Amoniac (NH₃) là một hợp chất hóa học quen thuộc, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất phân bón, chế biến thực phẩm, công nghiệp lạnh, hóa chất… Tuy đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, nhưng với đặc tính bay hơi nhanh, phát tán mạnh và độc tính cao, amoniac được xem là một trong những hóa chất tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sức khỏe người lao động nếu không được quản lý và kiểm soát chặt chẽ tại nơi làm việc.

Ở điều kiện thường, NH₃ tồn tại ở dạng khí không màu, có mùi khai đặc trưng, dễ nhận biết khi phát tán ra môi trường. Tuy nhiên, chỉ với nồng độ từ 20–50 ppm, nó có thể gây kích ứng mắt, mũi và đường hô hấp. Nếu nồng độ đạt mức 500 ppm trở lên, khí này có thể gây tổn thương nghiêm trọng và thậm chí dẫn đến tử vong ngay cả khi tiếp xúc trong thời gian ngắn. Đặc biệt, khí NH₃ còn có khả năng phản ứng nhanh với hơi nước trong không khí, tạo thành các hạt sol khí lơ lửng, kéo dài thời gian tồn lưu và làm tăng mức độ nguy hiểm cho người tiếp xúc.

Trên thực tế, đã có nhiều sự cố nghiêm trọng liên quan đến amoniac. Điển hình là vụ rò rỉ khí NH₃ tại TP. Hồ Chí Minh vào năm 2017 khiến hơn một nghìn người dân phải sơ tán, hay vụ nổ xe bồn chứa khí ở Ấn Độ năm 2015 gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Những tai nạn này là lời cảnh tỉnh rõ ràng về sự cần thiết phải nâng cao năng lực phòng ngừa và ứng phó với sự cố hóa chất, đặc biệt trong môi trường sản xuất công nghiệp.

Trước thực tế đó, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động (VNNIOSH) đã triển khai mô phỏng sự phát tán khí NH₃ bằng phần mềm CONTAM. Kết quả mô phỏng đã cung cấp những thông tin quan trọng về đường đi, mức độ lan tỏa và thời gian tồn lưu của khí độc trong nhà xưởng. Đây là cơ sở khoa học hữu ích để xây dựng các kịch bản ứng phó sự cố hóa chất, góp phần bảo vệ an toàn cho người lao động và nâng cao năng lực ứng phó của doanh nghiệp.

Mô phỏng sự cố bằng CONTAM: Khi công nghệ giúp “nhìn thấy điều vô hình”

Để hỗ trợ các doanh nghiệp trong việc đánh giá rủi ro rò rỉ khí NH₃, nhóm nghiên cứu đã chọn phần mềm CONTAM làm công cụ chính trong mô hình mô phỏng. Đây là phần mềm chuyên dụng do Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Hoa Kỳ (NIST) phát triển, cho phép mô phỏng dòng khí, sự phát tán chất ô nhiễm trong các công trình kín như nhà máy, nhà xưởng, tòa nhà.

Cụ thể, nhóm đã xây dựng 02 kịch bản mô phỏng:

1. Rò rỉ khí amoniac khan từ van trên đường ống dẫn.
2. Rò rỉ NH₃ từ bình chứa áp suất cao.

Trong các tình huống trên, phần mềm sẽ dựa vào các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, mức độ thông gió, tốc độ rò rỉ để tính toán và hiển thị nồng độ khí độc theo thời gian tại các vị trí khác nhau trong nhà xưởng. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể dễ dàng xác định các khu vực nguy hiểm, mức độ phơi nhiễm và hướng phát tán khí – những thông tin vô cùng quan trọng để xây dựng kịch bản ứng phó.

Những kết quả quan trọng từ mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy nhiều yếu tố ảnh hưởng mạnh đến tốc độ lan truyền và nồng độ khí độc trong không khí.

1. Nhiệt độ môi trường: Khi nhiệt độ môi trường tăng từ 18°C lên 30°C, tốc độ khuếch tán của NH₃ tăng lên, khiến NH₃ thoát ra môi trường nhanh hơn và lan rộng hơn trong không khí, làm tăng nồng độ amoniac trong vùng lân cận điểm rò rỉ.
2. Độ ẩm: Khi độ ẩm tăng từ 40% đến 80%, nồng độ NH₃ trong không khí cũng tăng nhẹ. Nguyên nhân là do NH₃ dễ kết hợp với hơi nước để tạo thành các hạt sol khí lơ lửng, nên khi độ ẩm cao, khí này bị “giữ lại” lâu hơn tại nguồn rò rì, làm tăng nồng độ cục bộ.
3. Tốc độ gió: Khi tăng tốc độ gió trong nhà xưởng từ 0,5 m/s lên 8 m/s, nồng độ NH₃ trong không khí giảm đáng kể – từ hơn 80 ppm xuống dưới 60 ppm. Đây là cơ sở khoa học để các nhà máy thiết kế lại hệ thống thông gió nhằm làm loãng khí độc khi xảy ra rò rỉ.
4. Tốc độ rò rỉ: Ở mức rò rỉ thấp (0,125 kg/h), nồng độ NH₃ chỉ khoảng 80 ppm. Nhưng nếu rò rỉ tăng lên 1 kg/h, nồng độ khí có thể vượt ngưỡng 600 ppm – mức gây ngạt, khó thở và nguy cơ tử vong nếu tiếp xúc kéo dài. Do đó, việc kiểm soát định kỳ chất lượng van, đường ống, khớp nối… là cực kỳ quan trọng.

Ngoài phần mềm CONTAM, nhóm nghiên cứu còn kết hợp mô phỏng bằng CFD0-Editor – một công cụ mô hình hóa dòng khí động học, cho phép hiển thị dạng 3D trực quan hơn. Với mô hình này, nhà quản lý có thể “nhìn thấy” được vùng khí độc đang bao phủ ở đâu, ở độ cao nào, mật độ thế nào, từ đó giúp nâng cao chất lượng thiết kế hệ thống cảnh báo và lối thoát hiểm trong nhà xưởng.

Ví dụ minh họa kết quả CFD+CONTAM mô phỏng sự rò rỉ amoniac từ van trên đường ống ở tốc độ gió 0,5m/s tại các thời điểm rò rỉ khác nhau

Những khuyến nghị từ nghiên cứu

Từ kết quả mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một số khuyến nghị thiết thực nhằm nâng cao hiệu quả quản lý rủi ro và đảm bảo an toàn trong môi trường lao động.

Đối với doanh nghiệp, việc ứng dụng mô hình mô phỏng trong đánh giá rủi ro định kỳ sẽ giúp phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn, từ đó có kế hoạch cải tiến hệ thống thông gió, lắp đặt cảm biến cảnh báo khí NH₃ tại các khu vực có nguy cơ rò rỉ cao. Bên cạnh đó, việc tổ chức các buổi diễn tập ứng phó sự cố dựa trên các kịch bản mô phỏng cụ thể sẽ giúp nâng cao kỹ năng xử lý tình huống cho cán bộ an toàn và người lao động.

Đối với cơ quan quản lý, cần xây dựng các hướng dẫn kỹ thuật về việc ứng dụng phần mềm mô phỏng trong công tác đánh giá rủi ro hóa chất, từ đó tạo ra khuôn khổ pháp lý và chuẩn mực chuyên môn cho doanh nghiệp. Bên cạnh đó, tổ chức các khóa tập huấn phần mềm mô phỏng cho cán bộ kỹ thuật là cần thiết để nâng cao năng lực chuyên môn và triển khai hiệu quả các mô hình. Đặc biệt, việc hỗ trợ các doanh nghiệp nhỏ trong việc áp dụng mô hình mẫu phù hợp với quy mô sẽ giúp mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ và nâng cao mức độ an toàn trong toàn ngành.

Kết luận

Amoniac là hóa chất không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp, nhưng cũng là mối nguy tiềm tàng lớn nếu xảy ra rò rỉ. Nghiên cứu mô phỏng sự phát tán khí NH₃ bằng phần mềm CONTAM đã cung cấp những bằng chứng khoa học rõ ràng, giúp nhìn thấy những nguy cơ vô hình – từ đó chủ động phòng ngừa thay vì bị động ứng phó.

Ứng dụng công nghệ mô phỏng không chỉ góp phần nâng cao an toàn lao động mà còn tạo nên một bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa công tác đánh giá và quản lý rủi ro hóa chất tại nơi làm việc. Trong tương lai, việc kết hợp Contam với các công nghệ mới như AI để phân tích dữ liệu lớn từ mô phỏng, hay tích hợp với các hệ thống giám sát thời gian thực, hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến xa hơn nữa trong lĩnh vực an toàn lao động và ứng phó sự cố hóa chất.

Nguyễn Khánh Huyền

Trung tâm An toàn lao động, Viện Khoa học An toàn và vệ sinh lao động