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金屬加工煙塵凈化，固液分離的收集與分析
發布時間：2013-11-22 08:56:40 信息來源：廣州穎創環�？萍加邢薰�
在發動機的生產過程中，機加工車間在加工曲軸、缸體、缸蓋等零件時，需要使用到大量的金屬加工液。金屬加工液在使用中需要經歷泵循環、高流速和高壓力下冷卻潤滑刀具，并伴隨著切削區大量的熱量傳入切削液中造成切削液的蒸發，因此不可避免地形成油霧進入到空氣中。經過長期的測定，70%的油霧顆粒在2.5μm 以下，這些細小的顆粒通過呼吸進入人體后很容易對人體造成危害。油霧濃度的控制受到了密切關注，在 1993 年美國政府工業衛生學家協會制定了車間單純的油霧濃度低于 5mg/m³、含有相當量的致癌物質的油品應低于0.2mg/m³的控制標準，其他一些國家也都相繼制定了油霧限值。在1998年美國國家職業安全與健康協會提出了油霧控制限值0.5mg/m³的控制標準。
1.1油霧的形成原理
金屬加工液在加工過程中產生的懸浮微粒通常被稱為“油霧”。在這一過程中生成的霧滴的大小和數量是形成油霧的關鍵變量。金屬加工液在加工中形成油霧的過程很復雜，在制造過程中涉及許多變量。但是油霧的形成主要有兩大機理，即金屬加工液的霧化和蒸發，金屬加工液的霧化主要是由于在加工過程中，金屬加工液在高壓力和高流速情況下與設備、工件及刀具等發生激烈的撞擊，形成細小的顆粒漂浮在工作環境中；金屬加工液的蒸發主要是由于在加工過程中，產生的大量熱能傳入液體導致液體溫度上升，當其溫度高于液體的飽和溫度時，在固-液接觸面上沸騰并產生蒸汽，蒸汽以空氣中的小液滴或其它粒子為核心凝結形成油霧。
1.2油霧的形成方式
按照油霧形成方式的不同，主要可以分為以下幾種：
（1）碰撞形成的油霧（液體與固體物質的碰撞）：當較大的液滴碰撞在機器、工件等堅硬的表面上，液滴一部分動能轉化為表面能，使得大液滴形成細小的液滴漂浮在工作環境中，形成顆粒較大的油霧；
（2）旋轉霧化形成的油霧：旋轉的機械或部件可以充當旋轉霧化器。油滴的大小取決于實際的作用力和分子間的作用力，高速旋轉產生的離心力使大量細小的滴脫離出來，飄散到加工倉的空氣中，形成油霧；
（3）泡沫或氣泡油霧：在金屬加工液與空氣接觸時，由于空氣的進入形成氣泡（泡沫），泡沫的破裂也會導致油霧的形成。有許多因素會導致金屬加工液泡沫的形成，如選用的產品類型、水質的硬度、加工液中的污染物（有機物和無機物）、加工液使用的濃度等；
（4）噴射形成的油霧：金屬加工液從噴頭射出后，在壓力下形成了高速射流，射流由沒有空氣卷入的液核區和周圍的氣液混合區組成，在射流中有強烈的剪切層，剪切層自身的不穩定性以及它與周圍空氣的相互作用就形成了大量細小的液滴顆粒，從而形成油霧。形成的液滴大小和數量與噴頭的直徑、壓力等有關。
（5）揮發性油霧（煙霧）：金屬加工液在冷卻刀具的時候，大量的熱能傳入液體中，當其溫度高于飽和溫度時，發生蒸發現象，蒸汽以空氣中的小液滴或其它粒子為核心凝結，在氣體介質中形成均勻分散體系，即以氣溶膠的形式漂浮在工作場所的空氣中。
2 影響油霧形成量的因素
2.1金屬加工液的選型
金屬加工液應盡量滿足如下條件：良好的抗起泡性能和生物穩定性，較強的抗雜油（如泄漏的液壓油）能力，以及良好的不易揮發性和抗剪切性，能為刀具提供良好的潤滑以減少摩擦產生的熱量。在相同的條件下，金屬加工液中的非揮發性油品（如礦物質油）的成分和使用濃度一般與生成的氣溶膠的濃度及其粒徑大小分布有密切關系，通常情況下低濃度=低油霧，油霧的遞減順序為：可溶性油→半合成產品→微乳狀液→易溶解的全合成產品。同時應選擇使用深度溶劑精制的基礎油、深度加氫油或采用輕度溶劑精制并經過輕度加氨處理的基礎油，這類基礎油的蒸發損失較小，而且酯類油具有良好的摩擦特性，可以有效降低油霧的濃度及危害性。在金屬加工液使用中，還可以通過添加一些油霧抑制劑來降低油霧含量，抗油霧添加劑通常是一些高分子聚合物，可與油霧顆粒形成足夠大、足夠重的液滴，使之不易漂浮在空氣中，達到減少油霧的目的。
2.2 金屬加工液的日常管理
為降低油霧濃度，金屬加工液日常維護和管理應做到：（1）在滿足冷卻、排屑和潤滑等功能時，盡可能地降低壓力和流量；（2）對金屬加工液濃度進行監控，定期檢測其濃度值。當隨著水分消耗蒸發而加工液濃度升高時，需要及時加液以降低其濃度；（3）對于存在液壓油等油品泄漏的設備，應關注加工液雜油的含量，對加工液進行撇油，降低雜油和其它污染物含量，避免細菌真菌等微生物的滋生；（4）提供穩定的水質硬度／電導率和其他的控制變量，避免因為水質太軟導致出現大量的泡沫，或者水質硬度過高，鈣鎂離子與加工液中的陰離子表面活性劑起反應，生成不溶性鈣皂和鎂皂，使表面活性劑濃度降低甚至失去作用，影響加工液的加工性能和清洗效果，使乳化液出現析油現象。
2.3 油霧凈化器
根據設備加工工藝和使用的金屬加工液類型，選擇合適的油霧凈化器。常見的油霧凈化器類型有靜電式收集器、離心式收集器和過濾介質過濾器。（1）靜電式收集器以高壓靜電場吸附微塵，其缺點為公認的低效率的油霧處理，并且難以消除煙氣和有害氣體。（2）離心式油霧凈化器對大顆粒油霧的收集有較好的效果，但是對于小粒徑的油霧過濾效果有限，所以往往作為一級油霧過濾，處理一些大粒徑顆粒，保護后一級別的過濾器，使高效過濾器的使用壽命更加持久；同時也可以配合過濾介質一同使用（在其旋轉葉片上加裝過濾棉），增加離心葉片的過濾面積和油霧的附著能力。（3）采用過濾介質過濾器是目前主流的過濾方式，粗效往往采用物理螺旋轉子或可反吹系統作為粗效油霧過濾，主要是處理一些大顆粒的油霧，在流體與設備碰撞過程中攔截油霧，并在自身重力作用下聚流導出；而過濾器是過濾系統的核心，因此過濾器的選用直接關系到油霧的處理效果。根據加工工藝和所用化學品的性質不同，選取不同的過濾器材料，包括濾材不能夠被油霧腐蝕，不能在所處化學環境下滋生細菌等。此外，過濾系統需要定期清理，維護，確保過濾介質在一個相對干凈的環境內工作。
3基于油霧產生原理的控制措施
3.1減少設備的敞開面積
在設計時需要注意設備的密封性，若設備的敞口面積過大，不但容易造成油霧的溢出，而且在油霧凈化器的電機選型上，需要選擇更大功率的電機才能滿足風量需求，造成設備的運行成本增加。因此在滿足工藝或設備維護維修的條件下，安裝一些易拆卸的擋板用來減少設備敞開面積，可以有效地減少油霧溢出到車間環境中。
3.2合理的設備布局與維護
設備布局對車間油霧濃度的影響也較大，緊湊的設備布局，不但會形成較弱的空氣流動，造成設備熱輻射大，而且會使大分子量的油霧容易沉積，很難與中央空調或外界產生對流。所以應盡量使設備保持方向一致，保證良好的對流，以降低油霧濃度。在日常維護工作中，應定期對設備過濾系統和撇油系統進行清潔和維護，保證其良好的運行，以減少金屬加工液中的雜油等污染物。
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