Rozwój branży chłodniczej i wymogi dotyczące ochrony środowiska spowodowały, że na znaczeniu zyskują naturalne czynniki chłodnicze, takie jak amoniak. W artykule omawiamy właściwości amoniaku, zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz przedstawiamy praktyczne wykorzystanie w amoniakalnych instalacjach chłodniczych przez naszego wieloletniego klienta i kluczowego dostawcę w branży chłodnictwa amoniakalnego – firmę GEA Refrigeration Poland Sp. z o.o.
Amoniak powstaje w wyniku syntezy azotu i wodoru. Ten nieorganiczny związek chemiczny w naturze powstaje na skutek jako produkt gnicia substancji białkowych. W przemyśle otrzymywany jest przy zastosowaniu metody Habera i Boscha poprzez syntezę azotu i wodoru na katalizatorach żelazowych.
Amoniak składa się z jednej cząsteczki azotu i trzech cząsteczek wodoru
Zastosowanie amoniaku jest bardzo szerokie. Pierwszym skojarzeniem są sztuczne nawozy, jednak to nie jedyna branża, w której jest wykorzystywany. Używany jest także do produkcji materiałów wybuchowych czy tkanin syntetycznych. Ponadto jego korzystne właściwości termodynamiczne sprawiają, że możliwe jest stosowanie amoniaku jako czynnika chłodzącego do instalacji chłodniczych.
Zgodnie z rozporządzeniem unijnym 517/2014 dotyczącym tzw. F – gazów zmieniły się progi graniczne określające częstotliwość kontroli urządzeń chłodniczych. W rozporządzeniu tym wielkość napełnienia określa się przy użyciu ekwiwalentu CO2 i określa się następująco:
Obligatoryjnie przepisy dotyczące F – gazów zakazują od 1 stycznia 2015 r. stosowania czynnika R22. Do 2018 roku przemysł zobligowany był zredukować także całkowitą ilość zużywanych F-gazów o 37%. Cel na rok 2030 to obniżenie poziomu produkcji F – gazów do 21% wartości z 2015 r., jako docelowy limit dopuszczenia do obrotu.
Czynnik R404A zakazany jest już od 2020 r. Do tych wszystkich zaostrzeń dojdą jeszcze dodatkowe wymagania w zakresie systemów kontroli wycieków i zaostrzone reżimy przeglądów instalacji. Ekonomicznie nieuzasadnione jest inwestowanie w instalacje chłodnicze oparte o F – gazy, tym bardziej że wszystkie regulacje nie są jeszcze znane. Dla chłodniczych instalacji przemysłowych jedyną sensowną alternatywą pozostaje amoniak.
Instalacje chłodnicze amoniakalne działają na dość prostej zasadzie. Ciekły amoniak przechodzi ze zbiornika do separatora. Następnie jest tam poddawany procesom zbrylania i rozhermetyzowania. W kolejnym kroku przechodzi przez przepustnicę, gdzie miesza się z gorącym, gazowym amoniakiem i zmniejsza swoją temperaturę. Absorbuje ciepło wody, która przepływa przez parownik i przechodzi w stan gazowy. Proces ten powtarza się, podtrzymując chłodzenie.
Na przedstawionym poniżej schemacie:
B – miejsce detekcji wycieku amoniaku po stronie wtórnej
Schemat typowej amoniakalnej instalacji chłodniczej
Bezpieczeństwo amoniakalnych instalacji chłodniczych to nie tylko skuteczne zabezpieczenie obiektów przemysłowych, ale przede wszystkim ochrona zdrowia i życia ludzi.
W tym artykule przedstawimy wymagania dotyczące bezpieczeństwa samej instalacji technologicznej. Dla zapewnienia prawidłowego działania i eksploatacji instalacji niezbędne jest prowadzenie Dziennika Pracy Instalacji. Prawidłowe zapisy w dzienniku powinny zawierać m.in.:
Szczegółowe wymagania odnoście w/w zapisów precyzuje norma PN-EN-378-4.
Istotne informacje dotyczące amoniaku zawiera również. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz.U.2002.217.1833)
Ograniczeniem w stosowaniu R717 jest oddziaływanie na metale. O ile bezwodny amoniak i jego roztwory wodne nie działają na żelazo i stopy tego metalu, o tyle zawilgocony amoniak wchodzi w reakcję z cynkiem, miedzią i jej stopami. Ma to szczególne znaczenie przy konstrukcji chłodniczych obiegów wtórnych. Dlatego w rozwiązaniach opartych o amoniak stosujemy detekcję amoniaku w obiegu wtórnym.
Dla prawidłowego zapewnienia detekcji jonów NH3, instalacja powinna operować w zakresie alkaicznym (pH 8 … 9).
Amoniak – warunki pracy czujnika
Poniżej prezentujemy doświadczenia wieloletniej współpracy firmy JUMO Sp. z o.o. z kluczowym dostawcą w branży chłodnictwa amoniakalnego – firmą GEA Refrigeration Poland Sp. z o.o.
System detekcji JUMO w chłodni amoniakalnej firmy GEA Refrigeration Poland Sp. z o.o.
Na metalowej belce widoczny jest Przetwornik wartości amoniaku JUMO AQUIS 500 pH, a na rurze w armaturze znajduje się detektor amoniaku JUMO
Serwis detektora do amoniaku jest relatywnie prostą czynnością, jednak zaleca się, żeby był wykonywany przez autoryzowany serwis lub osoby przeszkolone w tym zakresie. Dobrą praktyką jest obsługa detektora przy każdym przeglądzie półrocznym instalacji. Czujnik amoniaku może być stosowany w zakresie temperatur od – 8 … + 30 ℃. Występują też rozwiązania dla temperatur w zakresie: -55 … +30 ℃. Czujnik amoniaku powinien być montowany w układzie bezciśnieniowym, np. by-pass w przypadku użycia armatury konwencjonalnej. Dla potrzeb bardziej wymagających instalacji stosuje się armaturę samouszczelniającą z podwójną komorą umożliwiającą instalację detektora w układzie ciśnieniowym 2 … 3 bar (max. 6 bar). Jest to zalecana praktyka.
Elektroda do detekcji wycieku amoniaku
Armatura umożliwia wykręcenie detektora amoniaku z instalacji bez przerywania pracy instalacji oraz chroni czujnik przed uszkodzeniem w wyniku działania ciśnienia. Samo medium powinno być czyste, wolne od zanieczyszczeń stałych, olejów itp. Jeżeli to konieczne, należy stosować filtry.
Armatura do sensora amoniaku
Przy obecnej popularyzacji technologii amoniakalnej oraz benefitów i wyzwań płynących z zastosowania tej technologii, stosowanie układów amoniakalnych wydaje się być jedynym uzasadnionym ekonomicznie rozwiązaniem. Należy pamiętać o wymogach pracy tego typu instalacji, w tym również jej części wtórnej. Zaniedbania po stronie wtórnej mogą skutkować dużymi stratami finansowymi i przestojem całej instalacji. Dla zapewnienia wieloletniej bezpiecznej i optymalnej pracy instalacji pamiętajmy o jej regularnym serwisowaniu.
