Istotne własności
Istnieje dotychczas pogląd, że amoniak w porównaniu z konkurencyjnymi czynnikami chłodniczymi, jak fIuorowęglowodory czy freony, jest "niebezpieczny". Amoniak jest jednym z niewielu gazów lżejszych od powietrza (tabela 1).

Brak wiedzy utrudnia szersze zastosowanie amoniaku

Wypływająca ciecz spływa do ziemi, przy czym powstaje aerozol, który w połączeniu z wilgocią z powietrza tworzy białą chmurę ciężkiego gazu. W zależności od ilości substancji wypływającej w jednostce czasu oraz od prędkości wiatru i temperatury powietrza kropelki amoniaku odparowują i ciężki gaz przechodzi w lekki. Ta przemiana może następować w niewielkiej odległości od miejsca wycieku, ale charakterystyczny zapach jest wyczuwalny nawet w odległości kilkuset metrów.
Gaz ulega rozrzedzeniu i przemieszcza się ku górze. Obliczenie stężenia amoniaku w pewnej odległości od miejsca wycieku nie jest rzeczą łatwą, gdyż przemiana fazowa następuje w dwóch etapach - najpierw powstaje ciężki aerozol, a potem dopiero gaz lekki (rys. 1).

Brak wiedzy utrudnia szersze zastosowanie amoniaku

Doświadczenia praktyczne z wypływem ciekłego amoniaku (w ilości 0,5 kg/s) wykazały, że odczucie zapachu szybko spada w kierunku wiatru (w odległości 100-200 m), a intensywność zapachu w ciągu zaledwie kilku sekund zmienia się od wielkości niewyczuwalnej do silnej (100-300 ppm). Podobnie jak wir wodny, gaz amoniaku rozrzedzony w powietrzu przepływa w kierunku wiatru z zawirowaniami.
W wypadku wycieku mamy do czynienia w efekcie z przepływem gazu, a nie cieczy lub aerozolu. Koncentrację amoniaku w otoczeniu można obliczyć z wystarczającą dokładnością. Dzięki temu, poprzez przedsięwzięcie różnych środków, jest możliwe zapobiegnięcie przykrym odczuciom przez osoby znajdujące się w pobliżu. Te środki, to m. in.: właściwa wentylacja pomieszczenia, odpowiednie miejsce ustawienia urządzeń, pozwalające na dobre rozcieńczenie i ukierunkowanie strumienia. Gaz amoniaku z powietrza można usunąć poprzez zraszanie wodą.
Gazowy amoniak należy rozpuszczać w zbiorniku z wodą. Gazy wydostające się ze zbiornika, zwłaszcza przez zawory bezpieczeństwa, należy spalać katalitycznie.


Duże ciepło parowania
W porównaniu z innymi substancjami, amoniak charakteryzuje się dużą wartością ciepła parowania, które jest większe jedynie dla wody (rys. 2). Możliwe jest gromadzenie w naczyniu wyciekającego ciekłego amoniaku, który zaczyna zamarzać, zanim spłynie na podłogę. Ciekły amoniak można przepompować do zbiornika z wodą lub do zbiornika ciśnieniowego. W ten sposób można zachować amoniak i zapobiec intensywnemu odparowaniu do atmosfery. Nie zaleca się natryskiwać wodę na ciekły amoniak. Jeżeli się to zdarzy, nastąpi wyzwolenie energii, skutkujące intensywnym odparowaniem amoniaku.

Brak wiedzy utrudnia szersze zastosowanie amoniaku
Należy bezwzględnie unikać niekontrolowanego wypływu ciekłego amoniaku przez kratkę ściekową w podłodze maszynowni. Mogłoby to prowadzić do uszkodzenia osadników zanieczyszczeń lub zagrażać organizmom żyjącym w wodzie. Wyciekowi do kanalizacji można zapobiec przez zastosowanie zamykanej ręcznie studzienki ściekowej.
Duże ciepło parowania amoniaku jest przeszkodą w budowie małych urządzeń chłodniczych o niewielkiej mocy. Natężenie przepływu w przewodach byłoby zbyt małe, a ponadto elementy składowe byłyby bardzo małe. Mimo to występuje tendencja projektowania małych instalacji.


Najstarszy czynnik chłodniczy
Nowoczesne systemy chłodnicze, wykonane zgodnie z wytycznymi dla naczyń ciśnieniowych, nie ulegają awariom. Również wskutek zewnętrznych czynników fizycznych. To samo dotyczy rurociągów i zbiorników.
Awaria zaczyna się z reguły od powstania niewielkiego wycieku i towarzyszącego mu zapachu. Znalezienie nieszczelności może trwać długo. Scenariusz z wybuchem zbiornika jest jednak wymysłem tych, którzy nie mają pojęcia o amoniakalnych systemach chłodniczych. Pęknięć rur i wybuchów zbiorników można uniknąć, przestrzegając odpowiednich przepisów. Mogą się jednak zdarzyć błędy obsługi prowadzące do powstania wycieków i związanych z nimi wypadków. Amoniak, jako czynnik chłodniczy, jest znany od roku 1876 i w ciągu tego długiego okresu nie uniknięto wypadków spowodowanych wyciekami.


Wiedza o zagrożeniach
Stopień zagrożenia zależy od miejsca, gdzie znajdują się ludzie, co widać na rys. 3. W obszarze okręgu wewnętrznego o promieniu 20 m ludzie są narażeni na poważne urazy lub nawet śmierć. Wewnątrz drugiego okręgu o promieniu ok. 200 m ludzie odczuwają charakterystyczny zapach amoniaku i niedogodności z tym związane, mogą poddać się panice, jednak nie odnotowano trwałych uszkodzeń. Trzeci okrąg o promieniu ok. 1500 m jest uznawany jako strefa, z której należy się ewakuować w przypadku dużych zbiorników amoniaku (powyżej 10 ton).
A zatem, na bezpośrednie niebezpieczeństwo związane z amoniakiem najbardziej narażony jest personel obsługujący urządzenia chłodnicze. Pracownicy obsługi używają podczas pracy środków ochronnych w postaci odpowiedniego ubioru, rękawic oraz masek z filtrem gazowym.
Urządzenia chłodnicze nie są zbudowane z wielkich zbiorników, lecz raczej z małych elementów składowych połączonych rurociągami. Ponadto instalacje chłodnicze są podzielone na różne strefy robocze. W sytuacji wycieku amoniaku, przy uwzględnieniu jego dużej wartości ciepła parowania, instalacja chłodnicza nigdy nie zostanie całkowicie opróżniona, gdyż w najgorszym przypadku wycieknie 30% napełnienia. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych detektorów wycieku i automatycznych urządzeń odcinających przepływ, rzeczywisty wyciek amoniaku jest znacznie mniejszy i czas jego trwania jest liczony raczej w minutach niż w godzinach.


Zagrożenie pożarowe
Amoniak nie jest zaliczany do substancji łatwopalnych (rys. 4) i w wolnej przestrzeni bez obcego źródła zapłonu nie pali się. Wg ASHRAE (Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji) amoniak jest zaliczony do grupy B2 (niewielka łatwopalność). W pomieszczeniach zamkniętych amoniak może się palić przy założeniu, że jego stężenie (objętościowe) wynosi ok. 20%. Pożar w pomieszczeniach o wysokiej koncentracji od 15 do 28% trwa zaledwie kilka sekund, gdyż szybko zostaje zużyty tlen podtrzymujący palenie. Pożaru można uniknąć, przestrzegając zasad właściwej wentylacji pomieszczenia z urządzeniami amoniakalnymi, tak aby nie dopuścić do powstania koncentracji palnej. Źródła zapłonu są znane i można je wyeliminować. Wyposażenie elektrotechniczne, jak dotąd, nie było przyczyną pożaru pomieszczeń z amoniakiem.

Amoniak - zagrożenie pożarowe

Produkcja amoniaku
Amoniak, podobnie jak woda, jest naturalnym związkiem chemicznym i nasze życie jest w dużym stopniu zależne od amoniaku. W przyrodzie krąży w ciągu roku od 1 do 3 mld ton naturalnego amoniaku, jako skutek butwienia, burz, działania bakterii i wreszcie jako mocz ludzki i zwierzęcy (rys. 5). Z tego od 120 do 150 mln ton jest produkowane w rolnictwie, jako nawóz. Bez amoniaku nie byłoby możliwe wyżywienie ludzi. Przemysł chłodniczy wykorzystuje prawdopodobnie 300 000 ton amoniaku rocznie w tysiącach amoniakalnych instalacji chłodniczych, z których tylko niewielki odsetek stwarza jakiekolwiek zagrożenie.

Roczne ilości amoniku

Opowieści z dreszczykiem
To wszystko wskazuje na to, iż stosowanie amoniaku w systemach chłodniczych daje więcej korzyści niż strat. Niestety, istnieje pewna bariera psychologiczna, która w pierwszym rzędzie jest związana z ostrym zapachem amoniaku. Amoniak dzięki temu jest jednak jedynym czynnikiem chłodniczym, który ostrzega o swej obecności i to na długo przed osiągnięciem niebezpiecznej koncentracji (tabela 2). W ostatnich latach doszło co prawda w niektórych krajach skandynawskich do wypadków śmiertelnych w pomieszczeniach central chłodniczych z R 22 na statkach, ale na skutek niedoboru tlenu w powietrzu.

Fizjologiczne oddziaływanie amoniaku

Negatywne opinie o amoniaku są wygłaszane przez tych, którzy traktują go jako zagrożenie, a wynika to przede wszystkim z ich niewiedzy. Łatwo jest powiedzieć "wybuchowy" i "trujący", lecz budowa bezpiecznych instalacji chłodniczych wymaga wiedzy. Na ogół stwierdza się, że do wykonania instalacji nie wolno używać miedzi ani tym bardziej jej spawać. Pomijając możliwość korozji, rury stalowe w porównaniu z. miedzią mają tak samo dobre własności. Korozja instalacji amoniakalnych może nie stanowić problemu, jeżeli będą one wykonane ze stali nierdzewnej.

Niedbalstwo i niewiedza
Instalacje chłodnicze są konstruowane w zgodzie z przepisami, normami, wytycznymi i innymi wymaganiami technicznymi. Ponadto, personel techniczny montażu i obsługi jest w swej większości gruntownie przeszkolony i w pełni odpowiedzialny. Wycieki amoniaku na skutek niedbalstwa i niewiedzy personelu pracującego bezpośrednio przy instalacjach rzadko mają miejsce. Można im zapobiec przez właściwe przeszkolenie i byłoby pożądane, aby każdy, kto zajmuje się albo projektowaniem, albo bezpośrednią obsługą urządzeń, dokumentował swoje kompetencje odpowiednim świadectwem.


Przyszłość
Przemysł chłodniczy jest na całym świecie silnie zaangażowany w wymianę węglowodorów chlorowcopochodnych CFC i HCFC na nowe czynniki chłodnicze grupy HFC (bezchlorowe). Substancje HFC odgrywają w obecnym przejściowym okresie istotną rolę, jednak stosowane jako mieszaniny mają oczywiste ograniczenia. W przewidywalnej perspektywie czasu nie należy oczekiwać zastąpienia HFC i przyjęcia innych rozwiązań. Naturalne czynniki chłodnicze, jak powietrze, woda, amoniak, dwutlenek węgla i węglowodory mogłyby stanowić alternatywę. Wszystkie te czynniki mają prostą budowę molekularną (rys. 6).

Pośrednie układy chłodnicze mogą wykorzystywać obiegi amoniaku o niewielkim napełnieniu czynnikiem chłodniczym. Nie istnieje tu pojęcie "napełnienie minimalne", lecz jedynie "napełnienie właściwe". W dużych zakładach przemysłu spożywczego, zamrażalniach itp. najefektywniej pracują urządzenia amoniakalne z zalanymi parownikami oraz z pompowym lub grawitacyjnym obiegiem chłodziwa.

mgr inż. Anders LlNDBORG, Ammonia Partnership AB, Viken, Szwecja
Źródło: ”Chłodnictwo&Klimatyzacja”