Sztuczne systemy chłodzenia utrzymują przemysł w ruchu, a wiele z tych systemów wykorzystuje bezwodny amoniak jako czynnik chłodniczy. Jak działają te systemy? Jakie są zagrożenia związane z chłodnictwem amoniakalnym i co można zrobić, aby zapewnić bezpieczeństwo pracowników?
Chłodnictwo amoniakalne 101
Systemy chłodnicze wykorzystują podstawowe zasady fizyki do przenoszenia energii cieplnej z jednego obszaru do drugiego, pozostawiając pierwszy obszar chłodniejszym niż był wcześniej. Lodówka w twojej kuchni robi to, aby mleko się nie zepsuło. Halowe lodowiska i zamrażarki w sklepach spożywczych wykorzystują ten sam proces na większą skalę. Masywne obiekty przemysłowe, takie jak rafinerie petrochemiczne i zakłady przetwórstwa spożywczego, polegają na systemach chłodniczych o dużej skali w swoich codziennych operacjach.
Najpowszechniejszym typem systemu chłodniczego jest chłodziarka z kompresją pary. Podejście to wykorzystuje płyn zwany czynnikiem chłodniczym jako środek do przenoszenia ciepła. W większości przypadków czynnik chłodniczy ma postać pary. W pewnym momencie w układzie jest on sprężany do postaci cieczy, a następnie rozprężany i ponownie odparowywany. Proces ten powtarza się cyklicznie. Za każdym razem, gdy czynnik chłodniczy odparowuje, absorbuje energię cieplną z otoczenia, a za każdym razem, gdy skrapla się, uwalnia to ciepło w nowym miejscu.
Właściwości fizyczne czynnika chłodniczego określają zakresy ciśnienia i temperatury w systemie, wraz z szybkością cykli wymaganych dla danego efektu chłodzenia. Z kolei te szczegóły decydują o wydajności całego systemu chłodniczego. Wybór czynnika chłodniczego jest ważny i w tym celu stworzono wiele materiałów syntetycznych. W XX wieku opracowano i szeroko stosowano wiele chlorofluorowęglowodorów (CFC), takich jak freon-12, dopóki nie odkryto ich niszczącego wpływu na środowisko naturalne.
Dlaczego chłodzenie amoniakiem?
W bardzo dużych systemach chłodniczych, takich jak te w zakładach przetwórstwa żywności, amoniak jest często wybieranym czynnikiem chłodniczym. Istnieją trzy główne powody wyboru amoniaku jako czynnika chłodniczego:
- Właściwości fizyczne amoniaku sprawiają, że jest on skuteczny i wydajny w dużych systemach.
- Rozpada się szybko w środowisku, minimalizując potencjalny wpływ na środowisko.
- Każde rozlanie lub przypadkowe uwolnienie może być szybko zidentyfikowane, dzięki silnemu zapachowi amoniaku.
Według Międzynarodowego Instytutu Chłodnictwa Amoniakalnego (IIAR), amoniak jest od 3 do 10% bardziej wydajny termodynamicznie niż konkurencyjne czynniki chłodnicze. Dzięki temu system chłodniczy na bazie amoniaku może osiągnąć ten sam efekt chłodzenia przy mniejszym zużyciu energii. W rezultacie, tam gdzie chłodzenie amoniakiem jest odpowiednie, może ono oferować niższe długoterminowe koszty eksploatacji.
Amoniak rozkłada się w środowisku naturalnym bardzo szybko (trwa krócej niż tydzień w powietrzu). W przeciwieństwie do syntetycznych czynników chłodniczych, takich jak CFC, nie niszczy on warstwy ozonowej. Większość potencjalnych szkód związanych z amoniakiem polega na tym, że jest go za dużo w jednym miejscu, a nie na tym, że wycieka i rozprzestrzenia się w środowisku. W rzeczywistości, amoniak jest często rozpylany na polach jako nawóz w rolnictwie przemysłowym.
Wreszcie, większość ludzi zauważy ostry zapach amoniaku, gdy jest on tylko około 20 części na milion (ppm) w powietrzu. Podczas gdy niektóre czynniki chłodnicze nie mają wyczuwalnego zapachu, co pozwala małym wyciekom pozostać niezauważonymi, nie jest tak w przypadku amoniaku. Nawet niewielka ilość w powietrzu będzie wyczuwalna. Co ważne, wykrywalne stężenie jest znacznie niższe niż stężenie, które spowoduje natychmiastową szkodę.
Niebezpieczeństwa związane z chłodnictwem amoniakalnym
Ponieważ właściwości amoniaku są najlepiej dostosowane do dużych systemów chłodniczych, w każdym systemie, który go używa, prawdopodobnie będzie duża ilość amoniaku. Woda w systemie zamarzałaby i blokowała przewody rurowe, dlatego w amoniakalnych systemach chłodniczych należy stosować amoniak bezwodny (bez wody lub innych zanieczyszczeń). Fizyka chłodzenia z kompresją pary wymaga, aby system wykorzystywał wystarczające ciśnienie do sprężenia gazu w ciecz. Łącznie oznacza to, że system chłodniczy wykorzystuje dużą ilość czystego amoniaku pod wysokim ciśnieniem.
W rezultacie każdy system chłodniczy oparty na amoniaku będzie stwarzał ryzyko przypadkowego narażenia na wysokie stężenia amoniaku. Tego rodzaju wypadek może spowodować poważne szkody dla zdrowia ludzkiego.
OSHA uważa bezwodny amoniak za „bezpośrednio niebezpieczny dla życia i zdrowia” w stężeniu 300 części na milion (ppm), czyli 0,03%. Amoniak jest żrący dla skóry, oczu i płuc, a nawet krótkotrwałe narażenie na jego działanie może spowodować poważne oparzenia chemiczne. W skrajnych przypadkach może nawet doprowadzić do śmierci ofiary. W wypadku z 2006 roku w zakładzie przetwórstwa spożywczego, podczas konserwacji pękła złączka rurowa i z bliskiej odległości opryskała pobliskich pracowników. Jeden pracownik zmarł, a drugi był hospitalizowany. Przeczytaj więcej informacji na temat bezpieczeństwa i higieny pracy z amoniakiem w OSHA.
Preventing an Ammonia Leak
OSHA zaleca, oprócz innych kroków, przeprowadzenie analizy zagrożeń procesowych (PHA), gdy w miejscu pracy obecne jest chłodzenie amoniakiem. Analiza PHA składa się z dokładnego przeglądu potencjalnych problemów – takich jak wyciek amoniaku – oraz kroków, jakie należy podjąć, aby zapobiec takim sytuacjom. Przeprowadzenie takiej analizy może podnieść świadomość pracowników, promować uważne podejście do bezpieczeństwa i wzbudzić proaktywne podejście do oceny zagrożeń i ryzyka.
Wymagania dotyczące PHA można znaleźć w 29 CFR 1910.119, OSHA’s standard for Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals.
A PHA powinna zawierać następujące elementy:
- Identyfikacja wszelkich zagrożeń procesu.
- Identyfikacja wszelkich wcześniejszych zdarzeń, które mogły mieć potencjalnie katastrofalne skutki w miejscu pracy.
- Określić wszelkie kontrole inżynieryjne i administracyjne, które można podjąć w celu zmniejszenia ryzyka związanego z zagrożeniem.
- Przedstawić konsekwencje w przypadku niepowodzenia wszelkich kontroli inżynieryjnych i/lub administracyjnych.
- Podkreślić wszelkie potencjalne skutki dla bezpieczeństwa i zdrowia pracowników w przypadku niepowodzenia.
Przeprowadzenie PHA jest kluczowym elementem szerszych działań związanych z zarządzaniem bezpieczeństwem procesu. Przeczytaj więcej o zarządzaniu bezpieczeństwem procesu.
Bezpieczeństwo chłodnictwa amoniakalnego
Ryzyko związane z chłodnictwem amoniakalnym można znacznie zmniejszyć poprzez staranne zarządzanie i konserwację. Częścią tego procesu jest wyraźne oznakowanie używanych rur i sprzętu. Jako zaakceptowani eksperci branżowi w tej dziedzinie, IIAR utrzymuje kodeks zaleceń dotyczących etykietowania sprzętu chłodniczego.
Ostatnio zaktualizowany w kwietniu 2014 r., Biuletyn IIAR nr 114 określa rozmiary, kolory i układy etykiet dla rur i komponentów amoniakalnych. Ten spójny system upraszcza konserwację i promuje bezpieczeństwo, a także jest zgodny z ANSI/ASME A13.1, najczęściej stosowanym standardem przemysłowym do ogólnego oznaczania rur w obiektach.
W typowym oznaczeniu rur amoniakalnych występuje pięć elementów:
- Skrót rurowy, taki jak „LTRS” dla Low Temperature Recirculated Liquid, w celu identyfikacji części systemu, którą rura reprezentuje
- Stan fizyczny zawartości rury, przedstawiony za pomocą liter na kolorowym pasku: „LIQ” na żółtym, dla cieczy; „VAP” na niebieskim, dla pary; lub obu, jeśli rura może zawierać obie fazy
- Zawartość rury, prosto i wyraźnie oznaczona słowem „Ammoniak”
- Poziom ciśnienia, przedstawiony za pomocą liter na kolorowej opasce: „LOW” na zielonym tle, dla zawartości przy ciśnieniu 70 psig lub mniejszym; lub „HIGH” na czerwonym tle, dla zawartości powyżej 70 psig
- Kierunek przepływu, wskazany strzałką skierowaną wzdłuż rury w odpowiednim kierunku
Wymagania dotyczące etykiet dla chłodnictwa amoniakalnego
Skrót rurociągu, zawartość rury i kierunek przepływu byłyby pokazane czarnym drukiem na pomarańczowym tle. Zgodnie z popularnym standardem znakowania rur ANSI/ASME A13.1, jest to preferowana prezentacja dla rur przewodzących toksyczne treści, takie jak amoniak. W rezultacie, znakowanie rur zgodne z biuletynem IIAR nr 114 odpowiada również szerszemu standardowi.
Ten kompleksowy, specyficzny dla branży system znakowania musi być stosowany konsekwentnie, aby uzyskać najlepsze wyniki. Firma Graphic Products oferuje tabelę referencyjną znakowania rur amoniakalnych, opisującą system IIAR. Korzystanie z tego schematu może pomóc Twojemu zakładowi zmaksymalizować bezpieczeństwo i wydajność, przy jednoczesnym wykorzystaniu mocy chłodnictwa amoniakalnego. Rozpocznij rozwiązywanie problemów związanych z zagrożeniami za pomocą standardów IIAR, korzystając z naszej bezpłatnej tabeli oznaczeń rur.