船舶氨制冷機艙氨氣濃度報警限值分析

黃建

摘 要：氨對臭氧層破壞能力潛能值和全球變暖潛能值均為零，是氟利昂類制冷劑的最佳替代制冷劑。氨有毒性，會對人身體造成危害，在工作場所需要設置報警系統(tǒng)預警。本文通過對比分析國外各大船級社對氨泄漏各級報警值和采取應急措施的規(guī)定，結(jié)合氨的時間加權(quán)平均容許濃度（PC-TWA），提出我國船舶規(guī)范氨制冷系統(tǒng)中氨泄漏的各級報警值和緊急措施，供行業(yè)參考。

關鍵詞：氨;制冷劑;泄漏報警

中圖分類號：U698? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0042-03

1引言

氨（Ammonia， NH3 ） 是一種無機化合物，是一種天然制冷劑（R717） 。1859年Ferdinand Carré研發(fā)出氨吸收式制冷機開始， 氨應用于制冷技術(shù)已百余年^[1]。氨有毒性，用濃度達到一定時有爆炸危險， 用作制冷劑時，受到較大限制。

氟利昂類制冷劑對大氣臭氧層破壞嚴重，國際上已完全禁用CFC、逐漸限制使用HCFC 類制冷劑 ^[2]?！秶H防止船舶造成污染公約》附則VI“關于防止船舶造成空氣污染規(guī)則”對海洋船舶使用消耗臭氧層的制冷劑也加大限制使用力度。氨對臭氧層破壞能力潛能值（ODP）和全球變暖潛能值（GWP）均為零^[3]。通過圖1和圖2對幾種常用制冷劑的ODP和GWP的比較[4]，可知氨制冷劑（R717）最為環(huán)保，對自然環(huán)境不存在破壞性。

氨作為替代制冷劑，聯(lián)合國環(huán)保組織（UNEP）肯定了氨作為替代制冷劑 ^[5]。

鑒于氨對自然環(huán)境的友好性，我國漁業(yè)專家提倡將氨作為制冷劑在漁船制冷系統(tǒng)推廣。2015年頒布的《鋼質(zhì)海洋漁船建造規(guī)范》取消了“有限航區(qū)的漁船，其冷藏魚艙總艙容如小于500m3時，可使用氨直接蒸發(fā)的排管冷卻系統(tǒng)”的限制，允許氨制冷劑直接蒸發(fā)式制冷應用于任何艙容。加大了氨制冷劑在漁業(yè)船舶上的適用范圍。

按照美國供暖制冷空調(diào)工程師協(xié)會標準^[6]將制冷劑的相對安全性綜合考慮，氨的毒性為 B 類，即高毒性（共劃分為A、B兩類，A類為低毒性，B類為高毒性）。氨具有刺激性氣味且有一定的毒性和可燃性^[7]， 在其安全性分類中屬于B2類制冷劑^[8]。當其積聚的濃度達到一定限度時，會對人體造成一定的危害。為了降低危險事故發(fā)生，減輕人員受傷，各國船舶規(guī)范中明確規(guī)定，人員工作的氨制冷機艙和直接蒸發(fā)式冷藏艙室應設置氨氣報警裝置，當空氣中氨氣的濃度達到某設定值時，應激活報警裝置并發(fā)出報警信號?？墒牵鲊耙?guī)范對氨氣報警濃度的設定值有所不同，為了明確合理的氨氣報警濃度的設定值，本文對國際十大船級社的氨氣報警濃度的設定值進行了對比分析，同時分析了陸用制冷相關標準的氨氣報警濃度的設定值，提出我國船舶的氨氣報警濃度的設定值，為我國船舶氨制冷系統(tǒng)規(guī)范的編制提供借鑒。

2 氨的職業(yè)接觸限值

2.1? 職業(yè)接觸限值

職業(yè)接觸限值是指職業(yè)性有害因素的接觸限制量值。化學有害因素的職業(yè)接觸限值包括時間加權(quán)平均容許濃度、短時間接觸容許濃度和最高容許濃度三類^[9]。

2.2 工作場所氨的容許濃度

在文獻[9]規(guī)定工作場所空氣中氨的容許濃度見表1。

（1）氨的時間加權(quán)平均容許濃度（PC-TWA）為26.4ppm。

（2）氨的短時間接觸容許濃度（PC-STEL）為39.5ppm。

2.3 氨對人體的危害

氨可被人感覺的最低濃度為5.3 ppm，氨各種濃度下對人體的危害情況見表2。

3各船級社氨泄漏報警值

國際各大船級社規(guī)范均明確規(guī)定在制冷艙室內(nèi)、外設有帶有報警裝置的固定式氨探測系統(tǒng)。從泄漏提醒，緊急通風，防止爆炸三個層次，將探測器設定為3級報警，各船級社規(guī)定的氨泄漏報警值見表3。各船級社規(guī)范在氨泄漏濃度達到各級報警值時采取的措施如下：

（1）美國船級社（ABS）：當氨的濃度超過25 ppm，探測器激活聽覺和視覺報警。當氨的濃度超過300ppm，在制冷機空間的探測器將停止制冷設備運行，并激活氣體排出系統(tǒng)。在連續(xù)載人的處所需提供額外的氨蒸氣探測器報警設備，如果氨濃度超過500ppm，將被從安全閥排出管排出^[11]。

（2）挪威船級社（DNV）：當氨的濃度高于150 ppm 初始泄漏報警;氨的濃度高于350 ppm 開始排風及疏散空間;氨的濃度高于5000 ppm 斷開所有非防爆電器，關閉制冷循環(huán)泵，切斷制冷劑供應。關閉相關要求的閥門^[12]。

（3）日本船級社（NK）和韓國船級社（KR）：當氨的濃度高于 25 ppm時，自動開啟警報系統(tǒng);當氨的濃度高于300 ppm時，自動停止冷凍裝置運轉(zhuǎn)氣體驅(qū)逐系統(tǒng)，開啟二級警報系統(tǒng);當氨的濃度達到4.5 %時，可切斷冷凍裝置室的電氣設備，并動運轉(zhuǎn)三級警報裝置^[13-14]。

（4）德國船級社（GL）：當氨的濃度高于50 ppm報警;當氨的濃度高于300 ppm時，自動停止冷凍裝置^[15]。

（5）俄羅斯船級社（RS）：當氨的濃度高于20mg/m3激活警報;當氨的濃度高于60mg/m3開啟除冷庫外的應急通風;當氨的濃度高于500mg/m3 禁止不帶防護裝備進入^[16]。

（6）英國船級社（LR）：當氨的濃度超過25 ppm，在長期有人的位置處發(fā)出報警^[17]。

（7）中國漁檢（ZY）：在人員相對比較集中的加工區(qū)域及速凍間，應至少各安裝1只泄漏探測器，當氨氣濃度超過50ppm時，探測器應發(fā)出報警。當氨的濃度超過150ppm時，探測器發(fā)出報警，并自動啟動風機;當氨的濃度超過5000ppm時，應自動停止氨制冷壓縮機和氨泵，關閉氨輸送管路上的速閉閥門并發(fā)出聲光報警。監(jiān)控和報警系統(tǒng)在集控室內(nèi)和制冷機室外發(fā)出聲光報警;當氨氣濃度超過10000ppm時，關閉所有氨制冷裝置處所內(nèi)的非防爆電氣設備^[18]。

對比各船級社的1級報警值可知：ABS，LR，KR，NK最為嚴格為25ppm，RS為26.4 ppm （20mg/m3）?？梢?，ABS，LR，KR，NK和RS的氨泄漏1級報警值均符合文獻[9]中規(guī)定的時間加權(quán)平均容許濃度值（TWA）26.4 ppm的要求。而GL、DNV和ZY的1級報警值均大于26.4 ppm。法國船級社（BV）^[19]、中國船級社（CCS）^[20]和意大利（RINA）^[21]對探測器的報警值沒有明確要求。

在《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》^[22]中明確規(guī)定了車間中氨的最高容許濃度為30mg/m3，與文獻^[9]所規(guī)定氨的短時間接觸容許濃度（PC-STEL）30mg/m3相一致。相比之下，ZY規(guī)定50ppm的1級報警值高于《職業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學有害因素》所規(guī)定氨的短時間接觸容許濃度（PC-STEL）30mg/m3（39.5ppm），同時也高于美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家會議（ACGIH）氨的短時間接觸容許濃度（PC-STEL）35ppm的要求^[23]。

船舶空間狹小，逃生相對困難，且漁業(yè)船舶船員在冷藏艙內(nèi)作業(yè)時間較長，氨濃度的1級警報值應以時間加權(quán)平均容許濃度（TWA）為基準?！堵殬I(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學有害因素》^[9]和美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家會議（ACGIH）^[23]所規(guī)定氨的時間加權(quán)平均容許濃度（PC-TWA）分別為26.4ppm和25ppm?？梢夾BS，LR，KR，NK和RS的氨泄漏1級報警值均以該值為參考。在此濃度下，操作人員即便不采取任何防護手段，也有充足的時間在不影響健康的前提下采取簡單的處理措施并逃生。

4建議

船舶氨冷制機艙和冷藏艙室的安全監(jiān)測系統(tǒng)的報警值設置應從加強勞動保護，防止職業(yè)危害，保障人員身體健康考慮。綜合分析各船級社氨制冷裝置報警系統(tǒng)的3級報警值和采取應急措施，建議我國船舶氨制冷裝置報警系統(tǒng)中的各級報警值和采取應急措施如下：

（1）當氨氣濃度超過25ppm時，探測器開啟1級報警系統(tǒng);

（2）當氨氣濃度超過300ppm時，探測器應自動停止氨制冷壓縮機和氨泵，關閉氨輸送管路上的速閉閥門并開啟2級聲光報警系統(tǒng)，并激活氣體排出系統(tǒng)。監(jiān)控和報警系統(tǒng)在集控室內(nèi)和制冷機室外發(fā)出聲光報警;

（3）氣體濃度達到4.5 %時，可以切斷冷凍裝置室的電氣設備，并開啟3級警報系統(tǒng)。

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