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壓縮空氣的主要污染物類型有哪些?

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瞭解污染物以保護您的壓縮空氣系統

我們的環境空氣本就髒污。因此,壓縮空氣正是讓整個產業持續運作的關鍵。它不斷受到肉眼難見的敵人猛烈襲擊。這些小小攻擊者是誰?是無時無刻存在於環境空氣中的各種污染物,例如濕氣和灰塵、油跡等。壓縮過程也會添加一些污染物,例如在分送氣體時,作為潤滑劑的油或腐蝕性微粒。 

每一種污染物都可能對您的生產流程、壓縮空氣管線系統、工具和產品造成嚴重傷害。  

我們一起來瞭解這些威脅,以利有效保護壓縮空氣系統。  

壓縮空氣中的三種主要污染物類型

我們認為空氣是環繞身邊的隱形之物,在大多數時候都無法看到。然而,空氣在某些情況下肉眼可見,並說明了壓縮空氣系統面對的污染物。例如,我們會看到空氣以霧、煙霧或噴煙形式呈現。  

在這些情況下,濕氣或微小粒子都會讓空氣現形。它們正是壓縮空氣管線系統面臨的兩大威脅。  

1. 壓縮空氣中的含水量

接著是環境空氣中的濕氣。濕氣以水蒸氣形式經由進氣口進入壓縮空氣管線系統。這種水蒸氣就總體積而言是壓縮空氣中最顯著的污染物,且是構成空氣系統所見的大多數液態污染物。 

含水量是以露點為測量單位。在這個溫度下,壓縮空氣於形成冷凝水之前,仍能應付其水蒸氣含量。 

氣動設備若沒有移除濕氣,可能由於腐蝕而縮短使用壽命。此外,還可能導致細菌滋生,進而對最終產品的品質造成不利影響。這一點在食品、飲料和製藥產業尤其容易造成問題。 

空氣品質對某些流程雖不重要,但在細菌滋生將危害甚鉅的食品、飲料和製藥產業至關重要。  

以 7 bar(e) 過壓運轉的壓縮機,可將空氣壓縮成體積的 7/8。這亦使空氣容納水蒸氣的能力降至 7/8。據此釋出的水量則相當可觀。以 100 kW 空氣壓縮機為例,在 20°C 且相對濕度為 60% 時吸入空氣,在 8 小時運轉期間,將釋放約 85 公升的水。因此,分離的水量取決於壓縮空氣的應用區域。此點也決定了何種冷卻器和乾燥機才是合適的組合。

2. 壓縮空氣中的油

壓縮空氣中的油量取決於幾項因素,包括機器類型、設計、機齡和狀況。這方面有兩種主要類型的壓縮機設計:在壓縮室使用潤滑劑作用,以及在沒有潤滑劑之下作用的設計。潤滑式壓縮機於壓縮過程會用到油,油也含於 (全部或部分) 壓縮空氣中。然而,在現代的油潤滑活塞式和螺旋式壓縮機中,油量卻非常有限。
 這種情況通常稱為壓縮污染物。 

例如,在噴油式螺旋式空壓機中,空氣中的含油量在 20°C 時低於 3 mg/m3。使用多階段過濾器可進一步減少含油量。如果選用此解決方案,請務必考量涉及到的品質限制、風險與能源成本。

還有所謂的「分配系統污染物」。這包括從配送管線進入壓縮空氣流的生鏽粒子。 

3. 壓縮空氣中的灰塵微粒

這一切是由必須進行壓縮的環境空氣揭開序幕。在典型工業環境中,每立方公尺可能有超過 1.4 億個灰塵微粒。進行壓縮時,這些污染物會隨著氣壓升高而聚集。
這代表壓縮空氣可能含有很多倍的灰塵微粒。遺憾的是,大多數微粒的體積都很小 (二微米以下),入口過濾器只能濾除其中的 20%。 

4. 壓縮空氣中的微生物

污染壓縮空氣的微粒逾 80% 的尺寸小於 2 µm,所以能輕鬆通過壓縮機的入口過濾器。微粒即是因此開始擴散至整個管線系統,並與水和油殘留物及管線沉積物混合。這可能導致微生物滋生。壓縮機正後方的過濾器可消弭這些風險。

儘管如此,為了取得純壓縮空氣,必須徹底抑制過濾器後方的細菌生長。氣體和氣溶膠即使通過數個過濾器,還是可能聚集在水滴中 (透過濃度或電荷)。微生物可穿過過濾器壁生長,所以過濾器入口和出口側的濃度相同。

微生物極小而含有細菌、病毒和噬菌體。一般而言,細菌可以小到 0.2 µm 至 4 µm,病毒則小到 0.3 µm 至 0.04 µm。污染小於直徑 1 µm,微生物就能輕易穿過壓縮機入口過濾器。這些微生物雖然細微無比,卻在許多產業形成嚴重問題,因為這些「活的」微生物,在適當條件下可恣意繁殖。調查結果已證實,微生物在高濕度 (100%) 且缺乏乾空氣的壓縮空氣系統內部繁殖旺盛。

油污和其他污染物可作為微生物賴以維生的養分,使其繁殖旺盛。最有效的解決方法是讓空氣乾燥至相對濕度低至 40% 以下 (使用任何類型的乾燥機都能實現),並在系統中安裝無菌過濾器。無菌過濾器必須裝入可進行原位蒸氣殺菌或可輕鬆開啟的過濾器外殼內。務必經常消毒以維持良好的空氣品質。

壓縮空氣系統中油、灰塵和濕氣的影響

污染物危害生產作業的主要途徑有三種。
具體而言,污染物會 

  • 降低壓縮空氣系統本身的效能

  • 對氣動設備造成負面影響

  • 影響終端產品的完整性與品質  

個別而言,每一項都有可能不利於您的系統。然而,若這些項目相互結合更是讓系統每況愈下。例如,壓縮空氣中的油和濕氣,可讓進氣中的微生物生長愈發旺盛。  

這於是帶來了嚴苛的挑戰。畢竟,一立方公尺的環境空氣,可能含有 1.4 億個以上的微粒,其中涵蓋灰塵到細菌、病毒和噬菌體等微生物。實際上,它們是如此微小 (微生物介於 0.0.4 µm 到 4 µm),入口過濾器無法加以捕捉。 

這些活的微生物若有適當條件存在,例如在非乾燥的壓縮空氣中,就會迅速倍增。
此點在食品與飲料、醫療及製藥產業尤其嚴重,如果細菌與真菌等微生物污染食品與藥物,有可能釀成嚴重後果。

保護您的壓縮空氣系統

幸好,這還有挽回的餘地:採取過濾器和乾燥機等適當處置,您的壓縮空氣系統就能避免受到這些污染物的危害。 

如果您想找出如何著手,首先是判斷應用所需的空氣品質,例如,您是否需要符合特定 ISO 等級

 

在本指南中,您將瞭解關於空氣處理的一切須知。從不同種類的汙染物到瞭解空氣品質需求,本指南涵蓋所有重要的空氣處理主題。

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