Вытяжная вентиляция и мониторинг концентрации кислорода в азотных скороморозильных шкафах: куда отводится азот и как устанавливаются пороги сигнализации
При выборе азотного скороморозильного шкафа обсуждение в основном сосредоточено на скорости охлаждения, точности контроля температуры и производительности в килограммах в час. Мало кто задаёт один вопрос: куда девается жидкий азот, расходуемый ежедневно, после испарения.
Жидкий азот испаряется внутри шкафа, отдаёт холод пищевым продуктам, а после повышения температуры должен быть отведён наружу. В шкафных моделях выпускное отверстие расположено в задней части оборудования, и вытяжной воздуховод должен быть выведен на улицу. На чертежах этот этап часто обозначается лишь пунктирной линией, а на площадке нередко ограничиваются тем, что подсоединяют отрезок гибкого шланга к окну.
Проблема
В таблице параметров смотрят на температуру, азотом никто не занимается
Температура кипения жидкого азота при нормальном давлении составляет -196℃, рабочий температурный диапазон внутри шкафа указан от -150℃ до комнатной температуры. Этот диапазон показывает, до какой температуры может охладиться оборудование, но не показывает, куда уходит азот.
Плотность газообразного азота после испарения жидкого азота немного выше плотности воздуха; в отсутствие ветра он оседает и накапливается на полу, в траншеях и низинах, вытесняя кислород. В нормальном воздухе кислород составляет около 20.9%; при снижении ниже 19.5% у человека начинает страдать способность к суждению, а при дальнейшем снижении он за короткое время теряет сознание. Кислородная недостаточность не имеет запаха и не раздражает, человек её не ощущает — полагаться можно только на приборы.
На площадке обычно встречаются две вещи
Первая — прибор установлен, но не введён в эксплуатацию. Датчик концентрации кислорода смонтирован на стене, цепь сигнализации не подключена, либо срок поверки зонда истёк и он не откалиброван. Вторая — вытяжной вентилятор остановился, и никто об этом не знает. В низкотемпературном цехе рабочее колесо и электродвигатель вытяжного вентилятора легко покрываются инеем и замерзают, расход воздуха падает, но звук двигателя сохраняется, и оператор думает, что вытяжка работает, тогда как в скороморозильном помещении уже накапливается азот.
Сочетание этих двух вещей становится распространённой причиной аварий. В ноябре 2023 года Управление по чрезвычайным ситуациям провинции Хубэй опубликовало «Руководство по управлению безопасностью и техническому надзору для предприятий, эксплуатирующих туннельные линии азотной заморозки (пробное)»; поводом послужила авария с удушьем из-за повышенной концентрации азота, произошедшая в мае того же года в скороморозильном цехе местного пищевого предприятия, где одновременно имели место недостаточная вытяжка, несанкционированное отключение приточной вентиляции и невведённое в эксплуатацию устройство сигнализации концентрации кислорода (источник: официальный портал Народного правительства провинции Хубэй).
«Руководство» распространяется на туннельные линии азотной заморозки, однако несколько изложенных в нём подходов применимы и к шкафному оборудованию: в производственной зоне устанавливаются стационарные светозвуковые сигнализаторы концентрации кислорода с отображением показаний на месте, пороги сигнализации определяются согласно «Правилам безопасности работ в условиях кислородной недостаточности» (GB 8958-2006); в зоне заморозки поддерживается небольшое отрицательное давление, чтобы сверхнормативный азот не застаивался; система вытяжной вентиляции блокируется с пуском и остановом оборудования — перед пуском сначала включается вытяжка, после останова вытяжка отключается с задержкой; на азотопроводе, входящем в цех, устанавливается аварийный отсечной клапан; на вытяжном вентиляторе организуется непрерывный контроль тока с сигнализацией. Форма работы шкафных моделей отличается от туннельных линий (периодическое открывание дверей, независимая работа отдельных машин), но путь утечки азота и снижения концентрации кислорода тот же.
Источники в сети:
- Официальный портал Народного правительства провинции Хубэй, Управление по чрезвычайным ситуациям провинции «Уведомление о распространении Руководства по управлению безопасностью и техническому надзору для предприятий, эксплуатирующих туннельные линии азотной заморозки (пробное)» http://www.hubei.gov.cn/yj/202311/t20231128_4973143.shtml
- Перепечатка репортажа «Хубэй жибао» на сайте Управления по чрезвычайным ситуациям провинции Хубэй http://yjt.hubei.gov.cn/fbjd/dtyw/mtbd/sjmt/202405/t20240523_5214441.shtml
Принцип и ключевые параметры
Холод при азотной заморозке складывается из двух частей: теплоты, поглощаемой при испарении жидкого азота, и явной теплоты низкотемпературного газообразного азота. При пересчёте по плотности жидкого азота около 808 kg/m³ и плотности газообразного азота при нормальных условиях около 1.25 kg/m³ 1 литр жидкого азота после полного испарения превращается примерно в 0.65 кубического метра газообразного азота. На каждый 1 литр жидкого азота, поступающий в шкаф, из скороморозильного помещения необходимо отвести около 0.65 кубического метра газа. Этот объём само оборудование не усваивает — его можно только отвести.
Структура и параметры оборудования, связанные с вытяжкой и безопасностью, взяты из технических соглашений по моделям Kunning Cryo азотных скороморозильных шкафов:
| Позиция | LFC-300 | LFC-600 | LFC-1200 | LFC-1500 |
|---|---|---|---|---|
| Конструктивное исполнение | Шкафной, ручное открывание двери | Шкафной, ручное открывание двери | Шкафной, боковая дверь, четыре зоны | Шкафной, две зоны |
| Давление жидкого азота | 5-8 bar | 5-8 bar | 6-8 bar | 6-8 bar |
| Регулирование расхода жидкого азота | Импортный низкотемпературный электромагнитный клапан жидкого азота | Импортный низкотемпературный пропорциональный клапан жидкого азота | Пропорциональный клапан | Импортный пневматический низкотемпературный азотный клапан |
| Расположение выпускного отверстия | Задняя часть оборудования | Задняя часть оборудования | Задняя часть оборудования | Задняя часть оборудования |
| Датчик концентрации кислорода | В таблице технических параметров не указан | В таблице технических параметров не указан | Уставка 19.5%-21.5% | Уставка 19.5%-21.5% |
| Кнопка аварийного останова | В таблице технических параметров не указана | В таблице технических параметров не указана | Есть | Есть |
| Циркуляционный двигатель | 3 внешних герметичных низкотемпературных двигателя | 3 внешних герметичных низкотемпературных двигателя | Внешний герметичный низкотемпературный двигатель | Влагозащищённый взрывозащищённый низкотемпературный двигатель |
| Мощность агрегата | 2.5 kW | 5 kW | 12 kW | 5 kW |
Несколько пояснений:
- Выпускное отверстие расположено в задней части оборудования, чтобы направление выброса не совпадало с рабочей зоной и конденсат не капал на лотки с продуктом. Это же определяет вывод вытяжного воздуховода из-за шкафа — на площадке необходимо предусмотреть место для этого трубопровода и его обслуживания.
- Уставка датчика концентрации кислорода начинается с 19.5%, что совпадает с критерием определения работ в условиях кислородной недостаточности по GB 8958-2006 (данный стандарт цитируется в вышеуказанном «Руководстве»). Встроенный в оборудование датчик контролирует только зону вблизи шкафа; точки сигнализации на уровне цеха должны размещаться отдельно.
- При разных регулирующих элементах расхода жидкого азота скорость образования газообразного азота также различна. Электромагнитный клапан обеспечивает дискретное регулирование, пропорциональный клапан — непрерывное регулирование по степени открытия; в крупнотоннажных многозонных моделях с помощью пропорционального клапана легче удерживать расход на уровне, требуемом технологией.
- Циркуляционный двигатель вынесен наружу, а крутящий момент передаётся внутрь камеры через удлинённый нержавеющий вал, чтобы двигатель не находился длительно при низкой температуре; при выборе внешнего двигателя следует предъявлять требования по влагозащите, низкотемпературной стойкости и, при необходимости, взрывозащите.
Ключевые моменты подбора и комплектации
Сначала рассчитайте расход вытяжки, затем выбирайте вытяжной вентилятор. Оцените количество образующегося газообразного азота по расходу жидкого азота на одну партию, определите кратность воздухообмена и расход вентилятора с учётом объёма скороморозильного помещения, выведите выход вытяжного воздуховода на улицу. Шкафное оборудование чаще всего используется периодически — расчёт ведите по числу одновременно работающих машин и не принимайте «обычно все не включаются» за исходное условие.
Предусмотрите аварийное отсечение на стороне трубопровода. На азотопроводе, входящем в скороморозильное помещение, установите аварийный отсечной клапан, на стороне оборудования предусмотрите кнопку аварийного останова. На корпусах LFC-1200 и LFC-1500 есть кнопка аварийного останова; клапан на трубопроводе относится к комплектации со стороны пользователя — при разработке площадочного решения этот пункт следует прописать чётко.
Зонды концентрации кислорода размещайте в нижней зоне, предусмотрите двухуровневую сигнализацию. Азот скапливается внизу, поэтому размещение зондов на высоте дыхания лучше отражает реальный риск, чем установка на потолке. Порог сигнализации принимайте по критерию GB 8958-2006 — 19.5%, дополнительно установите более низкое значение для эвакуации. Проводите регулярную калибровку зондов, а записи о поверке и калибровке вносите в паспорт оборудования.
Вытяжной вентилятор должен контролироваться. Дополните систему вытяжной вентиляции непрерывным контролем тока с сигнализацией: при падении расхода воздуха сначала должен сработать сигнал, а не наступить головокружение у людей. В низкотемпературном цехе это особенно необходимо — обмерзание рабочего колеса является распространённым явлением.
Контроль внутри шкафа и контроль в помещении устанавливайте раздельно. Встроенный в оборудование датчик концентрации кислорода связан с оборудованием и охватывает зону у двери шкафа; для концентрации кислорода в воздухе цеха необходим отдельный стационарный сигнализатор. Они не могут заменять друг друга.
Заранее подтвердите условия на площадке. Резервуар жидкого азота поставляется заказчиком; азотопровод, вытяжной воздуховод и фундамент резервуара выполняются до входа оборудования на площадку; линию от магистрали питания до электрошкафа прокладывает заказчик, шкафные модели рассчитаны на 380V. Выпускное отверстие находится за шкафом — трассу вытяжного воздуховода следует прокладывать в обход путей перемещения персонала.
Частоту открывания дверей внесите в регламент. В моделях с ручным открыванием двери при каждой смене партии продукта дверь остаётся открытой, и азот уходит наружу. На линиях с широким ассортиментом и частой сменой партий время открывания двери следует ограничивать, а в рабочий регламент внести пункт «перед открыванием двери убедиться, что вытяжка работает».
Области применения
| Отрасль | Типовые продукты | Акцент в конфигурации вытяжки и безопасности |
|---|---|---|
| Переработка рыбы и морепродуктов | Речные раки, рыбьи головы, рыбное филе | Расход азота на партию концентрированный, скороморозильное помещение выделяется отдельно, механическая вытяжка подбирается по пиковому расходу |
| Переработка мяса и птицы | Разделанное мясо, разделанная птица | Ассортимент относительно постоянный, блокировка вытяжки с оборудованием настраивается по такту смены |
| Полуфабрикаты и готовые блюда | Упаковки с приправой, полуфабрикаты в скин-упаковке | Частая смена партий, большие потери через открытую дверь; ключевое значение имеют регламент открывания двери и размещение зондов в нижней зоне |
| Овощи и фрукты | Бамбуковые побеги, овощное и фруктовое сырьё | Расход жидкости относительно стабильный, вытяжка подбирается по среднему расходу с запасом |
| Центральные кухни | Готовые блюда, рационы питания | Когда зона заморозки примыкает к зоне охлаждения готовых блюд, вытяжка и мониторинг концентрации кислорода в этих двух зонах выполняются независимо |
Если продукт представляет собой горячее готовое блюдо после тепловой обработки и его необходимо охладить, например, с 80-90℃ до 0-4℃, то это относится к области применения шкафов интенсивного охлаждения с принудительной циркуляцией холодного воздуха: в процессе работы азот не образуется, а вытяжка рассчитывается исходя из кухонной вытяжки и тепло-влажностной нагрузки; можно обратиться к описанию области применения шкафов интенсивного охлаждения пищевых продуктов.
Холод при азотной заморозке создаётся азотом; если азот не отводится, он превращается в риск. Строки «давление жидкого азота» и «датчик концентрации кислорода» в таблице параметров заслуживают такого же поэтапного подтверждения при подписании технического соглашения, как и скорость охлаждения; расход вытяжки, способ блокировки и точки сигнализации относятся к площадочным инженерным решениям — чем раньше они внесены в проект, тем меньше потребуется последующих переделок.
Чтобы проверить конфигурацию вытяжки и мониторинга концентрации кислорода применительно к условиям вашего скороморозильного помещения, укажите площадь и высоту этажа скороморозильного помещения, число одновременно работающих единиц оборудования, расход жидкого азота на партию и планировку площадки — мы подготовим решение по конфигурации исходя из фактических условий: связаться с нами
Требования к иллюстрациям: схема трассы вытяжного воздуховода скороморозильного помещения, фотография места установки сигнализатора концентрации кислорода, схема расположения аварийного отсечного клапана на азотопроводе.
Часто задаваемые вопросы
Куда отводится азот из азотного скороморозильного шкафа? Как устанавливается порог сигнализации по концентрации кислорода?
Азот образуется при испарении жидкого азота внутри шкафа и выходит через выпускное отверстие в задней части оборудования; вытяжной воздуховод должен быть выведен на улицу. Уставка встроенного в оборудование датчика концентрации кислорода принимается от 19.5% до 21.5%; порог сигнализации на уровне цеха принимается по критерию «Правил безопасности работ в условиях кислородной недостаточности» (GB 8958-2006) — 19.5%, дополнительно устанавливается более низкое значение для эвакуации.
Сколько газообразного азота образуется из 1 литра жидкого азота и как оценить расход вытяжки?
При пересчёте по плотности жидкого азота около 808 kg/m³ и плотности газообразного азота при нормальных условиях около 1.25 kg/m³ из 1 литра жидкого азота после полного испарения получается около 0.65 кубического метра газообразного азота. Этот объём само оборудование не усваивает; необходимо оценить количество образующегося газообразного азота по расходу жидкого азота на партию, а затем с учётом объёма скороморозильного помещения определить расход вентилятора и кратность воздухообмена.
В чём разница между LFC-300 и LFC-1200 в конфигурации вытяжки и безопасности?
Обе модели являются шкафными, выпускное отверстие у обеих расположено в задней части оборудования. У LFC-300 и LFC-600 датчик концентрации кислорода и кнопка аварийного останова в таблице технических параметров не указаны; у LFC-1200 и LFC-1500 уставка датчика концентрации кислорода составляет от 19.5% до 21.5% и имеется кнопка аварийного останова. По давлению жидкого азота: у LFC-300 и LFC-600 — 5-8 bar, у LFC-1200 и LFC-1500 — 6-8 bar.