Konstgjorda kylsystem håller industrin igång, och många av dessa system använder vattenfri ammoniak som köldmedium. Hur fungerar dessa system? Vilka är riskerna med ammoniakkylning och vad kan man göra för att hålla arbetstagarna säkra?
Ammoniakkylning 101
Kylsystem använder grundläggande fysik för att flytta värmeenergi från ett område till ett annat, så att det första området blir svalare än det var innan. Kylskåpet i ditt kök gör detta för att förhindra att mjölken blir dålig. Ishockeybanor inomhus och frysavdelningar i livsmedelsbutiker använder samma process i större skala. Massiva industrianläggningar som petrokemiska raffinaderier och livsmedelsbearbetningsanläggningar är beroende av storskaliga kylsystem för sin dagliga verksamhet.
Den vanligaste typen av kylsystem är ett kylskåp med ångkompression. I detta tillvägagångssätt används en vätska som kallas köldmedium som medel för att flytta värme. För det mesta är köldmediet en ånga. Vid en punkt i systemet komprimeras det för att bli en vätska. Senare tillåts det expandera och förångas igen. Processen upprepas i en cykel. Varje gång köldmediet förångas absorberar det värmeenergi från omgivningen, och varje gång det kondenserar avger det värmen till sin nya plats.
Köldmediets fysikaliska egenskaper bestämmer systemets tryck- och temperaturområden, tillsammans med den cykelhastighet som krävs för att uppnå en viss kyleffekt. Dessa detaljer bestämmer i sin tur effektiviteten hos kylsystemet som helhet. Valet av köldmedium är viktigt, och många syntetiska material har skapats för ändamålet. Känt är att många klorfluorkarboner (CFC) som Freon-12 utvecklades och användes i stor utsträckning under 1900-talet, tills deras destruktiva inverkan på miljön upptäcktes.
Varför ammoniakkylning?
I mycket stora kylsystem, som de i anläggningar för livsmedelsbearbetning, är ammoniak ett vanligt val av köldmedium. Det finns tre viktiga skäl till att välja ammoniak som köldmedium:
- Ammoniakens fysikaliska egenskaper gör det effektivt och ändamålsenligt för stora system.
- Det bryts ned snabbt i miljön, vilket minimerar potentiell miljöpåverkan.
- Ett spill eller oavsiktligt utsläpp kan snabbt identifieras på grund av ammoniakens starka lukt.
Enligt International Institute of Ammonia Refrigeration (IIAR) är ammoniak 3 till 10 % mer termodynamiskt effektiv än konkurrerande köldmedier. Detta gör att ett ammoniakbaserat kylsystem kan uppnå samma kyleffekt med lägre energiförbrukning. Där ammoniakkylning är lämplig kan den därför ge lägre driftskostnader på lång sikt.
Ammoniak bryts ned mycket snabbt i miljön (håller mindre än en vecka i luften). Till skillnad från syntetiska köldmedier som CFC skadar den inte ozonskiktet. Det mesta av ammoniakens potentiella skador beror på att det finns för mycket av den på ett ställe, inte på att den läcker ut och sprids i miljön. Faktum är att ammoniak ofta sprutas på åkrar som gödningsmedel i industriellt jordbruk.
För det sista kommer de flesta människor att lägga märke till den stickande lukten av ammoniak när den bara är omkring 20 ppm (parts per million) i luften. Medan vissa köldmedier inte har någon märkbar lukt, vilket gör att små läckor kan gå obemärkt förbi, är det inte fallet med ammoniak. Även en liten mängd i luften kommer att vara tydlig. Viktigt är att den påvisbara koncentrationen är mycket lägre än den koncentration som orsakar omedelbar skada.
Faror med ammoniakkylning
Då ammoniakens egenskaper lämpar sig bäst för stora kylsystem är det troligt att det finns en stor mängd ammoniak i alla system som använder det. Allt vatten i systemet skulle frysa och blockera rören, så ammoniakkylsystem måste använda vattenfri ammoniak (utan vatten eller andra föroreningar). Fysiken för kylning med ångkompression kräver att systemet använder tillräckligt tryck för att komprimera gasen till en vätska. Tillsammans innebär detta att kylsystemet använder en stor mängd ren ammoniak under högt tryck.
Det innebär att alla ammoniakbaserade kylsystem kommer att innebära en risk för oavsiktlig exponering för höga koncentrationer av ammoniak. Den typen av olycka kan orsaka allvarliga skador på människors hälsa.
OSHA anser att vattenfri ammoniak är ”omedelbart farlig för liv och hälsa” vid en koncentration på 300 miljondelar (ppm), eller 0,03 %. Ammoniak är frätande för hud, ögon och lungor, och även en kortvarig exponering kan leda till allvarliga kemiska brännskador. I extrema fall kan offret till och med dö. Vid en olycka som inträffade 2006 i en livsmedelsanläggning gick en rörkoppling sönder under underhållet och sprayade närliggande arbetare på kort avstånd. En arbetstagare dog och en annan fick läggas in på sjukhus. Läs mer information om säkerhet och hälsa vid ammoniak från OSHA.
Förhindra ett ammoniakläckage
OSHA rekommenderar bland annat att man genomför en processriskanalys (PHA) när ammoniakkylning förekommer på en arbetsplats. En PHA består av en noggrann genomgång av potentiella problem – t.ex. en ammoniakläcka – och vilka åtgärder som bör vidtas för att förhindra ett sådant resultat. Genom att genomföra denna analys kan man öka medvetenheten bland de anställda, främja en medveten inställning till säkerhet och skapa ett proaktivt förhållningssätt till faro- och riskbedömning.
Krav på PHA:s finns i 29 CFR 1910.119, OSHA:s standard för Process Safety Management of Highly Hazardous Chemicals.
En PHA bör innehålla följande:
- Identifiera eventuella faror i processen.
- Identifiera eventuella tidigare incidenter som skulle kunna ha fått potentiellt katastrofala konsekvenser på arbetsplatsen.
- Uttala om alla tekniska och administrativa kontroller som kan vidtas för att minska riskerna i samband med faran.
- Beskriv konsekvenserna om de tekniska och/eller administrativa kontrollerna skulle misslyckas.
- Att ta upp alla potentiella säkerhets- och hälsoeffekter på de anställda i händelse av misslyckande.
Uppförandet av en PHA är en nyckelkomponent i ett bredare arbete med hantering av processäkerheten. Läs mer om hantering av processäkerhet.
Säkerhet vid ammoniakkylning
Riskerna med ammoniakkylning kan minskas avsevärt genom noggrann hantering och underhåll. En del av den processen är tydlig märkning av de rör och den utrustning som används. I egenskap av erkända branschexperter på detta område upprätthåller IIAR en rekommendationskod för märkning av kylutrustning.
Sist uppdaterad i april 2014 specificerar IIAR Bulletin No. 114 storlekar, färger och arrangemang för märkning av ammoniakrör och komponenter. Detta sammanhängande system förenklar underhållet och främjar säkerheten och är kompatibelt med ANSI/ASME A13.1, den mest använda industristandarden för rörmärkning av allmänna anläggningar.
Det finns fem delar i en typisk märkning av ammoniakrör:
- Rörförkortning, t.ex. ”LTRS” för Low Temperature Recirculated Liquid (återcirkulerad vätska vid låg temperatur), för att identifiera den del av systemet som röret representerar
- Rörets innehålls fysiska tillstånd, som visas med bokstäver på ett färgat band: ”LIQ” på gult, för vätska; ”VAP” på himmelsblått, för ånga; eller båda, om röret kan innehålla båda faserna
- Rörets innehåll, enkelt och tydligt angivet med ordet ”Ammoniak”
- Trycknivå, visas med bokstäver på ett färgat band: ”LOW” på grönt, för innehåll på 70 psig eller mindre, eller ”HIGH” på rött, för innehåll över 70 psig
- Flödesriktning, anges med en pil som pekar längs röret i rätt riktning
Krav på etiketter för ammoniakkylning
Rörförkortningen, rörinnehållet och flödesriktningen visas med svart tryck på en orange bakgrund. Enligt den populära standarden ANSI/ASME A13.1 för rörmärkning är detta den föredragna presentationen för rör med giftigt innehåll, t.ex. ammoniak. Som ett resultat av detta motsvarar en rörmarkering som motsvarar IIAR Bulletin No. 114 också den bredare standarden.
Detta omfattande, branschspecifika märkningssystem måste användas konsekvent för att ge bästa möjliga resultat. Graphic Products erbjuder en referenstabell för ammoniakrörsmärkning som beskriver IIAR:s system. Genom att använda denna tabell kan du hjälpa din anläggning att maximera säkerheten och effektiviteten, samtidigt som du drar nytta av kraften hos ammoniakkylning. Börja ta itu med faror med IIAR-standarderna med vårt kostnadsfria diagram för rörmärkning.