چرا یک چیلر جذبی از کار می‌افتد؟

ترجمه و اقتباس: مهندس سید مجتبی طباطبایی

تابستان سال ۲۰۰۵ یکی از دوستان فرانسوی تبارم به اسم دکتر ژوزف ورنوی که در شهر نیویورک بیمارستانی بزرگ به نام ” ژاندارک” دارد با من تماس گرفت و برای راه اندازی سیستم سرمایش از کارافتاده بیمارستانش از من کمک خواست. چون پای بیمارستان در میان بود بدون فوت وقت خودم را به آنجا رساندم تا ببینم مشکل چیست که برای حل آن به من متوسل شده اند. به محض ورود به بیمارستان به دفتر دکتر ورنوی رفتم که هوایی به شدت گرم و دم کرده داشت.

از دکتر اطلاعاتی راجع به سیستم تهویه مطبوع بیمارستان خواستم که معلوم شد چیلر آنجا از نوع جذبی بوده و در چند هفته اخیر درست کار نمی کرده است.

ژوزف گفت : به خاطر عدم کارایی سیستم تهویه مطبوع، هزینه های جانبی زیادی به بیمارستان تحمیل شده و حتی هفته قبل یکی از بیمارانی که در اثر عدم دقت جراح در اتاق عمل به خاطر گرمای بیش از حد آنجا یک کلیه‌اش را از دست داده بود با شکایت به دادگاه تقاضای یک میلیون دلار خسارت کرده

– ببینم تلفاتی هم داشتین؟

– مگه وقتی سر راه از دم آشپزخونه بیمارستان رد می‌شدی بوی حلوا به مشامت نخورد؟ این مربوط به به بیمار هشتاد ساله بود که در اثر گرمای اتاقش دچار سنکوپ شد.

– خدا بیامرزتش قول بده از اون حلوا واسه منم کنار بذارن؛ این باعث میشه با روحیه بهتری کار کنم

به اتفاق دکتر و مسئول تأسیسات ساختمان به موتورخانه رفتیم؛ چیلر جذبی بزرگ بیمارستان به کلی از کار افتاد بود.

از مسئول تأسیسات آنجا که به تازگی استخدام شده بود پرسیدم مگر سیستم سرمایش را طبق برنامه بازرسی نمی کند که گفت همه اجزاء سیستم را طبق برنامه نگهداری بازرسی می کرده ولی چون در مورد چیلر جذبی تجربه چندانی نداشته، درست به چیلر نمی‌رسیده و از همین جا مصائب بیمارستان ژاندارک شروع شده بود.

بله متأسفانه به رغم اینکه ده‌ها سال از ابداع چیلر جذبی می گذرد و امروزه کاربرد آن به دلیل مصرف پایین برق روز به روز گسترش می یابد، هنوز خیلی از تاسیساتچی ها با این نوع چیلر مشکل دارند.

با معاینه ای که از چیلر جذبی این بیمارستان به عمل آوردم علت از کارافتادگی آن را دریافتم : خوردگی شدید داخل چیلر که لازم بود توسط کارخانه سازنده آن بسیاری از اجزاء و قطعاتش تعویض شود. اما برای اینکه از چگونگی بروز این فاجعه برای چیلر جذبی آگاه شوید لازم است توضیحاتی در این مورد بدهم :

چیلر جذبی آب – لیتیوم بروماید نوعی چیلر جذبی است که از توانایی تأمین سرمایش حتی در ظرفیت‌های بسیار بزرگ نیز برخوردار است. همانطور که می دانید آب در این سیستم تحت خلاء و دمای بسیار پایین، حرارت کویل‌های آب سرد را به خود جذب کرده و تبخیر می شود؛ ولی با تجمع بخار آب حاصله درون چیلر خلاء آن به تدریج از بین می‌رود. با پیدایش چنین وضعی محلول رقیق شده ليتيوم بروماید دیگر قادر به جذب بخار آب نبوده و باید برای ادامه سيكل مجدداً غليظ شود. لیتیوم بروماید پس از تغلیظ به سیکل باز گردانده می شود تا مجدداً بخار آب را جذب کند و این چرخه کاری چیلر جذبی مداوماً ادامه می یابد. اما این سیکل ترمودینامیکی به لحاظ خورنده بودن محلول ليتيوم بروماید (معمولاً با غلظت‌های حدود ۵۰ درصد) وضعیت پیچیده تری دارد. فرآیند خوردگی داخل قسمت جذب کننده (Absorber) باعث تخریب داخلی چیلر شده و مشکلات فراوانی را برای مبدل‌های حرارتی پدید می آورد. به علاوه ذرات ریز حاصل از این خوردگی باعث انسداد بخش‌های مختلف چیلر می‌شوند. پمپ‌های محلول و مبرد تنها بخش‌های متحرک چیلر جذبی هستند که وظیفه آنها به گردش درآوردن سیال در نقاط خاصی از سیکل کار چیلر است. در بسیاری از موارد به دلیل عدم طراحی صحیح چیلر جذبی یا فقدان تدابیر لازم برای حفاظت آنها در برابر خوردگی، پس از چند فصل کاری کیفیت کار و ظرفیت سرمایی آن‌ها نزول کرده و بازسازی آن‌ها هزینه های سنگینی را بر صاحبانشان تحمیل نموده است.

حالا ببینیم فرآیند خوردگی در یک چیلر جذبی چگونه است :

عامل اصلی خوردگی در یک چیلر جذبی، هوا یا به عبارت دقیق‌تر اکسیژن است. اگر به هر دلیل هوا به داخل چیلر نفوذ کند واکنش کاتدیکی آغاز می شود که نتیجه آن خوردگی هر نوع فلز در محیط آبی درون چیلر است. البته نفوذ اتفاقی هوا به داخل چیلر در حجم ناچیز آنقدرها خوردگی ایجاد نمی کند که سبب گرفتگی نازل‌ها و لوله های مبدل‌های حرارتی شود، بلکه این نشت مداوم هواست که با تشدید خوردگی داخلی موجب خرابی چیلرهای جذبی لیتیوم برومایدی می شود.

اگر یک نشتی ساده پس از اندک زمانی کشف و مرمت شود فرآیند خوردگی باز می‌ایستد. البته کیفیت کار یک چیلر جذبی به خلاء داخلی آن بسیار وابسته است که در صورت نفوذ هوا از مقدار این خلاء کاسته شده و ظرفیت دستگاه متناسباً کاهش می‌یابد. پس چنانچه هرگونه نشتی در چیلر جذبی یافت شود باید در اسرع وقت نسبت به مرمت آن و برقراری مجدد خلاء به حد مطلوب اقدام کرد.

چیلرهای جذبی در عمل به نگهداری ویژه توسط افراد متخصص نیاز دارند. این افراد از معنی صداها و دماهای نقاط مختلف چیلر به خوبی آگاهند و می‌توانند با سنجش جریان، دست زدن به سطوح مختلف چیلر و بررسی سایت گلاس‌ها، عیوب چیلر را شناسایی کنند.

البته اگر یک چیلر جذبی دفعتاً در یک روز گرم تابستان از کار بیافتد، زمان کافی برای یافتن نشتی‌ها و تعمیر آنها در اختیار نیست. در چنین شرایطی معمولا باید یک پمپ خلاء بیرونی به مکانیزم پرج (Purge) یا تخلیه دستگاه وصل شده و خلاء داخلی آن در حد مطلوب برقرار گردد تا چیلر برای مدتی به کار ادامه دهد تا بعداً در فرصت مقتضی برای تعمیرات اساسی از مدار سرویس خارج گردد.

اگر در پوسته دستگاه هم سوراخ‌های بزرگی ایجاد شده باشد، می‌توان برای مدت کوتاهی با استفاده از پمپ خلاء بیرونی از چیلر کار گرفت اما این کار را نمی‌توان برای مدت طولانی ادامه داد چون در صورتی که نشتی‌ها رفع نشوند، خوردگی داخلی چیلر فراگیر شده و نهایتا دستگاه از کار می‌افتد. در صورت استفاده طولانی مدت از یک پمپ خلاء بیرونی در حالی که نشتی هنوز برطرف نشده از سویی خلاء درونی آن برقرار می ماند ولی از سوی دیگر اکسیژن تازه مداوماً به داخل دستگاه وارد شده و به تخریب آن ادامه می‌دهد و به این ترتیب پمپ خلاء که برای نجات موقت چیلر مورد استفاده قرار گرفته به بزرگترین دشمن آن تبدیل می‌شود.

اما یکی دیگر از علل از کارافتادن و مرگ زود هنگام چیلر جذبی عدم توجه به شیمی محلول‌های داخلی آن است. البته تلاش‌هایی برای حل مشکلات شیمیایی و خورندگی لیتیوم بروماید از طریق افزودن مواد خاص ضد خوردگی به آن صورت گرفته است؛ موادی از قبیل اسید هیدروبرومیک ۴۸ درصد، هیدروکسید ليتيوم، نيترات ليتيوم، كرومات ليتيوم، آرسنات لیتیوم و مولیبدات لیتیوم. هر یک از این مواد برای کنترل خوردگی داخلی چیلر جذبی به ليتيوم بروماید اضافه می شوند. با این که هر یک از این مواد تأثیرات مثبتی در زمینه کاهش خورندگی لیتیوم بروماید دارند اما بدون بررسی مداوم وضعیت شیمیایی لیتیوم بروماید در دراز مدت تأثیرات منفی زیادی نیز ممکن است داشته باشند. اسید هیدرو برومیک و هیدروکسید لیتیوم برای تصحیح میزان قلیائیت و PH محلول لیتیوم بروماید به کار می‌روند. اسید PH را کاهش می‌دهد در حالی که هیدروکسید بر آن می افزاید.

سایر مواد شیمیایی یعنی نیترات کرومات آرسنات و مولیبدات عمدتاً برای محافظت از فلزات آهنی به محلول اضافه می‌شوند. فلزات مسی در PH کم آسیب نمی‌بینند و تنها فلزات آهنی در این شرایط خورده می‌شوند. بنابراین چنانچه PH محیط درونی چیلر جذبی پایین نگه داشته شود می‌توان با اضافه کردن مواد ضد خورندگی فلزات آهنی را نیز محافظت کرد. طریقه عمل نیترات این است که به لایه اکسید آهن در جداره داخلی چیلر اضافه می‌کند، چون تصور می‌شود با ضخیم تر کردن این لایه می‌توان از پیشرفت خوردگی در بدنه آهنی ممانعت به عمل آورد. البته این فکر کاملاً درست است ولی باید توجه داشت که اگر لایه اکسید بیش از حد ضخیم شود به دلیل وزن زیاد از بدنه کنده شده و آن را بدون محافظ می‌گذارد. مضافاً ذرات کنده شده وارد اریفیس‌های داخلی چیلر می‌شوند و مشکلات عمده‌ای ایجاد می‌کنند. اگر نیترات لیتیوم به چیلر افزوده شود راهی برای کنترل میزان تولید اکسید آهن وجود نخواهد داشت و لایه‌های اكسيد مداوماً ضخیم‌تر می‌شوند. نیترات باعث تولید آمونیاک هم در سیستم می‌شود. اما از سوی دیگر فولادی که در حال خوردگی است هیدروژن را از خود آزاد می کند که مستقیماً با نتیرات واکنش داده و از میزان آمونیاک می‌کاهد.

آمونیاک برای فلزات مسی بسیار مضر است و خوردگی کلی آن‌ها را افزایش داده و زمینه را برای انواع خاصی از تخریب‌ها مثل ترک‌های ناشی از تنش خوردگی هموار می‌کند. متأسفانه چون نیترات با قابلیت خاص خود در جذب هیدروژن برای آرام کردن چیلرهای جذبی بسیار مؤثر است، پرسنل نگهداری چیلر جذبی گاهی در استفاده از آن افراط می کنند. افزودن بی دلیل یک یا دو پوند نیترات شاید به بازیابی خلاء از دست رفته چیلر کمک کند ولی از طول عمر آن می‌کاهد. آرسنات لیتیوم نیز اثری مشابه نیترات لیتیوم دارد. این ماده که در نسل‌های اول چیلرهای جذبی دو اثره (Double Effect) به کار برده می‌شد قادر به حل تمام مشکلات خوردگی نبود ولی نکته مثبتش این بود که در صورت استفاده از این ماده، آمونیاک تولید نشده و فلزات مسی سالم می‌ماندند. اما استفاده از آرسنات لیتیوم سبب تولید گاز ” آرسین” (ASH₃) در سیستم می‌شود که تأثیر مخربی بر لوله‌های استینلس استیل دارد. استفاده از آرسنات به دلیل سمی بودن آن دیرزمانی است که در چیلرهای جذبی ممنوع شده است.

کرومات و موليبدات ليتيوم، مواد ضد خوردگی مناسب هستند چون به هیچ وجه آمونیاک یا آرسین تولید نمی‌کنند. استفاده از این دو ماده در چیلرهای جذبی لیتیوم برومایدی جدید برای جلوگیری از خوردگی کاملا رایج است. البته کرومات لیتیوم ماده‌ای آلاینده است که به همین دلیل کاربرد کلی آن در طول سال‌های اخیر رو به کاهش بوده ولی استفاده از آن در چیلرهای جذبی لیتیوم برومایدی ادامه دارد چون این چیلرها سیستم‌هایی بسته‌اند و چیزی به محیط زیست وارد نمی‌کنند. اخیرا رویکردی عمومی در اغلب تولید کنندگان معروف چیلرهای جذبی لیتیوم برومایدی به استفاده از مولیبدات لیتیوم مشاهده می شود.

کنترل خوردگی لیتیوم بروماید در سیستم‌های تبرید جذبی محتاج تمهیدات پیچیده مکانیکی و مجموعه‌ای متعادل از افزودنی‌های شیمیایی است. اما متأسفانه در برخی موارد به دلیل عدم نگهداری درست چیلرهای جذبی و به حال خود گذاشتن آن‌ها پس از نصب، خوردگی در آن‌ها پیشرفت کرده و سرانجام آن‌ها را از کار می اندازد.

اگر پدیده خوردگی در یک چیلر جذبی آغاز گردد و به سرعت اقدام به جلوگیری از آن نشود، احتمال از کار افتادن آن زیاد است. ذرات زنگ آهن و اکسید مس سبب گرفتگی نازل‌های حساس و مبدل‌های حرارتی شده و راندمان دستگاه را به تدریج پایین می‌آورند. تجمع این ذرات در کار پمپ‌ها نیز تأثیر منفی داشته و انتقال حرارت را کاهش می‌دهند. با پیشرفت این وضعیت و عدم نظارت و اعمال تصحیحات لازم توسط متخصصین راندمان چیلر رفته رفته کاهش یافته و سرانجام از کار می‌افتد؛ یعنی همین وضعی که برای چیلر بیمارستان ژاندارک پیش آمده اما مصائب بیمارستان ژاندارک به همین جا ختم نمی‌شود؛ برداشتن و تعویض یک چیلر جذبی غول پیکر با ظرفیت سرمایی بزرگ کار ساده‌ای نیست و در آوردن آن از موتورخانه بدون تخریب بخش‌هایی از ساختمان شاید امکان پذیر نباشد. بازسازی یک چیلر معیوب با ۴۰ تا ۶۰ درصد هزینه یک دستگاه نو قابل انجام است ولی این کار فقط باید توسط کارشناسان کارخانه تولید کننده چیلر یا افراد آموزش دیده صورت گیرد.

البته اگر چیلر جذبی لیتیوم برومایدی از اول تحت نگهداری و کنترل صحیح قرار بگیرد، سال‌های سال بدون هیچ مشکلی کار کرده و در هزینه برق ساختمان نیز صرفه جویی عظیمی صورت خواهد گرفت.

به نقل از مجله صنعت تاسیسات، شماره صد و نوزدهم