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無油壓縮空氣制備模式與考量探究

  一、無油空氣知多少

  【壓縮機網】1.無油檢測中的“油”是測什么成分?

  在環境空氣檢測中,油類物質主要是指一些有機烴類化合物。例如,總石油烴(TPH)是環境空氣中油類檢測的重要指標。它包含了從C6-C35左右的碳氫化合物,這些化合物來源于石油產品的揮發、泄漏等。

  (1)無油,理論上不存在!

  100%無油空氣基本是不存在的,Class0是0級標準,不是含油量為0。在大氣中,含油量會因人類活動區域的不同而有所變化。例如在人類聚集點、城市環境、工業生產區及道路等區域,由于周邊廠企生產或汽車尾氣排放等原因,空氣中會含有一定量的C6+烴類化合物。壓縮空氣中的油是指6個或6個以上碳原子組成的烴類混合物,其在壓縮空氣中由液態油、懸浮油和油蒸氣三部分組成。規范中將壓縮空氣中的油含量劃分為5個等級,其中0級標準是由設備使用者或制造商制定的總含油量≤0.01mg/m3含量標準,而無油壓縮空氣就等同于這個0級標準的油含量等級,可量化為具體的指標值。

  (2)無油認證不保證無油

  買了無油壓縮的設備并有無油認證,和實際得到無油壓縮空氣是兩碼事。例如吸入大氣中含油0.4mg/m3,無油證書如何保證真實應用上Class0級無油?

  2.無油空氣標準

  Class0無油認證標準依據的是ISO 8573-1《壓縮空氣第一部分:污染物和純度等級》,具體如下:

  含油量分為5個等級,優于1級0.01mg/m3即最高等級Class0。

  測試內容:需通過ISO8573部分流量(b2)或全流量(b1)方法測試含霧態油、液態油、氣態油。具體數值:在1bar(a)14.5psia和20℃(68℉)的條件下,含油量需小于0.01mg/m3。

  3.常用證書機構

  Class0和TüV無油認證,區別如下:

  認證依據:Class0依據ISO8573-1(國際工業等級標準)中含油量0級的無油認證:要求在1bar(a)、14.5psia和20℃(68℉)的條件下,含油量小于0.01mg/m3。

  測試范圍:Class0主要側重于對壓縮空氣中油含量的精確測量和等級評定,以確保達到0級含油標準。TüV無油認證除含油量測試外,還會對壓縮空氣的其它質量指標如顆粒度、含水量等進行檢測,同時對空壓機的整體性能、可靠性、安全性以及相關生產制造流程和質量控制體系等進行全面評估。

  認證機構:Class0認證可由具備相應資質的專業檢測機構依據ISO 8573-1標準進行檢測和認證,如合肥通用所等。合肥通用所除含油量測試外,還具有設備性能、質量、節能、CCC、ROHS、失效、預防等專業權威認證支持。TüV無油認證則由德國TüV及其授權的機構如萊茵、南德、北德等集團進行認證,在國際上具有較高的權威性和認可度。

  適用范圍:Class 0主要適用于對壓縮空氣含油量有嚴格要求的行業,如食品、制藥、電子等。TüV無油認證因綜合考量多種因素,除上述行業外,還適用于對產品質量、安全性和可靠性要求高的其它領域。

  4.無油空氣測量方式

  無油壓縮空氣的測量方法有多種,常見的包括重量法、紅外分光光度法、紫外分光光度法、化學指示管法、粒徑譜儀法、光化電離探測器法、氣相色譜-質譜聯用技術等。

  ●重量法:是含油量測定采用的方法之一,即將一定量的樣品氣用恒重的容器或介質裝置,經蒸發、烘干、恒重后確定其分析結果。但由于氣體中油含量相當低,重量法的低靈敏度使其不太適合準確測定氣體中的油含量。

  ●紅外分光光度法:壓縮機油中含有在紅外光區具有明顯特征吸收峰的油類物質,可采用繽磁LS3600紅外分光測油儀測定液氧中油脂的含量,測量準確且流程操作簡單,符合行業標準。對于壓縮氣體,可使用特種濾紙加入定制濾筒管理內,濾筒管路后加上流量記錄流量,使用固定溶劑清洗濾棉得到接近真實的油含量數據。

  ●紫外分光光度法:基于油中含有的帶有共軛鍵和苯環的芳香族化合物在紫外區有特征吸收的原理,測定具有共軛雙鍵結構的物質的濃度來確定氣體樣品中的含油濃度。此方法基于郎博比耳光吸收定律,在pH≤2的條件下,樣品中的油類物質被正己烷萃取,萃取液經脫水,再經硅酸鎂吸附除去動植物油類等極性物質后,于225nm波長處測定吸光度。

  ●化學指示管法:使用化學指示管法原理生產儀器的主要有美國的江森自控和德國的德爾格。江森自控的油份指示儀內裝有檢氣劑,與油發生反應形成著色層,根據色層顏色的深淺或變色層的長度進行定量分析;德爾格的檢油管法是將油霧捕集到檢油管指示層,在催化劑作用下與檢油管中的濃硫酸產生黑色產物,色深與含油量存在相關性,通過比色來檢測空氣中的含油量,但該方法一般只判斷含油量是否大于某值,不能得出具體數值,且取樣時間偏長,只能檢測到油含量的大概范圍。

  ●粒徑譜儀法:利用光的散射原理對懸浮顆粒進行計數,可用于特定氣體(例如只含有油顆粒)的含油量測量,優點是測量速度快,可以實時測量,廣泛用在試驗臺上,如在過濾器的性能試驗臺上。預先將壓縮空氣的固體顆粒去除,再人為增加油分,用粒徑譜儀測量過濾器前后的懸浮油含量,以測量過濾器的過濾效率。

  ●光化電離探測器法:通過PID(光化電離探測器)測量碳氫化合物蒸氣含量,主要測量油蒸氣,一般用來在線監測壓縮空氣中含油量的變化,但很難準確測量含油總量。

  二、無油空氣制備方法全覽

  1.干式螺桿機——鐵氟龍涂層轉子

  簡述:理論上結果等于吸入周圍氣體。鐵氟龍涂層干式螺桿機在制備無油壓縮空氣方面有一定的優勢和不足。其優點在于壓縮腔無油,避免了油對壓縮空氣的污染。它也存在一些缺點:一方面,鐵氟龍涂層有一定的使用壽命,隨著時間的推移可能會磨損,需要定期檢查和更換涂層,增加了維護成本。另一方面,齒輪箱中有油,要克服進入壓縮腔污染空氣。同時,對水分的要求較高,當環境濕度較大時,可能會影響涂層的性能,甚至導致涂層脫落。如果機器長時間不使用,也容易出現主機卡死的故障。

  2.干式螺桿機——樹脂涂層轉子

  簡述:理論上結果等于吸入周圍氣體。干磨樹脂涂層干螺桿機的特點在于其采用了特殊的干磨樹脂涂層,這種涂層能夠在一定程度上提高螺桿機的耐磨性和耐腐蝕性。在制備無油壓縮空氣方面,它的優點包括能夠提供較為純凈的無油空氣,減少了后續處理的成本。同時,該類型螺桿機的運行相對穩定,噪音較低。不過,干磨樹脂涂層也并非完美無缺,它同樣存在涂層壽命的問題,隨著其使用時間的增加,涂層可能會逐漸磨損,影響機器的性能。此外,干磨樹脂涂層對工作環境的要求也比較高,需要在相對干燥、清潔的環境中運行,否則容易受到污染,降低其使用壽命。

  3.干式螺桿機——陶瓷轉子

  簡述:理論上結果等于吸入周圍氣體。陶瓷螺桿轉子空壓機在制備無油壓縮空氣方面表現出色。陶瓷螺桿轉子具有極高的硬度和耐磨性,能夠有效抵抗磨損和腐蝕,從而保證了機器的長期穩定運行。其優點還包括提供高質量的無油壓縮空氣,降低了后續處理的成本。同時,陶瓷材料的熱穩定性較好,能夠承受較高的溫度,減少了因溫度過高而對機器性能產生的影響。然而,陶瓷螺桿轉子空壓機也存在一些缺點。首先,陶瓷材料的成本較高,導致機器的價格相對較貴。其次,陶瓷材料相對較脆,在安裝和使用過程中需要特別小心,以免發生損壞。

  4.濕式螺桿空壓機——噴水單螺桿

  簡述:結果等于水洗過的吸入周圍氣體。噴水單螺桿空壓機具有一些獨特的優點。首先,其成本相對較低,且能效比顯著高于上述產品。其次,力平衡性好,單螺桿空壓機的兩星輪在螺桿兩側的對稱位置,不僅沒有不平衡慣性力,而且作用在螺桿上的軸向力也可互相抵消。再者,效率高,水的比熱大,工作過程近似于等溫壓縮。此外,噪音低,嚙合副由于星輪采用高分子材料,運行噪音小、振動低。但是,噴水單螺桿空壓機也有一些缺點。水的黏度遠小于油,阻尼作用與形成水膜潤滑作用會很低,這將導致密封效果下降,泄漏增大。因此,必須提高嚙合副的加工精度。此外,與水接觸的零件需要采用不銹材料,增加了成本。而且,需要設置自動補水、排水和換水裝置,系統相對復雜,寒冬停機結冰會帶來挑戰。

  5.濕式螺桿空壓機——噴水雙螺桿

  簡述:結果等于水洗過的吸入周圍氣體。噴水雙螺桿空壓機具有高效的特點,整體效率相比傳統干式無油螺桿空氣壓縮機效率高;簡潔可靠的噴水單級壓縮技術,密封數量僅為傳統雙級干式螺桿壓縮的四分之一,部件數量減少帶來了高度的可靠性。耐用,直連轉速低,使得轉子壽命延長,無注油齒輪箱,無油污染風險。然而,噴水雙螺桿空壓機也存在一些不足,例如重載軸承防水、防低溫結冰,其成本可能相對較高,維護難度也可能較大。

  6.濕式螺桿機——噴油螺桿+燃燒催化器

  簡述:理論上結果類似經車用三元催化器200℃處理過的微油壓縮氣體。噴油螺桿機+燃燒催化器在制備無油壓縮空氣方面有一定的優勢。首先,可以利用噴油螺桿機的高效壓縮性能,再通過燃燒催化器去除壓縮空氣中的油分,從而獲得相對純凈的無油壓縮空氣。這種方式在一定程度上可以降低設備的投資成本,但是它也存在一些缺點。燃燒催化器需要定期維護和更換,增加了維護成本。而且,燃燒催化器的性能較適合成品油(石油產物),可能會受到多種因素的影響,如添加劑、化學液體、燃料質量、燃燒溫度、催化失效、斷電停機等,從而影響無油壓縮空氣的質量穩定性。

  7.濕式螺桿機——噴24KT潤滑液

  簡述:理論上結果等于吸入周圍氣體+微量硅基潤滑液。24TK無油系統具有較高的可靠性和穩定性,壓縮腔用24KT化學液體進行冷卻、密封、潤滑。在制備無油壓縮空氣方面,能夠提供高質量的無油空氣,經Class0檢測壓縮空氣含油量為0.00157mg/m3優于0.01mg/m3,滿足對空氣質量要求較高的應用場景。其優點源于化學合成潤滑材料24KT硅基冷卻液,24KT和玻纖濾材同是硅基材質,親聚效果最佳,確保設備的安全可靠。如某美日產品自70年代為該產品提供10年保固、永久免換24KT潤滑液、無油保證卡。然而,24KT無油系統也存在一些不足之處,24KT冷卻液價格相對較高,可能會增加用戶的投資成本。

  8.濕式螺桿機——噴水基潤滑液

  簡述:結果等于水洗過的周圍氣體。水基潤滑液由95%的水和5%防銹、防腐、抗磨、增粘、不揮發化學無機材料混合而成,其壽命不可計測,壓縮腔用該液體進行冷卻、密封、潤滑,制備無油壓縮空氣具有一定的優勢。水基潤滑液能夠在一定程度上降低機器的摩擦系數,合理黏度提高設備的運行效率。同時,水基潤滑液相對環保,對環境的污染較小。但是,噴水基潤滑液也存在一些缺點。水基潤滑液的潤滑性能可能不如傳統的油潤滑油,需要控制好配比濃度。此外,水基潤滑液可能會受到溫度的影響,需要對保水量進行嚴格的控制,增加了技術復雜性。

  9.濕式螺桿機——噴水溶潤滑液

  簡述:理論上結果等于水洗過的周圍氣體。水溶潤滑液感受類似“洗發水”,利用化學合成潤滑材料能溶于水的優越性能,既能保有合成冷卻潤滑液的優異性能,在無油壓縮空氣制備中有其獨特的優點。它能夠提供較好的潤滑效果,同時利用壓縮產生冷凝水同步水洗清潔壓縮空氣中的油、灰塵、有害成分,又能避免潤滑材料對壓縮空氣的污染。此外,水溶潤滑液相對容易處理,對環境的影響較小。然而,噴水溶潤滑液也有一些缺點:水溶潤滑液的成本可能相對較高,增加水浴清洗空氣裝置,需要考慮經濟成本的因素。

  三、無油壓縮空氣的用戶考量

  無油壓縮空氣是一直是用戶的訴求,無油壓縮空氣就是解決一個“油”字。

  目前,制備無油壓縮空氣設備存在的差異化較大,顯現為:前端干磨、濕磨,中端固體密封、液體密封,后端催化燃燒、水洗去污。

  不管何種形式的壓縮機都要借干燥機、精密過濾器等輔助,以達到應用上的Class0高品質氣源。

  用戶要的結果:最安全、最低成本的無油壓縮空氣,然而對于用戶來說,選擇合適的制備方法并非易事。用戶在選擇無油壓縮空氣制備方式時,往往會綜合考慮設備使用環境、投資成本、使用壽命、電力消耗成本、維修成本、保養成本等因素。

  (1)設備投資成本:不同的制備方法價格差異較大,達到同樣的結果成本越低越易普及。

  (2)使用壽命方面:干式壓縮中,陶瓷螺桿轉子有極高的硬度和耐磨性,使用壽命相對較長。鐵氟龍涂、樹脂涂層干螺桿機的涂層有一定的使用壽命,隨著時間的推移可能會磨損,影響機器的性能和使用壽命。濕式壓縮中具有高性能潤滑冷卻液的機器壽命最長。

  (3)長期電力消耗:該成本也是用戶需要考慮的重要因素。一些高效的制備方法,一級能效效率最節能,可能在電力消耗方面具有一定優勢,而一些能耗較高的方法則會增加用戶的使用成本。

  (4)維修成本方面:設備各項需要定期維護和更換,增加了維修成本。如專用零部件、需要專業的技術人員進行操作,也增加了維修成本。

  (5)保養成本方面:同樣不可忽視。設備如需定期檢查和更換涂層或主機,增加了保養成本。

  (6)空壓機廠制造:從產供銷研維度來看,能簡單化就不要復雜化。

  總之,用戶在選擇無油壓縮空氣制備方法時,需要根據自己的實際需求,綜合考慮設備投資成本、使用壽命、電力消耗成本、維修成本、保養成本等因素,尋求最適合自己的制備方式。

  近年來,企業設備用氣要求漸高,無油制氣設備增長迅猛,呈連年翻倍的好勢頭,科技型無油空壓制造企業也取得豐碩的效益。如果要實現全天下無油(買空壓機送Class 0無油認證),你認為以上幾種方案中,哪個能成未來主流呢?

標簽: 無油模式  

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