Fondamenti di refrigerazione con ammoniaca

I sistemi di raffreddamento artificiale fanno funzionare l’industria e molti di questi sistemi usano l’ammoniaca anidra come refrigerante. Come funzionano questi sistemi? Quali sono i pericoli della refrigerazione con ammoniaca e cosa si può fare per mantenere i lavoratori al sicuro?

Ammoniaca Refrigerazione 101

I sistemi di refrigerazione usano la fisica di base per spostare l’energia termica da un’area ad un’altra, lasciando la prima area più fredda di prima. Il frigorifero della tua cucina fa questo per evitare che il latte vada a male. Le piste di hockey su ghiaccio al coperto e le sezioni frigorifere dei negozi di alimentari usano lo stesso processo su una scala più grande. Strutture industriali massicce come le raffinerie petrolchimiche e gli impianti di trasformazione alimentare si affidano a sistemi di refrigerazione su larga scala per le loro operazioni quotidiane.

Il tipo più comune di sistema di refrigerazione è un frigorifero a compressione di vapore. Questo approccio utilizza un fluido chiamato refrigerante come mezzo per spostare il calore. Il più delle volte, il refrigerante è un vapore. A un certo punto del sistema, viene compresso per diventare un liquido; in seguito, gli viene permesso di espandersi e vaporizzare di nuovo. Il processo si ripete in un ciclo. Ogni volta che il refrigerante vaporizza, assorbe energia termica dall’ambiente circostante, e ogni volta che condensa, rilascia quel calore nella sua nuova posizione.

Le proprietà fisiche del refrigerante determinano le gamme di pressione e temperatura del sistema, insieme al tasso di cicli richiesti per un dato effetto di raffreddamento. A loro volta, questi dettagli determinano l’efficienza del sistema di refrigerazione nel suo complesso. La scelta del refrigerante è importante, e molti materiali sintetici sono stati creati per lo scopo. Famosamente, molti clorofluorocarburi (CFC) come il Freon-12 sono stati sviluppati e ampiamente utilizzati durante il 20° secolo, fino a quando non è stato scoperto il loro impatto distruttivo sull’ambiente.

Perché la refrigerazione con ammoniaca?

In sistemi di raffreddamento molto grandi, come quelli negli impianti di trasformazione alimentare, l’ammoniaca è una scelta comune di refrigerante. Ci sono tre ragioni principali per scegliere l’ammoniaca come refrigerante:

• Le proprietà fisiche dell’ammoniaca la rendono efficace ed efficiente per grandi sistemi.
• Si decompone rapidamente nell’ambiente, riducendo al minimo il potenziale impatto ambientale.
• Qualunque fuoriuscita o rilascio accidentale può essere identificato rapidamente, a causa del forte odore dell’ammoniaca.

Secondo l’International Institute of Ammonia Refrigeration (IIAR), l’ammoniaca è dal 3 al 10% più efficiente dal punto di vista termodinamico dei refrigeranti concorrenti. Questo permette a un sistema di refrigerazione ad ammoniaca di ottenere lo stesso effetto di raffreddamento usando meno energia. Di conseguenza, dove la refrigerazione ad ammoniaca è appropriata, può offrire costi operativi più bassi a lungo termine.

L’ammoniaca si rompe nell’ambiente molto rapidamente (dura meno di una settimana nell’aria). A differenza dei refrigeranti sintetici come i CFC, non danneggia lo strato di ozono. La maggior parte del potenziale di danno dell’ammoniaca si basa sul fatto che ce n’è troppa in un posto, non sulla sua fuoriuscita e dispersione nell’ambiente. Infatti, l’ammoniaca è spesso spruzzata sui campi come fertilizzante nell’agricoltura industriale.

Infine, la maggior parte delle persone noterà l’odore pungente dell’ammoniaca quando è solo circa 20 parti per milione (ppm) nell’aria. Mentre alcuni refrigeranti non hanno un odore percettibile, permettendo a piccole perdite di passare inosservate, questo non è il caso dell’ammoniaca. Anche una piccola quantità nell’aria sarà evidente. È importante notare che la concentrazione rilevabile è molto più bassa di quella che causa danni immediati.

Pericoli della refrigerazione con ammoniaca

Perché le proprietà dell’ammoniaca sono più adatte a grandi sistemi di refrigerazione, è probabile che ci sia una grande quantità di ammoniaca in qualsiasi sistema che la usi. Qualsiasi acqua nel sistema congelerebbe e ostruirebbe le tubazioni, quindi i sistemi di refrigerazione ad ammoniaca devono usare ammoniaca anidra (senza acqua o altre impurità). La fisica della refrigerazione a compressione di vapore richiede che il sistema usi abbastanza pressione per comprimere il gas in un liquido. Insieme, questo significa che il sistema di refrigerazione usa una grande quantità di ammoniaca pura sotto alta pressione.

Come risultato, qualsiasi sistema di refrigerazione basato sull’ammoniaca presenta un rischio di esposizione accidentale ad alte concentrazioni di ammoniaca. Questo tipo di incidente potrebbe causare seri danni alla salute umana.

L’OSHA considera l’ammoniaca anidra “immediatamente pericolosa per la vita e la salute” ad una concentrazione di 300 parti per milione (ppm), o 0,03%. L’ammoniaca è corrosiva per la pelle, gli occhi e i polmoni, e anche una breve esposizione può provocare gravi ustioni chimiche. I casi estremi possono anche uccidere la vittima. In un incidente del 2006 in un impianto di trasformazione alimentare, un raccordo del tubo si è rotto durante la manutenzione e ha spruzzato i lavoratori vicini a breve distanza. Un lavoratore è morto e un altro è stato ricoverato in ospedale. Leggi altre informazioni sulla sicurezza e la salute dell’ammoniaca dall’OSHA.

Prevenire una perdita di ammoniaca

L’OSHA raccomanda, tra gli altri passi, di condurre un’analisi dei rischi di processo (PHA) quando la refrigerazione con ammoniaca è presente in un luogo di lavoro. Una PHA consiste in un’attenta revisione dei potenziali problemi, come una perdita di ammoniaca, e dei passi da intraprendere per prevenire un tale risultato. Condurre questa analisi può aumentare la consapevolezza tra i dipendenti, promuovere un atteggiamento consapevole sulla sicurezza e generare un approccio proattivo alla valutazione dei pericoli e dei rischi.

I requisiti per i PHA si trovano nel 29 CFR 1910.119, lo standard OSHA per la gestione della sicurezza del processo di sostanze chimiche altamente pericolose.

Un PHA dovrebbe includere quanto segue:

1. Identificare tutti i pericoli del processo.
2. Identificare qualsiasi incidente precedente che potrebbe aver avuto conseguenze potenzialmente catastrofiche sul posto di lavoro.
3. Definire tutti i controlli ingegneristici e amministrativi che possono essere presi per diminuire i rischi associati al pericolo.
4. Elabora le conseguenze nel caso in cui i controlli ingegneristici e/o amministrativi falliscano.
5. Individuare tutti i potenziali effetti sulla sicurezza e la salute dei dipendenti in caso di fallimento.

Condurre un PHA è una componente chiave dei più ampi sforzi di gestione della sicurezza del processo. Leggi di più sulla gestione della sicurezza dei processi.

Sicurezza della refrigerazione con ammoniaca

I rischi legati alla refrigerazione con ammoniaca possono essere ridotti sostanzialmente con un’attenta gestione e manutenzione. Parte di questo processo è una chiara etichettatura dei tubi e delle attrezzature utilizzate. Come esperti del settore riconosciuti in questo campo, l’IIAR mantiene un codice di raccomandazioni per l’etichettatura dell’attrezzatura di refrigerazione.

L’ultimo aggiornamento risale all’aprile 2014, il Bollettino IIAR n. 114 specifica dimensioni, colori e disposizioni per le etichette di tubi e componenti dell’ammoniaca. Questo sistema coerente semplifica la manutenzione e promuove la sicurezza, ed è compatibile con ANSI/ASME A13.1, lo standard industriale più utilizzato per la marcatura generale delle tubazioni.

Ci sono cinque elementi in un tipico marcatore per tubi di ammoniaca:

• Abbreviazione del tubo, come “LTRS” per Low Temperature Recirculated Liquid, per identificare la parte del sistema che il tubo rappresenta
• Stato fisico del contenuto del tubo, mostrato con lettere su una banda colorata: “LIQ” in giallo, per il liquido; “VAP” in azzurro, per il vapore; o entrambi, se il tubo può contenere entrambe le fasi
• Contenuto del tubo, indicato semplicemente e chiaramente con la parola “Ammoniaca”
• Livello di pressione, mostrato con lettere su una banda colorata: “LOW” in verde, per contenuti a 70 psig o meno; o “HIGH” in rosso, per contenuti superiori a 70 psig
• Direzione del flusso, indicata con una freccia che punta lungo il tubo nella direzione corretta

Requisiti dell’etichetta per la refrigerazione con ammoniaca

L’abbreviazione delle tubazioni, il contenuto del tubo e la direzione del flusso sarebbero indicati in nero su uno sfondo arancione. Secondo il popolare standard di marcatura dei tubi ANSI/ASME A13.1, questa è la presentazione preferita per i tubi che trasportano contenuti tossici, come l’ammoniaca. Di conseguenza, un marcatore per tubi che corrisponde al Bollettino IIAR n. 114 corrisponde anche allo standard più ampio.

Questo sistema di etichettatura completo e specifico del settore deve essere utilizzato in modo coerente per ottenere i migliori risultati. Graphic Products offre una tabella di riferimento per la marcatura dei tubi di ammoniaca che descrive il sistema dell’IIAR. L’uso di questa tabella può aiutare il vostro impianto a massimizzare la sicurezza e l’efficienza, mentre sfruttate la potenza della refrigerazione ad ammoniaca. Inizia ad affrontare i rischi con gli standard IIAR con la nostra tabella gratuita di marcatura dei tubi.