Филтриращи системи за маслена мъгла

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 5/2020 • 13.07.2020

Ограничаването на рисковете за здравето на работното място е ключов приоритет за осигуряване на безопасна и комфортна работна среда в металообработващата и инженерната индустрия. Елиминирането на маслената мъгла, генерирана при металообработка, свежда до минимум рисковете за здравето на операторите в цеховете и съкращава разходите за ремонт и поддръжка на оборудването.

Същност и рискове

Маслената мъгла е съставена от частици флуид с размер между 1 и 20 микрометра, които се формират, когато при механичната обработка на метал и керамика се прилагат маслени емулсии за охлаждане и мазане. Точното определение за маслена мъгла може да е различно в отделните производства.

Почти всички процеси на металообработка, при които се използват масло, водоразтворими смазки и детергенти, генерират маслена мъгла и налагат нейния контрол и екстракция. Механичните сили и фрикционната топлина преобразуват флуидите, използвани при охлаждане и смазване на металообработващи инструменти и оборудване, във фина мъгла. Мъглата създава рискове за здравето на операторите, условия, вредящи на оборудването, а произведената продукция също може да бъде замърсена.

Използването на течности за металообработка обикновено води до образуване на мъгла с “течен” дим, мъгла със “сух” дим, мъгла, съдържаща пара, и мъгла със съдържание на прахови частици. Мъглата обикновено е съставена основно от аерозоли на водно-маслена емулсия, но флуидите на основата на минерално масло, които се използват в чиста форма при рязане на метал, образуват маслен дим, който представлява капчици с размер от 0,07 до 1 микрометра. Масленият дим се генерира при процеси на загряване и/или компресия на флуида с много високо налягане, създавайки пара, която се кондензира обратно в течност и формира “облак”.

Всички процеси на металообработка водят до образуването на маслена мъгла и маслен дим в някаква степен. Маслената мъгла влияе на здравето на операторите, налага прекъсване на производството и се отлага върху повърхностите, което създава риск от подхлъзване. Проникването в металообработващите машини, управлявани от чувствителна електроника, може да доведе до увреждане на платките, да причини непланиран престой на оборудването и така да понижи производителността. Както маслената мъгла, така и масленият дим обикновено съдържат редица добавки, които могат да окажат влияние върху здравето, ако не се третират правилно. Редица изследвания на рисковете в среда на работа с масла и смазочни материали, използвани при рязане и формоване на метали, показват, че съществува вероятност постоянното излагане на тези материали чрез контакт, поглъщане и вдишване да е канцерогенно. Това прави улавянето на маслената мъгла изключително съществен фактор за поддържането на безопасно и чисто работно място.

 

Фактори при избора на колектор за маслена мъгла

Определянето на правилната система за филтриране на маслена мъгла зависи от специфичните оперативни нужди, типа машини, спецификата на процеса на образуване на мъгла, количеството, размера на частиците и технологичната приложимост на метода на улавяне. Изборът на масло за охлаждане или мазане зависи от конкретния производствен процес, материалите, които се обработват, инструкциите на производителя на оборудването, спецификациите от производителя на флуида, разходите и редица други фактори.

В зависимост от съответното приложение на маслото, системата за пречистване следва да преодолее различни предизвикателства. Съдържанието на до 10% парафин във водоразтворимите смазочно-охлаждащи течности често представлява такъв проблем, тъй като при пречистването водата се изпарява, а восъчното съдържание остава. Восъкът покрива филтрите и значително намалява ефективния им живот. При използването на чисто масло се образува маслена мъгла с над 95% петролно съдържание, като тя може да включва и различни добавки като оцветители, ароматизиращи агенти и инхибитори за ръжда. Маслото на петролна основа притежава чудесни смазочни свойства и се използва в металообработващите процеси на режещи инструменти за намаляване на триенето и прецизна изработка на висококачествени детайли. По-слабите охлаждащи свойства на маслото при обработката на елементи от твърди метали и/или при използването на високоскоростни инструменти обаче водят до неговото изгаряне и изпаряване, създавайки “дим”, който всъщност представлява термично генерирана мъгла.

Основното предназначение на колектора за маслена мъгла е да предотврати вдишването на замърсен въздух и да елиминира образуването на мъгла в помещенията на механичните цехове. Най-добрият начин да се постигне това е като се ограничи разпространението на генерираната мъгла в корпуса на металообработващата машина и се уловят най-малките и най-леки аерозолни частици във въздуха чрез филтриране.

 

Филтриращи среди

За да може колекторът да отговори на очакваните спецификации, е от съществено значение да бъде избрана филтрираща среда, която ще осигури търсената ефективност и капацитет за отцеждане. Филтриращата среда може да бъде изградена от полиестерни влакна, стъклени влакна или и от комбинация от двете.

Полиестерните влакна са най-големите влакна, използвани в улавянето на маслена мъгла. Филтриращите материи от полиестерни влакна обикновено са с по-ниска ефективност, имат висок капацитет за улавяне на твърди частици и могат да бъдат закупени на сравнително ниска цена.

Стъклените влакна, използвани при филтрирането на маслена мъгла, са по-малки по размер. Благодарение на тях се постига много висока ефективност при отстраняване на най-фините частици маслена мъгла. Най-разпространените филтри със стъклени влакна, използвани днес от повечето производители на системи за улавяне на маслена мъгла, са филтрите с джобове. Филтрите, изградени изцяло от стъклени влакна, макар и да притежават най-висока ефективност, имат по-кратък експлоатационен живот. Колкото по-висока е ефективността на филтъра, толкова по-трудно е отцеждането. Тъй като стъклените влакна обикновено не са свързани помежду си, с течение на времето под влияние на влагата те провисват, вследствие на което се образуват разширени зони на пропускливост, което от своя страна води до влошаване на ефективността с до 25%.

Най-висока ефективност при улавяне на маслена мъгла се постига чрез комбинация от полиестерни и стъклени влакна. Както бе посочено, големият размер на полиестерните влакна позволява добро отцеждане, докато по-фините стъклени влакна осигуряват висока ефективност на улавяне. Комбинирането им позволява да се реализират предимствата на двата вида влакна – висока ефективност и добро отцеждане. Филтриращите материали от комбинирани влакна се предлагат под формата на материя, наподобяваща хартия. Първоначално използваният метод за свързване на двата вида влакна е чрез използване на смоли. Недостатък на смолите обаче е, че те блокират значителна част от фините стъклени влакна, като така намаляват ефективността и затрудняват отцеждането. През последните години съвременните технологии предлагат алтернативно решение, при което се прилагат специални полиестерни влакна, които да осигурят свързването между стъклените и полиестерните влакна, без да е необходимо използването на смола или други свързващи агенти.

Специално обработената повърхност на филтриращите влакна позволява на събраните микрокапчици да се слеят и нараснат в пресечните точки на влакната и да се отцедят по гравитачен път от филтриращата среда, осигурявайки висока ефективност и непрекъснат оперативен процес.

HEPA и 95% DOP филтрите се тестват с помощта на прахообразно вещество, наречено диоктилфталат (DOP). DOP е прах, предназначен за изпитване на филтри при среден размер на частиците 0,3 микрометра. HEPA филтрите (високоефективни въздушни филтри) показват 99,97% ефективност при размер на частиците от 0,3 микрометра, докато филтрите тип 95% DOP постигат 95% ефективност при улавяне на частици с размер 0,3 микрометра. HEPA и 95% DOP се използват в крайния етап на филтриране при улавяне на маслена мъгла, за да се осигури висока ефективност и да се отговори на приложимите стандарти. Те изпълняват функцията на вторичен филтър, в случай че основният филтър не успее да улови генерираната маслена мъгла, дима и изпаренията. Използването на вторичен филтър в системите за улавяне може да бъде по избор или интегрирано в дизайна на системата. 95% DOP филтрите осигуряват висока ефективност на системата за улавяне и могат да постигнат 3 до 5 пъти по-дълъг експлоатационен живот от този на HEPA филтрите.

 

Колектори за маслена мъгла

Изборът на колектор за маслена мъгла трябва да отчита функционалните аспекти, отговарящи на конкретното приложение.

Принципът на работа на центробежните колектори за маслена мъгла се състои от три стъпки. При първата замърсеният въздух постъпва през колекторния отвор директно във въртящ се барабан. След това барабанът, който е снабден с филтър, действа като вентилатор и спомага за съединяването на маслената мъгла в по-едри капки. При третата стъпка центробежната сила изтласква големите капки от филтъра и ги отвежда към канала за отцеждане. Тези системи обикновено имат възможност за интеграция с вторичен филтър за термично генерирана маслена мъгла и/или пари от типа на 95% DOP, HEPA филтър или филтри с активен въглен.

Този тип колектори е високоефективен при очистване на мъгла от водоразтворими и чисти масла. Центробежните колектори са подходящи за третиране на големи количества замърсен въздух, позволяват лесен монтаж върху оборудването и филтрите за тях са на достъпни цени. Те обаче не се препоръчват за приложения, при които се отлагат прах, песъчинки и шлака, тъй като това може да наруши баланса на въртящия се барабан и да наложи често обслужване. Освен това те са предназначени за употреба при въздушен поток с дебит под 1700 m3/h.

В електростатичния утаител (електрофилтър) замърсеният с маслена мъгла въздух се изтегля през йонизатор, който отдава положителен или отрицателен заряд на частиците. В следващия етап заредените частици се улавят от колекторна клетка, в която с помощта на редуващи се положително и отрицателно заредени плочи, частиците биват отблъснати или привлечени. Уловената от плочите маслена мъгла се отвежда извън системата.

Това, което прави тези колектори предпочитан избор в промишленото производство е, че при тях отсъстват филтри, които да изискват обслужване или подмяна, и въздушният поток не отслабва с течение на използването. При тях се постига висока ефективност при ниско потребление на енергия. Въпреки това ефективността на електрофилтъра постоянно намалява от момента на включването му до момента на неговото почистване и след първата година на употреба може да се налагат чести обслужвания. Неудобство е, че обикновено като индикатор за нуждата от обслужване служи наблюдаваната мъгла, излизаща от колектора.

Колекторите за мъгла с панелни филтри използват 2 или 3 правоъгълни филтъра с размери 61х61х30,5 cm, за да осигурят система с висока ефективност. Тези системи обикновено имат интегриран вторичен филтър от типа на 95% DOP или HEPA филтър. Освен с висока ефективност, те се характеризират и с дълъг живот на филтрите. Този тип колектори обаче не осигуряват добро улавяне на твърдите частици и в много случаи подмяната на панелните филтри е доста скъпа.

Колекторите за мъгла с джобни филтри използват филтрираща материя от стъклени влакна, пришита към джобове или поместена в малки панелни филтри. Тези системи се предлагат с един или два предфилтъра. Това е най-универсалният тип колектори, приложими при третирането на маслена мъгла със съдържание на прах и песъчинки. Дизайнът им позволява към тях да се добавят вторични филтри, филтри за адсорбция на въглерод и допълнителни предфилтри, които да се справят с почти всяко приложение. От съществено значение за тяхната безпрепятствена експлоатация е спазването на параметрите за въздушния поток, зададени по спецификация.

Касетъчните колектори за мъгла използват нагънат филтриращ материал, навит в кръгли или продълговати касети. Касетите позволяват в сравнително малко пространство да бъде поместено голямо количество филтриращ материал, което дава възможност за намаляване на размерите на колектора. Филтриращият материал може да бъде съставен от полиестерни или от стъклени влакна, свързани със смола, или от комбинация от двата типа влакна, но без смола, като с този вариант се постига най-висока ефективност и дълготрайност на предлаганите филтри. От една страна, касетъчните колектори за мъгла са лесни за поддръжка, с доказано висока ефективност и дълъг живот на филтрите. Позволяват гъвкавост в приложението си – множество предфилтри и избор на първичен филтър, с възможност за вторичен филтър по желание. От друга страна, те не са подходящи за употреба при натоварена запрашеност или маслена мъгла с примеси.

В общия случай в повечето филтриращи системи за маслена мъгла въздухът постъпва откъм долната част или входно пространство, преминава през един или повече предфилтри, през основния филтър (електрофилтър: йонизатор/колекторна клетка), през вентилатор и отвеждаща система. Преди или след вентилатора може да бъде включен вторичен филтър тип HEPA или 95% DOP. При свързване на колектор за маслена мъгла към две или повече приложения е важно въздушният поток да бъде така разпределен, че да осигури добра екстракция за всяко от тях.

Top