הכן מפעלך לקיץ – מערכת קירור אדיאבטי לעומת צ'ילרים ומגדלי קירור / צביקה שפאץ ודני הראל

על קירור אדיאבטי שמעתם? אם אתם שוקלים לשדרג את מערכות הקירור במפעלכם, כדאי לכם לשמוע על החידושים האחרונים בתחום ואם לא, תקראו בכל זאת, אולי תשקלו מחדש

תמונה 1: מערכת אדיאבטית שהותקנה במפעל סודהסטרים. 5 מתקנים, 20 מאווררים מפוקדי תדר בכל מתקן של חברת Frigel.

מה משותף לעובד הייצור ולפלסטיק אותו הוא מעבד? שבחום גבוה, שניהם נמסים….

ואכן, בתעשיית הפלסטיקה, הקירור נחוץ לשתי מטרות עיקריות: מיצוק הפאזה הנוזלית של החומר הפלסטי, וקירור מתקני הייצור הפולטים חום במהלך עבודתם. בין אלו נמנות מערכות הידראוליות, מתקני ייבוש לחומרים היגרוסקופיים, מדחסי אוויר, תבניות, ולמעשה כל מערכות הייצור.

צ'ילרים ומגדלי קירור OUT – מתקני קירור IN

עד לאחרונה, מקובל היה להתקין במפעלים שני סוגי מתקנים: צ'ילרים ומגדלי קירור. שילובם יחד אפשר התאמה לטווחי הטמפרטורות הדרושות למפעל. אולם בשנים האחרונות התפתחה גישה שונה. חברות חדשות צצו. אלו מתמחות בהקמת מתקני קירור שלמים לתעשייה, המסופקים לאתר מחווטים, בדוקים ומוכנים להפעלה. שיטות הקירור שהן מציעות התיעלו והשתכללו ובכתבה זו נתמקד באחת מביניהן, שיטת הקירור האדיאבטי.

קירור אדיאבטי מחליף את מגדלי הקירור המסורתיים, חוסך באנרגיה ומים ומקטין את זיהום הסביבה הנובע משימוש בכימיקלים. בארץ פעילות שתי חברות איטלקיות המתמחות בייצור מערכות אלו, FRIGEL ו-AQUATEC. ציודם הותקן במספר מפעלים כדוגמה מפעל סודהסטרים החדש בדרום שהתחדש במערכת מהגדולות בעולם, מבית FRIGEL. תכנון ואפיון המתקנים בוצע על ידי חברת א.ב. מתכננים יחד עם חברת קור עז.

טמפרטורות הקירור הנדרשות לתהליכים שונים ברצפת הייצור

מערכות הייצור בתעשייה שלנו דורשות טווח רחב של טמפ' קירור. לדוגמה, מקובל לבצע קירור של תבניות המיועדות לייצור מפוליאולפינים, בטמפ' של כ-15⁰ צלזיוס (ע"י מים) ותבניות המיועדות למוצרי PET מחייבות טמפ' מים של כ-6⁰. לעומת זאת, מתקני חימום / קירור של תבניות המיועדות לחומרים הנדסיים (כגון PA, או PC), הצמודים למכונת הייצור, עובדים בטמפ' של 40⁰ ומעלה. ניתן לקרר אותם באמצעות אוויר או מים, בטמפרטורה של כ-30⁰. קירור ההידראוליקה והיבשנים יכול להיעשות בטמפ' של כ-30⁰. דוגמה נוספת למערכת קירור חשובה, היא מערכת מיזוג אוויר מרכזית, החיונית לתנאי עבודה יציבים באולמות הייצור, קיצור זמני המחזור, ורווחת העובדים. מיזוג אוויר באמצעות צ'ילרים מחייב טמפ' מים של 7⁰ צלזיוס.

טווחי הקירור של צ'ילרים ומגדלי קירור

באופן כללי, צ'ילרים מיועדים לקירור מים לטמפ' של עד 20⁰ צלזיוס, אך ניתן להגדיל את טווח הטמפ' באמצעות מערכת ערבוב תלת דרכית. חשוב לציין, שעבור כל הורדה של מעלה אחת בטמפ' המים, נדרשת לצ'ילרים השקעה של כ-5% נוספים של אנרגיה. כלומר, הפעלתם לצורך קירור הידראוליקה היא יקרה. חבל לקרר מים ל-20⁰, כאשר מים בטמפ' של 30⁰ נותנים מענה מספיק.

מגדלי קירור לעומת זאת, חסכוניים יותר באנרגיה. הם מאפשרים קבלת מים בטמפ' כ-5⁰ מתחת לטמפ' הסביבה, וכך מאפשרים כמובן  קירור של הידראוליקה ושל צ'ילרים מקוררי מים, דבר המשפר מאוד את ה-COP של מערכת הצ'ילרים. עם זאת, מגדלי קירור צורכים כמות מים גדולה בתהליכי האידוי הכרוכים בהפעלתם, וכן כמות כימיקלים גדולה הנדרשת למניעת היווצרות של אבנית. בנוסף, מערכת המים הפתוחה שלהם מהווה סכנה להתפתחות חיידקי ליגיונלה.

מה הוא קירור אדיאבטי?

הוותיקים שבינינו זוכרים את שיטות המיזוג הישנות המכונות 'מזרן לח' או 'מזגן אילת'. בשיטה זו מזרימים מים על יריעה או מזרן, מאוורר מאייד את המים, רמת הלחות עולה וכתוצאה מכך יורדת טמפ' האוויר ביחס לסביבה. יתרון השיטה הוא בפשטותה אולם מתקנים אלו נעלמו מהשוק בגלל היווצרות אבנית, שסתמה את מחליפי החום וקיצרה את אורך החיים שלהם.

שיטת 'הקירור האדיאבטי' עובדת על עקרון דומה אולם הלחות היחסית במתקן מווסתת בצורה מבוקרת, כך שלא תגיע לנקודת הטל (Dew Point) ולא תיווצר רטיבות במערכת. בדרך זו יורדת טמפ' האוויר בכחמש מעלות מתחת לטמפ' הסביבה, ללא אידוי מי הקירור במתקן וללא היווצרות אבנית על מחליפי החום. אוויר קר, המוזרם באמצעות מאווררים, מקרר את המים המסתחררים במתקן – בצינורות במעגל סגור. טמפ' מי הקירור היא כ-30⁰, אפילו באמצע היום בקיץ הישראלי כשהאוויר בחוץ מגיע ל-35 מעלות.

משמעות כלכלית וסביבתית

חיסכון במים ובחשמל, וכן הפחתת זיהום האוויר, חשובים לכל חברה, גם לכיס וגם משיקולי סביבה. שיטת הקירור האדיאבטי חוסכת משמעותית במים וכימיקלים ומפחיתה לאפס את זיהום מי השפכים המוזרמים למתקני טיהור. זאת על ידי שימוש במים נקיים, מינימום כימיקלים וצנרת במעגל סגור. החזר ההשקעה עומד על 3-4 שנים. המערכות האדיאבטיות מאפשרות חיסכון אנרגטי, על ידי  קירור תבניות באמצעות צ'ילרים מקוררים במים מהמערכת האדיאבטית (במקום באוויר), וכן קירור מתקנים הידראוליים ישירות ע"י המערכת האדיאבטית, החוסכת עד כ-80% בצריכת האנרגיה בהשוואה לקירור ההדראוליקה באמצעות צ'ילרים. יחד עם זאת – כמובן שיש לבחון כל מקרה לגופו.

מערכת מהגדולות בעולם הותקנה בסודהסטרים בישראל

תמונה 2: מערכת משאבות ופיקוד משאבות לסחרור מי קירור לצרכנים.

לאחרונה, הותקן במפעל סודהסטרים מתקן הקירור מהגדולים ביותר בישראל ואף מהגדולים בעולם, מבית FRIGEL. במפעל סודהסטרים החדש מתוכננות לעבוד כ-53 מכונות הזרקה ומחלקת הזרקת ניפוח חדשה בעלת שלושה קווי ייצור של בקבוקי הגזה. על כן עוצמת הקירור הנדרשת במערך ייצור שכזה גבוהה.

על מנת לספק את צרכי הקירור הותקנו חמש מערכות אדיאבטיות עם 20 מאווררים בכל אחת (תמונה 1).

מערכות אלו מקררות מים בספיקה של 450 מק"ש. ספיקה זו מתחלקת לשלושה מעגלים נפרדים (תמונה 2):

• • קירור הידראוליקה של 3 מכונות הזרקת Pet Preforms – ספיקה 150 מק"ש.
  • קירור הידראוליקה ותבניות של כ-53 מכונות הזרקה – ספיקה 150 מק"ש.
  • קירור צ'ילרים מקוררי מים המשמשים לקירור תבניות והניפוח – ספיקה 150 מק"ש.

מערכות אדיאבטיות דומות הותקנו גם במפעלים נוספים: במפעל אלידן לייצור אריזות הותקנה מערכת לצורך קירור ההידראוליקה של מכונות הייצור של בקבוקי PET, וכן של הצ'ילרים מקוררי המים של תבניות ההזרקה. כמו כן, הותקנו מערכות במפעל ההזרקה שחק טק לקירור תהליכי הייצור. כל המתקנים סופקו על ידי FRIGEL.

בא.ב. מתכננים מסכמים וממליצים למפעלי הפלסטיק לבחון שדרוג או הקמה של מערכות קירור אדיאבטיות. למערכות מגוון יתרונות והן מאפשרות מיקסום היעילות האנרגטית, חיסכון כלכלי ותועלת סביבתית.

צביקה שפאץ, מהנדס בקור עז.

דני הראל, מהנדס בא.ב. מתכננים.