نحوه کار سردخانه‌های آمونیاکی چگونه است؟

ساخت سردخانه های آمونیاکی پیشینه ای چند صد ساله دارد. در نخستین یخچال های صنعتی ساخ

ته شده از گاز آمونیاک (NH3) به عنوان سیال مبرد استفاده می شد. اما بعدها به خاطر معایبی که آمونیاک داشت، این سیال با سیال های دیگری مثل مبرد های فریونی جایگزین شد. امروزه اما شرکت های سازنده به خاطر مشکلات زیست محیطی ترکیبات فریون و اثر آن ها روی لایۀ اوزون، یک بار دیگر برای طراحی و ساخت سردخانه های صنعتی به سراغ مبرد آمونیاک رفته اند. البته در طراحی های امروزی سعی شده تا بسیاری از مشکلات گذشته رفع گردد. به طوری که این مدل از سردخانه ها در این سال ها جزء انتخاب های اولیۀ صاحبان تولیدی ها و انباردارهای بزرگ بوده است. در مقاله سردخانه آمونیاکی چیست قصد داریم دربارۀ این مدل از سردخانه های صنعتی صحبت کنیم. دربارۀ نحوۀ طراحی و ساخت آن ها گفت و گو کنیم و سپس به بررسی مزایا و معایب این سردخانه ها بپردازیم.

آشنایی با سردخانه های آمونیاکی

از گذشته تا تا کنون استفاده از سرما و انجام عمل سرمایش برای حفظ و نگهداری مواد غذایی و دیگر مواد فساد پذیر، امری مرسوم بوده است. به طوری که اختراع یخچال از بزرگترین اختراعات صنعتی بشر بوده است. استفاده از گاز آمونیاک در سردخانه و صنعت تبرید و ساخت دستگاه های تبریدی به اواخر دهۀ نوزدهم میلادی برمی گردد. نخستین یخچال های آمونیاکی برپایۀ سیکل تبرید ساخته شدند. سیکلی که درست برعکس سیکل های ماشین کارنو عمل می کردند و بیشترین بازدهی را در اختیار سازندگان قرار می دادند. در این سیکل سیال مبرد نقش مهمی بازی می کند. در حقیقت این سیال مبرد است که گرما را از محیط سردتر به محیط گرمتر منتقل می کند. عملی که انجامش نیاز به دادن انرژی (یا همان کار) به سیکل تبرید داشت.

مطالعه مقاله سردخانه چیست نیز مفید خواهید بود

امروزه نیز سردخانه های آمونیاکی بر همان منوالی طراحی می شوند که در گذشته انجام می شد. با این تفاوت که پیشرفت تکنولوژی باعث شده تا دستگاه های به کار رفته در سیکل پیشرفته تر شده، عملکرد سردخانه بهبود پیدا کند. مراحلی که گاز آمونیاک باید در سیکل تبرید طی کند به قرار زیر است:

مرحلۀ اول: فشرده سازی سیال آمونیاک

در نخستین مرحله گاز آمونیاک به درون کمپرسور شارژ می شود. امروزه از کمپرسورهای اینورتر مثل اسکرو یا اسکرال استفاده می گردد که هم میزان سر و صدای کمتری دارد و هم عمل فشرده سازی را بهتر انجام می دهد. دیگر نکتۀ مهم دربارۀ این مرحله شکل طراحی آن است. معمولاً از مبرد آمونیاک در طراحی سردخانه هایی استفاده می شود که ظرفیت بالایی برای ذخیره سازی دارند و محیط سردخانه متراژ بزرگی را پوشش می دهد. برای چنین سردخانه ای در نظر گرفتن یک سیکل و یک دستگاه کمپرسور به تنهایی نمی تواند جوابگو باشد. به همین خاطر معمولاً از دو سیکل به صور همزمان استفاده می شود و هر سیکل با دو تا چهار دستگاه کمپرسور تجهیز می شود. به این شکل اگر یکی از کمپرسورها (یا سیکل ها) از مدار خارج شد، همچنان عمل سرمایش محیط انجام می گیرد و فقط ضریب سرمایش سردخانه به اندازۀ درصد مشخصی کاهش می یابد.

مرحلۀ دوم: ورود به کندانسور

گاز آمونیاک پس از اینکه از کمپرسور خارج شد، دارای دما و فشار بالایی خواهد بود. به همین خاطر لازم است دمای آن پایین آورده شود. برای این کار معمولاً از یک کویل حرارتی یا مبدل حرارتی پوسته لوله استفاده می شود. به گونه ای که سیال مبرد از درون لوله عبور داده می شود و سپس به کمک جریان آب خنک می شود. این جریان آب نیز به وسیلۀ یک برج خنک کننده تأمین خواهد شد. البته در سردخانه های کوچک ممکن است از فن های هوا نیز برای خنک سازی مبرد استفاده شود. خنک کردن گاز آمونیاک در سردخانه توسط کندانسور سردخانه  باعث می شود که در فشار ثابت دمای آن پایین آمده، به حالت اشباع در آید.

مرحلۀ سوم: عبور از شیر انبساطی

سیال آمونیاکی که در حالت اشباع قرار دارد، در سومین مرحله از یک شیر انبساط عبور می کند. این عمل سبب افت فشار ناگهانی سیال می شود که در نتیجه دمای آن نیز به شکل چشمگیری پایین خواهد آمد. در این حالت به خاطر افزایش حجم، سیال به حالت دو فازی گاز – مایع می رود که در حالت اشباع قرار دارند.

مرحلۀ پایانی: اواپراتور

اواپراتور سردخانه های آمونیاکی اغلب به شکل یک مبدل حرارتی پوسته – لوله طراحی می شود. به این شکل که سیال آب در اطراف کویل حرارتی جریان پیدا می کند و در تماس با مبرد آمونیاک خنک می شود. سپس از این آب خنک شده برای سرمایش محیط سردخانه استفاده می کنیم. این آب می تواند در کویل های حرارتی نصب شده بر دیوار سردخانه یا سیستم سرمایش از کف عمل خنک سازی محیط داخلی سردخانه را انجام دهد. آمونیاک موجود در اواپراتور سردخانه نیز پس از دریافت گرمای آب کویل، مجدداً به حالت گازی در می آید و آمادۀ ورود به کمپرسور می شود.

توصیه می کنیم این مقاله مرتبط را نیز مطالعه کنید : کندانسور و اواپراتور و انواع آنها

آشنایی با سیال مبرد آمونیاک

آمونیاک یک سیال گازی با فرمول شیمیایی NH3 است. این ترکیبت شیمیایی در دمای محیط به حالت گازی است و دمای جوش آن حدود منفی 34 درجه سانتیگراد می باشد. درست به خاطر همین دمای جوش پایین آمونیاک است که از آن در طراحی سیکل های تبرید تراکمی و سردخانه ها استفاده می شود. آمونیاک این قابلیت را دارد که دمای محیط سردخانه را مانند سردخانه زیر صفر تا چندین درجه زیر صفر کاهش دهد. ضمن اینکه به خاطر ظرفیت سرمایشی بالایی که دارد، عملکرد خوبی در سیستم های تبریدی خواهد داشت. همین موضوع سبب شده تا در طراحی و ساخت سردخانه های صنعتی بزرگ اغلب به سراغ آمونیاک بروند. از طرف دیگر تولید گاز آمونیاک در صنعت پتروشیمی فرایندی است که سابقۀ چندین ساله دارد و از محصولات انبوه این صنعت است. معمولاً این گاز را به کمک فرایند هابر تولید می کنند. طی این فرایند، گاز نیتروژن موجود در هوا جداسازی شده، در دما و فشار بالا با مولکول های هیدروژن وارد واکنش می شود. امروزه از گاز آمونیاک علاوه بر طراحی سردخانه ها در تولید محصولات کود کشاورزی نیز استفاده می شود. طرح این مثال به این خاطر است که بگوییم استفاده از گاز آمونیاک به عنوان سیال مبرد نسبت به دیگر مبردهای صنعتی، هزینۀ کمتری خواهد داشت و به صرفه تر خواهد بود.

آشنایی با مزایای سردخانه های آمونیاکی

سردخانه های آمونیاکی امروزه بخش گسترده ای از سردخانه های صنعتی را شامل می شوند. دلیل روی آوردن به آمونیاک برای طراحی سردخانه های صنعتی طبیعتاً به مزایای پرتعداد این سیال مبرد برمی گردد. در ادامه مهم ترین مزایای آمونیاک و سردخانه های آمونیاکی را فهرست کرده ایم:

• دمای جوش پایین : دمای جوش پایین گاز آمونیاک در سردخانه سبب شده تا بالاترین میزان تبرید یا همان سرمایش را در بین سیال های تبریدی موجود داشته باشد. به همین خاطر است که در ساخت سردخانه های بزرگ و با ظرفیت سرمایشی بالا به سراغ آمونیاک می روند.
• سازگاری با محیط زیست : نیتروژن گازی است که هفتاد درصد از هفتاد درصد هوای اطراف ما را شکل داده است. در حقیقت برعکس دیگر سیال های مبرد مثل cfc ها، اگر تجزیه شود مشکلات زیست محیطی به وجود نخواهد آورد. به همین خاطر امروزه بیشتر از آمونیاک استفاده می شود.
• هزینۀ پایین تولید آمونیاک : آمونیاک یکی از فراورده های صنایع پتروشیمی است که هزینۀ تولیدی پایینی دارد. در یک مقایسۀ نسبی باید گفت هزینۀ تولید یک کیلوگرم از فریون 22 نزدیک به دو برابر و نیم بیشتر از هزینۀ تولید یک کیلوگرم آمونیاک است.
• بوی شدید آمونیاک : آمونیاک بوی نامطبوعی دارد و در صورت نشت کردن، بالافاصله قابل تشخیص است.
• کاهش هزینه های عملیاتی : استفاده از گاز آمونیاک هزینه های عملیاتی و اجرا را در سردخانه های بزرگ کاهش می دهد.
• میزان انتقال حرارت آمونیاک : میزان ضریب انتقال حرارت در گاز آمونیاک نسبت به دیگر سیال های مبرد بالاتر است. در نتیجه عمل انتقال گرما در بخش های اواپراتور و کندانسور بهتر و سریع تر انجام می گیرد. به علاوه که به این شکل می توان از اواپراتورها و کندانسورهای کوچکتری بهره برد که باعث صرفه جویی در ساخت سردخانه می گردد.
• عدم اختلاط پذیری : سیال آمونیاک با ترکیبات روغنی قابل امتزاج نیست. این مورد به خصوص در زمان کار با کمپرسورها اهمیت بالایی پیدا می کند.
• کاهش قطر خط لوله : در سردخانه های بزرگ اندازه خطوط لوله و قطر آن ها روی هزینه های طراحی اثر مستقیم خواهد داشت. در صورت استفاده از آمونیاک، به خاطر ضریب انتقال حرارت بالا، می توانیم از لوله های با قطر کمتر استفاده کنیم.

بررسی معایب سردخانه های آمونیاکی

همین طور که سیال آومنیاک به عنوان مبرد سیکل های تبرید دارای مزایای مشخصی است، معایبی هم دارد که باعث می شود گاهی طراحان به جای آمونیاک به سراغ دیگر مبردهای تبریدی بروند. از جمله معایب سردخانه های آمونیاکی می توان به موارد زیر اشاره داشت:

• سمی بودن NH3 : گاز آمونیاک ترکیبی سمی است و کار کردن با آن می تواند خطرآفرین باشد.
• اشتعال پذیری : گاز آمونیاک تحت شرایط خاصی می تواند قابلیت اشتعال پذیری نیز داشته باشد.
• وضع قوانین ایمنی سخت گیرانه : به خاطر سمی بودن آمونیاک و قابلیت اشتعال پذیری آن، لازم است در سردخانه های آمونیاکی قوانینی ایمنی سخت گیرانه ای وضع شود. هدف از این قوانین جلوگیری از هر رخداد غیرقابل پیشبینی است. موضوعی که شاید خیلی باب میل انباردارها و مردم عادی نباشد. (طبیعی است که شما کار با سردخانه ای که نکات ایمنی اش ساده تر باشد را ترجیح بدهید.)
• بازبیینی و تعمیرات : به خاطر سمی بودن گاز آمونیاک و قابلیت آتش گیری آن، لازم است به صورت مستمر خطوط لولۀ سردخانه مورد ارزیابی و بازبینی قرار بگیرد.
• خورندگی آمونیاک در حضور آب : آمونیاک محلول در آب خاصیت بازی دارد و می تواند روند خوردگی فلزاتی مثل آهن، برنج یا مس را تشدید کند.
• کارکرد مبرد آمونیاک در فشارهای پایین : کارکرد مبرد آمونیاک در مواقعی که فشارش درون خط لوله پایین تر از فشار جو قرار می گیرد، پایین می آید. در این مواقع اگر لوله سوراخ شود، باعث نفوذ جریان هوا و رطوبت محیط به درون خط لوله شده، فرایند خوردگی را تشدید می کند.
• به کارگیری در سردخانه های کوچک : استفاده از آمونیاک برای سردخانه های کوچک خیلی کارکرد مناسبی ندارد. در این مواقع سردخانه های فریونی انتخاب های بهتری هستند.

جمع بندی

سردخانه های آمونیاکی دسته ای از سردخانه های صنعتی هستند که ظرفیت سرمایشی بالایی دارند و در اندازه های بزرگتری طراحی و ساخته می شوند. آمونیاک یک ترکیب شیمیایی است که امروزه در صنایع پتروشیمی به صورت عمده تولید می شود. آمونیاک نقطه جوش پایینی داشته و دارای ضریب انتقال حرارت بالایی است. به همین خاطر به عنوان یک سیال مبرد عملکرد ایده آلی دارد. نخستین یخچال های ساخته شده صنعتی اغلب از آمونیاک کمک می گرفتند. اما سمی بودن آمونیاک و خاصیت آتش گیری آن باعث شد تا سازندگان به سراغ دیگر ترکیبات شیمیایی بروند. با این حال همچنان در طراحی سردخانه های بزرگ صنعتی از مبرد آمونیاک استفاده می شود. هزینه های پایین تأمین گاز آمونیاک، افزایش نرخ انتقال حرارت در سیستم های سرمایشی و سازگاری آن با محیط زیست از جمله مزایای مهم این سیال مبرد به شمار می آید.