Amonyak Geri Döndü!

05 Mayıs 2015 Dergi: Mayıs-2015
Amonyak, bazı kısıtlar ve uyarılarla birlikte, yüz yılı aşkın süredir soğutucu akışkan olarak kullanılıyor. Amonyak, soğutucu akışkan olarak ilk kez Fransa’da 1850’de, ABD’de ise 1860’ta suni buz üretiminde kullanıldı. 1920’lerde blok buz üretiminde, gıda proseslerinde, buz pateni pistlerinde kullanıldı. Bugün amonyak, soğutucu akışkan olarak süpermarketlerde, soğuk hava depolarında,  büyük ölçekli ticari yapılarda, soğuk su çevrimlerinde ve pek çok endüstriyel uygulamada sıklıkla kullanılıyor.
Dünyada ticari uygulamalar için her yıl yaklaşık olarak 131 milyon ton amonyak üretiliyor. Bunun 8 milyon tonu ABD’ye ait.  Üretilen amonyağın yaklaşık % 80’i ziraat alanında kullanılıyor. Soğutucu akışkan olarak kullanılan amonyak ise % 2’lik pay alıyor.
90’lı yılların ortalarında, Avrupa’da yeni güvenlik gereksinimleri gündeme geldi. Bunun nedeni, dünyada kimyasalların kullanıldığı tesisatlarda birkaç önemli kazanın yaşanmış olmasıydı. Bu kazaların en önemlisi 1976’da İtalya’da yaşanan Seveso kazasıydı. Seveso kasabasındaki bir fabrikada triklorofenol üretimi yapan bir reaktördeki patlama sonucu çevreye yayılan gaz; bilinen en zehirli gazlardan dioksindi. Çok sayıda hayvan telef oldu, yüze yakın ev boşaltıldı. Avrupa’da buna benzer kazaların görülmesiyle birlikte 82/501/EC sayılı bir direktif hazırlandı. Bu direktif “Seveso” adıyla anılmaya başladı. Daha sonra, 1996’da bunun yerini alan direktife de Seveso II dendi. Bu direktif, ülkemizde 2013 yılı sonunda, “Büyük Endüstriyel Kazaların Önlenmesi ve Etkilerinin Azaltılması Hakkında Yönetmelik” adı ile yürürlüğe girdi.
Seveso direktifi, Avrupa’da güvenlikle ilgili, PED (Basınçlı Ekipmanlar Direktifi 97/23/EC) gibi başka yönetmeliklere de öncülük etti. Sadece PED direktifine uygun basınçlı ekipmanların Avrupa’da serbest dolaşımına izin verildi. PED direktifi, soğutma endüstrisinde de pek çok ekipmanda değişikliğe gidilmesini gerektirdi. PED öncesinde valfler genellikle dökme demirden üretiliyordu. PED sonrasında ise Avrupa’da bu olanaklı değildi. Güvenlik önlemleri önem kazanınca sıra soğutucu akışkanlara geldi. Soğutucu akışkanların zehirleyici ve yanıcı olma özelliklerine dikkat çekildi. Amonyağın hem toksik (zehirleyici) sınıfta yer alması hem de orta derecede yanıcı olması nedeniyle amonyaklı sistemler bu durumdan oldukça etkilendi. Bugün pek çok ülkede EN 378 ile uyumlu ulusal standartlar ile soğutma sistemlerinin emniyeti yasal güvence altına alınıyor.
Sistem seçimi için “sistemin toplam maliyeti” göz önüne alınır: Toplam maliyetin hesaplanması için ele alınan ilk maliyet kalemi; ekipman ve sistemin satın alma bedelidir. Bu maliyete; uygulama için doğru çözümün saptanması, doğru komponentlerin seçimi, cihazın şantiyeye nakli ve montajı, teslimat için bekleme süresinin maliyeti, gerekli izinlerin alınması gibi maliyetler de eklenmelidir. Bu aşamadan sonra işletme maliyetlerine bakılır. İşletme maliyetleri içinde enerji tüketimi en önemli kalemi oluşturur. Bir veya iki kademeli amonyaklı sistem, amonyak/CO2 kaskad sistem, amonyak/tuzlu sulu sistem veya bir diğer sistemin seçilmesinde verilecek hatalı bir kararın işletme sürecinde vereceği zarar büyük olacaktır. Emiş hattında yüksek basınç kayıpları, kontrol metodunun yetersizliği, enerji tüketimini önemli ölçüde artırabilir. Bir önemli maliyet kalemi de servis-bakım giderleridir. Yeni kurulan tesiste bu maliyet çok fazla önemsenmez, ama sistem yaşlandıkça bu önemli bir maliyet kalemi haline gelir. İşte tüm bu maliyet kalemlerinin toplamı, seçilecek sistemin maliyeti olarak görülmelidir. Maliyetin yanı sıra güvenlik açısından da seçenekler gözden geçirilir.
Amonyaklı sistem seçimi, kaçak ve sızdırma konusunda tedirginlik yaratmasına karşın, kaçak riski ve oranı diğer soğutucu akışkanlarla aynıdır. Ancak amonyak, toksik sınıfta yer alıyor. Dolayısıyla amonyaklı sistem tasarlarken dikkat edilmesi gereken bazı hususlar var. Genel olarak amonyak şarjı miktarını minimize etmek önemlidir. Amonyağın düşük yoğunlukta olması nedeniyle amonyaklı sistemlerin verimi, amonyak/CO2 kaskad sistemlerle kıyaslandığında düşük sıcaklıklarda azalıyor. Amonyak/CO2 kaskad sistemler, her iki doğal soğutkanın avantajlarını kombine eden bir çözümdür. Bu sistemlerde amonyak şarjı, geleneksel amonyaklı sistemlere göre yaklaşık onda birdir. Bu ise, gereken güvenlik ihtiyacını en aza indirir. Ayrıca, amonyak/CO2 kaskad sistemlerin düşük sıcaklıklarda verim kaybı sorunu da bulunmamaktadır. Amonyak/tuzlu su (salamura) sistemler de amonyak şarjını minimize etmenin bir diğer yoludur fakat amonyak/CO2 sistemlere göre verimi biraz düşüktür.
 

Soğutucu Akışkan/Uygulama

Avantajları

Amonyaklı Sistem

Amonyak yüksek verimliliği ile mükemmel bir soğutkandır. Bu, düşük sıcaklık uygulamaları için geçerli değildir.

Amonyak/CO2 Kaskad Sistem

Düşük amonyak şarjı ve düşük sıcaklıklarda yüksek verim.

Amonyak/CO2 (Tuzlu Su) Pompalı Sistem

Düşük amonyak şarjı, basit sistem tasarımı. CO2 pompalı sistem, sadece tuzlu sulu sisteme göre daha verimlidir.

Amonyak-Yüksek Sıcaklık Isı Pompaları

Kabul edilebilir basınç seviyelerinde yüksek sıcaklıklı uygulamalar ve yüksek verim.

Amonyak/CO2 Büyük Ölçekli Ticari Sistem

Yüksek verim. Çevresel olumsuz etkileri yok.

Hidrokarbon Sistem

Çevre dostu ve verimli, fakat yanıcı. R1270, kimya-petrokimya tesislerinde kullanılmaktadır.

 
Geçmişte amonyaklı sistemlerin tesisi daha maliyetli olabilmekteydi. Ancak enerji maliyetleri ve özellikle endüstriyel tesislerde enerjinin yeniden kullanılması gibi konular önem kazandıkça, yüksek basınçta çalışan amonyaklı ısı pompalarına ilgi de artmaya başladı. Yüksek sıcaklıklarda amonyaklı uygulamalar, güvenlik gerekleri dolayısıyla kısıtlanıyordu. Fakat, yüksek sıcaklık ve basınç altında çalışan yeni komponentlerin pazarda yerini almasıyla gereken güvenlik standartları karşılanmaya başlandı. Böylelikle özellikle büyük ölçekli ticari uygulamalarda amonyak, yine yaygınlaşmaya başladı. Bugün, hipermarketler gibi büyük ölçekli gıda satış zincirlerinde amonyak/CO2 kaskad sistemler sıklıkla tercih görüyor.
Küçük ölçekli amonyak DX sistemler henüz yaygınlaşmış değil. Ama gelecekte endüstri için önemli bir rol oynamaya aday görünüyor.  
 
Komponentlerin tasarım basıncı
 
Komponentlerin yüksek basınca dayanımı hızla yükseliyor. Amonyaklı ısı pompaları için 65 bar’da çalışabilen valfler gerekiyor. Bunun sınırlı olan potansiyeli, yüksek basınçlı CO2 valfleri ile bir araya geldiğinde, bu basınçlarda çalışan valf tasarımı ivme kazanıyor. CO2 sistemlerde 90 bar basınçta çalışan komponentler gerekmektedir. Büyük ölçekli soğutma sistemlerinin komponentleri bu basınçlar altında çalışabilecektir. Çalışma basıncını 65 bar’ın üzerine çıkarabilmek için üreticilerin çok ciddi yeni yatırımlar yapması gerekmektedir. Pek çok üretici ise bu finansal yapıya sahip değildir. Bu nedenle bugün, transkritik karbondioksitli uygulamalar için gereken 140 bar için çok az sayıda komponent çeşidi var. Bugün için en büyük vana çapı DN25, ancak gelecekte bu konuda da gelişmeler yaşanacağı düşünülmektedir.
Sızıntı ve kaçaklar için daha az tolerans gösterildiği için flanşlı vanalar ve diğer sızıntı/kaçak potansiyeli bulunan komponentlerin kullanılmayacağı varsayılmaktadır. Vanaların ve sistemin diğer komponentlerinin elektronik kontrollerinin önemi giderek artmaktadır. Kısmi ve tam yük çalışma geçişlerinde optimum çalışma koşullarını sağlayacak esnek kontrol stratejileri ve motorlu vanalar gibi yeni teknolojilerle sistemlerin verimi geliştirilmeye çalışılıyor.

Etiketler