e-gépész online szaklap

Ammóniaelszívó haváriaszellőzés tervezési kérdései

| | |  0 | |

Az ammónia (R717) nem csak a természetes hűtőközegek között kiemelkedő. Kitűnő hűtéstechnikai tulajdonságai mellett kedvező áron beszerezhető, olcsóbban üzemeltethető az ilyen rendszer, valamint a természetre, ózonrétegre gyakorolt negatív hatása is gyakorlatilag elhanyagolható. Használata azonban körültekintést, óvatosságot igényel, mivel gyúlékony, és az élő szervezetre nagy koncentrációban veszélyes anyag. Nagyteljesítményű ipari berendezéseknél reális veszélyforrást jelent az ammónia szivárgása, ami egy zárt gépészeti helyiségben könnyen életveszélyes helyzettel fenyegethet. A cikkben bemutatásra kerül az ammónia, mint hűtőközeg, valamint az MSZ EN 378 szabvány alapján a biztonsági elszívó hálózat méretezésének menete.

A cikk a Magyar Épületgépészet 2021/1-2. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Az ipari – technológiai hűtőrendszerekben sokszor megkerülhetetlen az ammónia hűtőközeggel (R717) üzemelő gépek használata; számos műszakilag és gazdaságilag kedvező tulajdonsága mellett azonban különös figyelmet érdemelnek negatív élettani hatásai. A rendszer meghibásodásából adódó vészhelyzetet, hűtőközeg-szivárgást külön erre a célra létesített elszívórendszerrel hatásosan lehet kezelni. Egy tervezési projektben sok szempontból határterület egy ilyen havária-vészszellőző rendszer: a katasztrófavédelmi- építész- villamos- esetleg külön hűtéstechnikai és gépész szakemberek sikeres együttműködése szükséges, hogy a megfelelő műszaki színvonalú megoldás megszülethessen, és az életvédelmi szempontok is teljesüljenek. Ebben a cikkben szeretném röviden ismertetni az ammóniát, mint hűtőközeget, majd a vonatkozó MSZ EN 378 szabványsorozatot, 1-2 tervezési, kiválasztási példával illusztrálva.

Az ammónia jellemzői

Az ammónia (NH3) a salétromsavval (HNO3) együtt az emberiség által legrégebben ismert és legelterjedtebb nitrogénvegyületek közé tartozik. Cseppfolyósított állapotában színtelen, rendkívül gyorsan párolgó folyadék; normálállapotban jellegzetes, már kis mennyiségben is intenzív, szúrós szagú gáz.

Mérgező, maró hatású lúgos anyag, már 1,5 – 2,5 g/m3 ammóniát tartalmazó légtérben eltöltött fél-egy óra súlyos, életveszélyes megbetegedést vagy akár halált okozhat.[1] Belélegezve a tüdőre és a nyálkahártyára szintén nagyon veszélyes; lassan gyógyuló, súlyos sérüléseket okoz. Levegővel alkotott 15-28 tf%-os elegye robbanékony.

Az élettani hatások mellett színesfémekkel, így a rézzel szemben is agresszívan viselkedik, ammóniás rendszerekben, berendezésekben az ilyen anyagok használata kerülendő.

1. ábra. Az ammónia molekulája és szerkezeti képlete (Forrás: pixabay.com)

Miért mégis az ammónia?

Szállításának, felhasználásának körülményességét [2], az élő szervezetekre gyakorolt negatív hatásait azonban ellensúlyozzák kitűnő termodinamikai tulajdonságai, melyek miatt a hűtéstechnikában, azon belül is az ipari, technológiai célú hűtési rendszerekben előkelő helyet foglal el.

Az 1987-ben kelt Montreali Jegyzőkönyv a klórozott szénhidrogén alapú hűtőközegek (CFC) alkonyát jelentette, amely több évtizedes távlatban határozta meg a környezetvédelem jegyében szükséges szigorításokat. [3] Jelenleg az 517/2014/EU rendelet van hatályban, következő lépésben pedig 2022. január 1-től kerülnek betiltásra a 150-es GWP érték feletti HFC (hydro-fluor-carbon) gázok legalább 40 kW hűtőteljesítményű új berendezéseknél – ami alól kivételt képeznek majd azon kaszkádrendszerek felső fokozatú hűtőkörei, ahol a GWP értéke 1500 alatti. [4]

Az ammónia egy természetes hűtőközeg; ózonlebontó képessége nincs (ODPNH3 = 0), a globális felmelegedéshez pedig szintén nem járul hozzá (GWPNH3 = 0).

Ezen ismeretek birtokában megállapítható, hogy nem csak kitűnő hűtéstechnikai felhasználhatósága, légkörre gyakorolt semleges hatása, hanem a jelenlegi támogató jogszabályi háttér miatt is érdemes figyelmet szentelni annak, hogy ilyen üzemű, megfelelően tervezett és kivitelezett rendszerek szülessenek.

Ammóniás rendszerek Magyarországon

Egy átlagos méretű hazai húsfeldolgozó üzem ipari hűtőrendszere átlag 5-8 tonna ammóniatöltetet tartalmaz. [5] Ilyen mennyiségeknél már a nagy keresztmetszetű csövek, illetve folyadéktartályok kisebb sérülései esetén is gyorsan meghaladhatja az első bekezdésben tárgyalt kritikus 1,5 – 2,5 g/m3 ammóniakoncentrációt a levegőben.

Magyarországon szinte minden évben olvashatunk hazánkban előforduló ammóniával kapcsolatos balesetekről, üzemzavarokról. [6-8] Szerencsére – sajnálatos külföldi példákkal ellentétben – nem találtam halálos áldozatokról szóló közelmúltbéli híradást, azonban közvetlen életveszély, akár maradandó sérülések és mérgezések gyakran előfordultak.

2. ábra. Ammóniás ipari hűtőgép
(Forrás: VGF&HKL szaklap 2020/9, Csizmazia G.: Természetes hűtőközegek)

A vonatkozó szabvány**

A cikk témájául szolgáló vészszellőző rendszerek kialakításával kapcsolatban az MSZ EN 378 szabványsorozat (Hűtőrendszerek és hőszivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények. [9]) fogalmaz meg kívánalmakat és követelményeket. A négy részből álló szabvány részletesen tárgyalja a teljes témakört, kezdve az alapkövetelmények és fogalmak meghatározásával, egészen az üzemeltetés és javítás témaköréig bezárólag. Ebben a cikkben elsősorban terjedelmi okokból az MSZ EN 378-3:2017-re (3. rész: A telepítés helye és a személyek védelme), azon belül is a zárt gépészeti helyiségben kialakítandó vészszellőző rendszer tervezésére kívánok koncentrálni, konkrét példákon keresztül.

Sajnos – mint sok más jelenleg érvényben lévő szabvány esetében is – az MSZ EN 378 sem érhető el magyar nyelven; ez is motiváló tényező volt, hogy tartalmát, alkalmazási lehetőségeit szélesebb körben is ismertté tegyem.

Tervezési szempontok: rendszerkialakítás

A hűtőgép elhelyezése az első kritikus kérdés: szabad levegőn, gépészeti helyiségben, netán ott, ahol hosszabb idejű benntartózkodás esete áll fenn? Szabadban elhelyezett gép esetében is meg kell akadályozni a közeg esetleges épületbe, szellőzőrendszerbe jutását, illetve hogy bármilyen más módon veszélyeztesse a környezetét. A gyakoribb, gépészeti helyiségben való elhelyezés esetén is külön fejezet (5) foglalkozik a kialakítandó rendszer követelményeivel, az alábbiakban ez kerül részletezésre; fontos megemlíteni, hogy további kockázatelemzés is szükséges lehet, hogy esetleg a gépészeti helyiségen belül legyen-e külön szobája a hűtőgépeknek.

A légcsatorna anyagának EN 1507 (Épületek szellőztetése. Fémlemezes, négyszögletes keresztmetszetű légvezetékek. Szilárdsági és szivárgási követelmények) [10], felfüggesztésének és rögzítésének pedig EN 12236 (Épületek szellőztetése. Légvezetékek tartószerkezetei. Szilárdsági követelmények) [11] konformnak kell lennie. A rendszer tömítettségére, a lehető legszigorúbb légtömörségi osztály betartására különös gondot kell fordítani. A légcsatorna-hálózat tűzvédelmi besorolása minimum a gépészeti helyiség falaival és nyílászáróival megegyező kell, hogy legyen – adott esetben tűzvédelmi csappantyú beépítése szükséges.

A rendszer elszívó ventilátora szikramentesen kell, hogy üzemeljen; nem érintkezhet a légárammal, vagy ellenkező esetben veszélyes üzemre tanúsítottnak kell lennie (vö. EN 378‑2:2016 [12], 6.2.14).

A gépészeti helyiség vészszellőzése minden más légtechnikai rendszertől függetlenül, külön kell, hogy működjön. Gondoskodni kell arról, hogy az elszívott levegő helyére – jó helyiség átöblítés mellett, adott esetben külön légcsatornán, légbevezetőkön át – megfelelő mennyiségű frisslevegő érkezzen. Természetesen a frisslevegő utánpótló zsalu helyét is körültekintéssel kell megválasztani, hogy a helyiségbe történő recirkulációt, vagyis a visszaáramlást elkerüljük.

Szivárgás esetén az automatikus érzékelő, vagy a helyiségben- illetve azon kívül (célszerűen az ajtó(k) mellett) elhelyezett 1-1 egymástól független manuális vészkapcsoló jelzésére kell, hogy működésbe lépjen a rendszer.

3. ábra. Vészszellőző rendszer kapcsolási rajza

Tervezési szempontok: számítások, kiválasztás

A minimális szükséges levegő-térfogatáram meghatározása a következő képlettel történik [13]:

V’ = 0,014⋅m2/3 

ahol
V’ a szellőző levegő térfogatárama [m3/s]
m – a helyiségben bármely rendszerelemével megtalálható legnagyobb rendszer hűtőközeg töltetének tömege [kg]
0,014 – átváltási tényező [m3/s, kg2/3]

Gyártói adatok alapján egy korszerű, 900 kW-os, 60 kg ammóniát tartalmazó hűtőgép esetén:

V’ = 0,014⋅602/3 = 0,214 m3/s = 770,4 m3/h

Tehát ezesetben 800 m3/h-ra kell kiválasztani a ventilátort. A szállított levegő térfogatáram felső határának az óránkénti 15-szörös légcserét tekinti mindenkor elégségesnek a szabvány. A légcsatorna keresztmetszetét, nyomvonalát, ezzel együtt pedig a ventilátor végleges munkapontját a más légtechnikai rendszereknél is ismert összefüggések határozzák meg – természetesen a komfort megfontolásokból használatos légsebességek, akusztikai szempontok itt nem kötik a tervezőt.

Szükséges vizsgálni továbbá az esetleges robbanásveszélyes atmoszféra kialakulását. Az EN 378‑1 szerint R717 hűtőközeg esetén ez 0,116 kg/m3 koncentrációnál következik be.

Vegyünk példának egy 73 m2 alapterületű, 4,35 m belmagasságú gépészeti helyiséget, a korábban számítás alapjául szolgáló, 60 kg töltettömegű hűtőgéppel.

A helyiség térfogata: Vhelyiség = 73⋅4,35 = 317,55 m3

A koncentráció a helyiség teljes térfogatára, valamint 30 és 50 százalékos beépítettség mellett:

Látható, hogy vészszellőzés esetén még alacsonyabb beépítettségnél is legalább időszakosan robbanásveszélyes környezet alakulhat ki. A légárammal közvetlenül érintkező rendszerelemeket ebben az esetben robbanásbiztos (ATEX) kivitelben kell előírni.

Összefoglalás

Remélem, hogy ezzel a rövid áttekintéssel sikerült közelebb hoznom a témát azokhoz, akik eddig nem találkoztak vele, vagy a szabvány kizárólag idegen nyelven való elérhetősége megakadályozta őket a megismerésében. Mint látható, bár kiterjedt kérdéskörről van szó, és külön szakági egyeztetéseket igényel a helyes rendszer megtervezése, az ammóniás ipari hűtőgépek jelenleg is széles körben elterjedtek, és előreláthatólag a közeljövőben sem fog meginogni helyük a hűtéstechnika világában; érdemes tehát felkészültnek lenni a témában.

** Megjegyzés: a cikk alapjául szolgáló MSZ EN 378-3:2017 szabványt 2021. február 14-i dátummal visszavonták, helyette február 1-től az MSZ EN 378-3:2016+A1:2021 szabvány érvényes, amely kisebb kiegészítéseket, pontosításokat tartalmaz. Ezek a cikkben részletezett számításokat, eljárásokat érdemben nem érintik.

Irodalomjegyzék

  1. Némethné Dr. Sóvágó Judit – Vegyipari és Petrolkémiai Technológiák (Nemzeti Tankönyvkiadó) (259–260.o)
  2. Linde – Lindegas.hu – Biztonsági adatlap: Ammónia, vízmentes (Kiadás dátuma: 2013.01.16., Felülvizsgálat dátuma: 2017.07.12 – 1.1 verzió, BTA szám: 000010021772)
  3. Montreali Jegyzőkönyv az Ózonréteget Lebontó Anyagokról – Az Európai Közösségek Hivatalos Lapja 11/16. kötet (1988.10.31 – L 297/21 – 219–227.o.)
  4. Európai Parlament és a Tanács 517/2014/EU rendelete (2014. április 16.) a fluortartalmú üvegházhatású gázokról és a 842/2006/EK rendelet hatályon kívül helyezéséről (III. melléklet) – Az Európai Unió Hivatalos Lapja (2014.5.20 – L 150/195–229)
  5. Magyar Épületgépészet 2015/11. (33-36.o.) – Szendi J.: Objektumvédelmi kockázatok vizsgálata ammónia közegű hűtőrendszerek esetén
  6. Ammónia szivárgott egy húsüzemben (2020. november 23., Infostart / MTI – infostart.hu, https://bit.ly/ammonia20)
  7. Ammóniaszivárgás miatt evakuálták a baromfifeldolgozó kecskeméti telephelyét (2019. április 25., BAON – baon.hu, https://bit.ly/ammonia19)
  8. Ammónia szivárgott a Pannon Fine Food Kft. telephelyén (2018. április 29., OrosCafé – oroscafe.hu, https://bit.ly/ammonia18)
  9. MSZ EN 378-1:2016+A1:2021 (az érvényesség kezdete 2021. február 1.) Hűtőrendszerek és hőszivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények. 1. rész: Alapkövetelmények, fogalommeghatározások, osztályozás és kiválasztási kritériumok.
  10. MSZ EN 1507:2006 (az érvényesség kezdete 2006. augusztus 1.) Épületek szellőztetése. Fémlemezes, négyszögletes keresztmetszetű légvezetékek. Szilárdsági és szivárgási követelmények.
  11. MSZ EN 12236:2002 (az érvényesség kezdete 2002. június 1.) Épületek szellőztetése. Légvezetékek tartószerkezetei. Szilárdsági követelmények.
  12. MSZ EN 378-2:2017 (az érvényesség kezdete 2017. május 1.) Hűtőrendszerek és hőszivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények. 2. rész: Tervezés, szerkezet, vizsgálat, megjelölés és dokumentáció
  13. MSZ EN 378‑3:2017 (az érvényesség kezdete 2017. május, a visszavonás napja 2021. február 1.) Hűtőrendszerek és hőszivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények. 3. rész: A telepítés helye és a személyek védelme
  14. MSZ EN 378‑3:2016+A1:2021 (az érvényesség kezdete 2021. február 1.) Hűtőrendszerek és hőszivattyúk. Biztonsági és környezetvédelmi követelmények. 3. rész: A telepítés helye és a személyek védelme

HűtéstechnikaMagyar Épületgépészet

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul