Keinojäähdytysjärjestelmät pitävät teollisuuden käynnissä, ja monissa näistä järjestelmistä käytetään kylmäaineena vedetöntä ammoniakkia. Miten nämä järjestelmät toimivat? Mitkä ovat ammoniakkikylmätekniikan vaarat, ja mitä voidaan tehdä työntekijöiden turvallisuuden varmistamiseksi?
Ammoniakkikylmätekniikka 101
Kylmätekniikkajärjestelmät käyttävät fysiikan perusasioita siirtääkseen lämpöenergiaa yhdestä alueesta toiseen, jolloin ensimmäinen alue jää viileämmäksi kuin se oli ennen. Jääkaappi keittiössäsi tekee näin estääkseen maitoa pilaantumasta. Jääkiekkokaukaloissa ja ruokakauppojen pakasteosastoilla käytetään samaa prosessia suuremmassa mittakaavassa. Massiiviset teollisuuslaitokset, kuten petrokemianjalostamot ja elintarvikkeiden jalostuslaitokset, tukeutuvat suuriin jäähdytysjärjestelmiin päivittäisessä toiminnassaan.
Yleisin jäähdytysjärjestelmätyyppi on höyrynpuristusjääkaappi. Tässä lähestymistavassa käytetään jäähdytysaineeksi kutsuttua nestettä lämmön siirtämiseen. Useimmiten kylmäaine on höyryä. Järjestelmän jossakin vaiheessa se puristetaan nesteeksi; myöhemmin sen annetaan laajentua ja höyrystyä uudelleen. Prosessi toistuu syklinä. Joka kerta, kun kylmäaine höyrystyy, se imee lämpöenergiaa ympäristöstään, ja joka kerta, kun se tiivistyy, se luovuttaa lämpöä uuteen paikkaan.
Kylmäaineen fysikaaliset ominaisuudet määrittävät järjestelmän paine- ja lämpötila-alueet sekä tietyn jäähdytystehon edellyttämän syklinopeuden. Nämä yksityiskohdat puolestaan määrittävät koko jäähdytysjärjestelmän tehokkuuden. Kylmäaineen valinta on tärkeää, ja sitä varten on luotu monia synteettisiä aineita. Tunnetusti monia kloorifluorihiilivetyjä (CFC-yhdisteitä), kuten Freon-12, kehitettiin ja käytettiin laajalti 1900-luvulla, kunnes niiden tuhoisat ympäristövaikutukset havaittiin.
Miksi ammoniakkikylmätekniikka?
Hyvin suurissa jäähdytysjärjestelmissä, kuten elintarvikkeiden jalostuslaitoksissa, ammoniakki on yleinen valinta kylmäaineeksi. Ammoniakin valitsemiseen kylmäaineeksi on kolme pääsyytä:
- Ammoniakin fysikaaliset ominaisuudet tekevät siitä tehokkaan ja toimivan suurissa järjestelmissä.
- Se hajoaa nopeasti ympäristössä, mikä minimoi mahdolliset ympäristövaikutukset.
- Mahdollinen vuoto tai tahaton päästö voidaan tunnistaa nopeasti ammoniakin voimakkaan hajun vuoksi.
International Institute of Ammonia Refrigeration (IIAR) mukaan ammoniakki on termodynaamisesti 3-10 % tehokkaampi kuin kilpailevat kylmäaineet. Näin ammoniakkipohjaisella jäähdytysjärjestelmällä voidaan saavuttaa sama jäähdytysteho pienemmällä energiankulutuksella. Näin ollen ammoniakkikylmätekniikka voi tarjota alhaisemmat pitkän aikavälin käyttökustannukset silloin, kun se on tarkoituksenmukaista.
Ammoniakki hajoaa ympäristössä hyvin nopeasti (se säilyy ilmassa alle viikon). Toisin kuin synteettiset kylmäaineet, kuten CFC-yhdisteet, se ei vahingoita otsonikerrosta. Suurin osa ammoniakin mahdollisista haitoista perustuu siihen, että sitä on liikaa yhdessä paikassa, ei siihen, että se vuotaa ja leviää ympäristöön. Itse asiassa ammoniakkia ruiskutetaan usein pelloille lannoitteeksi teollisessa maataloudessa.
Loppujen lopuksi useimmat ihmiset huomaavat ammoniakin pistävän hajun, kun sitä on ilmassa vain noin 20 miljoonasosaa (ppm). Vaikka joillakin kylmäaineilla ei ole havaittavaa hajua, jolloin pienet vuodot jäävät huomaamatta, näin ei ole ammoniakin kohdalla. Pienikin määrä ilmassa on ilmeinen. Tärkeää on, että havaittava pitoisuus on paljon pienempi kuin se pitoisuus, joka aiheuttaa välitöntä haittaa.
Ammoniakkikylmälaitteiston vaarat
Koska ammoniakin ominaisuudet soveltuvat parhaiten suuriin kylmäjärjestelmiin, ammoniakkia on todennäköisesti suuri määrä missä tahansa sitä käyttävässä järjestelmässä. Järjestelmässä oleva vesi jäätyisi ja tukkisi putkistot, joten ammoniakkikylmäjärjestelmissä on käytettävä vedetöntä ammoniakkia (ilman vettä tai muita epäpuhtauksia). Höyrynpuristusjäähdytyksen fysiikka edellyttää, että järjestelmässä käytetään riittävästi painetta kaasun puristamiseksi nesteeksi. Yhdessä tämä tarkoittaa, että jäähdytysjärjestelmä käyttää suuren määrän puhdasta ammoniakkia korkeassa paineessa.
Sen vuoksi kaikissa ammoniakkipohjaisissa jäähdytysjärjestelmissä on riski altistua vahingossa suurille ammoniakkipitoisuuksille. Tällainen onnettomuus voi aiheuttaa vakavaa haittaa ihmisten terveydelle.
OSHA katsoo, että vedetön ammoniakki on ”välittömästi vaarallista hengelle ja terveydelle” 300 miljoonasosan (ppm) eli 0,03 prosentin pitoisuudessa. Ammoniakki on syövyttävää iholle, silmille ja keuhkoille, ja lyhytkin altistuminen voi aiheuttaa vakavia kemiallisia palovammoja. Äärimmäisissä tapauksissa uhri voi jopa kuolla. Vuonna 2006 eräässä elintarvikkeiden jalostuslaitoksessa sattuneessa onnettomuudessa putken liitos rikkoutui huollon aikana ja suihkutti lähistöllä olevia työntekijöitä lähietäisyydeltä. Yksi työntekijä kuoli ja toinen joutui sairaalaan. Lue lisää ammoniakin turvallisuuteen ja terveyteen liittyvää tietoa OSHA:lta.
Ammoniakkivuodon estäminen
OSHA suosittelee muun muassa prosessin vaara-analyysin (PHA) tekemistä, kun työpaikalla on ammoniakkijäähdytystä. PHA koostuu mahdollisten ongelmien – kuten ammoniakkivuodon – huolellisesta tarkastelusta ja siitä, mihin toimenpiteisiin olisi ryhdyttävä tällaisen lopputuloksen estämiseksi. Tämän analyysin tekeminen voi lisätä työntekijöiden tietoisuutta, edistää tietoista suhtautumista turvallisuuteen ja synnyttää ennakoivan lähestymistavan vaarojen ja riskien arviointiin.
Puhtausanalyysejä koskevat vaatimukset löytyvät 29 CFR 1910:stä.119, OSHA:n standardi erittäin vaarallisten kemikaalien prosessiturvallisuuden hallinnasta.
PHA:n tulisi sisältää seuraavat asiat:
- Tunnistetaan prosessin mahdolliset vaaratekijät.
- Tunnistetaan aikaisemmat vaaratilanteet, joilla on voinut olla mahdollisesti katastrofaalisia seurauksia työpaikalla.
- Kerrotaan kaikki tekniset ja hallinnolliset valvontatoimet, joita voidaan toteuttaa vaaraan liittyvien riskien vähentämiseksi.
- Kerrotaan seuraukset, jos tekniset ja/tai hallinnolliset valvontatoimet epäonnistuvat.
- Käsitellään mahdolliset turvallisuuteen ja terveyteen kohdistuvat vaikutukset työntekijöihin, jos vikaantuminen tapahtuu.
Prosessiturvallisuusarvioinnin suorittaminen on keskeinen osa laajempaa prosessiturvallisuuden hallintaa. Lue lisää prosessiturvallisuuden hallinnasta.
Ammoniakkikylmätekniikan turvallisuus
Ammoniakkikylmätekniikkaan liittyviä riskejä voidaan vähentää huomattavasti huolellisella hallinnalla ja kunnossapidolla. Osa tätä prosessia on käytettävien putkien ja laitteiden selkeä merkitseminen. Alan hyväksyttyinä asiantuntijoina IIAR ylläpitää jäähdytyslaitteiden merkintöjä koskevia suosituksia.
Viimeisin huhtikuussa 2014 päivitetty IIAR Bulletin No. 114 määrittelee ammoniakkiputkien ja -komponenttien merkintöjen koot, värit ja järjestelyt. Tämä yhtenäinen järjestelmä yksinkertaistaa huoltoa ja edistää turvallisuutta, ja se on yhteensopiva ANSI/ASME A13.1:n kanssa, joka on yleisimmin käytetty teollisuusstandardi yleisten laitosten putkien merkinnöille.
Tyypillisessä ammoniakkiputkien merkinnässä on viisi elementtiä:
- Putkiston lyhenne, kuten ”LTRS” matalalämpötilaiselle kierrätettävälle nesteelle (Low Temperature Recirculated Liquid), jolla yksilöidään järjestelmän osa, jota putki edustaa
- Putken sisällön fyysinen olomuoto, joka osoitetaan kirjaimilla värillisellä nauhalla: ”LIQ” keltaisella värillä nestettä varten; ”VAP” taivaansinisellä värillä höyryä varten; tai molempia, jos putki voi sisältää molempia faaseja
- Putken sisältö, yksinkertaisesti ja selvästi merkitty sanalla ”Ammoniakki”
- Painetaso, merkitty kirjaimilla värillisellä nauhalla: ”LOW” vihreällä, jos sisältö on enintään 70 psig; tai ”HIGH” punaisella, jos sisältö on yli 70 psig
- Virtaussuunta, joka osoitetaan nuolella, joka osoittaa putkea pitkin oikeaan suuntaan
Ammoniakkikylmälaitteiden etikettivaatimukset
Putkiston lyhenne, putkiston sisältö ja virtaussuunta näytettäisiin mustalla painettuna oranssilla pohjalla. Suositun ANSI/ASME A13.1 -putkien merkintästandardin mukaan tämä on suositeltava esitystapa putkille, jotka kuljettavat myrkyllistä sisältöä, kuten ammoniakkia. Näin ollen IIAR Bulletin No. 114:n mukainen putkien merkintä vastaa myös laajempaa standardia.
Tätä kattavaa, toimialakohtaista merkintäjärjestelmää on käytettävä johdonmukaisesti parhaiden tulosten saavuttamiseksi. Graphic Products tarjoaa ammoniakkiputkien merkinnän viitekaavion, jossa kuvataan IIAR:n järjestelmää. Tämän taulukon käyttäminen voi auttaa laitostasi maksimoimaan turvallisuuden ja tehokkuuden samalla kun hyödynnät ammoniakkijäähdytyksen tehoa. Aloita IIAR-standardien mukaisten vaarojen käsittely ilmaisen putkien merkintätaulukkomme avulla.