شبكة أنابيب نظام التبريد

من مهام مصمم شبكة أنابيب نظام التبريد اختيار مقاسات مسارات الأنابيب المختلفة في الأنظمة، وتحديد مواد الأنابيب وأماكن تمديدها وميلها ودعاماتها. والاهتمام المعتاد هو التأكد من أن يكون الأنبوب كبيرًا بما يكفي، إلا أن هناك حالات عدة يجب فيها الحفاظ على حد أدنى لسرعة وسيط التبريد داخل الأنبوب، وهو ما يفرض حدًا أقصى لمقاس الأنبوب.

انخفاض الضغط في شبكة أنابيب نظام التبريد

يختار مصممو أنظمة التبريد معظم مقاسات الأنابيب باستخدام مخططات خاصة لانخفاض الضغط. ويتوفر مخطط مستقل لكل وسيط تبريد، وعادةً لا يتعامل المصمم إلا مع عدد محدود من وسائط التبريد. وفي حالة الأبخرة يعتمد انخفاض الضغط على مستوى الضغط، كما تدل عليه درجة حرارة التشبع. غير أنه قد توجد حالات لا تغطيها المخططات القياسية، كوسائط التبريد الجديدة أو وسائط التبريد الثانوية. وفي هذه الحالات يكون من المفيد الرجوع إلى معادلات انخفاض الضغط الأساسية مثل معادلة Darcy-Weisbach.

المقاس الأمثل للأنبوب

إن حساب انخفاض ضغط وسيط التبريد المتدفق في الأنبوب ليس سوى خطوة واحدة في عملية اتخاذ قرار اختيار مقاس الأنبوب. ففي نهاية المطاف يكون قرار تحديد مقاس أنبوب البخار قرارًا اقتصاديًا، يوازن بين التكلفة الإضافية لأنبوب أكبر وبين التوفير في طاقة الضاغط طوال العمر التشغيلي للمعدات.

انخفاض الضغط في الوصلات

إضافةً إلى انخفاض الضغط الذي يحدث في الأنابيب المستقيمة، تسبب الوصلات مثل الأكواع ووصلات T انخفاضًا في الضغط أيضًا. ويحدد التخطيط الفعلي لشبكة الأنابيب مواضع الأكواع ووصلات T الفرعية. كما يحدث انخفاض ملحوظ في الضغط عبر الصمامات حتى وهي مفتوحة بالكامل. لذا يجب استخدام التقدير السليم في تحديد أماكن تركيب الصمامات ونوع الصمام المختار. فحتى الصمامات التي نادرًا ما تُغلق قد تكون بالغة الأهمية لعزل مكوّن معين أو حتى صمام آخر في حالات نادرة. ومن ناحية أخرى، قد تمثل الصمامات الإضافية المركّبة في خطوط البخار طلبًا دائمًا على قدرة إضافية من الضاغط كلما عمل النظام.

اختيار مقاس شبكة أنابيب نظام التبريد

قد تكون القدرة على تحديد انخفاض الضغط في خط وسيط التبريد أمرًا حاسمًا، لكن يبقى قرار تحديد مقدار انخفاض الضغط (أو انخفاض درجة حرارة التشبع) المسموح به. ورغم أن عملية التحسين التي نوقشت ستكون مثالية، فإن المصممين يلجؤون عادةً إلى بعض الأعراف المتبعة التي تعطي على الأقل مقاسات أنابيب معقولة. وفيما يلي تناول كل قسم من أقسام الأنابيب على حدة:

1 – خط السحب إلى الضاغط

يُختار الانخفاض الكلي في درجة حرارة التشبع عادةً بين 0.5 و2°C (0.9 إلى 3.6°F). وتُستثنى من ذلك الأنابيب الصاعدة الرأسية، سواء في أنظمة التمدد المباشر بالهالوكربونات أو في ملفات التغذية الزائدة بسائل الأمونيا. ففي أنظمة التمدد المباشر بالهالوكربونات يجب أن تكون سرعة بخار وسيط التبريد عالية بما يكفي لإعادة الزيت إلى الضاغط. أما في ملفات التغذية الزائدة بسائل الأمونيا فيجب أن تكون سرعة البخار في الأنبوب الصاعد عالية بما يكفي لدفع السائل إلى الخارج حتى لا يملأ الأنبوب الصاعد.

2 – خط الطرد من الضاغط إلى المكثف

يُختار الانخفاض الكلي في درجة حرارة التشبع عادةً بين 1.0 و3.0°C (1.8 إلى 5.4°F). ويكون أثر انخفاض معين في درجة حرارة التشبع في أنبوب الطرد على قدرة الضاغط أقل قليلًا من أثر الانخفاض نفسه في درجة الحرارة على جانب السحب.

3- خط السائل عالي الضغط

قد لا يترتب على انخفاض الضغط في هذا القسم أي أثر سلبي على أداء النظام، لأن انخفاض الضغط الذي لا يحدث في الأنبوب سيحدث في جهاز التمدد أو صمام التحكم في المستوى. إذ يوفر جهاز التمدد الخفض النهائي للضغط إلى الضغط المتوسط (في الضغط على مرحلتين) أو إلى الضغط المنخفض (في الضغط على مرحلة واحدة). وينشأ القلق بشأن انخفاض الضغط في هذا الخط أساسًا من ضرورة ضمان ألا ينخفض الضغط إلى ضغط التشبع المقابل لدرجة حرارة وسيط التبريد القائمة. فلو انخفض الضغط إلى تلك النقطة لتحول السائل فجأة إلى بخار، مما يزيد تدرج الضغط سوءًا وقد يعيق التدفق عبر جهاز التمدد. وتتراوح سرعات وسيط التبريد المختارة لخطوط السائل بين 1 و2.5 m/s (3 إلى 8 ft/s)

4- خط عودة السائل/البخار من المبخرات إلى المستقبِل منخفض الضغط

ينقل الخط العائد من المبخرات إلى المستقبِل منخفض الضغط في أنظمة إعادة تدوير السائل خليطًا من السائل والبخار. وحسابات انخفاض الضغط في تدفق خلائط السائل/البخار ممكنة لكنها معقدة. ولتجنب الحسابات المرهقة مع مراعاة وجود السائل في الوقت نفسه، يختار بعض المصممين مقاس الخط بتحديد المقاس المناسب أولًا كما لو كان الأنبوب ينقل البخار فقط، ثم الانتقال إلى مقاس الأنبوب التالي الأكبر لاستيعاب التدفق المشترك للسائل

5 خطوط إذابة الصقيع بالغاز الساخن.

لاختيار مقاس الأنبوب اختيارًا مدروسًا، ينبغي معرفة معدل تدفق الغاز الساخن المطلوب بوصفه دالة في حجم المبخر. ومن التقديرات التقريبية لمعدل تدفق الغاز الساخن أنه يساوي ضعف معدل تدفق وسيط التبريد المستخدم أثناء خدمة التبريد. وبناءً على هذا الافتراض، تعتمد المقاسات الموصى بها لخطوط الغاز الساخن الفرعية للأمونيا التي اقترحها Hansen على سرعة أساسية قدرها 15 m/s (3000 fpm) مع غاز ساخن عند 21°C (70°F). وتكون هذه السرعة مناسبة لخطوط الغاز الساخن الفرعية التي تخدم مبخرًا واحدًا ضمن مجموعة من المبخرات تُذاب عنها الصقيع في الوقت نفسه. ويمكن تحديد مقاس الخطوط الرئيسية للغاز الساخن بحيث تنقل نصف إجمالي جميع المبخرات الموصولة، على افتراض أنه لن تُذاب الصقيع عن أكثر من نصف المبخرات في وقت واحد.

المصدر: Industrial Refrigeration Handbook