Обработка с подачей СОЖ: контроль качества воздуха за счет эффективного дымоудаления

Ник Уэлтер (Nick Welter), региональный управляющий компании Donaldson Torit

Улавливание тумана является основным средством контроля качества воздуха в металлообрабатывающей промышленности. В процессе обработки с подачей СОЖ могут образовываться капли тумана или масляный дым. Чтобы обеспечить безопасность и защиту здоровья и окружающей среды, такие частицы необходимо удалять. Масляный дым — это побочный продукт обработки с подачей СОЖ, который труднее всего поддается фильтрации. В этой статье рассмотрены свойства масляного дыма и способы его фильтрации.

Определение дыма

Обычно о дыме говорят как о темном облаке над костром, зажженной сигаретой или плавящимся металлом. При обработке с подачей СОЖ образуется дым совершенно другого типа. В данной статье дым определяется как конденсирующиеся из пара капли жидкости размером обычно 0,7–1,0 микрона, образующийся при нагревании туман или масляный дым.

Такой масляный дым образуется в процессах, где жидкости нагреваются и (или) сжимаются под высоким давлением, после чего могут образовываться пары с последующей конденсацией. Масляный дым обычно сопровождает следующие процессы обработки металлов: холодная высадка, механическая обработка твердых металлических сплавов с подачей СОЖ без присадок, использование резервуаров смазочного масла на больших генераторах, термообработка и (или) пластическое формование.   

Дымоудаление

Чтобы обеспечить надлежащее удаление масляного дыма, необходимо понимать принципиальную разницу между дымом и туманом. Туман состоит из капель жидкости размером обычно до 20 микрон. (Для сравнения диаметр человеческого волоса составляет около 40 микрон.) Туман образуется из масляных и водорастворимых СОЖ. Чем выше температура и (или) давление, которым подвергается СОЖ в подающей головке или в процессе обработки, тем меньше размер образующихся капель. При наличии достаточной высокой температуры или давления образующиеся капли становятся настолько малы, что может возникнуть масляный дым. Частицы масляного дыма имеют размер около 0,7 микрона, что почти в 30 раз меньше среднего размера капли тумана. Для фильтрации таких чрезвычайно мелких капель требуется высокоэффективный улавливатель тумана.

Хотя масляный дым можно легко отфильтровать, обычно рекомендуется начать с ограничения количества дыма, образующегося во время обработки. Первый способ ограничения количества дыма — это понижение температуры. Как было отмечено ранее, масляный дым часто образуется при высокой температуре. Если организовать охлаждение участка технологического процесса до улавливателя тумана, дым сможет конденсироваться в жидкость. Для этого в технологический воздушный поток можно подавать воздух пониженной температуры. Рекомендуется, чтобы температура воздуха как минимум за 4,5 м (15 футов) до улавливателя тумана составляла менее 40 °C (105 °F). Таким образом, дым не будет конденсироваться после улавливателя тумана, ведь противном случае может создаться впечатление низкой эффективности удаления тумана.

Замедление скорости потока воздуха в системе воздуховодов может также повысить процент конденсации дыма до попадания в улавливатели. Скорость около 760 м/мин (2500 футов/мин) что обеспечивает достаточно времени для более полной конденсации. Дополнительное снижение скорости потока воздуха может привести к накапливанию тумана в воздуховоде. Рекомендуется устанавливать воздуховоды с небольшим уклоном, чтобы свести к минимуму накапливание тумана.

Если после принятия перечисленных выше мер дым все еще достигает улавливателя, рекомендуется сосредоточиться на фильтрации. Чтобы выбрать стратегию фильтрации, определите общее количество выделяемого дыма. Если выделяется значительное количество дыма, лучшим вариантом может стать многоступенчатый улавливатель тумана. Если дыма немного, после фильтра предварительной очистки обычно устанавливается фильтр тонкой очистки.

Фильтры тонкой очистки

В обработке с подачей СОЖ обычно используются фильтры тонкой очистки двух типов: Фильтры HEPA или DOP с показателем эффективности 95 %. Фильтры HEPA по определению обеспечивают эффективность фильтрации 99,97 % для частиц размером 0,3 микрона. Недостатком фильтров HEPA является ограниченная удерживающая способность. Срок службы фильтров DOP с показателем эффективности 95 % в пять раз превышает срок службы фильтров HEPA, однако эффективность их фильтрации для частиц размером 0,3 микрона составляет всего 95 %. Как показывает опыт, применение фильтров с показателем DOP 95 % часто является достаточным, так как размер частиц масляного дыма большинства типов в среднем составляет 0,7 микрона. Эффективность фильтрации фильтров DOP с показателем эффективности 95 % для частиц размером 0,7 микрона может составлять 98–99 %. Такой уровень эффективности позволяет получать на выходе из улавливателя тумана воздух, качество которого отвечает требованиям федеральных, региональных или местных стандартов. Кроме того, несмотря на более длительный срок службы, стоимость фильтра DOP с показателем эффективности 95 % обычно равна стоимости фильтра HEPA. Эти явные преимущества фильтров с показателем DOP 95 % объясняют рост их популярности в последние несколько лет.

Если в процессе обработки с подачей СОЖ образуется значительное количество дыма, для снижения эксплуатационных расходов необходимо обеспечить эффективную фильтрацию и удаление дыма, прежде чем воздух достигнет фильтров тонкой очистки. Для этого следует понимать, насколько эффективно работают распространенные в отрасли улавливатели тумана.

Улавливатели тумана

Для улавливания тумана широко применяются центробежные улавливатели тумана. Они, как правило, имеют небольшой размер и относительно низкую стоимость. Кроме того, их фильтры не требуют частой замены. Многие центробежные улавливатели тумана могут оснащаться дополнительным фильтром тонкой очистки. Обычный центробежный улавливатель характеризуется эффективностью около 98 % для частиц размером 1 микрон. С уменьшением размера частиц эффективность фильтрации снижается. Поскольку средний размер частиц масляного дыма составляет 0,7 микрона, эффективность фильтрации центробежного улавливателя может не соответствовать стандартам. В этом случае потребуется установить фильтр тонкой очистки. Дополнительным недостатком центробежных улавливателей является их ограниченная пропускная способность. Воздушный поток через обычный центробежный улавливатель ограничен значением 850 м³/ч (500 футов³/мин) или менее.

Другим распространенным устройством для фильтрации тумана является барьерный фильтр (рис. 1). Улавливатели тумана с барьерными фильтрами обычно содержат алюминиевые сетчатые фильтры, которые задерживают крупные частицы тумана. После них установлено несколько панельных или картриджных фильтров из полиэстера. Если в технологическом процессе образуется значительное количество дыма, барьерный фильтр может обеспечить более высокую эффективность фильтрации и имеет повышенную пропускную способность по сравнению с центробежными улавливателями тумана. Например, в волоконном фильтре перекрестных потоков загрязненный воздух поступает горизонтально через стенки фильтра, а собранный туман стекает вниз по фильтру. Такой фильтр характеризуется эффективностью фильтрации 99,3 % для частиц размером 1,2 микрона и потоком воздуха до 1700 м³/ч (1000 футов³/мин) при внешнем статическом давлении 102 мм (4 дюйма) водяного столба. Достижение таких показателей при использовании центробежных улавливателей тумана затруднено и требует вложения значительных средств. Такая конструкция улавливателя увеличивает срок службы фильтров и снижает расходы на техническое обслуживание.

Подводя итоги, можно отметить, что фильтрация масляного дыма может быть очень затруднена. Тем не менее, понимание особенностей процесса, в котором образуется дым, обычно помогает выбрать оптимальное решение. Чтобы упростить задачу по фильтрации масляного дыма, установите воздуховоды с уклоном и обеспечьте требуемую скорость и температуру потока в воздуховоде. Наконец, для достижения требуемого качества очистки воздуха с загрязнениями таких типов обычно следует использовать фильтр тонкой очистки.  

Выбор подходящего оборудования для фильтрации воздуха при обработке с подачей СОЖ позволит снизить эксплуатационные расходы и обеспечить эффективное удаление проблемных материалов из воздушного потока.