاي هر تن برودت را كاهش و بدين ترتيب علاوه بر انتخاب مبرد ايده‏آل از نظر سازگاري آن با سيستم در بهينه كردن مصرف انرژي ميتوان اقدام نمود.
البته استفاده از گلايكول اتيلن بعنوان ضد يخ در آب چيلر اين فرصت را به صاحب دستگاه خواهد داد كه دماي آب چيلر را پائين‏تر آورده و زمان استراحت دستگاه را بيشتر نمايد. بديـن تـرتيـب تعـداد ON و OFF هـاي سيستـم در ۲۴ ساعـت كاهش يافته و در ديماند و آمپرهاي راه اندازي كه خود باعث افزايش هزينه‏هاي الكتريكي مي‏گردد ، صرفه‏جوئي نمايد.

۴- انواع مبردها Kinds Of Refrigerants
بطور كلي مبردها ( مبردهاي قديم و جديد ) به سه دسته تقسيم مي‏شوند :
۱- مادة خالص (SINGLE FLUID) مانند R-22 , R-134a
2- مخلوط آزئوتروپ (AZEOTROPIC) مانند R-502 , R-507
3- مخلوط زئوتروپ (ZEOTROPIC) مانند R-404 A , R-407 C
البته بهترين مبردها ، مبردهائي هستند كه از يك ماده خالص تشكيل شده باشند ( به دليل ايجاد دما و فشار ثابت در اواپريتور و كاندنسر ) ، ولي با توجه به موارد گوناگون و تنوع در كاربرد سيستمهاي تبريد ، استفاده از يك مبرد خالص (SINGLE FLUID) هميشه امكان پذير نبوده و با محدوديت‏هائي مواجه است اما لزوم جايگزيني (RETROFITTING) استفاده از مبردهاي مخلوط را هم اجتناب ناپذير مينمايد.

به دلايل زير انتخاب آزئوتروپها نسبت به زئوتروپها بعنوان جايگزين و تعويض مبردهاي تخريب كنندة لاية ازون بهتر است.
۱- ضريب انتقال حرارت
۲- دماي گلايد TEMPERATURE GLIDE
3- مسئله نشتي و تغيير در غلظت يكي از عناصر تشكيل دهندة مخلوط
از نظر ضريب انتقال حرارت آزئوتروپها از زئوتروپها بهتر عمل مي‏كنند همچنين در صورت نشتي ، در نسبت وزني عناصر تشكيل دهنده زئوتروپها تغييرات فاحشي ايجاد مي‏شود كه نهايتاً منجر به تغيير ضريب عملكرد (COP) دستگاه شده و حتي ممكن است نياز باشد كه كل گاز دستگاه تخليه و دوباره شارژ مجدد شود در صورتيكه آزئوتروپها در اين مورد تقريباً همانند مادة خالص عمل مي‏كنند ( بدليل صفر بودن و يا پائين بودن دماي گلايد )

– دماي گلايد TEMPERATURE GLIDE
برخلاف مادة خالص ، براي مخلوط ها دماي تبخير تعريف نمي‏شود بلكه دماي ديگري بنام گلايد مورد مطالعه قرار ميگيرد چرا كه مخلوط از چند مادة مختلف با خصوصيات فيزيكي متفاوت تشكيل شده است و عمل تبخير و تقطير آنها در شرايط يكسان انجام نمي‏گيرد. در نتيجه در موقع انتخاب مبردهاي مخلوط دماي گلايد را مدنظر قرار ميدهند.

اختلاف بين دماي نقطه حباب (BUBBLE POINT) و نقطه شبنم (DEW POINT) تحت فشار ثابت را دماي گلايد (TEMPERATURE GLIDE) مي‏گويند و هر چه اين دما كمتر باشد رفتار مادة مورد نظر به رفتار يك مادة خالص نزديكتر است و بهمين دليل در موقع انتخاب مبردهاي مخلوط ، اين دما ، نقش تعيين كننده دارد و آزئوتروپها از اين نظر بهتر ميباشند.

۵- انتخاب مبرد جايگزين R-22 در مجتمع پتروشيمي اصفهان
الف) گزينه‏هاي معرفي شده از طرف شركتهاي توليد كننده خارجي براي جايگزيني R-22 گازهاي R-407C و R-507 ميباشد كه البته گاز R-507 اخيراً بعنوان جايگزين در دستگاههائي كه دماي OPERATION آنها زير صفر ميباشد توصيه شده است. لذا واحد تهويه مجتمع در نظر دارد با اضافه كردن گلايكول اتيلن ( ضد يخ ) به آب چيلر از مبرد R-507 در دستگاههاي تهويه مطبوع بنا به دلايل زير استفاده نمايد :

۱- دماي گلايد آن صفر است.
۲- نسبت به R-407 C از ضريب انتقال حرارت بيشتري برخوردار است.
۳- سازگاري با كمپرسورهاي COPELAND به دليل تجربه استفاده در سردخانه زير صفر
۴- مصرف انرژي الكتريكي در اين سيستم كمتر خواهد بود
۵- بدليل سرما سازي سريع R-507 و طولاني شدن OFF دستگاه ضايعات آن كمتر و عمر قطعات مكانيكي بيشتر خواهد شد.
۶- بدليل اينكه دماي ديسچارج كمپرسور پائين‏تر است سالم ماندن روغن تضمين خواهد شد.

۶- مبرد R-22
فرئون ۲۲ يكي از مبردهاي فلوروكلر داريست كه در سطح وسيعي در سيستمهاي سرد كننده و تهويه مطبوع استفاده ميشود.
فرمول شيميائي آن CHCLF2 ميباشد. نقطه جوش آن در فشار يك آتمسفر -۴۱٫۴°C است. گرماي نهان تبخير فرئون ۲۲ در دماي ۵°F برابر با ۹۳٫۵۸ B.T.U/ lb ميباشد. محل نشت آن در سيستمها به كمك ليك ياب الكترونيكي ، چراغ هالايد و يا با كف صابون مشخص ميشود.
آثار زيست محيطي اين نوع مبرد تخريب لايه ازون و ميزان آن بين ۰٫۰۱ تا ۰٫۰۵ است. بدليل داشتن هيدروژن در فرمول شيميائي ميزان تخريب آن نسبت به R-12 كمتر است.

درمجتمع‏پتروشيمي‏اصفهان‏ازاين‏نوع‏مبرد در سيستمهاي تهويه مطبوع (WATER CHILLER) كولرهاي گازي پنجره‏اي ، سيستم سرد كنندة واحد ازت و در سيكل كمپرسور C-321 در واحد H.P.U. استفاده ميشود.

۷- محاسبات سيستم سرد كننده ساختمان سايت آفيس در شرايط موجود با گاز R-22
7-1- محاسبات ترموديناميكي سيكل با مبرد R-22 ( سيكل ايده‏آل)
سيكل مبرد R-22 را ميتوان در نمودار فشار – انتالپي (p-h) مطابق شكل زير نمايش داد. سيكل ، ايده‏آل بوده و راندمان كمپرسور و افت فشار در لوله‏ها در نظر گرفته نشده است. مقادير فشار و دما در نقاط مختلف سيكل براساس استاندارد تبريد تراكمي صورت ميگيرد. (مخصوص چيلرها)

فرآيندهاي مختلف در اين سيكل عبارتند از :
فرآيند ۱-۲ : تراكم بخار مبرد در كمپرسور كه در شرايط ايده‏آل و بصورت آيزونتروپيك است.
فرآيند ۲-۳ : كاهش دماي مبرد در تحول فشار ثابت ( در لوله ديسچارج و كاندنسر)
فرآيند ۳-۴ : تقطير يا كاندنس كامل مبرد در يك تحول فشار و دما ثابت
فرآيند ۴-۵ : تحـول خفقان يا انتالپي ثابت كه در وسيله انبساطي صورت مي‏گيـرد (اكسپنشن ولو )
فرآيند ۵-۶ : تحول تبخير در اواپريتور (CHILLER) كه بصورت دما و فشار ثابت انجام مي‏گيرد.
فرآيند ۶-۱ : ناحيه‏سوپرهيت است كه در واقع‏براي‏جلوگيري از صدمه‏رسيدن به كمپرسور ، بخار اشباع در اواپريتور را قبل از ورود به كمپرسور كمي گرم مي‏كنند تا بصورت بخار داغ (SUPERHEAT) وارد كمپرسور شود.

در محاسبة سيكل تبريد مورد نظر با مبرد R-22 و بصورت ايده‏آل از داده‏هاي موجود در مركز اسناد و كاتالوگ شركت سازنده چيلر (CLIMAVENTA) استفاده شده است. البته لازم به ذكر است كه بار حرارتي كاندنسر در محاسبات انجام شده براساس اختلاف دماي ۶ درجه (INLET 29°C , OUTLET 35°C) صورت گرفته است درصورتيكه طبق LOG SHEETهاي پيوست اختلاف دماي آب ورودي و خروجي كاندنسر چيزي در حدود ۱۰ درجه است كه اين مسئله باعث افزايش ظرفيت كاندنسر خواهد شد. ( مشخصات فني و داده‏هاي سيستم در پايان گزارش پيوست ميباشد )
۷-۲- جزئيات محاسبات سيكل تبريد R-22 ( سيكل واقعي )

از آنجائي كه جريان سيال در دو مبدل كاندنسر و اواپريتور دو فازي ( اشباع SATURATION ) ميباشد ، افت فشار ناچيزي ايجاد مي شود كه تأثير آن در محاسبات قابل اغماض و ناچيز است. همچنين افت فشار لوله‏هاي رابط نيز در موازنة حرارتي سيكل قابل چشم‏پوشي است.
و تنها عامل مهم در محاسبات سيكل بصورت واقعي ، راندمان ((ηC كمپرسور است.، كه ميبايستي در نظر گرفته شود.