Grundlæggende principper for ammoniakkøling

Kunstige kølesystemer holder industrien i gang, og mange af disse systemer bruger vandfri ammoniak som kølemiddel. Hvordan fungerer disse systemer? Hvilke farer er der ved ammoniakkøling, og hvad kan man gøre for at holde arbejdstagerne sikre?

Ammoniak-køling 101

Kølesystemer bruger grundlæggende fysik til at flytte varmeenergi fra et område til et andet, så det første område bliver køligere, end det var før. Køleskabet i dit køkken gør dette for at forhindre, at mælken bliver dårlig. Indendørs ishockeybaner og købmandsbutikkers fryseafdelinger anvender den samme proces i større målestok. Massive industrianlæg som petrokemiske raffinaderier og fødevareforarbejdningsanlæg er afhængige af kølesystemer i stor skala til deres daglige drift.

Den mest almindelige type kølesystem er et dampkompressionskøleskab. Denne fremgangsmåde anvender en væske kaldet et kølemiddel som middel til at flytte varme rundt. Det meste af tiden er kølemidlet en damp. På et tidspunkt i systemet komprimeres det, så det bliver til en væske; senere får det lov til at udvide sig og fordampe igen. Denne proces gentager sig i en cyklus. Hver gang kølemidlet fordamper, optager det varmeenergi fra omgivelserne, og hver gang det kondenserer, afgiver det denne varme til sit nye sted.

Kølemidlets fysiske egenskaber bestemmer systemets tryk- og temperaturintervaller samt den cyklushastighed, der kræves for at opnå en given køleeffekt. Disse detaljer bestemmer igen kølesystemets effektivitet som helhed. Valget af kølemiddel er vigtigt, og der er blevet skabt mange syntetiske materialer til formålet. Berømt er de mange chlorfluorcarboner (CFC) som f.eks. freon-12, der blev udviklet og anvendt i vid udstrækning i det 20. århundrede, indtil deres ødelæggende indvirkning på miljøet blev opdaget.

Hvorfor ammoniak-køling?

I meget store kølesystemer, som f.eks. i fødevareforarbejdningsanlæg, er ammoniak et almindeligt valg af kølemiddel. Der er tre hovedårsager til at vælge ammoniak som kølemiddel:

• Ammoniakens fysiske egenskaber gør det effektivt og virkningsfuldt til store systemer.
• Det nedbrydes hurtigt i miljøet, hvilket minimerer den potentielle miljøpåvirkning.
• Et eventuelt spild eller utilsigtet udslip kan hurtigt identificeres på grund af ammoniakens stærke lugt.

I henhold til International Institute of Ammonia Refrigeration (IIAR) er ammoniak 3 til 10 % mere termodynamisk effektiv end konkurrerende kølemidler. Dette gør det muligt for et ammoniakbaseret kølesystem at opnå den samme køleeffekt ved at bruge mindre strøm. Derfor kan ammoniakkøling, hvor det er hensigtsmæssigt, give lavere driftsomkostninger på lang sigt.

Ammoniak nedbrydes meget hurtigt i miljøet (det holder mindre end en uge i luften). I modsætning til syntetiske kølemidler som CFC’er skader det ikke ozonlaget. Det meste af ammoniakens potentielle skadevirkninger afhænger af, at der er for meget af det på ét sted, ikke af, at det lækkes og spredes i miljøet. Faktisk sprøjtes ammoniak ofte ud på markerne som gødning i industrielt landbrug.

Finalt vil de fleste mennesker lægge mærke til den stikkende lugt af ammoniak, når den kun er omkring 20 ppm (parts per million) i luften. Mens nogle kølemidler ikke har nogen mærkbar lugt, hvilket gør, at små lækager kan gå ubemærket hen, er det ikke tilfældet med ammoniak. Selv en lille mængde i luften vil være tydelig. Det er vigtigt, at den påviselige koncentration er meget lavere end den koncentration, der vil forårsage umiddelbar skade.

Farerne ved ammoniakkøling

Da ammoniakens egenskaber egner sig bedst til store kølesystemer, vil der sandsynligvis være en stor mængde ammoniak i ethvert system, der bruger det. Ethvert vand i systemet ville fryse og blokere rørledningerne, så ammoniak-kølesystemer skal bruge vandfri ammoniak (uden vand eller andre urenheder). Fysikken bag dampkompressionskøling kræver, at systemet anvender et tilstrækkeligt tryk til at komprimere gassen til en væske. Tilsammen betyder det, at kølesystemet bruger en stor mængde ren ammoniak under højt tryk.

Der er derfor risiko for utilsigtet eksponering for høje koncentrationer af ammoniak i ethvert ammoniakbaseret kølesystem. Den slags uheld kan forårsage alvorlige skader på menneskers sundhed.

OSHA anser vandfri ammoniak for at være “umiddelbart farlig for liv og sundhed” ved en koncentration på 300 ppm (parts per million), eller 0,03 %. Ammoniak er ætsende for hud, øjne og lunger, og selv en kortvarig eksponering kan resultere i alvorlige kemiske forbrændinger. I ekstreme tilfælde kan offeret endda dø. Ved en ulykke i 2006 på et fødevareforarbejdningsanlæg gik et rørfittings i stykker under vedligeholdelse og sprøjtede nærliggende arbejdere på kort afstand. En arbejdstager døde, og en anden blev indlagt på hospitalet. Læs flere oplysninger om sikkerhed og sundhed i forbindelse med ammoniak fra OSHA.

Forebyggelse af ammoniakudslip

OSHA anbefaler bl.a., at der foretages en procesrisikovurdering (PHA), når der er ammoniakkøling på en arbejdsplads. En PHA består af en omhyggelig gennemgang af potentielle problemer – som f.eks. en ammoniaklækage – og hvilke skridt der bør tages for at forhindre et sådant resultat. Gennemførelse af denne analyse kan øge bevidstheden blandt medarbejderne, fremme en opmærksom holdning til sikkerhed og skabe en proaktiv tilgang til fare- og risikovurdering.

Krav til PHA’er findes i 29 CFR 1910.119, OSHA’s standard for Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals.

En PHA bør omfatte følgende:

1. Identificer eventuelle farer ved processen.
2. Identificer eventuelle tidligere hændelser, der kunne have haft potentielt katastrofale konsekvenser på arbejdspladsen.
3. Oplys eventuelle tekniske og administrative kontrolforanstaltninger, der kan træffes for at mindske de risici, der er forbundet med faren.
4. Oplys konsekvenserne, hvis tekniske og/eller administrative kontrolforanstaltninger svigter.
5. Oplys eventuelle potentielle sikkerheds- og sundhedsmæssige virkninger for medarbejderne i tilfælde af svigt.

Det er en vigtig komponent i en bredere processikkerhedsstyringsindsats at gennemføre en PHA. Læs mere om processikkerhedsstyring.

Sikkerhed ved ammoniakkøling

Risici forbundet med ammoniakkøling kan reduceres betydeligt ved omhyggelig styring og vedligeholdelse. En del af denne proces er tydelig mærkning af de rør og det udstyr, der anvendes. Som de anerkendte brancheeksperter på dette område vedligeholder IIAR en kodeks med anbefalinger for mærkning af køleudstyr.

I IIAR Bulletin No. 114, der senest blev opdateret i april 2014, angiver størrelser, farver og opstillinger for ammoniakrør- og komponentmærker. Dette sammenhængende system forenkler vedligeholdelsen og fremmer sikkerheden, og det er kompatibelt med ANSI/ASME A13.1, den mest udbredte industristandard for generel rørmærkning af anlæg.

Der er fem elementer i en typisk ammoniakrørmærkning:

• Rørforkortelse, f.eks. “LTRS” for Low Temperature Recirculated Liquid, til identifikation af den del af systemet, som røret repræsenterer
• Fysisk tilstand af rørets indhold, vist med bogstaver på et farvet bånd: “LIQ” på gult for væske; “VAP” på himmelblåt for damp; eller begge dele, hvis røret kan indeholde begge faser
• Rørets indhold, enkelt og tydeligt angivet med ordet “Ammoniak”
• Trykniveau, angivet med bogstaver på et farvet bånd: “LOW” på grønt for indhold på 70 psig eller mindre, eller “HIGH” på rødt for indhold over 70 psig
• Flowretning, angivet med en pil, der peger langs røret i den rigtige retning

Krav til mærkning af ammoniakkøleanlæg

Rørforkortelsen, rørindholdet og flowretningen skal vises med sort skrift på orange baggrund. I henhold til den populære ANSI/ASME A13.1 standard for rørmærkning er dette den foretrukne præsentation for rør, der transporterer giftigt indhold som f.eks. ammoniak. Som følge heraf svarer en rørmarkering, der svarer til IIAR Bulletin No. 114, også til den bredere standard.

Dette omfattende, branchespecifikke mærkningssystem skal anvendes konsekvent for at opnå de bedste resultater. Graphic Products tilbyder et referencediagram til ammoniakrørmærkning, som beskriver IIAR’s system. Ved at bruge dette skema kan du hjælpe dit anlæg med at maksimere sikkerheden og effektiviteten, samtidig med at du drager fordel af ammoniakkølingens kraft. Begynd at imødegå farer med IIAR-standarderne med vores gratis rørmærkningsdiagram.