biuro@kmrconsulting.pl 
690-360-998 
Abstrakt: W artykule scharakteryzowano amoniak pod względem toksycznym, palnym i wybuchowym
Toksyczność amoniaku
Amoniak jest gazem bezbarwnym, lżejszym od powietrza gazem (NH3: 17,03 g/mol vs. O2: 32 g/mol; gęstość względna 0,6), więc po uwolnieniu do atmosfery unosi się do góry. Jest wyczuwalny w powietrzu przy bardzo niskim stężeniu i posiada charakterystyczny, ostry, gryzący zapach. Poniżej przedstawia się wartości stężeń amoniaku uwolnionego w powietrzu (w ppma) wraz ze skutkami oddziaływania na człowieka (Opracowano na podstawie: [P10], [P11] w: [P9] s. 215):
- 5 ppm – zauważalny po zapachu;
- 25 ppm – zaczyna drażnić;
- 50 ppm – drażni nos, oczy gardło, po dłuższym czasie ekspozycji można się przyzwyczaić;
- 100 ppm – drażnienie dróg oddechowych, oskrzeli, oczu – zwłaszcza spojówek;
- 500 ppm – oddychanie zaczyna być trudne;
- 600 ppm – łzawienie oczu po 30 sek., oddychanie możliwe;
- 700 ppm – załzawienie oczu nastąpiło w ciągu kilku sek., oddychanie niemożliwe;
- 1000 ppm – łzy pojawiają się w oczach natychmiast, a widzenie staje się niemożliwe, oddychanie nieznośne, po kilku minutach podrażnienia skóry;
- 1500 ppm – natychmiastowa reakcja to konieczność ucieczki;
- 3500-5000 ppm – zagrożenie śmiertelne po dłuższym czasie ekspozycji.
Wnioski płynące z powyższego zestawienia wskazują, że granica tolerancji amoniaku w powietrzu wynosi ok. 500-1000 ppm (350-700 mg/m3)b. Dzięki temu można bezpiecznie przeprowadzić ewakuację ludzi przed osiągnięciem dawki trującej, wynoszącej > 5000 ppm (1750 mg/m3).
Warto zobrazować szybkość parowania amoniaku, na przykładzie wyników badań zamieszczonych w opracowaniu [A2]. Wynika z nich, że masa odparowanego amoniaku z otwartego, stalowego pojemnika o średnicy 0,6 m, w czasie 2, 8, 195 i 220 minut wynosi odpowiednio 2.6 kg (ubytek 9% wysokości poziomu cieczy), 3.0 kg (ubytek 10% wysokości poziomu cieczy), 8.4 kg (ubytek 27% wysokości poziomu cieczy), 9.2 kg (ubytek 30% wysokości poziomu cieczy).
Palność amoniaku
Warunkiem zaistnienia procesu spalania nie tylko amoniaku, ale również innych substancji palnych, jest obecność materiału palnego, utleniacza (powietrze) oraz odpowiedniej ilości energii cieplnej, nazywanej temperaturą zapłonu lub samozapłonu.
Amoniak zarówno w postaci cieczy, jak i pary, uważany jest za gaz trudno zapalny i trudnopalny. Jego reakcja spalania jest endotermiczna, co oznacza konieczność dostarczania (pochłaniania) ciepła z otoczenia. Do temperatury 4500C jest bardzo stabilny, w zakresie 450-5000C i ciśnieniu 1013 hPa następuje jego częściowa dysocjacja. Podczas reakcji utleniania obok pary wodnej i azotu wydzielają się tlenki azotu NOx, posiadające właściwości gaśnicze. Ponadto, jeżeli w mieszaninie amoniaku z powietrzem znajdzie się min. 11% pary wodnej, wówczas mieszanina stanie się niepalna.
Amoniak w postaci ciekłej jest trudno zapalny. Warunkiem zaistnienia procesu spalania jest dostarczenie odpowiedniej ilości energii (ciepła), która spowoduje powstanie nad powierzchnią cieczy par amoniak-powietrze. Pary muszą znaleźć się w stężeniu pomiędzy dolną, a górną granicą palności, która dla amoniaku wynosi 15 – 28% w powietrzu i 25 – 75% w tlenie. Temperatura samozapłonu dla amoniaku wynosi ok. 630-650 st. C (Opracowano na podstawie: [P12], [P13] w: [P9] s. 209-2010).
Wyniki doświadczeń wskazują, że na wolnym powietrzu samorzutne spełnienie warunków, o których mowa powyżej, zarówno dla ciekłego amoniaku jak i jego par nie jest możliwe. W związku z powyższym, na wolnym powietrzu nie istnieje również zagrożenie wybuchem (Opracowano na podstawie: [P14], [P15] w: [P9] s. 211). W przypadku ogrzewania zbiornika z amoniakiem może natomiast dojść do wybuchu fizycznego, skutkiem którego będzie przede wszystkim zagrożenie związane z toksycznością amoniaku.
W granicach palności mieszaniny amoniak-powietrze palą się wolnym, żółtawym płomieniem. Po dodaniu do jego mieszaniny łatwopalnych węglowodorów, np. zawartych w olejach, poprawie ulegają warunki zapłonu. Niemniej jednak dla zachowania wysokiego poziomu bezpieczeństwa, w przypadku przeprowadzania prac remontowych elementów instalacji amoniakalnych zawierających pozostałości mieszanin par amoniak-powietrze (rury, zbiorniki, armatura, itp.) przy obecności bardzo silnych bodźców energetycznych w postaci palników gazowych, spawarek, szlifierek należy przewietrzyć instalacje gazami obojętnymi.
Wybuchowość amoniaku
Amoniak nie jest wybuchowy na otwartej przestrzeni, natomiast może być wybuchowy w zamkniętych pomieszczeniach, po spełnieniu ściśle określonych warunków. Do zaistnienia wybuchu amoniaku potrzebne są: utleniacz (powietrze), zewnętrzne źródła zapłonu (inicjatora wybuchu), wymieszanie amoniaku z powietrzem w granicach wybuchowości, ograniczenie przestrzenne w postaci np. pomieszczenia. Wszystkie wymienione wyżej czynniki muszą zaistnieć jednocześnie. Aby doszło do wybuchu konieczne jest osiągnięcie przez mieszaninę palną amoniak-powietrze odpowiedniej temperatury osiąganej poprzez dostarczenie energii zewnętrznej, w postaci tzw. minimalnej energii zapłonu. Minimalna energię zapłonu amoniaku wynosi wartość ok. 40 mJ, co spełnia energii iskry elektrycznej, płomienia palnika spawalniczego lub płomienia pożaru. Dla porównania minimalna energia zapłonu metanu wynosi 0,28 mJ. Dodatkowo amoniak z utleniaczem musi się znaleźć w tzw. granicy wybuchowości, tj. 15% – 28% stężenia objętościowego (z tlenem rozszerza zakres wybuchowości od 14% do 79% objętości). Zakres wybuchowości amoniaku zmienia się pod wpływem wodoru zawartego w wodzie oraz węglowodorach odparowanych z olejów (oleje chłodnicze mając niższą temperaturę zapłonu). Gdy na powierzchnię ciekłego amoniaku dostanie się woda, wówczas nastąpi reakcja intensywnego wydzielania się ciepła z procesu łączenia się amoniaku z wodą (reakcja egzotermiczna) oraz odparowania znacznych ilości amoniaku, wytworzenia mieszaniny zapalnej i wybuchowej. Ponadto, obecność chloru, bromu, jodu, rtęci, sodu i wapnia sprzyja tworzeniu się mieszanin wybuchowych (Opracowano na podstawie: [P9] s. 212-213).