بخش چهارم :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش‌های قبلی را مطالعه کنید.
مقدمه
چیلرهای جذبی به عنوان تجهیزات حیاتی در سیستم‌های سرمایشی صنعتی و تجاری، نقش مهمی در تأمین سرمایش و بهینه‌سازی مصرف انرژی ایفا می‌کنند. یکی از چالش‌های عمده و کمتر مورد توجه در این سیستم‌ها، پدیده خوردگی ناشی از محلول لیتیوم بروماید است که می‌تواند به طور قابل‌توجهی عمر مفید دستگاه و راندمان عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد. محلول لیتیوم بروماید با خواص خورنده قوی خود، اگر به درستی مدیریت و پایش نشود، به مرور زمان باعث تخریب اجزای فلزی داخلی چیلر و کاهش بازدهی سیستم خواهد شد. درک عمیق از مکانیزم‌های خوردگی، شاخص‌های شیمیایی و فیزیکی مؤثر، و نقش بازدارنده‌ها، از جمله گام‌های اساسی برای پیشگیری و کنترل این مشکل است. این مقاله با هدف بررسی جامع و تخصصی پدیده خوردگی در چیلرهای جذبی و ارائه راهکارهای علمی و عملی برای افزایش دوام و عملکرد بهینه آنها نگارش شده است.
پدیده خوردگی در چیلرهای جذبی
یکی از مسائل پنهان اما بسیار حیاتی در عملکرد چیلرهای جذبی، خورندگی بالای محلول لیتیوم بروماید است؛ موضوعی که متأسفانه در بسیاری از موارد نادیده گرفته می‌شود. این ترکیب شیمیایی با خاصیت خورنده قوی، در صورت عدم مدیریت صحیح، می‌تواند به مرور زمان اجزای فلزی داخلی چیلر را مورد حمله قرار دهد و ساختار اصلی دستگاه را دچار فرسایش کند. در بررسی دلایل خوردگی، پیش از آنکه وارد جزئیات واکنش‌های شیمیایی بین لیتیوم بروماید و فلزات شویم، باید به دو اصل کلیدی توجه ویژه داشت. نخست، نحوه نگهداری و بهره‌برداری از سیستم است. حتی اگر اطلاعات شیمیایی کامل و دقیقی در دسترس باشد، بدون راهبری اصولی دستگاه، نمی‌توان از عملکرد صحیح و طولانی‌مدت آن اطمینان حاصل کرد. پارامترهای شیمیایی و مکانیکی در چنین سامانه‌هایی هم‌پوشانی دارند و ضعف در یکی، موجب اختلال در عملکرد کل می‌شود.
نکته دوم که جنبه‌ای حیاتی در جلوگیری از خوردگی دارد، حفظ شرایط خلأ (وکیوم) درون دستگاه است. محیط عاری از هوا مانعی جدی برای پیشرفت فرآیندهای خورنده است و در شرایط ایده‌آل، می‌تواند خوردگی را عملاً متوقف سازد. اما اگر کوچک‌ترین نشتی یا نفوذ هوا در سیستم رخ دهد، حضور اکسیژن سبب تسریع واکنش‌های خورنده شده و تخریب تدریجی تجهیزات را رقم می‌زند.
تجزیه شیمیایی و نقش آن در ارزیابی خوردگی چیلرهای جذبی
برای تحلیل دقیق میزان خوردگی در سیستم‌های جذبی، بررسی شیمیایی محلول لیتیوم بروماید (LiBr) یکی از اقدامات بنیادی محسوب می‌شود. این ارزیابی نیازمند نمونه‌برداری از نقاط مختلف گردش محلول در سیکل چیلر است تا بتوان تصویری جامع از وضعیت شیمیایی آن به‌دست آورد. نمونه‌گیری می‌تواند از محلول رقیق‌شده‌ای انجام شود که پس از جذب بخار آب از اواپراتور به سمت ژنراتور حرکت می‌کند یا از محلول غلیظی که پس از خروج از ژنراتور، در مسیر بازگشت به جاذب قرار دارد. در مواقع تعمیر یا سرویس سیستم نیز ممکن است محلول در بخش‌هایی از لوله‌ها تجمع یابد که این نقاط نیز برای نمونه‌برداری مناسب خواهند بود. در حالت ایده‌آل، بهتر است این فرآیند تحت نظر تیم فنی یا نماینده رسمی سازنده چیلر صورت گیرد تا هم شرایط نمونه‌برداری استاندارد باشد و هم تفسیر نتایج با دقت لازم انجام شود. نکته قابل توجه این است که حتی در غیاب نفوذ هوا، لیتیوم بروماید به‌طور ذاتی مستعد واکنش‌های شیمیایی است که به‌صورت پیوسته و در طول شبانه‌روز در جریان است؛ واکنش‌هایی که اگرچه کند و تدریجی هستند، اما می‌توانند در درازمدت موجب تغییراتی در کیفیت محلول و ساختار فلزی اجزا شوند. روش‌های آنالیز این محلول، مشابه آزمون‌های شیمیایی معمولی‌اند، اما دقت موردنیاز در آنها به‌مراتب بالاتر است. این آزمایش‌ها از لحاظ اهمیت در ردیف بالاتری نسبت به بررسی کیفیت آب دیگ بخار یا آب برج خنک‌کننده قرار دارند، چرا که لیتیوم بروماید در یک مدار بسته و نسبتاً کوچک گردش می‌کند و تغییرات اندک در ترکیب آن می‌تواند اثرات قابل‌توجهی بر عملکرد کلی دستگاه داشته باشد. از این رو، نتایج این آزمایش‌ها باید با بیانی ساده و قابل فهم برای اپراتورها ارائه شود، بدون آنکه تنها به زبان تخصصی علم شیمی محدود بماند.
ارزیابی محلول لیتیوم بروماید در چیلرهای جذبی با شاخص‌های فیزیکی و شیمیایی
برای تحلیل کیفیت و وضعیت سلامت محلول لیتیوم بروماید (LiBr) در سیستم‌های جذبی، مجموعه‌ای از شاخص‌های تخصصی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هر یک می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره عملکرد دستگاه و سطح خوردگی داخلی آن ارائه دهند.
1. شفافیت محلول
وضعیت ظاهری محلول، نخستین نشانه از وضعیت داخلی سیستم را آشکار می‌سازد. محلولی که دارای شفافیت بالا باشد، معمولاً نشانه‌ای از سلامت سیستم است. در مقابل، اگر محلول رنگ کدر و ظاهری ناخالص پیدا کند، این امر اغلب به‌دلیل حضور ذرات زنگ‌زده ناشی از خوردگی درون سیستم، به‌ویژه اکسید آهن، می‌باشد. این وضعیت معمولاً در اثر تخریب فلزات داخلی توسط محلول خورنده رخ می‌دهد.
2. مقدار اکتین الکل
اکتین الکل به‌عنوان عاملی برای جلوگیری از ایجاد کف و افزایش خاصیت ترشوندگی محلول به ترکیب اضافه می‌شود. در شرایط خلا، محلول لیتیوم بروماید تمایل به کف‌زایی دارد و وجود این کف می‌تواند در انتقال حرارت اخلال ایجاد کند. اکتین الکل با شکستن حباب‌های کف، موجب بهبود عملکرد حرارتی سیستم می‌شود.
3. میزان ذرات جامد معلق
حضور ذرات جامد معلق، به‌ویژه قطعاتی از جنس آهن یا مس، نشانگر خوردگی پیشرفته در داخل چیلر است. این ذرات معمولاً از دیواره‌های داخلی سیستم جدا شده و وارد مدار محلول می‌شوند. تجمع این اجزا ممکن است مسیر جریان در لوله‌ها و نازل‌ها را مسدود کرده و موجب افت راندمان شود.
4. وزن مخصوص محلول
یکی دیگر از شاخص‌های مهم، چگالی یا وزن مخصوص محلول است. کاهش محسوس این عدد می‌تواند نشانه‌ای از نفوذ آب خارجی به درون مدار بسته باشد. برای مثال، اگر یکی از لوله‌های انتقال آب برج خنک‌کن دچار نشتی یا سوراخ باشد، آب به درون سیستم نشت کرده و غلظت LiBr را کاهش می‌دهد.
5. وضعیت قلیاییت یا pH
درجه قلیایی محلول، میزان تعادل شیمیایی آن را نشان می‌دهد. LiBr در حالت طبیعی خنثی است، اما برای مقابله با خوردگی، محلول را کمی قلیایی می‌سازند. نفوذ اکسیژن از طریق هوا به درون چیلر، باعث تغییر pH و افزایش خاصیت قلیایی می‌شود که خود نشانه‌ای از وجود درز یا نشتی در دستگاه است. تعیین دقیق pH به اپراتور کمک می‌کند مقدار مناسب مواد بازدارنده خوردگی را به سیستم اضافه کند.
6. فلزات محلول (آهن و مس)
مقدار فلزات محلول، به‌ویژه مس و آهن، به‌طور مستقیم میزان خوردگی اجزای فلزی دستگاه را مشخص می‌کند. غلظت مس بالاتر معمولاً هشداردهنده آغاز یا پیشروی حمله به اجزای مسی دستگاه است، در حالی که آهن بیشتر تمایل به ته‌نشینی دارد و در تست‌های محلول کمتر مشاهده می‌شود. بررسی منظم این شاخص‌ها از بروز آسیب‌های جدی پیشگیری می‌کند.
نقش بازدارنده‌ها در مهار خوردگی چیلرهای جذبی
برای مقابله با خوردگی در چیلرهای جذبی که به‌واسطه ماهیت خورنده محلول لیتیوم بروماید (LiBr) شکل می‌گیرد، استفاده از مواد بازدارنده به عنوان یک راهکار کارآمد و الزامی مطرح است. این ترکیبات شیمیایی، با ایجاد واکنش‌های محافظتی، از تخریب تدریجی سطوح فلزی جلوگیری می‌کنند. در این میان، دو ترکیب شیمیایی به‌طور گسترده در صنعت کاربرد دارند :
1. لیتیوم نیترات (Lithium Nitrate)
این بازدارنده به‌عنوان یکی از گزینه‌های رایج برای کنترل خوردگی مطرح است، اما استفاده از آن نیاز به دقت زیادی دارد. یکی از پیامدهای جانبی استفاده از این ترکیب، واکنش آن با هیدروژن آزادشده از فرایندهای خورنده داخلی است که منجر به تشکیل آمونیاک می‌شود. حضور آمونیاک در محلول اگرچه در ابتدا بی‌ضرر به نظر می‌رسد، اما در غلظت‌های بالا به‌ویژه برای اجزای مسی بسیار خطرناک است و می‌تواند زمینه‌ساز ترک، شکاف یا سرعت گرفتن فرایند خوردگی شود. به عنوان نمونه، اگر غلظت آمونیاک به ۵۰ ppm برسد، نرخ خوردگی ممکن است تا سه برابر افزایش یابد. البته در برخی موارد، چیلرها با وجود مقدار کمی آمونیاک، بدون آسیب جدی برای مدت طولانی به فعالیت خود ادامه داده‌اند، به شرط آنکه سایر شرایط محیطی و عملیاتی به‌خوبی کنترل شده باشند.
2. لیتیوم کرومات (Lithium Chromate)
در سال‌های اخیر، کرومات لیتیوم به دلیل پایداری شیمیایی بالا و واکنش‌پذیری محدود، جایگاه ویژه‌ای در میان بازدارنده‌ها پیدا کرده است. این ماده تمایل کمی به واکنش با سایر اجزای محلول دارد، اما وقتی به سطح فلزات درون چیلر می‌رسد، یک لایه نازک و پایدار با خاصیت محافظتی تشکیل می‌دهد. این لایه شبیه به یک سپر شیمیایی عمل کرده و مانع از تماس مستقیم LiBr با سطوح فلزی می‌شود. به همین دلیل، استفاده از کرومات لیتیوم در بسیاری از مدل‌های جدید چیلرهای جذبی به عنوان استاندارد توصیه می‌شود.
میزان آمونیاک و تأثیر آن بر خوردگی سیستم
مقدار آمونیاک موجود در محلول، شاخص مهمی است که نشان‌دهنده شدت خوردگی ناشی از واکنش بین نیترات و هیدروژن آزاد شده در فرآیند خوردگی می‌باشد. به عبارت دیگر، سطح بازدارنده‌های نیترات که با هیدروژن ترکیب می‌شوند، معیاری است برای سنجش میزان خوردگی سیستم. بنابراین، انجام نمونه‌برداری‌ها و تحلیل‌های شیمیایی باید با همکاری و هماهنگی دقیق با کارخانه سازنده انجام شود تا ترکیبات و غلظت‌های موجود در محلول از ابتدا مشخص و کنترل شوند.
در چیلرهای جذبی، دو فلز اصلی که بیشترین اهمیت را دارند، مس و آهن هستند. لوله‌ها عمدتاً از مس ساخته شده‌اند و پوسته دستگاه معمولاً از آهن یا فولاد تشکیل شده است. هر دو فلز تحت تأثیر حمله اکسژن قرار می‌گیرند، اما واکنش آنها به شرایط شیمیایی محلول متفاوت است. فولاد یا آهن در محیط‌هایی با pH پایین و اسیدی بیشتر در معرض خوردگی قرار دارد، در حالی که افزایش pH و قلیایی بودن محیط موجب کاهش میزان خوردگی آن می‌شود. از سوی دیگر، مس در محیط‌های با pH پایین کمتر دچار خوردگی می‌شود و افزایش قلیایی بودن می‌تواند این خوردگی را تشدید کند. بنابراین، تنظیم دقیق pH و میزان قلیایی بودن محلول به گونه‌ای که تعادلی بین حفاظت از هر دو فلز برقرار شود، یکی از نکات کلیدی در کاهش خوردگی و افزایش دوام سیستم است.
نتیجه‌گیری
خوردگی در چیلرهای جذبی، به ویژه ناشی از محلول لیتیوم بروماید، یکی از مهم‌ترین عوامل کاهش عمر مفید و افزایش هزینه‌های نگهداری این سیستم‌ها محسوب می‌شود. پایش دقیق پارامترهای شیمیایی و فیزیکی محلول، از جمله شفافیت، وزن مخصوص، pH، میزان ذرات جامد و فلزات محلول، ابزاری حیاتی برای تشخیص به موقع آغاز خوردگی است. همچنین، حفظ شرایط خلأ و استفاده بهینه از بازدارنده‌های خوردگی مانند لیتیوم نیترات و کرومات لیتیوم، نقشی کلیدی در مهار این پدیده دارد. تنظیم دقیق تعادل شیمیایی محلول و کنترل میزان آمونیاک نیز برای جلوگیری از تخریب اجزای فلزی، بخصوص مس و آهن، ضروری است. در نهایت، همکاری نزدیک بین تیم‌های فنی، اپراتورها و سازندگان تجهیزات، همراه با برنامه‌های منظم نمونه‌برداری و آنالیز شیمیایی، کلید حفظ سلامت و عملکرد پایدار چیلرهای جذبی خواهد بود. این اقدامات نه تنها موجب کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شوند، بلکه تضمینی برای عملکرد بهینه و طولانی‌مدت سیستم سرمایشی فراهم می‌آورند.