關鍵詞；化纖油劑; 油霧; 纖維空氣過濾器; 金屬填料空氣過濾器
中圖分類號：TU995 文獻標識碼:A 文章編號:1000-4416(2006)02-0074-03
在化纖制造業中,由于生產工藝需要,在生產過程中需要噴灑大量的化纖油劑,其中很大部分形成油霧滯留在車間內,造成車間內油霧污染較嚴重,影響工人身體健康。在去除油霧時,若采用粗效纖維空氣過濾器(以下簡稱纖維過濾器)會造成空氣的二次污染,而且清洗困難。本文針對化纖制造業中存在的油霧污染問題,對用洗滌式金屬填料空氣過濾器(以下簡稱金屬填料過濾器)替代工藝性空調系統中的纖維過濾器去除油霧的可行性進行分析。
1 金屬填料過濾器與油霧特性
金屬填料過濾器是一種自凈式過濾器,其結構見圖1。噴淋溶液會在金屬填料的空隙間形成液滴或水霧,成為捕塵體[1]。當塵粒或氣溶膠隨氣流運動逼近過濾器時,由于慣性的作用來不及隨氣流一同轉向仍向前運動,被捕塵體捕集后被噴淋溶液帶入蓄液槽。蓄液槽中的噴淋溶液須定期更換,以確保噴淋溶液的清潔。
化纖制造廠長絲車間內噴灑的化纖油劑是一種混合物,由多種不同性能的表面活性劑溶解于不同的油類、醚類及其替代品中,經過復雜的化學處理而成,其主要組分為潤滑劑、乳化劑、抗靜電劑及其他添加劑[2]。美國國家工業衛生學者協會(AmericanConferenceofGovernmentIndustrialHygienist,簡稱ACGIH)、美國環保總署(AmericanEnvironmentalProtectionAgency,簡稱EPA)、美國國家職業安全與健康學會(NationalInstituteofOccupationalSafetyandHealth,簡稱NIOSH)等機構研究發現,油霧會影響車間內工人的健康,導致肺炎、支氣管炎、哮喘及接觸性皮炎等疾病。
筆者對某化纖制造廠的普通車間及長絲車間內的空氣進行了取樣,以分析油霧的粒徑分布。將普通車間測得的數據作為基準,經過數據處理,將長絲車間測得的數據與基準進行對比,發現長絲車間內油霧粒徑范圍為1～3μm。纖維過濾器對于這一粒徑范圍內塵粒的除塵效率較低。對于大氣塵而言,粒徑<10μm的塵粒會被吸入人體。粒徑為2～5μm的塵粒容易被呼吸道阻留,留在口鼻、氣管、支氣管內。粒徑<2μm的塵粒會直接進入肺泡,對肺部有較大影響[3]。文獻[4]規定,室內化學性可吸入顆粒物(PM10)的平均質量濃度標準為0.15mg/m3。長絲車間內化學性可吸入顆粒物的平均質量濃度明顯超標,影響車間內工人的健康,亟須對其進行凈化處理。
2 可行性分析
本試驗以大氣塵作為過濾對象進行研究,在整理分析試驗結果的基礎上,對采用金屬填料過濾器去除油霧的可行性進行分析。
2.1 試驗系統試驗
在室內進行,塵源為大氣塵,過濾后的空氣被排到室外。填料采用規整式金屬波紋刺孔填料,比表面積為500m2/m3,填料表面經過防腐處理。
試驗系統包括風系統、水系統及測量系統(見圖2)。風系統由風道、風機、噴嘴流量計組成,可提供不同的斷面風速。水系統由管道、布液器、調節閥、浮子流量計、循環泵、蓄液槽組成,可提供噴淋溶液體積流量的范圍為0～1m3/h,不同體積流量可提供不同的淋水密度。測量系統由微壓計、激光粒子計數器組成,以計算不同試驗參數下金屬填料的阻力及過濾效率。對某一粒徑范圍塵粒的過濾效率的計算公式為：
2.2 試驗參數
金屬填料過濾器的阻力和過濾效率主要取決于金屬填料的比表面積、淋水密度及迎面風速。對比表面積為500m2/m3的金屬填料在不同的淋水密度、迎面風速下進行試驗篩選,選取的淋水密度分別為0.94、2.36kg/(m2·s)。根據長絲車間纖維過濾器前的實測風速,取迎面風速為1.5～2.8m/s。
2.3 試驗結果及分析
由試驗結果可知,金屬填料過濾器對于粒徑為1μm的塵粒過濾效率為25%～40%,對于粒徑為3μm的塵粒過濾效率為85%左右,對于粒徑為5μm的塵粒過濾效率為90%左右。過濾器阻力在正常工作范圍內(迎面風速為1.5～2.8m/s)為40～120Pa,因此金屬填料過濾器的過濾效率達到了中效過濾器的水平,而阻力只為粗效過濾器的水平[6]。
2.4 噴淋溶液的改進
金屬填料過濾器對于粒徑較小的塵粒過濾效率較低,主要原因為金屬填料表面的潤濕狀態不佳,導致金屬填料表面形成的液膜不理想。噴淋溶液會在金屬填料表面經常形成股狀流,縮短了在填料表面的停留時間,甚至部分表面會形成干斑,使過濾效率下降。為改善金屬填料表面的潤濕狀態,可在噴淋溶液中添加表面活性劑,使液膜的分布更加均勻,增大液膜面積,提高過濾效率。
本試驗中采用的表面活性劑為十二烷基磺酸鈉,是一種陰離子表面活性劑,很低的濃度下就可使噴淋溶液的表面張力達到zui低,從而有效改善金屬填料表面的潤濕狀態。加入表面活性劑后,金屬填料過濾器對于粒徑為1μm的塵粒的過濾效率大幅度上升,在迎面風速為1.5m/s、淋水密度為2.36kg/(m2·s)的條件下,過濾效率由40%左右上升至70%左右。在迎面風速為2.8m/s、淋水密度為2.36kg/(m2·s)條件下,過濾效率由30%左右上升至60%左右。而對于粒徑大于3μm的塵粒,添加表面活性劑前后過濾效率變化不大。
2.5 可行性分析
金屬填料過濾器與纖維過濾器相比,過濾效率更高。尤其在噴淋溶液中添加表面活性劑后,其對粒徑為1μm的塵粒過濾效率能達到70%左右,遠遠優于纖維過濾器,適于油霧的過濾。與一般的纖維過濾器相比,金屬填料過濾器阻力更小。
由于油霧的特殊性,油霧很容易在纖維過濾器表面聚集,造成過濾器堵塞,增加系統阻力,導致空調系統運行成本增加,也很容易造成空氣的二次污染。金屬填料過濾器避免了傳統過濾器易積塵且不易清洗的弊病,且捕集的塵粒或氣溶膠會隨時被噴淋溶液帶走離開填料表面。不但過濾器對空氣二次污染的可能性大大降低,而且隨著過濾器使用時間的增加,過濾效率下降及運行阻力上升的可能性也大大降低。
由以上分析可知,采用金屬填料過濾器去除化纖油劑形成的油霧有較高的可行性。
3 結語
① 下一步試驗應建立金屬填料過濾器的過濾效率、阻力等性能參數與迎面風速、淋水密度等試驗參數的關系,對金屬填料過濾器用于去除油霧進行具體研究。
② 要進行金屬填料過濾器去除油霧的試驗,需要與長絲生產車間油霧粒徑分布一致的油霧,在油霧發生過程中控制油霧粒徑是個難點。
③ 化纖油劑被捕集后,在噴淋溶液中積聚,當被捕集的油劑積聚到一定數量時,應該將噴淋溶液排放掉,更換新液。是與排污系統相連直接排放還是先對即將排放的噴淋溶液進行處理然后排放,采取何種處理方法,都是有待解決的問題。
參考文獻:
[1] 張歡,由世俊,馬德剛,等.空調機組用填料型洗滌式空氣過濾器的試驗研究[J].流體機械,2004,(4):48-50.
[2] 石銘右.化學纖維油劑的國內外進展[J].廣西化纖通訊,1993,(2):28-34.
[3] 孫一堅.工業通風(第三版)[M].北京:中國建筑工業出版社,1994.
[4] GB/T18883—2002,室內空氣質量標準[S].
[5] 趙榮義,范存養,薛殿華,等.空氣調節(第三版)[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.[6] GB/T14295—93,空氣過濾器[S].
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