Thông gió và giám sát nồng độ oxy của tủ cấp đông nitơ lỏng: nitơ thải đi đâu, giá trị báo động đặt thế nào
Khi chọn tủ cấp đông nitơ lỏng, phần lớn thảo luận tập trung vào tốc độ hạ nhiệt, độ chính xác kiểm soát nhiệt độ và sản lượng bao nhiêu kg mỗi giờ. Có một vấn đề ít ai hỏi: lượng nitơ lỏng dùng mỗi ngày, sau khi hóa khí thì đi đâu.
Nitơ lỏng hóa khí trong tủ, truyền lượng lạnh cho thực phẩm, sau khi nhiệt độ tăng lên phải được thải ra ngoài. Lỗ thoát khí của dòng tủ đặt ở phía sau thiết bị, ống thông gió phải nối ra ngoài trời. Bước này trên bản vẽ thường chỉ có một đường nét đứt, tại hiện trường thường nối một đoạn ống mềm thông ra cửa sổ là xong.
Vấn đề
Bảng thông số xem nhiệt độ, nitơ không ai quản
Điểm sôi ở áp suất thường của nitơ lỏng là -196℃, dải nhiệt độ làm việc trong tủ được ghi từ -150℃ đến nhiệt độ phòng. Dải này cho biết thiết bị có thể hạ xuống thấp đến mức nào, không cho biết nitơ đi về đâu.
Nitơ sau khi hóa khí từ nitơ lỏng có mật độ hơi cao hơn không khí, trong điều kiện không có gió sẽ lắng đọng tích tụ ở mặt sàn, rãnh và chỗ trũng, đẩy oxy ra ngoài. Trong không khí bình thường oxy chiếm khoảng 20,9%, khi giảm xuống dưới 19,5% khả năng phán đoán của con người bắt đầu bị ảnh hưởng, tiếp tục giảm sẽ mất ý thức trong thời gian ngắn. Thiếu oxy không có mùi, không gây kích thích, con người không nhận ra, chỉ có thể dựa vào thiết bị đo.
Hiện trường thường gặp hai việc
Một là thiết bị đo đã lắp nhưng không đưa vào sử dụng. Máy đo nồng độ oxy lắp trên tường, mạch báo động không đấu, hoặc đầu dò quá hạn chưa hiệu chuẩn. Hai là quạt thông gió dừng mà không ai biết. Trong xưởng nhiệt độ thấp, cánh quạt và động cơ quạt thông gió dễ bị đóng sương, đóng băng, lưu lượng gió giảm xuống, tiếng động cơ vẫn còn, người vận hành tưởng đang thông gió, thực tế phòng cấp đông đã tích tụ nitơ.
Hai việc chồng lên nhau, trở thành nguyên nhân thường gặp của sự cố. Tháng 11 năm 2023, Sở Quản lý ứng phó khẩn cấp tỉnh Hồ Bắc ban hành “Hướng dẫn quản lý kỹ thuật an toàn đối với doanh nghiệp có dây chuyền hầm cấp đông nitơ lỏng (thử nghiệm)”, nguyên nhân là tháng 5 cùng năm một doanh nghiệp thực phẩm địa phương xảy ra sự cố ngạt thở do nồng độ nitơ quá cao tại xưởng cấp đông, thông gió không thông suốt, khí tươi bị đóng trái quy định, thiết bị báo động nồng độ oxy không được đưa vào sử dụng đồng thời xuất hiện (nguồn: Cổng thông tin điện tử Chính quyền nhân dân tỉnh Hồ Bắc).
Đối tượng áp dụng của “Hướng dẫn” này là dây chuyền hầm cấp đông nitơ lỏng, trong đó một số cách làm cũng đúng với thiết bị dạng tủ: khu vực sản xuất đặt máy đo báo động ánh sáng và âm thanh nồng độ oxy cố định và hiển thị số đọc tại chỗ, giá trị báo động xác định theo “Quy trình an toàn làm việc trong môi trường nguy hiểm thiếu oxy” (GB 8958-2006); khu vực cấp đông duy trì áp suất âm nhẹ, tránh nitơ quá nồng độ không khuếch tán ra ngoài; hệ thống thông gió liên động với khởi động - dừng thiết bị, trước khi khởi động mở thông gió trước, sau khi dừng máy trì hoãn đóng thông gió; đường ống nitơ lỏng vào xưởng lắp van cắt khẩn cấp; quạt thông gió đặt giám sát dòng điện liên tục và báo động. Hình thái làm việc của dòng tủ khác với dây chuyền hầm (mở cửa gián đoạn, máy đơn vận hành độc lập), nhưng đường đi nitơ tràn ra, nồng độ oxy giảm là như nhau.
Nguồn trên mạng:
- Cổng thông tin điện tử Chính quyền nhân dân tỉnh Hồ Bắc, Sở Quản lý ứng phó khẩn cấp tỉnh “Thông báo về việc ban hành Hướng dẫn quản lý kỹ thuật an toàn đối với doanh nghiệp có dây chuyền hầm cấp đông nitơ lỏng (thử nghiệm)” http://www.hubei.gov.cn/yj/202311/t20231128_4973143.shtml
- Trang web Sở Quản lý ứng phó khẩn cấp tỉnh Hồ Bắc đăng lại bài của “Nhật báo Hồ Bắc” http://yjt.hubei.gov.cn/fbjd/dtyw/mtbd/sjmt/202405/t20240523_5214441.shtml
Nguyên lý và thông số then chốt
Lượng lạnh của cấp đông nitơ lỏng đến từ hai phần: nitơ lỏng hóa khí hấp thụ nhiệt cộng với nhiệt hiện của nitơ nhiệt độ thấp. Theo mật độ nitơ lỏng khoảng 808 kg/m³, mật độ nitơ ở nhiệt độ thường áp suất thường khoảng 1,25 kg/m³ quy đổi, 1 lít nitơ lỏng sau khi hóa khí hoàn toàn khoảng thành 0,65 mét khối nitơ. Mỗi 1 lít nitơ lỏng vào tủ, có khoảng 0,65 mét khối khí cần được thải ra khỏi phòng cấp đông. Thể tích này bản thân thiết bị không tiêu hóa được, chỉ có thể thải ra.
Kết cấu và thông số phía thiết bị liên quan đến thông gió, an toàn như sau, lấy từ thỏa thuận kỹ thuật các dòng máy tủ cấp đông nitơ lỏng của Kunning Cryo:
| Hạng mục | LFC-300 | LFC-600 | LFC-1200 | LFC-1500 |
|---|---|---|---|---|
| Hình thức kết cấu | Dạng tủ mở cửa thủ công | Dạng tủ mở cửa thủ công | Dạng tủ mở cửa bên, bốn khu | Dạng tủ, hai khu |
| Áp suất nitơ lỏng | 5-8 bar | 5-8 bar | 6-8 bar | 6-8 bar |
| Kiểm soát lưu lượng nitơ lỏng | Van điện từ nitơ lỏng nhiệt độ thấp nhập khẩu | Van tỷ lệ nitơ lỏng nhiệt độ thấp nhập khẩu | Van tỷ lệ | Van nitơ lỏng nhiệt độ thấp khí nén nhập khẩu |
| Vị trí lỗ thoát khí | Phía sau thiết bị | Phía sau thiết bị | Phía sau thiết bị | Phía sau thiết bị |
| Máy đo nồng độ oxy | Bảng thông số kỹ thuật chưa liệt kê | Bảng thông số kỹ thuật chưa liệt kê | Giá trị đặt 19,5%-21,5% | Giá trị đặt 19,5%-21,5% |
| Công tắc dừng khẩn cấp | Bảng thông số kỹ thuật chưa liệt kê | Bảng thông số kỹ thuật chưa liệt kê | Có | Có |
| Động cơ tuần hoàn | 3 động cơ chịu nhiệt độ thấp kín đặt ngoài | 3 động cơ chịu nhiệt độ thấp kín đặt ngoài | Động cơ chịu nhiệt độ thấp kín đặt ngoài | Động cơ chịu nhiệt độ thấp chống ẩm chống nổ |
| Công suất toàn máy | 2,5 kW | 5 kW | 12 kW | 5 kW |
Một số giải thích:
- Lỗ thoát khí ở phía sau thiết bị, mục đích là để hướng thoát khí tránh mặt vận hành, nước ngưng không nhỏ xuống khay liệu. Điều này đồng thời quyết định ống thông gió nối ra từ phía sau tủ, hiện trường phải dự trù đoạn ống và không gian bảo trì này.
- Giá trị đặt của máy đo nồng độ oxy từ 19,5% trở lên, phù hợp với tiêu chí phán định làm việc nguy hiểm thiếu oxy trong GB 8958-2006 (tiêu chuẩn này được “Hướng dẫn” nêu trên dẫn chiếu). Máy đo đi kèm thiết bị quản lý một chỗ gần thân tủ, điểm báo động ở cấp xưởng phải bố trí riêng.
- Bộ phận kiểm soát lưu lượng nitơ lỏng khác nhau, tốc độ sinh nitơ cũng khác nhau. Van điện từ là kiểu điều khiển đóng - mở, van tỷ lệ điều chỉnh liên tục theo độ mở, dòng máy dung tích lớn nhiều khu dùng van tỷ lệ dễ ép lưu lượng xuống mức công nghệ cần hơn.
- Động cơ tuần hoàn đặt ngoài, dùng trục thép không gỉ kéo dài đưa động lực vào trong hộp, mục đích là để động cơ không ở trong nhiệt độ thấp lâu dài; chọn động cơ đặt ngoài phải đưa ra yêu cầu chống ẩm, chịu nhiệt độ thấp, khi cần thiết chống nổ.
Điểm chọn máy và cấu hình
Tính lưu lượng thông gió trước, rồi chọn quạt thông gió. Ước tính lượng nitơ sinh ra theo lượng nitơ lỏng tiêu thụ mỗi mẻ, kết hợp thể tích phòng cấp đông xác định số lần trao đổi khí và lưu lượng quạt, đầu ra ống thông gió nối ra ngoài trời. Thiết bị dạng tủ phần lớn dùng gián đoạn, tính theo số máy vận hành đồng thời, không lấy “thường không mở hết” làm tiền đề.
Phía đường ống dự trù cắt khẩn cấp. Trên đường ống nitơ lỏng vào phòng cấp đông lắp van cắt khẩn cấp, phía thiết bị trang bị nút dừng khẩn cấp. Thân tủ LFC-1200, LFC-1500 có công tắc dừng khẩn cấp, van đường ống thuộc phụ kiện phía người dùng, khi làm phương án hiện trường phải ghi rõ hạng mục này.
Đầu dò nồng độ oxy bố trí điểm thấp, làm báo động hai cấp. Nitơ tụ ở chỗ thấp, đầu dò bố trí ở độ cao vùng hô hấp phản ánh rủi ro thực tế tốt hơn lắp trên trần. Ngưỡng báo động theo tiêu chí GB 8958-2006 lấy 19,5%, rồi đặt thêm một giá trị sơ tán thấp hơn. Đầu dò hiệu chuẩn định kỳ, hồ sơ kiểm định và hiệu chuẩn vào sổ thiết bị.
Quạt thông gió phải giám sát được. Hệ thống thông gió thêm giám sát dòng điện liên tục và báo động, lưu lượng gió giảm thì báo động trước, chứ không đợi người thấy chóng mặt. Điểm này trong xưởng nhiệt độ thấp càng cần thiết, cánh quạt đóng sương là hiện tượng thường gặp.
Đo trong tủ và đo trong phòng đặt riêng. Máy đo nồng độ oxy đi kèm thiết bị liên động với thiết bị, bao phủ gần cửa tủ; nồng độ oxy không khí xưởng phải có máy báo động cố định riêng. Hai cái không thể thay thế nhau.
Xác nhận điều kiện hiện trường trước. Bồn chứa nitơ lỏng do bên mua tự chuẩn bị, đường ống nitơ lỏng, ống thông gió, móng bồn chứa hoàn thành trước khi thiết bị vào; đường dây từ trục chính nguồn đến tủ điện do bên mua đi, dòng tủ thiết kế theo 380V. Lỗ thoát khí ở sau tủ, hướng ống thông gió phải tránh lối người đi.
Tần suất mở cửa ghi vào quy trình vận hành. Dòng mở cửa thủ công mỗi lần đổi mẻ liệu cửa tủ có thời gian mở, nitơ theo đó tràn ra. Dây chuyền nhiều chủng loại, đổi mẻ thường xuyên, thời gian mở cửa phải kiểm soát, và ghi “trước khi mở cửa xác nhận thông gió đang chạy” vào quy trình thao tác.
Ứng dụng
| Ngành | Vật liệu điển hình | Trọng tâm cấu hình thông gió và an toàn |
|---|---|---|
| Chế biến thủy sản | Tôm hùm đất, đầu cá, phi lê cá | Lượng nitơ dùng mỗi mẻ tập trung, phòng cấp đông đặt độc lập, thông gió cơ khí cấu hình theo lượng dùng cao điểm |
| Chế biến thịt gia cầm | Thịt chia phần, sản phẩm chia phần gia cầm | Chủng loại tương đối cố định, thông gió liên động thiết bị đặt theo nhịp ca |
| Món ăn sơ chế | Gói điều vị, bán thành phẩm đóng gói áp sát | Đổi mẻ thường xuyên, mở cửa tràn ra nhiều, quy trình mở cửa và bố trí đầu dò điểm thấp là trọng điểm |
| Rau quả | Măng, nguyên liệu rau quả | Lượng dùng nitơ tương đối ổn định, cấu hình thông gió theo lượng dùng trung bình và dự trù dư lượng |
| Bếp trung tâm | Món thành phẩm, suất ăn | Khi khu cấp đông liền kề khu làm nguội thực phẩm chín, thông gió và giám sát nồng độ oxy hai khu độc lập nhau |
Nếu sản phẩm là thực phẩm chín nóng sau khi ra nồi, cần hạ từ 80 đến 90℃ xuống dải nhiệt độ kiểu 0 đến 4℃, thì thuộc phạm vi áp dụng của tủ làm nguội cưỡng bức tuần hoàn gió lạnh, quá trình vận hành không sinh nitơ, thông gió tính theo thông gió bếp và tải nhiệt ẩm, có thể tham khảo phần giải thích phạm vi áp dụng của tủ làm nguội thực phẩm.
Lượng lạnh của cấp đông nitơ lỏng đến từ nitơ, nitơ không thoát ra được thì thành rủi ro. Hai dòng áp suất nitơ lỏng, máy đo nồng độ oxy trên bảng thông số, đáng để xác nhận từng hạng mục khi ký thỏa thuận kỹ thuật như tốc độ hạ nhiệt; lưu lượng thông gió, cách liên động, điểm báo động thuộc công trình hiện trường, càng sớm ghi vào phương án, càng ít cải tạo về sau.
**Muốn đối chiếu cấu hình thông gió và giám s