船舶氨制冷機(jī)艙氨氣濃度報(bào)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(huì)對人身體造成危害，在工作場所需要設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)預(yù)警。本文通過對比分析國外各大船級社對氨泄漏各級報(bào)警值和采取應(yīng)急措施的規(guī)定，結(jié)合氨的時(shí)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(bào)警值和緊急措施，供行業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：氨;制冷劑;泄漏報(bào)警

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

1引言

氨（Ammonia， NH3 ） 是一種無機(jī)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(jī)開始， 氨應(yīng)用于制冷技術(shù)已百余年^[1]。氨有毒性，用濃度達(dá)到一定時(shí)有爆炸危險(xiǎn)， 用作制冷劑時(shí)，受到較大限制。

氟利昂類制冷劑對大氣臭氧層破壞嚴(yán)重，國際上已完全禁用CFC、逐漸限制使用HCFC 類制冷劑 ^[2]。《國際防止船舶造成污染公約》附則VI“關(guān)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(shí)，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(yīng)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(huì)標(biāo)準(zhǔn)^[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(dāng)其積聚的濃度達(dá)到一定限度時(shí)，會(huì)對人體造成一定的危害。為了降低危險(xiǎn)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(jī)艙和直接蒸發(fā)式冷藏艙室應(yīng)設(shè)置氨氣報(bào)警裝置，當(dāng)空氣中氨氣的濃度達(dá)到某設(shè)定值時(shí)，應(yīng)激活報(bào)警裝置并發(fā)出報(bào)警信號?？墒?，各國船舶規(guī)范對氨氣報(bào)警濃度的設(shè)定值有所不同，為了明確合理的氨氣報(bào)警濃度的設(shè)定值，本文對國際十大船級社的氨氣報(bào)警濃度的設(shè)定值進(jìn)行了對比分析，同時(shí)分析了陸用制冷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的氨氣報(bào)警濃度的設(shè)定值，提出我國船舶的氨氣報(bào)警濃度的設(shè)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?；瘜W(xué)有害因素的職業(yè)接觸限值包括時(shí)間加權(quán)平均容許濃度、短時(shí)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(xiàn)[9]規(guī)定工作場所空氣中氨的容許濃度見表1。

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

（2）氨的短時(shí)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(bào)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(shè)有帶有報(bào)警裝置的固定式氨探測系統(tǒng)。從泄漏提醒，緊急通風(fēng)，防止爆炸三個(gè)層次，將探測器設(shè)定為3級報(bào)警，各船級社規(guī)定的氨泄漏報(bào)警值見表3。各船級社規(guī)范在氨泄漏濃度達(dá)到各級報(bào)警值時(shí)采取的措施如下：

（1）美國船級社（ABS）：當(dāng)氨的濃度超過25 ppm，探測器激活聽覺和視覺報(bào)警。當(dāng)氨的濃度超過300ppm，在制冷機(jī)空間的探測器將停止制冷設(shè)備運(yùn)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(bào)警設(shè)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(dāng)氨的濃度高于150 ppm 初始泄漏報(bào)警;氨的濃度高于350 ppm 開始排風(fēng)及疏散空間;氨的濃度高于5000 ppm 斷開所有非防爆電器，關(guān)閉制冷循環(huán)泵，切斷制冷劑供應(yīng)。關(guān)閉相關(guān)要求的閥門^[12]。

（3）日本船級社（NK）和韓國船級社（KR）：當(dāng)氨的濃度高于 25 ppm時(shí)，自動(dòng)開啟警報(bào)系統(tǒng);當(dāng)氨的濃度高于300 ppm時(shí)，自動(dòng)停止冷凍裝置運(yùn)轉(zhuǎn)氣體驅(qū)逐系統(tǒng)，開啟二級警報(bào)系統(tǒng);當(dāng)氨的濃度達(dá)到4.5 %時(shí)，可切斷冷凍裝置室的電氣設(shè)備，并動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)三級警報(bào)裝置^[13-14]。

（4）德國船級社（GL）：當(dāng)氨的濃度高于50 ppm報(bào)警;當(dāng)氨的濃度高于300 ppm時(shí)，自動(dòng)停止冷凍裝置^[15]。

（5）俄羅斯船級社（RS）：當(dāng)氨的濃度高于20mg/m3激活警報(bào);當(dāng)氨的濃度高于60mg/m3開啟除冷庫外的應(yīng)急通風(fēng);當(dāng)氨的濃度高于500mg/m3 禁止不帶防護(hù)裝備進(jìn)入^[16]。

（6）英國船級社（LR）：當(dāng)氨的濃度超過25 ppm，在長期有人的位置處發(fā)出報(bào)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(yīng)至少各安裝1只泄漏探測器，當(dāng)氨氣濃度超過50ppm時(shí)，探測器應(yīng)發(fā)出報(bào)警。當(dāng)氨的濃度超過150ppm時(shí)，探測器發(fā)出報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī);當(dāng)氨的濃度超過5000ppm時(shí)，應(yīng)自動(dòng)停止氨制冷壓縮機(jī)和氨泵，關(guān)閉氨輸送管路上的速閉閥門并發(fā)出聲光報(bào)警。監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)在集控室內(nèi)和制冷機(jī)室外發(fā)出聲光報(bào)警;當(dāng)氨氣濃度超過10000ppm時(shí)，關(guān)閉所有氨制冷裝置處所內(nèi)的非防爆電氣設(shè)備^[18]。

對比各船級社的1級報(bào)警值可知：ABS，LR，KR，NK最為嚴(yán)格為25ppm，RS為26.4 ppm （20mg/m3）?？梢?，ABS，LR，KR，NK和RS的氨泄漏1級報(bào)警值均符合文獻(xiàn)[9]中規(guī)定的時(shí)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(bào)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(bào)警值沒有明確要求。

在《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》^[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(xiàn)^[9]所規(guī)定氨的短時(shí)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(bào)警值高于《職業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》所規(guī)定氨的短時(shí)間接觸容許濃度（PC-STEL）30mg/m3（39.5ppm），同時(shí)也高于美國政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會(huì)議（ACGIH）氨的短時(shí)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(shí)間較長，氨濃度的1級警報(bào)值應(yīng)以時(shí)間加權(quán)平均容許濃度（TWA）為基準(zhǔn)?！堵殬I(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值 化學(xué)有害因素》^[9]和美國政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會(huì)議（ACGIH）^[23]所規(guī)定氨的時(shí)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(bào)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(hù)手段，也有充足的時(shí)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(jī)艙和冷藏艙室的安全監(jiān)測系統(tǒng)的報(bào)警值設(shè)置應(yīng)從加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，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(bào)警系統(tǒng)的3級報(bào)警值和采取應(yīng)急措施，建議我國船舶氨制冷裝置報(bào)警系統(tǒng)中的各級報(bào)警值和采取應(yīng)急措施如下：

（1）當(dāng)氨氣濃度超過25ppm時(shí)，探測器開啟1級報(bào)警系統(tǒng);

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

（3）氣體濃度達(dá)到4.5 %時(shí)，可以切斷冷凍裝置室的電氣設(shè)備，并開啟3級警報(bào)系統(tǒng)。

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