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 西安超濾  李大明 靳永貴

引言：日前，某廠高壓壓縮空氣管道系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)較大范圍油污染，對后續(xù)用氣點(diǎn)形成較大威協(xié)。經(jīng)現(xiàn)場勘察、試驗(yàn)、測試、調(diào)整，油污染現(xiàn)象已得到有效控制，后續(xù)整改措施已經(jīng)啟動。本文針對壓縮空氣/氣體系統(tǒng)含油量指標(biāo)的制定，制配氣設(shè)備特別是除油設(shè)備的選擇應(yīng)用以及相應(yīng)的含油量試驗(yàn)方法和檢測儀器進(jìn)行分析并提出建議。本文提出的觀點(diǎn)和除油/測試方法、措施以及揭示的某些商業(yè)誤導(dǎo)現(xiàn)象，對制造方和應(yīng)用方均有一定的借鑒和警示作用。

1、氣源系統(tǒng)及設(shè)備：

1.1、氣源系統(tǒng)流程：

圖1

①噴油螺桿     ②油分（高溫）   ③二級水冷器     ④低效氣液分離器  

⑤活塞縮機(jī)組   ⑥氣液分離器     ⑦預(yù)過濾器       ⑧精密除油過濾器    

⑨超精密除油過濾器   ⑩干燥器    ⑾除塵過濾器    ⑿精密除塵過濾器   

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1.2、油份來源及除油裝置：

      本系統(tǒng)為高壓氣源，固采用了螺桿+活塞新流程，兩段增壓機(jī)組均采用有油潤滑方式。

      低壓段采用噴油螺桿，噴油量大致為體積比100：1，即每吸入1m³的空氣需噴入10升油，噴油作用依次為：冷卻、潤滑、密封、減噪。噴油量取決于壓縮過程所需的冷卻量，壓力提升后的氣體切向進(jìn)入油分罐體，以離心分離方式分離出大部分油滴，經(jīng)冷卻后返回壓縮機(jī)吸氣口，剩余油霧（0.01μm~0.5μm）經(jīng)超細(xì)玻璃纖維精密除油過濾元件外進(jìn)里出凝聚成較大液滴落入濾芯內(nèi)筒底部，經(jīng)小口徑管道壓回吸氣口，這樣絕大部分噴入的油實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，但仍會有微量懸浮油和一定量的油蒸氣隨氣體進(jìn)入活塞壓縮機(jī)入口。

第二段活塞壓縮機(jī)組分為多級壓縮，潤滑方式為注油，即高壓油泵將潤滑油壓入氣缸內(nèi)壁小孔，與高速往復(fù)運(yùn)動的活塞環(huán)形成油膜，注油量可通過各級柱塞泵的運(yùn)動速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，注入的油大部分被級間和末端的冷卻器冷卻，在隨后的分離器中與冷凝水混合被分離排出。少部分懸浮油滴和油蒸氣被高壓氣體攜帶進(jìn)入后續(xù)的過濾干燥裝置進(jìn)行除油、干燥、除塵，最終以無油、無水、無塵干燥產(chǎn)品氣供應(yīng)下游使用。

1.3含油量形態(tài)及分布規(guī)律：

ISO8573-2-96《一般用壓縮空氣 第二部分 懸浮油含量測試方法》給出了不同取樣位置油的典型狀態(tài)和數(shù)量范圍

圖2

表1：典型狀態(tài)和含量

美國SPX對位置一和位置四有更詳細(xì)的試驗(yàn)和描述

表2：噴油螺桿油分在不同溫度下的油/氣比例

表3：精密除油過濾器除油效率：

上述文字、圖表揭示出以下幾點(diǎn)現(xiàn)象：

① 噴油螺桿吸納油量巨大，且油分在高溫狀態(tài)下過濾除油，其出口含油量不可忽視，尤其是油蒸氣會暢通無阻通過油分濾芯，據(jù)統(tǒng)計(jì)氣體攜帶油總量大約在20~30mg/m³。一般工業(yè)應(yīng)用需在其后設(shè)置冷卻器和高效除油過濾器。

② 隨著溫度降低，油蒸氣會大幅度轉(zhuǎn)化為油氣溶膠。其幅度遠(yuǎn)大于水蒸氣向液態(tài)水的轉(zhuǎn)化量，如氣體溫度每下降10℃，約有50%的水蒸氣冷凝成液態(tài)水，而油蒸氣的冷凝轉(zhuǎn)化率近70%，所以降低壓縮空氣溫度有利于提高過濾除油效率。

③ 若用戶不追求總含烴量或絕對含油量，則在40℃以上溫度用氣時可忽略不計(jì)油蒸氣的影響，若在低溫或絕對無油下用氣，如太空、氧氣、電子等則必須考慮油蒸氣的去除。

2、試驗(yàn)方法及檢測儀器：

自上世紀(jì)六十年代，我國已有了從氣體中測量含油量指標(biāo)的應(yīng)用，如航天領(lǐng)域引入前蘇聯(lián)含油量指標(biāo)：3×10^-7（體積比），該指標(biāo)相當(dāng)于目前的國際標(biāo)準(zhǔn)單位3mg/m³，取樣方法大多采用氣體通過溶劑吸收或用溶劑清洗試樣然后在紅外分光光度計(jì)下，與標(biāo)準(zhǔn)油試樣光譜進(jìn)行對比，此方法依取樣方法不同或測量油烴總量或僅檢測懸浮油。上世紀(jì)末我國動力用空壓機(jī)啟用噴油螺桿替代活塞機(jī)進(jìn)程，至今已達(dá)到替換率90%以上。而噴油螺桿最重要的性能參數(shù)之一就是排氣中的殘余含油量，而這也是空壓機(jī)制造商、配套商和凈化設(shè)備生產(chǎn)廠以及各類經(jīng)銷商、代理商們最忌諱的話題。進(jìn)入本世紀(jì)，壓縮空氣質(zhì)量的三大指標(biāo)：油、水、塵中的后兩項(xiàng)從測試儀器到試驗(yàn)方法均已取得突破和普及，但由于含油量測試從理論到實(shí)踐存在諸多缺陷和操作難點(diǎn)，至今未能達(dá)到水和塵的成熟與普及。近幾年雖然出現(xiàn)了一些簡易、在線、便攜方法，如美國JOHNSON，德國德爾格的化學(xué)試劑法以及最新的光學(xué)折射法等，測量范圍可達(dá)0.01~10mg/m³，但也只能測油，不能兼測油蒸氣?？紤]到凝聚式除油過濾器技術(shù)成熟，其殘余含油量可做到也能測到0.001mg/m³，至少可信度達(dá)0.01mg/m³，基本滿足現(xiàn)代化工業(yè)甚至高技術(shù)、特殊領(lǐng)域的需求，同時也認(rèn)識到油蒸氣污染的不可忽視性。近幾年一些專業(yè)廠包括凈化設(shè)備廠和儀器儀表廠推出了數(shù)款專用于油蒸氣的測試儀器，如本次使用的德國CS120便攜式殘油檢測儀，采用PID（傳感器），測量范圍0.001~10mg/m³，在線測量結(jié)果與紅外法數(shù)據(jù)高度吻合。

3、結(jié)論：

3.1啟示：

① 隨著氣源側(cè)無油/除油技術(shù)和殘余含油量檢測技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)一般應(yīng)用壓縮空氣/氣體殘余懸浮油控制到0.3~1mg/m³已沒有什么障礙，油蒸汽控制到1~10mg/m³也同樣能達(dá)到在特殊應(yīng)用領(lǐng)域采用活性碳吸附技術(shù)可做到0.03~1mg/m³。

② 由于油/氣比率與溫度關(guān)系密切，用戶需根據(jù)自身?xiàng)l件和需求選擇合適的殘余含油量指標(biāo)并加以細(xì)分，比如一般動力氣源對常溫下工作，并裝備凝聚式高效除油過濾器，油蒸汽可忽略不計(jì)，但在禁油、低溫下工作場合則必須重視油蒸氣的存在，避免發(fā)生油污染風(fēng)險。

③ 本文圖1氣源系統(tǒng)圖中的④與⑤之間，即分離器出口與活塞壓縮機(jī)入口之間增設(shè)精密除油過濾器；在⑩與⑾之間，即干燥器出口與除塵過濾器入口之間增設(shè)大容量活性炭吸附器，前者可有效降低噴油螺桿輸出氣體的含油量，后者則能清除兩種壓縮機(jī)產(chǎn)生的絕大部分油蒸氣。

3.2警示：

① 噴油螺桿+除油器不能取代無油壓縮機(jī)（離心機(jī)、無油螺桿、無油活塞機(jī)），尤其在禁油、低溫場合下慎用。

② 噴油螺桿未加后冷卻和精密除油器一般不能滿足普通壓縮空氣用戶的含油量要求。

③ 高溫產(chǎn)生高濃度油蒸氣且降低活性炭的吸附能力，所以除油（包括懸浮油和油蒸氣）設(shè)備必須在較低溫度下工作。

④ 懸浮油和油蒸氣測試儀因工作原理不同，兩者不得兼用。

⑤ 空壓機(jī)和凈化設(shè)備制造商以及經(jīng)銷商、代理商不得誘導(dǎo)客戶錯誤選型，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中殘余含油量超標(biāo)或過份拔高指標(biāo)。