Systémy umělého chlazení udržují průmysl v chodu a mnoho z těchto systémů používá jako chladivo bezvodý čpavek. Jak tyto systémy fungují? Jaká jsou nebezpečí čpavkového chlazení a co lze udělat pro bezpečnost pracovníků?
Chlazení čpavkem 101
Chladicí systémy využívají základní fyzikální zákony k přesunu tepelné energie z jedné oblasti do druhé, přičemž první oblast zůstává chladnější než předtím. Chladnička v kuchyni to dělá proto, aby se mléko nezkazilo. Stejný proces ve větším měřítku používají i krytá hokejová hřiště a mrazicí oddělení obchodů s potravinami. Rozsáhlá průmyslová zařízení, jako jsou petrochemické rafinerie a potravinářské závody, se při svém každodenním provozu spoléhají na rozsáhlé chladicí systémy.
Nejběžnějším typem chladicího systému je chladnička s kompresí par. Tento přístup využívá jako prostředek pro pohyb tepla kapalinu zvanou chladivo. Většinou je chladivem pára. V jednom bodě systému se stlačí a stane se z něj kapalina; později se nechá rozpínat a opět se vypaří. Tento proces se cyklicky opakuje. Pokaždé, když se chladivo vypařuje, absorbuje tepelnou energii ze svého okolí, a pokaždé, když kondenzuje, uvolňuje toto teplo na nové místo.
Fyzikální vlastnosti chladiva určují tlakové a teplotní rozsahy systému spolu s rychlostí cyklů potřebných pro daný chladicí účinek. Tyto detaily následně určují účinnost chladicího systému jako celku. Volba chladiva je důležitá a pro tento účel bylo vytvořeno mnoho syntetických materiálů. Známé je, že ve 20. století bylo vyvinuto a široce používáno mnoho chlorofluorouhlovodíků (CFC), jako například freon-12, dokud nebyl zjištěn jejich ničivý vliv na životní prostředí.
Proč čpavkové chlazení?
Ve velmi rozsáhlých chladicích systémech, například v potravinářských provozech, je čpavek běžnou volbou chladiva. Pro volbu čpavku jako chladiva existují tři hlavní důvody:
- Fyzikální vlastnosti čpavku jej činí účinným a efektivním pro velké systémy.
- V prostředí se rychle rozkládá, čímž minimalizuje potenciální dopad na životní prostředí.
- Jakýkoli únik nebo náhodný únik lze rychle identifikovat díky silnému zápachu čpavku.
Podle Mezinárodního institutu čpavkového chlazení (IIAR) je čpavek o 3 až 10 % termodynamicky účinnější než konkurenční chladiva. Díky tomu může chladicí systém na bázi čpavku dosáhnout stejného chladicího účinku při nižší spotřebě energie. V důsledku toho může čpavkové chlazení tam, kde je vhodné, nabídnout nižší dlouhodobé provozní náklady.
Čpavek se v prostředí velmi rychle rozkládá (ve vzduchu vydrží méně než týden). Na rozdíl od syntetických chladiv, jako jsou freony, nepoškozuje ozónovou vrstvu. Většina potenciálních škod amoniaku závisí na tom, že je ho příliš mnoho na jednom místě, nikoliv na jeho úniku a rozptýlení do životního prostředí. Ve skutečnosti se amoniak často rozprašuje na pole jako hnojivo v průmyslovém zemědělství.
Naposledy si většina lidí všimne štiplavého zápachu amoniaku, když je ve vzduchu jen asi 20 částic na milion (ppm). Zatímco některá chladiva nemají žádný výrazný zápach, takže malé úniky mohou zůstat nepovšimnuty, u čpavku tomu tak není. I nepatrné množství ve vzduchu bude zřejmé. Důležité je, že zjistitelná koncentrace je mnohem nižší než koncentrace, která způsobí bezprostřední poškození.
Nebezpečí čpavkového chlazení
Protože vlastnosti čpavku jsou nejvhodnější pro velké chladicí systémy, bude pravděpodobně v každém systému, který jej používá, velké množství čpavku. Jakákoli voda v systému by mohla zmrznout a zablokovat potrubí, proto se v čpavkových chladicích systémech musí používat bezvodý čpavek (bez vody nebo jiných příměsí). Fyzikální principy chlazení kompresí par vyžadují, aby systém využíval dostatečný tlak ke stlačení plynu na kapalinu. Dohromady to znamená, že chladicí systém používá velké množství čistého čpavku pod vysokým tlakem.
V důsledku toho bude každý chladicí systém na bázi čpavku představovat riziko náhodného vystavení vysokým koncentracím čpavku. Taková nehoda by mohla způsobit vážné poškození lidského zdraví.
OSHA považuje bezvodý amoniak za „bezprostředně nebezpečný životu a zdraví“ při koncentraci 300 částic na milion (ppm), tj. 0,03 %. Čpavek je leptavý pro kůži, oči a plíce a i krátká expozice může mít za následek těžké chemické popáleniny. V extrémních případech může dojít i k usmrcení oběti. Při nehodě v potravinářském závodě v roce 2006 prasklo při údržbě potrubí a na krátkou vzdálenost postříkalo blízké pracovníky. Jeden pracovník zemřel a další byl hospitalizován. Přečtěte si další informace o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci se čpavkem od OSHA.
Prevence úniku čpavku
OSHA mimo jiné doporučuje provést analýzu nebezpečí procesu (PHA), pokud se na pracovišti vyskytuje čpavkové chlazení. PHA se skládá z pečlivého přezkoumání potenciálních problémů – jako je únik čpavku – a z toho, jaké kroky by měly být podniknuty, aby se takovému následku zabránilo. Provedení této analýzy může zvýšit informovanost zaměstnanců, podpořit uvědomělý přístup k bezpečnosti a vytvořit proaktivní přístup k hodnocení nebezpečí a rizik.
Požadavky na PHA lze nalézt v 29 CFR 1910.119, normě OSHA pro řízení bezpečnosti procesů s vysoce nebezpečnými chemickými látkami.
PHA by měla zahrnovat následující:
- Identifikujte všechna nebezpečí procesu.
- Identifikujte všechny předchozí incidenty, které mohly mít na pracovišti potenciálně katastrofické následky.
- Uveďte všechny technické a administrativní kontroly, které lze přijmout ke snížení rizik spojených s nebezpečím.
- Rozveďte důsledky v případě selhání technických a/nebo administrativních kontrol.
- Uveďte všechny potenciální dopady na bezpečnost a zdraví zaměstnanců v případě selhání.
Provedení PHA je klíčovou součástí širšího úsilí o řízení bezpečnosti procesu. Přečtěte si více o řízení bezpečnosti procesů.
Bezpečnost čpavkového chlazení
Rizika spojená s čpavkovým chlazením lze podstatně snížit pečlivým řízením a údržbou. Součástí tohoto procesu je jasné označení používaných potrubí a zařízení. Jako uznávaní odborníci v této oblasti udržuje organizace IIAR kodex doporučení pro označování chladicích zařízení.
Věstník IIAR č. 114, naposledy aktualizovaný v dubnu 2014, specifikuje velikosti, barvy a uspořádání štítků pro čpavkové potrubí a komponenty. Tento ucelený systém zjednodušuje údržbu a podporuje bezpečnost a je kompatibilní s ANSI/ASME A13.1, nejpoužívanější průmyslovou normou pro obecné označování potrubí zařízení.
Typické označení čpavkového potrubí obsahuje pět prvků:
- Zkratka potrubí, například „LTRS“ pro nízkoteplotní recirkulovanou kapalinu, k identifikaci části systému, kterou potrubí představuje
- Fyzikální stav obsahu potrubí, zobrazený písmeny na barevném pásu: „LIQ“ na žluté, pro kapalinu; „VAP“ na blankytně modré, pro páru; nebo obě, pokud by potrubí mohlo obsahovat obě fáze
- Obsah potrubí, jednoduše a jasně označený slovem „Amoniak“
- Hladina tlaku, zobrazená písmeny na barevném pásku: „LOW“ na zeleném pruhu, pro obsah o tlaku 70 psig nebo méně; nebo „HIGH“ na červeném pruhu, pro obsah nad 70 psig
- Směr proudění, vyznačený šipkou směřující podél potrubí správným směrem
Požadavky na štítek chladicího zařízení pro amoniak
Zkratka potrubí, obsah potrubí a směr proudění by byly uvedeny černým písmem na oranžovém pozadí. Podle populární normy pro označování potrubí ANSI/ASME A13.1 je to preferované zobrazení pro potrubí s toxickým obsahem, jako je čpavek. V důsledku toho značení potrubí, které odpovídá bulletinu IIAR č. 114, odpovídá i širší normě.
Tento komplexní systém značení specifický pro dané odvětví je třeba pro dosažení nejlepších výsledků používat důsledně. Společnost Graphic Products nabízí referenční tabulku značení potrubí amoniakem, která popisuje systém IIAR. Používání této tabulky může vašemu zařízení pomoci maximalizovat bezpečnost a efektivitu a zároveň využít výkon čpavkového chlazení. Začněte řešit nebezpečí podle norem IIAR s naší bezplatnou tabulkou značení potrubí.