Miljøprojekt, 952 – VPC-anlæg - Naturlige kølemidler i mindre supermarkeder

VPC-anlæg - Naturlige kølemidler i mindre supermarkeder

10 Risikovurderinger

10.1 Pressostater
10.2 Atex direktivet og elsikkerhed
- 10.2.1 Generelt
- 10.2.2 Risikoanalyse (IEC 60079-10:2002, DS/EN 50021)

10.1 Pressostater

På de simpleste køleanlæg anvendes der ikke pressostater (under 150 gram brændbart kølemiddel). På større anlæg skal der som minimum monteres en højtrykspressostat.

I en analyse af følgerne af en fejltilstand gøres der i det følgende rede for konsekvenserne af ikke at montere pressostater.

I forbindelse med idriftsættelse og service af anlægget vil der meget nemt opstå situationer med utilstrækkelig cirkulation af kølemedie over kondensatoren, som følge af luft i tørkølersystemet, tilstopning af filtre, pumpefejl med mere. Det vil medføre drift med for højt kondenseringstryk, hvis der ikke er monteret en højtrykspressostat.

I yderste konsekvens vil den interne sikkerhedsventil i kompressoren åbne og aflaste trykket til sugesiden. Åbnetrykket vil ofte være højere end PS for de øvrige komponenter på højtrykssiden, uden der dog vil være nogen risiko for sprængning af anlægsdele.

Det største problem vil være, at man ikke kan være sikker på, at ventilen lukker helt tæt igen efter lukning. Den vil derfor sandsynligvis give anledning til et uidentificeret tab af effektivitet i resten af anlæggets levetid. Hvis kompressoren ikke har intern sikkerhedsventil, vil kompressoren først stoppe, når motoren trækker for megen strøm eller bliver for varm. Der vil da være risiko for skader på komponenter på højtrykssiden.

I tilfælde af en lille utæthed på kølekredsen, specielt på sugesiden, vil normal drift på anlægget kunne opretholdes i lang tid, men med et gradvist tab af køleydelse. En lille lækage over lang tid vil ikke kunne detekteres af en gasalarm og vil heller ikke udgøre en sikkerhedsrisiko, fordi gassen tyndes op og ventileres væk ved naturlig cirkulation.

På et givent tidspunkt vil trykket på sugesiden falde til under omgivelsernes tryk, i det mindste når kompressoren er i drift. Og det vil den være i stigende grad, eftersom at køleydelsen falder.

Resultatet er, at kompressoren fortsætter med at køre, og da kompressoren sidder i et modul, der er koblet parallelt med andre moduler, vil der ikke være andre indikatorer på fejl end den længere køretid for alle modulerne.

Effektiviteten af anlægget vil derfor falde over en meget lang periode.

I de fleste større kompressorer sidder der i forbindelse med kompressormotoren en føler eller klixon, der afbryder motoren, når denne bliver for varm. Men denne sikring er ikke tilstrækkelig til at sikre stop af kompressoren ved lavt sugetryk.

Selvom at mængden af sugegas er faldende og ikke er optimal for at køle kompressormotoren på en sugegaskølet kompressor, er der ingen vished for at motoren bliver så varm, at den kobler ud, da den optagne effekt ved det lave sugetryk også er meget lav.

Med tiden vil der blive suget luft ind i kølesystemet gennem lækagen på sugesiden, hvilket i første omgang vil betyde et højere kondenseringstryk. Hvis der ikke er monteret højtykspressostat på anlægget, vil kompressoren fortsætte med at køre, og først når den optagne effekt bliver tilstrækkeligt høj, vil motorbeskyttelsen stoppe kompressoren enten på temperatur eller på overstrøm.

Det er tvivlsomt, om der kan suges så megen luft ind i anlægget under denne fejltilstand, at der vil kunne dannes en eksplosiv blanding af gas og luft i anlægget. Volumenprocenten af luft skal da være mellem ca. 90 % og 97,5 % i anlægget. Udenfor disse grænser kan blandingen ikke antændes.

Indflydelsen af olie i køleanlægget kan muligvis forrykke ovennævnte forhold til begge sider. Sandsynligheden for, at kompressoren er stoppet inden denne koncentration er nået, er dog meget stor. Under alle omstændigheder vil alle parter være interesseret i at minimere chancen for, at denne situation kan opstå, specielt med henblik på at minimere risikoen i forbindelse med service.

Af disse årsager skal der monteres både højtryks- og lavtrykspressostat for at sikre anlægsejeren mod udgifter til forhøjet energiforbrug og for at sikre et generelt højt driftssikkerhedsniveau.

10.2 Atex direktivet og elsikkerhed

10.2.1 Generelt

Anlæg med (semi)hermetiske kompressorer og små mængder brændbare kølemidler er i grænseområdet med hensyn til zone klassificering i henhold til Atex.

IEC 60079-10:2002, der er den del af Atex direktivet, der omhandler zone klassificering, specificerer under punkt 1.1 undtagelser for gyldighedsområde:

"d) catastrophic failures which are beyond the concept of abnormality dealt with in this standard (see note 3)".

Note 3: "Catastrophic failure in this context is applied, for example, to the rupture of a process vessel or pipeline and events that are not predictable.".

Det vil sige, at standarden ikke gælder katastrofale hændelser som, eksempelvis sprængning af beholdere eller rørledninger og hændelser, der ikke er forudsigelige.

Disse hændelser vil være meget sjældne, når køleanlægget er opbygget i henhold til EN378 og væsentlige sikkerhedskrav i henhold til PED.

I tilfælde, hvor fyldningen af brændbart kølemiddel er under 1 kg, som for VPC modulernes vedkommende, er der tale om små fyldninger.

I afsnit "4.2 Sources of release", står der følgende: "If the total quantity of flammable material is "small", for example, laboratory use, whilst a potential hazard may exist, it may not be appropiate to use this area classification procedure. In such cases, account shall be taken of the particular risks involved."

Oversættelse: "Hvis den samlede mængde af brændbart kølemiddel er "lille", for eksempel til laboratoriebrug, er det måske ikke hensigtsmæssigt at bruge denne procedure til område klassificering. I sådanne tilfælde skal der tages hensyn til de aktuelle risici involveret."

Anlæg med åbne kompressorer er derimod entydigt omfattet af Atex direktivet. Disse kompressorer er kendetegnet ved at have en fri akselende med pakdåse.

En sådan pakdåse vil blive slidt ved almindelig drift og vil derfor være en forudsigelig potentiel kilde til udslip.

Da konsekvenserne af en eksplosion som følge et udslip er store er meget vigtigt at lave en risikoanalyse. Her er der hjælp at hente i Atex direktiverne.

10.2.2 Risikoanalyse (IEC 60079-10:2002, DS/EN 50021)

I lighed med tidligere projekter med brændbare kølemidler, klassificeres kabinettet til zone 2, aftrækskanalen til zone 1.

Opstillingslokalet, hvor også anlæggets styretavle er anbragt, er uklassificeret, under forudsætning af, at det er stort nok til sikre, at et eventuelt udslip bliver fortyndet, så koncentrationen ikke når den nedre eksplosionsgrænse.

Alternativt, kan der for at sikre dette, etableres permanent udsugning, overvåget af trykvagt eller udsugningen kan startes af en gasalarm, før der nås 20 % af nedre eksplosionsgrænse. Da propylen (og propan) er tungere end luft, skal man være opmærksom på at udsivende gas ikke må kunne samle sig, for eksempel i fordybninger, hvor der er potentielle antændelseskilder.

I tilfælde af utætheder kan der i kabinettet optræde koncentrationer, der er højere end laveste eksplosionsgrænse. Derfor skal potentielle antændelseskilder heri identificeres og elimineres.

Propylen (og propan) er en gas i gruppe IIA med en selvantændelsestemperatur på 455 °C (470 °C). Overfladetemperaturerne på anlægskomponenterne skal være mindst 150 °C lavere, det vil sige ca. 300 °C.

Da ingen af de varmeste komponenter, hverken kompressorblok, trykgasrør eller eventuelt olievarmelegeme når op på mere end 150 °C, selv under ekstreme forhold, er overfladetemperaturen ikke en potentiel antændelseskilde.

Dette gælder også, hvis kompressoren styres af en frekvensomformer, da motoren ikke bliver mærkbart varmere. Da kompressormotoren er (semi)hermetisk afskærmet fra omgivelserne, elimineres de almindelige elmotorers antændelseskilder, såsom hotspots i viklingerne, påløb mellem rotor og stator som følge af lejeslid, med mere.

Ved tilslutning til kompressormotorens terminaler skal følgende overholdes for de afisolerede kabler og monteringsskruer: Minimum krybeafstand 5mm (afstand mellem uisolerede dele målt langs overflade på isolator), minimum luftgab 4 mm (den direkte afstand i luftlinie) gældende for 3 x 400 V AC rms +/- 10 % (DS/EN 50021 afsnit 8).

Dette overholdes normalt af standard tilslutningerne, men skal eftervises.

Kompressorens klemkasse indeholder ofte, udover klemmerne for tilslutning af kraft, et beskyttelsesrelæ (ofte kaldet Kriwan-relæ), der er forbundet til viklingsfølere i kompressormotoren. Kontaktsættet heri skal forbindes i serie med kompressorens styrespænding.

Da kontaktsættet er beregnet til at bryde 230 V styrespænding, udgør det en uacceptabel tændkilde. Den simpleste løsning er at forlænge kablet til følerne i motoren og anbringe beskyttelsesrelæet i anlæggets styretavle.

Følerne består af halvleder elementer, der er forbundet i serie. Følerne har en meget uliniær karakteristik. Ved en bestemt temperatur stiger modstanden fra få hundrede ohm til kohm (når motoren bliver for varm). Når dette sker, stopper relæet kompressoren.

Spændingen fra relæet til at aftaste denne modstandsændring er lav, under 5 VDC.

Ved at lade denne spænding aftaste højtrykspressostaten, lavtrykspressostaten og eventuelt en trykgastermostat ved at forbinde disse i serie med halvlederfølerne, opnås på en simpel måde at sikre sig imod potentielle antændelseskilder.

Det skal eftervises at strømkredsen holder sig indenfor de anførte værdier (DS/EN 50021 Annex A).

Hermed overholdes kravene til beskyttelses type n for zone 2 områder, energi begrænsede kredsløb.