人工冷却システムは産業を支えていますが、その多くは無水アンモニアを冷媒として使用しています。 これらのシステムはどのように機能するのでしょうか。 アンモニア冷凍の危険性、および作業員の安全を守るためにできることは何でしょうか。
Ammonia Refrigeration 101
冷凍システムは、熱エネルギーをある領域から別の領域に移動し、最初の領域を以前より低温に保つために基本物理学を使用します。 台所の冷蔵庫は、牛乳が腐らないようにするために、このような働きをしています。 屋内のアイスホッケー場やスーパーの冷凍庫コーナーも、同じプロセスを大規模に利用しています。 石油化学精製所や食品加工工場のような大規模な産業施設では、日々の業務に大規模な冷凍システムを利用しています。
最も一般的な冷凍システムは蒸気圧縮式冷凍機（vapor-compression refrigerator）です。 これは、熱を移動させる手段として冷媒と呼ばれる流体を使用する方法である。 たいていの場合、冷媒は蒸気である。 冷媒は圧縮されて液体になり、その後、膨張して再び気化する。 このプロセスを1サイクルとして繰り返す。
冷媒の物理的特性は、システムの圧力と温度範囲、および所定の冷却効果に必要なサイクルの速度を決定します。 また、これらの詳細により、全体としての冷凍システムの効率が決定されます。 冷媒の選択は重要であり、そのために多くの合成物質が生み出されてきた。
なぜアンモニア冷凍なのか
食品加工施設のような非常に大きな冷却システムでは、アンモニアが冷媒の一般的な選択肢となります。
- アンモニアの物理的特性により、大規模なシステムで効果的かつ効率的に使用できます。
- アンモニアの強い臭気のため、流出や偶発的な放出はすぐに特定できます。
国際アンモニア冷凍研究所（IIAR）によると、アンモニアは競合冷媒より熱力学的に3～10%効率が高いとのことです。 このため、アンモニアベースの冷凍システムは、より少ない電力で同じ冷却効果を得ることができます。 その結果、アンモニア冷凍が適切な場合、より低い長期運用コストを提供できます。
アンモニアは環境中で非常に速く分解されます（大気中で1週間も持続しません）。 フロンのような合成冷媒とは異なり、オゾン層を破壊することはありません。 アンモニアが害を及ぼす可能性のほとんどは、一か所に大量に存在することに依存しており、漏れて環境中に飛散することに依存しているわけではありません。 実際、アンモニアは産業農業の肥料として畑によく撒かれます。
最後に、ほとんどの人は、空気中に20ppm程度しかないアンモニアの刺激臭に気がつくでしょう。 冷媒の中には目立ったにおいがないため、小さな漏れに気づかないものもありますが、アンモニアはそうではありません。 空気中にほんのわずかでもあれば、一目瞭然です。 重要なのは、検出可能な濃度が、直ちに害を及ぼす濃度よりもはるかに低いことです。
アンモニア冷凍の危険性
アンモニアの特性は大型冷凍システムに最も適しているので、それを使用するシステムには、大量のアンモニアが存在する可能性が高いと思われます。 そのため、アンモニア冷凍機は水や不純物を含まない無水アンモニアでなければなりません。 また、蒸気圧縮式冷凍機では、ガスを圧縮して液体にするために十分な圧力が必要である。
その結果、アンモニアベースの冷凍システムは、高濃度のアンモニアに誤ってさらされる危険性をはらんでいます。 そのような事故は、人間の健康に重大な害を及ぼす可能性があります。
OSHA は、無水アンモニアを 300ppm (0.03%) の濃度で「生命と健康にとって直ちに危険」であるとみなしています。 アンモニアは、皮膚、目、肺に対して腐食性があり、短時間でも重度の化学熱傷を起こす可能性があります。 極端な場合には、被害者が死亡することさえある。 2006年に食品加工工場で起きた事故では、メンテナンス中に配管の継手が壊れ、近くの作業員に近距離で噴霧されました。 作業員1名が死亡し、もう1名が入院しました。 OSHAからのアンモニア安全衛生情報をもっと読む
Preventing an Ammonia Leak
OSHA は、アンモニア冷凍が職場にある場合、他のステップと同様にプロセスハザード分析 (PHA) を行うことを推奨しています。 PHAは、アンモニア漏れのような潜在的な問題と、そのような結果を防ぐためにどのような措置を取るべきかを注意深く検討することからなる。 この分析を行うことで、従業員の意識を高め、安全に対する心構えを促進し、ハザードやリスクアセスメントへの積極的なアプローチを生み出すことができる。119, OSHA’s standard for Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals.に記載されている。
PHA には以下を含むべきである：
- プロセスのあらゆる危険性を特定する。
- ハザードに関連するリスクを低減するために講じることのできる工学的および管理的な制御の概要を示す。
- 工学的および/または管理的な制御が失敗した場合の結果を説明する。
- 失敗した場合に従業員に及ぶ安全および健康への潜在影響に対処する。 プロセス安全管理について詳しくはこちら
アンモニア冷凍の安全性
アンモニア冷凍に関わるリスクは、慎重な管理とメンテナンスにより大幅に減らすことができます。 その一環として、使用する配管や機器に明確なラベリングを行います。 この分野で認められた業界の専門家として、IIARは冷凍装置のラベリングに関する推奨規範を維持しています。
2014 年 4 月に最終更新された IIAR Bulletin No.114 は、アンモニアパイプとコンポーネントラベルのサイズ、色、配置を指定しています。 この一貫したシステムは、メンテナンスを簡素化し、安全性を促進し、一般設備のパイプマーキングのために最も広く使用されている工業規格であるANSI/ASME A13.1と互換性があります。
There are five elements in a typical ammonia pipe marker:
- Piping abbreviation, such as “LTRS” for Low Temperature Recirculated Liquid, to identify the part of the system that the pipe represents
- Physical state of the pipe’s content, shown with letters on a colored band.例えば、「低温循環液体」の略称は、その管が表すシステムの一部を特定するためのものです。 黄色の “LIQ “は液体、水色の “VAP “は蒸気、またはパイプが両方の相を含むことができる場合は両方
- パイプの内容物、単純かつ明確に “Ammonia “という言葉で表示
- 圧力レベル、カラーバンドに文字で表示
- 圧力レベル(Ammonia)は、”Spir “の文字で表示。 緑色で「LOW」、70psig以下、または赤色で「HIGH」、70psig以上
- 流れ方向、パイプに沿って正しい方向を指す矢印で表示
Ammonia Refrigeration Label Requirements
配管略称、パイプ内容、流れ方向はオレンジ背景に黒のプリントで表示されることになる。 一般的なANSI/ASME A13.1パイプマーキング規格では、アンモニアのような有毒な内容物を運ぶパイプにはこの表示が好ましいとされています。 その結果、IIAR Bulletin No.114 に適合するパイプマーカーは、より広範な規格にも適合します。
この包括的で業界固有のラベリングシステムは、最良の結果を得るために一貫して使用される必要があります。 Graphic Productsでは、IIARのシステムを説明したアンモニアパイプマーキングのリファレンスチャートを提供しています。 このチャートを使用することで、アンモニア冷凍のパワーを活用しながら、施設の安全性と効率を最大限に高めることができます。 無料のパイプマーキングチャート
を使って、IIAR規格による危険への対処を始めましょう。