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金属加工烟尘净化，固液分离的收集与分析
发布时间：2013-11-22 08:56:40 信息来源：广州颖创环保科技有限公司
在发动机的生产过程中，机加工车间在加工曲轴、缸体、缸盖等零件时，需要使用到大量的金属加工液。金属加工液在使用中需要经历泵循环、高流速和高压力下冷却润滑刀具，并伴随着切削区大量的热量传入切削液中造成切削液的蒸发，因此不可避免地形成油雾进入到空气中。经过长期的测定，70%的油雾颗粒在2.5μm 以下，这些细小的颗粒通过呼吸进入人体后很容易对人体造成危害。油雾浓度的控制受到了密切关注，在 1993 年美国政府工业卫生学家协会制定了车间单纯的油雾浓度低于 5mg/m³、含有相当量的致癌物质的油品应低于0.2mg/m³的控制标准，其他一些国家也都相继制定了油雾限值。在1998年美国国家职业安全与健康协会提出了油雾控制限值0.5mg/m³的控制标准。
1.1油雾的形成原理
金属加工液在加工过程中产生的悬浮微粒通常被称为“油雾”。在这一过程中生成的雾滴的大小和数量是形成油雾的关键变量。金属加工液在加工中形成油雾的过程很复杂，在制造过程中涉及许多变量。但是油雾的形成主要有两大机理，即金属加工液的雾化和蒸发，金属加工液的雾化主要是由于在加工过程中，金属加工液在高压力和高流速情况下与设备、工件及刀具等发生激烈的撞击，形成细小的颗粒漂浮在工作环境中；金属加工液的蒸发主要是由于在加工过程中，产生的大量热能传入液体导致液体温度上升，当其温度高于液体的饱和温度时，在固-液接触面上沸腾并产生蒸汽，蒸汽以空气中的小液滴或其它粒子为核心凝结形成油雾。
1.2油雾的形成方式
按照油雾形成方式的不同，主要可以分为以下几种：
（1）碰撞形成的油雾（液体与固体物质的碰撞）：当较大的液滴碰撞在机器、工件等坚硬的表面上，液滴一部分动能转化为表面能，使得大液滴形成细小的液滴漂浮在工作环境中，形成颗粒较大的油雾；
（2）旋转雾化形成的油雾：旋转的机械或部件可以充当旋转雾化器。油滴的大小取决于实际的作用力和分子间的作用力，高速旋转产生的离心力使大量细小的滴脱离出来，飘散到加工仓的空气中，形成油雾；
（3）泡沫或气泡油雾：在金属加工液与空气接触时，由于空气的进入形成气泡（泡沫），泡沫的破裂也会导致油雾的形成。有许多因素会导致金属加工液泡沫的形成，如选用的产品类型、水质的硬度、加工液中的污染物（有机物和无机物）、加工液使用的浓度等；
（4）喷射形成的油雾：金属加工液从喷头射出后，在压力下形成了高速射流，射流由没有空气卷入的液核区和周围的气液混合区组成，在射流中有强烈的剪切层，剪切层自身的不稳定性以及它与周围空气的相互作用就形成了大量细小的液滴颗粒，从而形成油雾。形成的液滴大小和数量与喷头的直径、压力等有关。
（5）挥发性油雾（烟雾）：金属加工液在冷却刀具的时候，大量的热能传入液体中，当其温度高于饱和温度时，发生蒸发现象，蒸汽以空气中的小液滴或其它粒子为核心凝结，在气体介质中形成均匀分散体系，即以气溶胶的形式漂浮在工作场所的空气中。
2 影响油雾形成量的因素
2.1金属加工液的选型
金属加工液应尽量满足如下条件：良好的抗起泡性能和生物稳定性，较强的抗杂油（如泄漏的液压油）能力，以及良好的不易挥发性和抗剪切性，能为刀具提供良好的润滑以减少摩擦产生的热量。在相同的条件下，金属加工液中的非挥发性油品（如矿物质油）的成分和使用浓度一般与生成的气溶胶的浓度及其粒径大小分布有密切关系，通常情况下低浓度=低油雾，油雾的递减顺序为：可溶性油→半合成产品→微乳状液→易溶解的全合成产品。同时应选择使用深度溶剂精制的基础油、深度加氢油或采用轻度溶剂精制并经过轻度加氨处理的基础油，这类基础油的蒸发损失较小，而且酯类油具有良好的摩擦特性，可以有效降低油雾的浓度及危害性。在金属加工液使用中，还可以通过添加一些油雾抑制剂来降低油雾含量，抗油雾添加剂通常是一些高分子聚合物，可与油雾颗粒形成足够大、足够重的液滴，使之不易漂浮在空气中，达到减少油雾的目的。
2.2 金属加工液的日常管理
为降低油雾浓度，金属加工液日常维护和管理应做到：（1）在满足冷却、排屑和润滑等功能时，尽可能地降低压力和流量；（2）对金属加工液浓度进行监控，定期检测其浓度值。当随着水分消耗蒸发而加工液浓度升高时，需要及时加液以降低其浓度；（3）对于存在液压油等油品泄漏的设备，应关注加工液杂油的含量，对加工液进行撇油，降低杂油和其它污染物含量，避免细菌真菌等微生物的滋生；（4）提供稳定的水质硬度／电导率和其他的控制变量，避免因为水质太软导致出现大量的泡沫，或者水质硬度过高，钙镁离子与加工液中的阴离子表面活性剂起反应，生成不溶性钙皂和镁皂，使表面活性剂浓度降低甚至失去作用，影响加工液的加工性能和清洗效果，使乳化液出现析油现象。
2.3 油雾净化器
根据设备加工工艺和使用的金属加工液类型，选择合适的油雾净化器。常见的油雾净化器类型有静电式收集器、离心式收集器和过滤介质过滤器。（1）静电式收集器以高压静电场吸附微尘，其缺点为公认的低效率的油雾处理，并且难以消除烟气和有害气体。（2）离心式油雾净化器对大颗粒油雾的收集有较好的效果，但是对于小粒径的油雾过滤效果有限，所以往往作为一级油雾过滤，处理一些大粒径颗粒，保护后一级别的过滤器，使高效过滤器的使用寿命更加持久；同时也可以配合过滤介质一同使用（在其旋转叶片上加装过滤棉），增加离心叶片的过滤面积和油雾的附着能力。（3）采用过滤介质过滤器是目前主流的过滤方式，粗效往往采用物理螺旋转子或可反吹系统作为粗效油雾过滤，主要是处理一些大颗粒的油雾，在流体与设备碰撞过程中拦截油雾，并在自身重力作用下聚流导出；而过滤器是过滤系统的核心，因此过滤器的选用直接关系到油雾的处理效果。根据加工工艺和所用化学品的性质不同，选取不同的过滤器材料，包括滤材不能够被油雾腐蚀，不能在所处化学环境下滋生细菌等。此外，过滤系统需要定期清理，维护，确保过滤介质在一个相对干净的环境内工作。
3基于油雾产生原理的控制措施
3.1减少设备的敞开面积
在设计时需要注意设备的密封性，若设备的敞口面积过大，不但容易造成油雾的溢出，而且在油雾净化器的电机选型上，需要选择更大功率的电机才能满足风量需求，造成设备的运行成本增加。因此在满足工艺或设备维护维修的条件下，安装一些易拆卸的挡板用来减少设备敞开面积，可以有效地减少油雾溢出到车间环境中。
3.2合理的设备布局与维护
设备布局对车间油雾浓度的影响也较大，紧凑的设备布局，不但会形成较弱的空气流动，造成设备热辐射大，而且会使大分子量的油雾容易沉积，很难与中央空调或外界产生对流。所以应尽量使设备保持方向一致，保证良好的对流，以降低油雾浓度。在日常维护工作中，应定期对设备过滤系统和撇油系统进行清洁和维护，保证其良好的运行，以减少金属加工液中的杂油等污染物。
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