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(yè)中,由于生產(chǎn)工藝需要,在生產(chǎn)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(nèi),造成車間內(nèi)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(yè)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(diào)系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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?；驓馊苣z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(zhuǎn)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(nèi)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(jīng)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(yè)衛(wèi)生學者協(xié)會(AmericanConferenceofGovernmentIndustrialHygienist,簡稱ACGIH)、美國環(huán)?？偸?/span>(AmericanEnvironmentalProtectionAgency,簡稱EPA)、美國國家職業(yè)安全與健康學會(NationalInstituteofOccupationalSafetyandHealth,簡稱NIOSH)等機構(gòu)研究發(fā)現(xiàn),油霧會影響車間內(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)作為基準,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,將長絲車間測得的數(shù)據(jù)與基準進行對比,發(fā)現(xiàn)長絲車間內(nèi)油霧粒徑范圍為1～3μm。纖維過濾器對于這一粒徑范圍內(nèi)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(nèi)。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(guī)定,室內(nèi)化學性可吸入顆粒物(PM10)的平均質(zhì)量濃度標準為0.15mg/m3。長絲車間內(nèi)化學性可吸入顆粒物的平均質(zhì)量濃度明顯超標,影響車間內(nèi)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(jié)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(tǒng)試驗
在室內(nèi)進行,塵源為大氣塵,過濾后的空氣被排到室外。填料采用規(guī)整式金屬波紋刺孔填料,比表面積為500m2/m3,填料表面經(jīng)過防腐處理。
試驗系統(tǒng)包括風系統(tǒng)、水系統(tǒng)及測量系統(tǒng)(見圖2)。風系統(tǒng)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(tǒng)由管道、布液器、調(diào)節(jié)閥、浮子流量計、循環(huán)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(tǒng)由微壓計、激光粒子計數(shù)器組成,以計算不同試驗參數(shù)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(shù)
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(jù)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(jié)果及分析
由試驗結(jié)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(nèi)(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(tài)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(jīng)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(tài),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(tài)。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(yōu)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(tǒng)阻力,導致空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)過濾器易積塵且不易清洗的弊病,且捕集的塵?；驓馊苣z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(jié)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(shù)與迎面風速、淋水密度等試驗參數(shù)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(chǎn)車間油霧粒徑分布一致的油霧,在油霧發(fā)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(shù)量時,應該將噴淋溶液排放掉,更換新液。是與排污系統(tǒng)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(diào)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(nèi)外進展[J].廣西化纖通訊,1993,(2):28-34.
[3] 孫一堅.工業(yè)通風(第三版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.
[4] GB/T18883—2002,室內(nèi)空氣質(zhì)量標準[S].
[5] 趙榮義,范存養(yǎng),薛殿華,等.空氣調(diào)節(jié)(第三版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.[6] GB/T14295—93,空氣過濾器[S].
