Procesy przemysłowe mogą generować pyły, dymy, aerozole, mgły olejowe, opary chemiczne i lotne związki organiczne. Choć wszystkie te zanieczyszczenia trafiają do powietrza, nie oznacza to, że można usuwać je za pomocą tego samego urządzenia lub identycznego wkładu filtracyjnego. System przeznaczony do wychwytywania suchego pyłu z obróbki mechanicznej będzie działał inaczej niż pochłaniacz oparów lutowniczych czy odciąg stosowany przy drukarce przemysłowej. Jeszcze innych rozwiązań wymaga mgła chłodziwa powstająca wewnątrz maszyny CNC.
Dlatego dobór urządzenia filtracyjnego powinien zaczynać się nie od porównania mocy silników czy wielkości obudowy, lecz od dokładnego rozpoznania zanieczyszczenia. Trzeba określić jego postać, skład, ilość, temperaturę, sposób powstawania i potencjalne zagrożenia.
Najpierw ustal, co faktycznie powstaje podczas procesu
Jednym z najczęstszych błędów jest opisywanie wszystkich zanieczyszczeń jako „dymu” albo „kurzu”. Tymczasem pozornie podobna chmura unosząca się nad urządzeniem może składać się z cząstek stałych, ciekłych kropelek, gazów lub mieszaniny kilku różnych substancji.
W praktyce przemysłowej najczęściej występują:
- suche pyły,
- drobne cząstki i dymy procesowe,
- aerozole,
- mgły olejowe i chłodziwowe,
- pary i gazy,
- lotne związki organiczne,
- zanieczyszczenia mieszane.
Rozpoznanie ich postaci jest podstawą dalszego doboru filtracji. Filtr mechaniczny może skutecznie zatrzymywać cząstki, ale nie będzie automatycznie usuwał z powietrza związków występujących w fazie gazowej. Do ich ograniczania potrzebne są odpowiednio dobrane materiały sorpcyjne, na przykład węgiel aktywny lub specjalistyczne złoża chemiczne.
Dlaczego odciąg powinien działać przy źródle?
Niezależnie od rodzaju zanieczyszczenia największą skuteczność można zazwyczaj osiągnąć, przechwytując je bezpośrednio w miejscu powstawania. Taki sposób działania określa się jako odciąg miejscowy.
System odciągowy może składać się z ramienia, dyszy, okapu, obudowy maszyny, przewodów oraz jednostki filtracyjnej. Jego zadaniem jest wychwycenie chmury zanieczyszczeń, zanim rozprzestrzeni się ona w hali i dotrze do strefy oddychania pracowników.
Brytyjska Health and Safety Executive wskazuje, że lokalna wentylacja wyciągowa może być stosowana do kontrolowania pyłów, dymów, mgieł, gazów i par poprzez przechwytywanie ich przed przedostaniem się do powietrza w miejscu pracy.
Sama wentylacja ogólna nie zawsze rozwiązuje problem. Może obniżać średnie stężenie zanieczyszczeń w pomieszczeniu, ale niekoniecznie powstrzyma operatora przed bezpośrednim kontaktem z chmurą powstającą tuż przy maszynie.
Skuteczność odciągu miejscowego zależy również od położenia jego końcówki. Wraz ze wzrostem odległości pomiędzy źródłem emisji a okapem lub dyszą zdolność przechwytywania zanieczyszczeń szybko się zmniejsza.
Filtracja suchych pyłów
Suche pyły powstają między innymi podczas:
- szlifowania,
- frezowania,
- cięcia,
- wiercenia,
- mieszania materiałów,
- przesypywania proszków,
- obróbki tworzyw,
- pracy z materiałami mineralnymi,
- produkcji farmaceutycznej.
W przypadku większych cząstek pierwszym etapem może być separator lub filtr wstępny. Jego zadaniem jest zatrzymanie dużej części materiału i ochrona dokładniejszych wkładów przed zbyt szybkim zapełnieniem.
Drobniejsze cząstki wymagają filtrów o odpowiednio wyższej klasie skuteczności. Jeżeli proces generuje bardzo małe pyły, system może wykorzystywać wielostopniową filtrację zakończoną filtrem dokładnym lub HEPA.
Filtr HEPA jest filtrem mechanicznym przeznaczonym do wychwytywania cząstek znajdujących się w strumieniu powietrza. Nie należy jednak traktować go jako uniwersalnego rozwiązania do usuwania gazów i oparów chemicznych.
Przy dużym obciążeniu pyłem trzeba zwrócić uwagę nie tylko na dokładność filtracji, lecz także na:
- powierzchnię wkładu,
- możliwość jego oczyszczania,
- pojemność zbiornika na odpady,
- częstotliwość opróżniania,
- spadek ciśnienia,
- ciągłość pracy systemu.
Zbyt mały filtr może szybko się zapełnić, powodując spadek przepływu i skuteczności odciągu. Z kolei częsta wymiana wkładów zwiększa koszty eksploatacyjne oraz ryzyko przestojów.
Pyły palne wymagają osobnej analizy
Nie każdy suchy pył można bezpiecznie skierować do standardowego odpylacza. Drobne cząstki niektórych materiałów mogą tworzyć atmosferę zagrożoną pożarem lub wybuchem.
Dotyczy to między innymi części pyłów:
- metalicznych,
- drzewnych,
- tworzyw sztucznych,
- spożywczych,
- chemicznych,
- farmaceutycznych.
Na ryzyko wpływają nie tylko skład materiału, lecz także wielkość cząstek, ich kształt, wilgotność i stężenie w powietrzu. Pyły tego samego materiału mogą mieć różne właściwości zapalne i wybuchowe zależnie od sposobu ich powstania.
W takim przypadku przed doborem systemu należy przeprowadzić ocenę zagrożenia i sprawdzić, czy potrzebne są rozwiązania przeciwwybuchowe, antystatyczne, izolujące lub odprowadzające skutki wybuchu.
Standardowe urządzenie filtracyjne nie powinno być podłączane do procesu generującego potencjalnie palny pył wyłącznie dlatego, że jego króciec pasuje do przewodu. Byłby to dość kosztowny sposób sprawdzania, czy dokumentacja techniczna miała rację.
Dymy i bardzo drobne cząstki
Dymy procesowe powstają między innymi podczas lutowania, spawania, znakowania laserowego, grawerowania i obróbki termicznej materiałów.
Mogą zawierać bardzo drobne cząstki, a jednocześnie związki występujące w fazie gazowej. Przykładem jest lutowanie, podczas którego podgrzewany topnik wytwarza mieszaninę cząstek oraz oparów.
W takich zastosowaniach zazwyczaj wykorzystuje się system wielostopniowy, obejmujący:
- filtr wstępny,
- filtr dokładny,
- filtr HEPA,
- warstwę sorpcyjną.
Filtracja mechaniczna odpowiada za cząstki, natomiast materiał sorpcyjny ogranicza wybrane związki gazowe i zapachy.
Dym należy przechwytywać możliwie blisko miejsca jego powstawania. W zależności od procesu można zastosować:
- ruchome ramię odciągowe,
- niewielką dyszę,
- szczelinę odciągową,
- końcówkę przy narzędziu,
- zamkniętą obudowę procesu.
W przypadku spawania NIOSH opisuje powstające zanieczyszczenia jako mieszaninę produktów gazowych i aerozolowych, które mogą zawierać metale, tlenki metali oraz inne związki pochodzące z materiału, elektrody lub topnika.
Pokazuje to, dlaczego dobór filtra wyłącznie do jednej fazy zanieczyszczeń może być niewystarczający.
Opary chemiczne i lotne związki organiczne
Opary i lotne związki organiczne mogą powstawać podczas:
- drukowania UV i solventowego,
- klejenia,
- lakierowania,
- pracy z rozpuszczalnikami,
- czyszczenia elementów,
- nakładania powłok,
- utwardzania materiałów,
- druku 3D,
- procesów laboratoryjnych.
Ponieważ występują w fazie gazowej, nie zostaną skutecznie zatrzymane przez typowy filtr przeznaczony wyłącznie do cząstek.
Do ograniczania gazów i par stosuje się materiały sorpcyjne, takie jak węgiel aktywny, impregnowany węgiel albo inne złoża chemiczne dobrane do określonych substancji. Filtry gazowe są zwykle projektowane z myślą o konkretnym związku lub określonej grupie zanieczyszczeń. Nie istnieje jedno uniwersalne złoże, które w jednakowym stopniu usuwałoby wszystkie substancje chemiczne.
Przy doborze należy ustalić:
- jakie substancje są stosowane,
- w jakich ilościach,
- w jakiej temperaturze,
- jak długo trwa proces,
- czy występuje wilgoć,
- czy zanieczyszczenie ma postać mieszaniny,
- czy oczyszczone powietrze ma wracać do pomieszczenia.
Samo stwierdzenie, że urządzenie posiada „filtr węglowy”, mówi niewiele o jego rzeczywistej przydatności. Znaczenie mają masa sorbentu, jego rodzaj, głębokość złoża, prędkość przepływu oraz czas kontaktu zanieczyszczonego powietrza z materiałem.
Niewielka mata z dodatkiem węgla może ograniczać zapach, ale nie powinna być automatycznie traktowana jako rozwiązanie do intensywnego procesu przemysłowego. EPA zwraca uwagę, że skuteczność filtrów węglowych zależy między innymi od ilości zastosowanego materiału sorpcyjnego.
Mgły olejowe i chłodziwowe
Podczas frezowania, toczenia, szlifowania i wiercenia z wykorzystaniem cieczy obróbkowych mogą powstawać drobne kropelki oleju lub emulsji. Takie zanieczyszczenie nazywane jest mgłą olejową albo mgłą chłodziwa.
Nie jest to klasyczny suchy pył. Cząstki mają postać ciekłych kropli, które mogą osadzać się wewnątrz przewodów i stopniowo nasycać nieodpowiednie wkłady filtracyjne.
W takich zastosowaniach wykorzystuje się rozwiązania przeznaczone do aerozoli ciekłych, umożliwiające łączenie drobnych kropelek w większe i ich odprowadzanie. Proces ten określa się jako koalescencję. Filtry do mgieł muszą być przystosowane do kontaktu z cieczą i umożliwiać jej odpływ, zamiast gromadzić ją bez końca wewnątrz materiału.
System może obejmować:
- separator wstępny,
- elementy siatkowe,
- filtry koalescencyjne,
- stopień dokładnego oczyszczania,
- odpływ zgromadzonej cieczy.
Istotne jest również prawidłowe uszczelnienie obrabiarki. Zamknięta przestrzeń robocza ułatwia wychwytywanie mgły i ogranicza jej rozprzestrzenianie się po hali.
Zanieczyszczenia powstające podczas pracy lasera
Cięcie, znakowanie i grawerowanie laserowe mogą generować mieszaninę drobnych cząstek, dymu oraz gazowych produktów rozkładu materiału.
Skład zanieczyszczeń zależy między innymi od:
- rodzaju obrabianego materiału,
- zastosowanej technologii laserowej,
- mocy urządzenia,
- prędkości obróbki,
- temperatury procesu,
- powłok znajdujących się na materiale.
Inne zanieczyszczenia będą powstawały podczas znakowania metalu, inne przy obróbce tworzywa, drewna, gumy czy materiału pokrytego farbą.
Dlatego system do lasera często wymaga zarówno filtracji cząstek, jak i odpowiednio dobranego złoża sorpcyjnego. Sam filtr HEPA może zatrzymać znaczną część pyłu i dymu, ale nie zastąpi filtracji gazowej.
Przed doborem urządzenia należy znać dokładny skład obrabianych materiałów. Szczególnej ostrożności wymagają tworzywa i powłoki, które pod wpływem wysokiej temperatury mogą wydzielać agresywne lub trudne do adsorpcji związki.
Filtracja w druku przemysłowym i druku 3D
Drukarki przemysłowe mogą emitować opary pochodzące z atramentów, rozpuszczalników i środków czyszczących. Z kolei druk 3D może generować zarówno bardzo drobne cząstki, jak i lotne związki uwalniane z podgrzewanego materiału.
Odpowiedni system powinien być dopasowany do konkretnej technologii:
- druku UV,
- druku solventowego,
- druku żywicznego,
- druku z filamentu,
- druku proszkowego,
- procesu czyszczenia i utwardzania.
W wielu przypadkach konieczne jest połączenie filtracji cząstek z filtrem gazowym. Ważne jest również zamknięcie przestrzeni roboczej lub umieszczenie punktu odciągowego w miejscu, w którym zanieczyszczenia rzeczywiście się gromadzą.
Duża wydajność urządzenia nie naprawi źle umieszczonego wlotu. Powietrze może być intensywnie zasysane z całego pomieszczenia, a mimo to omijać chmurę powstającą wewnątrz drukarki.
Zanieczyszczenia w farmacji i laboratoriach
W przemyśle farmaceutycznym oraz laboratoriach mogą występować bardzo drobne proszki, aerozole, substancje aktywne, rozpuszczalniki i zanieczyszczenia wymagające wysokiego poziomu kontroli.
W takich procesach szczególne znaczenie mają:
- szczelność systemu,
- stopień filtracji,
- bezpieczna wymiana wkładów,
- ograniczenie kontaktu operatora z odpadem,
- możliwość kontroli stanu filtra,
- procedury dekontaminacji,
- sposób odprowadzania oczyszczonego powietrza.
Nie wystarczy jedynie skutecznie wychwycić materiał. Trzeba także zaplanować jego późniejsze usunięcie z urządzenia bez ponownego uwolnienia do pomieszczenia.
W przypadku substancji aktywnych, toksycznych lub biologicznie niebezpiecznych wymagania powinny zostać określone na podstawie oceny ryzyka danego procesu.
Co zrobić, gdy powstaje kilka rodzajów zanieczyszczeń?
Wiele procesów przemysłowych generuje jednocześnie więcej niż jeden rodzaj emisji. Przykładowo podczas obróbki termicznej tworzywa mogą powstawać cząstki stałe oraz związki gazowe. Lutowanie wytwarza dym cząsteczkowy i opary pochodzące z topnika. Obróbka CNC może generować zarówno drobiny materiału, jak i mgłę chłodziwa.
W takich przypadkach wykorzystuje się filtrację wielostopniową. Kolejne etapy mogą odpowiadać za:
- wychwycenie większych cząstek,
- oddzielenie cieczy,
- zatrzymanie drobnego pyłu,
- oczyszczenie związków gazowych.
Kolejność filtrów ma znaczenie. Umieszczenie drogiego filtra dokładnego jako pierwszego stopnia przy dużej ilości pyłu spowoduje jego szybkie zapełnienie. Z kolei skierowanie mokrego aerozolu do wkładu nieprzystosowanego do cieczy może prowadzić do utraty przepływu i uszkodzenia materiału.
Wydajność urządzenia to nie tylko liczba w katalogu
Przepływ powietrza jest ważnym parametrem, ale nie powinien być analizowany bez uwzględnienia całej instalacji.
Na rzeczywistą skuteczność wpływają:
- średnica przewodów,
- ich długość,
- liczba kolan,
- liczba podłączonych stanowisk,
- odległość od źródła,
- opory filtrów,
- szczelność połączeń,
- stopień zapełnienia wkładów,
- sposób zakończenia ramienia lub dyszy.
Urządzenie o wysokim deklarowanym przepływie może działać słabo, jeżeli zostanie połączone z długim, wąskim przewodem i kilkoma ostrymi zakrętami. Z kolei prawidłowo zaprojektowany odciąg o mniejszej wydajności może skutecznie przechwytywać zanieczyszczenia, jeżeli wlot znajduje się blisko źródła.
Dobór systemu powinien więc uwzględniać zarówno przepływ, jak i dostępne podciśnienie.
Czy oczyszczone powietrze może wracać do hali?
Recyrkulacja powietrza może ograniczyć straty energii związane z usuwaniem ogrzanego lub schłodzonego powietrza na zewnątrz. Nie zawsze jest jednak dopuszczalna lub bezpieczna.
Decyzja zależy między innymi od:
- rodzaju zanieczyszczeń,
- skuteczności filtracji,
- możliwości monitorowania systemu,
- konsekwencji uszkodzenia filtra,
- obowiązujących wymagań,
- poziomu ryzyka procesu.
HSE podkreśla, że przy recyrkulacyjnych systemach odciągowych konieczne jest właściwe dobranie, użytkowanie i utrzymanie instalacji, ponieważ urządzenie musi zapobiegać ponownemu wprowadzeniu niebezpiecznych zanieczyszczeń do miejsca pracy.
W przypadku niektórych substancji bezpieczniejszym rozwiązaniem może być odprowadzanie powietrza poza budynek po odpowiednim oczyszczeniu.
Jakie informacje przygotować przed wyborem urządzenia?
Przed rozmową z dostawcą systemu filtracyjnego warto zebrać możliwie dokładne dane dotyczące procesu:
- rodzaj wykonywanej operacji,
- nazwy obrabianych materiałów,
- karty charakterystyki stosowanych substancji,
- postać zanieczyszczenia,
- intensywność i czas emisji,
- temperatura powietrza,
- obecność wilgoci lub oleju,
- możliwość występowania pyłu palnego,
- liczbę obsługiwanych stanowisk,
- długość planowanych przewodów,
- możliwość wyrzutu powietrza na zewnątrz,
- wymagany czas pracy urządzenia.
Im dokładniej zostanie opisany proces, tym mniejsze ryzyko zastosowania filtra, który wygląda odpowiednio w katalogu, ale nie radzi sobie w rzeczywistych warunkach.
Najczęstsze błędy podczas doboru systemu
Do częstych błędów należą:
- wybór urządzenia wyłącznie na podstawie przepływu,
- nieuwzględnienie gazowej fazy zanieczyszczeń,
- stosowanie filtra węglowego o zbyt małej pojemności,
- brak separatora przy dużej ilości pyłu,
- kierowanie mgły olejowej do filtra suchego,
- ustawienie odciągu zbyt daleko od źródła,
- nieuwzględnienie zagrożenia wybuchem,
- podłączenie zbyt wielu stanowisk,
- brak kontroli zapełnienia filtrów,
- brak dostępu serwisowego.
Prawidłowy system powinien być dopasowany nie tylko do tego, co powstaje podczas procesu, ale także do sposobu pracy, układu stanowiska i częstotliwości obsługi.
Dobór urządzenia filtracyjnego dla przemysłu powinien rozpocząć się od dokładnego rozpoznania zanieczyszczeń. Suche pyły, dymy, opary chemiczne, aerozole i mgły olejowe wymagają innych metod przechwytywania oraz innych rodzajów filtrów.
Filtry mechaniczne służą przede wszystkim do zatrzymywania cząstek. Materiały sorpcyjne odpowiadają za wybrane związki gazowe, natomiast filtry koalescencyjne są przeznaczone do oddzielania ciekłych aerozoli. W wielu procesach konieczne jest połączenie kilku technologii w jednym systemie wielostopniowym.
Równie ważne jak rodzaj wkładów są sposób przechwytywania zanieczyszczeń, rozmieszczenie przewodów, dostępna wydajność oraz regularna kontrola stanu urządzenia.
Dobrze dobrany system pomaga ograniczyć rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń, poprawić warunki pracy i chronić urządzenia produkcyjne. Źle dobrany może jedynie głośno przemieszczać powietrze po hali, tworząc kosztowne wrażenie, że problem został rozwiązany.
Artykuł gościnny. Grafika wygenerowana przez sztuczną inteligencję.
