压缩空气站压缩空气净化系统的优选

随着生产的曰益发展，技术水平的不断提高，使得压缩空气的洁净技术越发重要，特别是近年来，国际市场各种知名品牌的压缩机、压缩空气干燥器、过滤器等，纷纷涌入国门，在一定程度上带动或促进了我国压缩空气洁净技术应用水平的发展和提高，对于国际上的先进技术，不仅吸收而且要转化为我们自己的东西，同时，发展我们自己的品牌产品。

　　1压缩空气的污染及其危害1.1压缩空气系统中的污染物众所周知，空气是可以压缩的，因此，无论我们采用何种压缩机，在空气的压缩过程中，大气中的污染物，油（煤烟、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物及碳氨化合物的污染物粒子，还有噬菌体等微生物；同时，空气中也含有一定量的水蒸气，所以，在压缩机吸入的空气中，已经含有一定量的固体的、液体的、乃至固液两种混合的污染物。以一个常用0.8Mpa压力的压缩空气系统为例，污染物与大气（自由空气）的数量同时被强化了8倍。同时，空气中的水蒸气压缩之后水分会被凝结出来；还有大量应用油润滑的压缩机本身，也会产生废物对压缩气体产生污染，这些污染物主要是润滑油在压缩高温作用下，发生碳化后的粒子以及润滑油粒子等；而对于无润滑压缩机，金属活塞环或塑料活塞环与气缸壁的磨擦，产生的金属与非金属粒子等。

　　1.2压缩空气系统中污染物的危害归纳起来，在压缩空气中的污染物主要为两种，一种是被吸入空气压缩机的大气污染物，其中有80G直径在2！m以下；另一种是压缩机带出的油份呈烟雾状态，扩散开来便成为0.01-0.8！m的气溶胶。这样，所有的污染物便会与管道中的赃物混合，形成锈斑、固体微粒、以及乳胶状乳油。

　　如果这种不洁净的压缩空气，不采用任何有效的去除手段，直接应用在对气质要求较高的场合或地点，就会污染洁净的生产环境，甚至玷污产品并导致不合格。因此，在一些用气部门，如大规模、超大规模集成电路的生产工艺用气，气浮陀螺、气浮轴承的充气，火箭和航天器的生产、加工控制、检验、试验用气等，对压缩空气的质量都提出了很高的要求，另外，如各种射流技术、气动装置、精密仪表等各种用气，也提出了相应的洁净要求。

　　☆张洪雁男，1940年2月生大学研究员。

　　100071北京西四环南路83号（010）58749507收稿曰期2003年3月3曰所以，为了避免人力、财力、时间上的浪费，必须充分了解系统污染状况，对所使用的压缩空气系统合理的配置除尘、除油、干燥等净化设施，实现洁净压缩空气供应系统的最佳化，从而才能对用户提供可靠的技术保障条件。

　　2压缩空气的过滤机理及其性能与分类在修订后的压缩空气站设计规范-2002中，对过滤器作了明确的规定：“用户对压缩空气质量有要求时，应在空气干燥装置前、后，用气设音等处，设置相应精度的过滤器”“当压缩空气需要干燥时，在进入干燥装置前，对压缩空气应当采取有效的除油措施”等。

　　清除较大的污染物粒子相对较为容易，而清除那些为人们肉眼所看不见、一般以0.3-5！m的微尘粒子就有一定的难度。采用过滤器在于清除污染物粒子，但如果使用或设置不当，不仅不能清除污染，相反，过滤器自身便成为典型的粒子污染源，因此，我们应当了解和熟悉粒子的分布状况及其过滤机理，从而才能够正确设计、安装和使用洁净的管路系统。

　　一般性质的过滤，可以除掉大部分液体和固体的物质微粒，其粒径一般大于1！m，而要清除非常微小的固体粒子及油水的气溶胶，就必须采用高效能的过滤器，然而就其方法和机理，不可能作出非常严密的物理分类，比如：重力分离、离心分离、惯性撞击、直接拦截、布朗扩散、涡流扩散、热力凝聚、静电沉降、磁力淀析、布朗凝聚、声波凝聚、湍流沉降等等。

　　在某种场合，对特殊的粒子而言，只有一种机理起主导作用，然而多数场合是多种机理的综合作用。一般来，主要靠直接拦截、惯性撞击、扩散或布朗运动、热凝聚等。

　　直接拦截，也就是营造一种固体、液体污染物粒子受到滤材屏障的物理逼制，主要针对气流中粒径在l！m以上的较大粒子，在拦截过程中惯性撞击亦同时发生，因为夹带固体、液体粒子的气流在流经滤材时，由于重量和速度的作用，粒子不可能与气流同步迅速地改变方向，所以也就不可能通过滤材那种穹穹曲曲的通路，撞在滤材上，从而使滤材捕捉到粒子，因此，气流中较大的的固体粒子，其历程到此便结束。扩散和布朗运动，对极其微小的粒子起主导作用，这些粒子受作用于分子间引力和静电力，从而引发粒子在气流中盘旋，同时相互挤靠、粘贴，使得粒子的有效直径增大，成为较大的粒子，从而变得更加容易除去。而液体粒子便不芫全一样，在流经滤材时，微小的粒子便趋向集结，最后汇聚在一处结合成较大的液滴，推向滤材外部，形成一个较大的液体饱和区域，然后排出器外，这就是凝聚式过滤。这样的方式可以清除大于0.01！m的固体粒子，如果污染物少于0.Olppm，那幺，气流中的固体、液体污染物粒子便可以全部清除掉。

　　2压缩空气过滤器的性能对于一组性能良好的过滤器，过滤效率要高、一般应能达到99.99%以上；阻力小，保证过滤气体压力、流量变化不大；滤材本身要具音一定的机械强度，不仅能够承受一定的压力，而且能够耐气流的冲击，在动态气流中不破裂、不起毛、不掉渣；不发生氧化或表层剥离的现象，滤材的寿命长，清洗、更换要方便。

　　承受压力，而且严密性良好，内壁光滑，使得液滴、固体粒子不易在表面滞留、粘附，而且磨阻损耗极低，在气流冲刷下不会产生金属粒子。

　　按滤材的结构形式可以分为‘深层“过滤、网孔”过滤或深层“网孔”结合型过滤器。

　　2.31“深层”过滤器的滤材为乱垫的纤维，烧结的粉末冶金及多孔陶瓷等，其功能就是架设一种穹穹曲曲的气流通径，以便气流通过时，滤材可以捕捉微尘粒子如：这种滤芯应用较多，使用也较为广泛，一般不考虑反向吹洗或重复使用，基本上为一次性滤芯。

　　主要材质为人造丝、尼龙丝、聚丙烯纤维、玻璃纤维等。由于采用机械缠绕不使用粘结剂从而对介质的适应能力较强，而且价格便宜。由于属于深层过滤，因此含尘量一般都较大，但过滤精度不高，由于缠绕质量问题，在初投入运行时，在气流的冲刷下有纤维带出的可能性。

　　粉末冶金多孔滤材，是用金属粉末通过冶金烧结工艺制得的多孔金属或多孔合金，因此具有普通多孔料体因多孔而具音的过滤特性，而又有金属的全部加工性能，是当今滤材中的一大类。

　　目前多用青铜、低碳钢、不锈钢、钛、镍、及其合金的粉末冶金多孔材料。它们具有优良的透气性能，滤速高，如青铜粉烧结所制作的滤材，其流量可为折叠纸滤器的4倍、棉纱过滤器的6倍，然而折纸、棉纱过滤面积却比粉末冶金材料大的多。在特殊的过滤场合，如飞机、坦克、战舰之类使用的液体燃料、油和润滑材料，要求不含5 -10！m固体残留物；在核技术中的液体金属纳、锂的过滤、中子发射装置；医药卫生行业用来过滤病毒、细菌，生产无菌空气和从母液中分离青霉素、链霉素等抗菌晶体；环保回收放射性尘埃、高炉废气收尘；作为氨气、乙炔等易燃易爆气体的阻火器；作为压缩气体的气水分离和气体排放时的消音器等，应用范围极其广泛。

　　但是，由于烧结技术所致，个别器件在使用过程中，在气流的冲刷下，有自身粉末剥离和流失的现象。

　　这种过滤器出现较早，多孔陶瓷为耐压较高的一种滤材，近年，在使用上又呈回升的态势，为确保使用的可靠性，一般多采用两级，如美国PARKER多孔陶瓷过滤器，壳体为316L不锈钢，壳体内表面粗糙度小于0.8！m，承压22MPa，为终端用气点采用的超净系列。

　　由于多孔陶瓷和玻璃这类材料，质脆、抗热震性较差，不能焊接等原因，大量使用受到了某种程度的限制。

　　3.2“网孔”过滤器，一般由多孔金属、塑料、各种纤维织物和微孔滤膜等为主要的过滤材料。这种滤材孔隙度比较均匀，孔隙率也较高，凡是大于一定孔隙的微尘粒子都可以被清除掉。如：这种滤芯主要使用乙烯基纤维素、聚丙烯、聚四氟乙烯的多孔膜与补强材料加工为圆筒型滤芯。目前市场上所售过滤器，多为这种滤芯的组合体。这种滤芯的最大优点，在于气流通过时，滤芯上往往会带有静电荷，这种静电荷可以阻止悬浮的粒子进入滤芯孔道深处而堵塞过滤元件，并能使粉尘呈现松软状态沉积在过滤元件表面，很容易排掉或便于清洗。比如：醋酸纤维素和硝酸纤维素以及两种混合材料组成的折叠滤纸微孔过滤器，不易受稀酸、稀碱及无极性液体的腐蚀，但使用温度不得高于755.聚四氟乙烯滤芯是用纯泰氟隆制造的，适用于有机溶剂、强酸、强碱，其本身在化学上也是情性的，使用温度在-100 -2005时是稳定的。

　　聚氯乙烯滤芯强度高、韧性强、耐中等强度的酸碱，使用温度不宜高于655，否则会发生软化，而且有毒，因此在食品加工、制药、饮料行业，乃至家庭生活用水方面应用都要持慎重态度。这种滤芯，无论对液体、气体，都可以除去大于0. 5！m的微尘粒子工作压力一般为0.8-1.0MPa.由于微孔分布比普通的滤膜密集的多，在单位过滤面积上微孔数量十分可观，这就意味着最大的微孔数减少。普通膜式滤器具有最大的微孔尺寸为0.3！m，而中空纤维仅为0.1！m，这同时意味着中空纤维具有较长的使用寿命和气体过滤的安全性、可靠性。）编织金属网、刻蚀金属网：各种编织金属网、金属刻蚀网，虽然强度大、透气性能好，但在高温下网孔容易变形并严重影响过滤精度，尤其加工工艺复杂，价位较高，因此只能用在少数特殊部门、特殊工艺上。

　　2.4各种压缩空气过滤器的评价对各种过滤器做出充分评价是不容易的，因为有时不可能在一系列错综复杂、相互关联的情况下，将其割裂开来进行研究讨论，有些场合直接判断也比较困难，因此，只能就一些具体的设音事例做出相应的评述。）是美国MASTERPNEUMATIC-DETROITINC生产的组合式过滤器，可以清除压缩空气中的液体、烟雾等粒子污染物，同时可以全部清合气体过滤器，清除气流中粒径在l！m以上的粒子污染物过滤效率在99.57以上。

　　这种滤器，由于气体进出口位于同一轴线上，便于在管路系统中安装，过滤元件在滤器的顶部更换，比较方便、简单。但由于停落在排放口的固液残留物始终处于进气口气流的扰动之中，所以致使液态杂质不容易凝聚，而且污染物容易堵塞滤芯，造成滤芯的寿命降低。

　　匚匚匚除大于0.3！m的固体污染粒子，过滤元件的寿命可达6个月以上，是典型的清除仪表用气中的油雾过滤器。特点是体积小，螺纹连接，使用简便，价格适宜。但是由于体积小，从而不能确保气体进出口处的有效流通面积，在短时间使用后，阻力增大很快。

　　该公司还生产一种卧式过滤器，这种过滤器可以清除气流中固液残留物，粒径大于3！m时，清除效率可达1007粒径大于0. 5！m时，清除效率达997以上。这是典型的卧式过滤器显然，与立式相比，设音高度较低，因此，适合于有高度要求的场合或地点更换滤心在侧面，十分方便。但是占地面积较大，由于滤芯重力的影响，滤芯与花板的固定和密封较为困难，不易牢靠，一定程度上会影响过滤的精度。

　　5为DomnnikFilterLtd生产的高效过滤器，可以除掉大于0. l！m固体污染物粒子，如果污染物小于0.01ppm（m/m），可以除掉全部液体水及油。适用于压缩气体时产生大量的冷凝液及固体粒子的气体。而且只要事先准音好滤芯，短时间内便可以更换芫毕，滤芯的长度和数量，可以视气体量组合，因此这种滤器的壳体直径通常比较大。

　　压缩空气干燥装置的设置5防止干燥时增加系统的污染缩空气应当采取有效的除油措施“。当采用油润滑压缩机时，压缩机后的压缩空气中的污染物的含量，较压缩机吸气口将会增加50ppm（m/m），这是压缩机及油的污染所致。增加了干燥装置后，系统净化的意义就更加突出了，因为对于组配安装合理的干燥装置，控制一些杂质气氛的含量和获得较高的干燥度，都能达到理想的效果，然而也会带来一些不希望的负面影响。譬如在使用方面，由于吸附干燥装置切换程序方面的故障、不适时动作的电动阀门、管道的渗漏，甚至干燥剂粉末反扩散造成的交叉污染等，都会使洁净的气体再次遭受污染，当然这类情况大多是由于安装、使用不当造成的。

　　严重的是干燥装置本身，特别是采用的吸附剂机械强度低，性能不稳定，热稳定性差，压力冲击下易粉碎，而产生细小粉尘，往往会造成干燥气体的二次污染。

　　现用干燥器前后气体测定的结果加以说明：表1洁净压缩空气经过干燥器前、后气体含尘量对比气体进入分子筛干燥器前气体经过分子筛干燥器后0.3！微尘粒子数粒/升可见，通过干燥器之后增加粒子数量为进入干燥器前的0.5-4倍。实践表明在流速大、压力高的情况下，这种现象就更加明显，对于铝胶、硅胶干燥剂也不排除这种情况，因此，在干燥器前、后，一般分别配置有效的前置过滤器和后过滤器，即防止吸附剂的中毒“，同时防止干燥剂对洁净气体产生二次污染。

　　吸附是个放热过程因此低温对吸附有利表2可以清楚反映这种特性。因此，站房内设音设置顺序，应为压缩机、储气罐、冷冻干燥器、吸附干燥器、站房出口过滤器，这样才能为干燥器、站房出口过滤器形成一种良好的工作条件。

　　表2温度对各种干燥剂吸附量的影响温度分子筛氧化铝硅胶就干燥度要求不高的压缩空气而言，作为吸附干燥器的前工序，采用冷冻干燥器是恰当的，而且设置在贮气罐后面，吸附干燥器前面的位置上。这样，压缩机后冷却器来的气流可在贮罐内得到泠却，使冷凝水充分析出并排出罐体之外。同时低温对吸附有利，使得干燥器入口压缩空气温度较低，从而降低了冷冻干燥器的使用功率，因此干燥器容量不必太大。通过贮气罐的大容积的缓冲、稳压使干燥器荷载均匀，从而在干燥器出口得到较稳定的压力露点，此刻，再经吸附干燥器，可以获得较佳的干燥效果。干燥后的压缩空气，事实上已含极少的油雾与微尘粒子，不会造成系统末端高精度过滤器1994"ChinaAcademicournalElectronicPubli过重的负担，从而使终端过滤器滤材寿命增长，同时时过滤也会更加有效、可靠。

　　4压缩空气站系统的合理设置要使压缩空气站达到较高的标准，系统就应当做到无渗漏，安装能够胜任的压缩机、干燥器、高效过滤器，生产中要使气体具有合理的工艺流动特性，同时伴有在线的露点仪、粒子计数器等，随时监测动态气体的运行状况，那幺就一定能够满足任何‘高、精、尖“生产技术的需要。高洁净度、高干燥度（双高）的压缩空气系统，按合理的工艺程序配置设音极为重要。一般应为压缩抓1I冷却器（2I除油器（3）-贮气罐U）-冷冻干燥器（5）-前置除油过滤器（6）-吸附干燥器（7）-后过滤器（8）-站房出口高精度过滤器（9在空压站的压缩空气系统末端（站房出口处），配置有效的压缩空气过滤器，对保证压缩空气质量是有效的，对防止污染的意义就更大，与空气压缩机、干燥器、构成空压站芫整的工艺系统。

　　因为压缩空气中所含油的温度，决定着高精度过滤器的效率加当温度为302时流经过滤器的油含量是温度202时的5倍，当温度上升到402时流经过滤器的油含量是温度202时的10倍。所以，对于高精度过滤而言，需要安装在压缩空气系统温度最低的地点，即为站房压缩空气系统的出口处，并采用与除油过滤器联合使用的高精度过滤装置，这样既可保障过滤精度，又可延长过滤器的寿命。

　　2高性能除油器的设置压缩机虽然并不比其它机械更易起火，但由于机内经常处于压力下的油在运行，如果维修保养、运行措施失当，或者使用了不符合规定的油料，会加大形成油的老化物沉积，使积碳的几率增大，就可能导致管道或贮气罐等薄弱环节的起火燃烧，甚至爆裂，这也正是规范强调有油润滑空压机的贮附干燥装置的吸附剂“中毒”，我们在压缩机出口（活塞机冷却器出口）处，都要设置高性能的除油器。

　　3合理设置洁净压缩空气系统贮气罐欲使气动工具能够平稳、正常的工作，就应当使用无脉冲、无波动的压力气体做为动力源。而压缩空气贮气罐的功能，就是克服活塞压缩机运行造成的气体脉冲和压力波动，以及分离凝结水和贮存压缩空气等。对于螺杆压缩机、离心压缩机贮气罐首先是贮气，其次为分离凝结水。当在短时间内有大用气负荷时，可由贮气罐提供辅助气量补充供应，使管网中压力下降波动不大，从而使压缩机启动频率或负荷调节频率，始终处于允许的、合理的范围之内，所以，贮气罐是站房工艺系统的重要组成部分。

　　对于洁净压缩空气系统的储气罐，应设置在压缩机（冷却器X除油器后令冻干燥前的位置上，而不应像普通压缩空气系统那样，放在站房管道系统的最末端。

　　5振动对洁净压缩空气系统质量的影响在动态气体运动过程中的停机或开机，导致洁净压缩空气系统内粒子数量的骤然增加。这是因为气流的冲击、扰动，相当于管路系统本身受到敲打、振动。使粒子从管壁、阀门、法兰、过滤器、干燥器、储气罐等滞留地点释放出来，被运动气流裹挟，此刻，管路系统中会有几倍甚至几十倍大于过滤器精度的粒子出现。而且通过扩散、重力沉降以及粒子间的接触粘附，经过很长时间后，悬浮粒子又被管壁、气罐壁、阀门死角等处滞留，悬浮粒子浓度下降系统恢复常态。

　　1振动等因素对过滤器的影响通过对三组过滤器的试验可以清楚了解这一状况见表3.表3过滤器后粒子数量的变化过滤器过滤元件结构提高流量提篼压力气流冲击无包扎玻璃粒子数增纤维加不明显明显增加成数十倍增加5外用减少减少成数十倍增加标准膜式过/h滤器减少略有增加。

　　减少2震动对储气罐的影响因为在气流的扰动下，普通储气罐内壁对粒子的粘附、释放、沉降、撞击等情况频频发生，而且这种情况又取决于气体压力、粒子的固有密度、粒子的形状和大小压缩机的运转状态等等因素在气罐既不进气又不出气的静态状况下，大于1！）的粒子在不到16小时的时间内，就芫全沉降到气罐底部，而0.1！）的粒子几乎要在两周的时间内才能芫全沉降。在运作过程中动态气体状况下，罐内粒子始终是悬浮的，而且，粒子浓度分布是不均匀的，重力沉降使得罐顶的粒子浓度，远远低于罐底部的粒子浓度，而扩散作用使得气罐壁附近有着较低的粒子浓度，撞击过程主要发生在气罐进、出口，此刻罐内释放的粒子基本集中在撞击点附近，尤其是悬浮粒子中比较重的粒子液不可能移动到气罐的顶部。气罐本身是粒子的集散地，也可以说是粒子的污染源，这样的设音设置在站房系统的末端，将会导致站房内各种净化手段失去意义，当储气罐设置在压缩机冷却器后、各种干燥、净化设音前，不管什幺原因产生的罐内粒子，都可以由后面的净化设音予以除去。

　　压缩机、干燥器、高精度过滤器等设音，在压缩空气站的生产中，维系着一种重要的生产关系。就宏观而言，压缩空气的干燥、净化，必须通过相应每一组设音及系统的每一点滴的改善而获得提高，难度很大。实践表明大容量的罐体及系统管路还有调节器、阀门，比气体自身更具有污染力，包括气体自身在内，大约全部污染量的95%与系统组配及操作有直接关系。影响较大的因素是贮气罐、阀门、法兰等处的腐蚀，配合不相符的装配，导致了内外气体的渗透。气体含湿是整个系统污染的关键因素，法兰、阀门的缝隙，甚至于管材及内表面和未作任何处理的气罐，潜在着气体水分和氧所造成的金属腐蚀，气流冲刷产生金属离子，因此气流通过时，所有这些污染就能够释放出来，使气体的质量遭受破坏。

　　鉴于此情况，对于洁净压缩空气系统，若在站房系统末端设置贮罐，那幺，管材内表面应当是光滑、洁净的，当然，管材至少是不锈钢的，而罐体内表面应当是抛光的，粗糙度在1！）以下，这一点实施的难度很大。所以，对于压缩空（下转第59页）但其翻想占全日的份额达15%%20，NO和RSP不仅普遍超标而且所占份额更高都说瞻厅环境比较恶劣。如能改善厅环境对降氐以上几种于人赌害的主要污染物的接触量是有重要意义的。

　　香港中式餐厅虽都设置有较芫音的空调送风及排风系统，但往往受到条件限制，气流组织不够理想。餐厅中空调送风口基本均布，而排风口不仅数量少，有的甚至不设。多数餐厅为防止厨房气味外溢和提高冷源利用率，让餐厅中大部分排风作为厨房的补风流向厨房，从灶台的排风罩排走。因此，餐厅由于吸烟及炉火所产生的污染物不是就地排出室外，而是席扫全室流向厨房，所以，全室空气质量都差而越临近厨房空气品质越差。

　　为改善室内空气品质，除应在人流高峰期增大新风量外，宜在餐厅顶部均布直接外排的排风口，就地排走污染物。如用作厨房补风，也应采用管道和风机方式，改变现有的无组织排风状况。采用普通排风罩的厨房宜改用直接补风式排风罩。餐厅通往厨房的开口（门、传递窗、提升机开口等）宜增设空气幕以减少和阻隔空气流通。

　　空调机组增设性能更好的过滤器，以减少室内RSP的浓度也是改善室内空气品质的重要方面。

　　4.3尽可能减少餐厅的污染发生源餐厅明确划分吸烟与非吸烟区，在室内下风向设吸烟专用餐位，在此区顶部多设置排风口就地排出烟气；减少或取消餐厅内的炉火。固定部位炉火可采用电炉代替，流动食品车以热水套保温代替炉火保温；加强保护室内空气品质的宣传，逐步减少餐厅内吸烟的人数，或在餐厅外另辟吸烟处，以避免污染餐厅。