Grondbeginselen van ammoniakkoeling

Kunstmatige koelsystemen houden de industrie draaiende, en veel van deze systemen gebruiken watervrije ammoniak als koelmiddel. Hoe werken deze systemen? Wat zijn de gevaren van ammoniakkoeling en wat kan er worden gedaan om de veiligheid van de werknemers te garanderen?

Ammoniakkoeling 101

Koelsystemen maken gebruik van elementaire natuurkunde om warmte-energie van de ene ruimte naar de andere te verplaatsen, waardoor de eerste ruimte koeler blijft dan voorheen. De koelkast in uw keuken doet dit om te voorkomen dat de melk bederft. Overdekte ijshockeybanen en diepvriezers in kruidenierszaken maken op grotere schaal gebruik van hetzelfde proces. Enorme industriële installaties zoals petrochemische raffinaderijen en voedselverwerkende fabrieken vertrouwen op grootschalige koelsystemen voor hun dagelijkse werkzaamheden.

Het meest voorkomende type koelsysteem is een damp-compressiekoelkast. Deze aanpak maakt gebruik van een vloeistof genaamd koelmiddel als middel om warmte te verplaatsen. Meestal is het koelmiddel een damp. Op een bepaald punt in het systeem wordt het samengeperst tot een vloeistof, die later weer kan uitzetten en verdampen. Dit proces herhaalt zich in een cyclus. Telkens wanneer het koudemiddel verdampt, neemt het warmte-energie uit de omgeving op en telkens wanneer het condenseert, geeft het die warmte af op zijn nieuwe plaats.

De fysische eigenschappen van het koudemiddel bepalen het druk- en temperatuurbereik van het systeem, samen met de cyclussnelheid die nodig is voor een bepaald koeleffect. Deze details bepalen op hun beurt de efficiëntie van het koelsysteem in zijn geheel. De keuze van het koelmiddel is belangrijk, en er zijn voor dit doel vele synthetische materialen ontwikkeld. Beroemd zijn de vele chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK’s), zoals Freon-12, die in de 20e eeuw werden ontwikkeld en op grote schaal gebruikt, totdat hun vernietigende invloed op het milieu werd ontdekt.

Waarom ammoniakkoeling?

In zeer grote koelsystemen, zoals die in voedselverwerkende installaties, is ammoniak een gangbaar koelmiddel. Er zijn drie belangrijke redenen om ammoniak als koelmiddel te kiezen:

• De fysische eigenschappen van ammoniak maken het doeltreffend en efficiënt voor grote systemen.
• Het breekt snel af in het milieu, waardoor de mogelijke gevolgen voor het milieu tot een minimum worden beperkt.
• Een lekkage of toevallig vrijkomen kan snel worden geïdentificeerd, vanwege de sterke geur van ammoniak.

Volgens het International Institute of Ammonia Refrigeration (IIAR) is ammoniak thermodynamisch 3 tot 10% efficiënter dan concurrerende koelmiddelen. Hierdoor kan een koelsysteem op basis van ammoniak hetzelfde koeleffect bereiken met een lager stroomverbruik. Waar ammoniakkoeling geschikt is, kan het op lange termijn dus lagere bedrijfskosten opleveren.

Ammoniak breekt in het milieu zeer snel af (het blijft minder dan een week in de lucht). In tegenstelling tot synthetische koelmiddelen zoals CFK’s, tast het de ozonlaag niet aan. De meeste schade die ammoniak kan aanrichten, is te wijten aan het feit dat er te veel ammoniak op één plaats aanwezig is, en niet aan het feit dat ammoniak weglekt en in het milieu terechtkomt. In feite wordt ammoniak vaak op akkers gesproeid als meststof in de industriële landbouw.

Ten slotte zullen de meeste mensen de doordringende geur van ammoniak opmerken wanneer het slechts ongeveer 20 delen per miljoen (ppm) in de lucht is. Terwijl sommige koelmiddelen geen merkbare geur hebben, waardoor kleine lekken onopgemerkt blijven, is dat niet het geval met ammoniak. Zelfs een kleine hoeveelheid in de lucht zal duidelijk zijn. Belangrijk is dat de detecteerbare concentratie veel lager is dan de concentratie die onmiddellijke schade zal veroorzaken.

Gevaren van ammoniakkoeling

Omdat de eigenschappen van ammoniak het best geschikt zijn voor grote koelsystemen, is het waarschijnlijk dat er een grote hoeveelheid ammoniak aanwezig is in elk systeem dat ammoniak gebruikt. Water in het systeem zou bevriezen en de leidingen verstoppen. Daarom moet voor ammoniakkoelsystemen watervrije ammoniak worden gebruikt (zonder water of andere onzuiverheden). De fysica van damp-compressie koeling vereist dat het systeem voldoende druk gebruikt om het gas in een vloeistof te comprimeren. Samen betekent dit dat het koelsysteem een grote hoeveelheid zuivere ammoniak onder hoge druk gebruikt.

Dientengevolge zal elk koelsysteem op basis van ammoniak een risico van accidentele blootstelling aan hoge concentraties ammoniak inhouden. Dat soort ongevallen kan ernstige schade aan de menselijke gezondheid veroorzaken.

OSHA beschouwt watervrije ammoniak als “onmiddellijk gevaarlijk voor het leven en de gezondheid” bij een concentratie van 300 delen per miljoen (ppm), of 0,03%. Ammoniak is corrosief voor de huid, ogen en longen, en zelfs een korte blootstelling kan leiden tot ernstige chemische brandwonden. In extreme gevallen kan het zelfs dodelijk zijn. Bij een ongeval in 2006 in een voedselverwerkende fabriek brak een pijpfitting tijdens onderhoud en sproeide werknemers in de buurt op korte afstand. Eén werknemer overleed en een andere werd in het ziekenhuis opgenomen. Lees meer informatie van OSHA over de veiligheid en gezondheid van ammoniak.

Voorkomen van een ammoniaklekkage

OSHA beveelt onder meer aan een procesrisicoanalyse (PHA) uit te voeren wanneer ammoniakkoeling op een werkplek aanwezig is. Een PHA bestaat uit een zorgvuldige beoordeling van potentiële problemen – zoals een ammoniaklek – en welke stappen moeten worden ondernomen om een dergelijk resultaat te voorkomen. Het uitvoeren van deze analyse kan het bewustzijn van de werknemers vergroten, een bedachtzame houding ten opzichte van veiligheid bevorderen, en een proactieve benadering van gevaren- en risicobeoordeling stimuleren.

Voorschriften voor PHA’s zijn te vinden in 29 CFR 1910.119, OSHA’s standard for Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals.

Een PHA moet het volgende omvatten:

1. Identificeer alle gevaren van het proces.
2. Identificeer alle eerdere incidenten die mogelijk catastrofale gevolgen op de werkplek kunnen hebben gehad.
3. Opsomming van alle technische en administratieve maatregelen die kunnen worden genomen om de risico’s in verband met het gevaar te verminderen.
4. Ontleding van de gevolgen van het falen van technische en/of administratieve maatregelen.
5. Opsomming van alle potentiële veiligheids- en gezondheidseffecten op werknemers in geval van falen.

Het uitvoeren van een PHA is een belangrijk onderdeel van bredere inspanningen op het gebied van procesveiligheidsbeheer. Lees meer over procesveiligheidsbeheer.

Ammoniakoelingsveiligheid

De risico’s van ammoniakkoeling kunnen aanzienlijk worden verminderd door zorgvuldig beheer en onderhoud. Onderdeel van dat proces is een duidelijke etikettering van de gebruikte leidingen en apparatuur. Als de geaccepteerde industrie-experts op dit gebied, onderhoudt het IIAR een code met aanbevelingen voor de etikettering van koelapparatuur.

Laatst bijgewerkt in april 2014, IIAR Bulletin nr. 114 specificeert maten, kleuren en regelingen voor ammoniakleiding en componentlabels. Dit coherente systeem vereenvoudigt het onderhoud en bevordert de veiligheid, en is compatibel met ANSI/ASME A13.1, de meest gebruikte industriële norm voor algemene faciliteit leidingmarkering.

Er zijn vijf elementen in een typische ammoniak pijpmarkering:

• Pijpafkorting, zoals “LTRS” voor Lage Temperatuur Gerecirculeerde Vloeistof, om het deel van het systeem te identificeren dat de pijp vertegenwoordigt
• Fysieke toestand van de inhoud van de pijp, weergegeven met letters op een gekleurde band: “LIQ” op geel, voor vloeistof; “VAP” op hemelsblauw, voor damp; of beide, indien de pijp beide fasen kan bevatten
• Inhoud van de pijp, eenvoudig en duidelijk aangegeven met het woord “Ammoniak”
• Drukniveau, aangegeven met letters op een gekleurde band: “LOW” op groen, voor ammoniak van 70 psig of minder; of “HIGH” op rood, voor ammoniak van meer dan 70 psig
• Stromingsrichting, aangegeven met een pijl die in de juiste richting langs de pijp wijst

Ammonia Refrigeration Label Requirements

De leidingafkorting, de leidinginhoud en de stromingsrichting worden in zwarte letters op een oranje achtergrond weergegeven. Volgens de populaire ANSI/ASME A13.1-norm voor leidingmarkering is dit de voorkeursvorm voor leidingen met een giftige inhoud, zoals ammoniak. Als gevolg hiervan voldoet een pijpmarkering die overeenkomt met IIAR Bulletin No. 114 ook aan de bredere norm.

Dit uitgebreide, industriespecifieke markeringssysteem moet consequent worden gebruikt voor de beste resultaten. Graphic Products biedt een referentietabel voor het markeren van ammoniakleidingen waarin het systeem van de IIAR wordt beschreven. Met behulp van dit schema kunt u de veiligheid en efficiëntie van uw bedrijf maximaliseren, terwijl u profiteert van de kracht van ammoniakkoeling. Begin met het aanpakken van gevaren met de IIAR-normen met onze gratis leidingsmarkeringstabel.