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• 1. 引言
  壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門。不理想的是壓縮空氣中含有相當(dāng)數(shù)量的雜質(zhì)，主要有：固體微粒--在一個典型的大城市環(huán)境中每立方米大氣中約含有1億4千萬個微粒，其中大約80%在尺寸上小于2μm，空壓機吸氣過濾器無力消除。此外，空壓機系統(tǒng)內(nèi)部也會不斷產(chǎn)生磨屑、銹渣和油的碳化物，它們將加速用氣設(shè)備的磨損，導(dǎo)致密封失效；水份--大氣中相對濕度一般高達(dá)65%以上，經(jīng)壓縮冷凝后，即成為濕飽和空氣，并夾帶大量的液態(tài)水滴，它們是設(shè)備、管道和閥門銹蝕的根本原因，冬天結(jié)冰還會阻塞氣動系統(tǒng)中的小孔通道。值得注意的是：即使是分離于凈的純飽和空氣，隨著溫度的降低，仍會有冷凝水析岀，大約每降低10℃，其飽和含水量將下降50%，即有一半的水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水滴(見表1)。所以在壓縮空氣系統(tǒng)中采用多級分離過濾裝置或?qū)嚎s空氣預(yù)處理成具有一定相對濕度的于燥氣是很必要的；油份--高速、高溫運轉(zhuǎn)的空壓機采用潤滑油可起到潤滑、密封及冷卻作用，但污染了壓縮空氣。采用自潤滑材料發(fā)展的少油機、半無油機和全無油機雖然降低了壓縮空氣中的含油量，但也隨之產(chǎn)生了易損件壽命降低，機器內(nèi)部和管路系統(tǒng)銹蝕以及空壓機在磨合期、磨損期及減荷期含油量上升等副作用。這對于追求高可靠性的自動化生產(chǎn)線無疑是一種威脅。此外還應(yīng)強調(diào)指岀：從空壓機帶到系統(tǒng)中的油在任何情況下都沒有好處。因為經(jīng)過多次高溫氧化和冷凝乳化，油的性能已大幅度降低，且呈酸性，對后續(xù)設(shè)備不僅起不到潤滑作用，反而會破壞正常潤滑；微生物-- 在制藥、生物工程，食品制造及包裝過程中，細(xì)菌和噬菌體的污染是不容忽視的。

綜上所述，壓縮空氣中的污染物若得不到有效清除，其危害是很大的，主要體現(xiàn)在：一、降低主品質(zhì)量(影響加工精度、噴涂、電鍍質(zhì)量，藥品、食品染菌等)；二、造成用氣設(shè)備的性能、壽命下降；三、危害凈化系統(tǒng)(如油能降低吸附劑性能，降低冷干機換熱效率等)，此外由于氣動元件的失效造成的停工、維修等間接損失，其代價往往為直接損失的上百、上千倍。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，特別是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起，壓縮空氣(氣體)的污染及其凈化技術(shù)引起了各國用氣部門和制造商的重視。具有除油、除水、除塵、除氣味的各種凈化裝置不斷被開發(fā)，市場需求奔與日俱增。壓縮空氣凈化技術(shù)的發(fā)展不僅為新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)工業(yè)改造提供潔凈、可靠的氣源，而且自身也從高新技術(shù)的發(fā)展中受益匪淺。

2. 國外壓縮空氣凈化技術(shù)的發(fā)展動態(tài)

a) 新思路、新技術(shù)--開辟以后處理凈化方式獲取無油壓縮空氣新思路，開發(fā)出高效、低阻型除油過濾器，不僅成為無油潤滑壓縮機的有力競爭對手，而且促進(jìn)了各種噴油壓縮機(螺桿、蝸旋、轉(zhuǎn)子等)的發(fā)展，該項技術(shù)建立在新型超細(xì)纖維過濾材料和凝聚式過濾機理基礎(chǔ)上。

b) 除水方法和設(shè)備多樣化--凝聚式高效過濾器可幾乎百分之百的分離液態(tài)微滴，獲得該工作溫度下的純飽和空氣；冷凍式干燥器可獲得壓力露點2-10℃的較干燥空氣；吸附式干燥器甚至能達(dá)到壓力露點-70℃以下的超干燥空氣。

c) 超濾裝置發(fā)展速度極快--當(dāng)傳統(tǒng)的過濾方法仍維持在幾微米至幾十微米過濾精度時，采用超細(xì)纖維、中空纖維、濾膜等新材料的高效、超高效過濾器將過濾精度指標(biāo)一舉推進(jìn)到亞微米級，為了獲得高性能的除油或除微生物效果，國外一些名牌產(chǎn)品的商業(yè)性能指標(biāo)已達(dá)到0.01微米，濾效高達(dá)99.9999%以上。

d) 凈化氣源應(yīng)用范圍日趨擴展，質(zhì)量指標(biāo)赿來赿高--據(jù)資料介紹日本壓縮空氣凈化裝置市場需求幾乎每隔五年間就要翻一翻；德國ultrafilter超濾公司在短短五年間就發(fā)展成為國際性的跨國公司，英國Domnick公司進(jìn)入九十年代已成為兼有氣、水凈化的跨專業(yè)公司，濾芯已從筒狀發(fā)展為折疊式；凈化氣源不僅成為許多高科技工業(yè)部門的必備生產(chǎn)條件，而且普及到諸如采礦、土木建筑、制鞋、制磚和一般車間用氣這樣一些傳統(tǒng)工業(yè)。在質(zhì)量等級上與國內(nèi)同等應(yīng)用相比，高岀1～3個等級(見附件)。質(zhì)量指標(biāo)不僅為供氣系統(tǒng)終端所要求，而且岀現(xiàn)在凈化系統(tǒng)中。

e) 相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、試驗方法日趨完善，這從ISO8573六易其稿即可看岀。

3. 國內(nèi)氣源凈化技術(shù)與設(shè)備現(xiàn)狀

國內(nèi)壓縮空氣凈化技術(shù)及產(chǎn)品性能和普及程度與國外相比，落后10～20年。國外六十年代吸附式干燥器發(fā)展成熟；七十年代中后期，高效過濾器取得明顯進(jìn)步；八十年代冷凍式干燥器得到普及，超濾技術(shù)發(fā)展引人注目。國內(nèi)從七十年代末開始仿制吸附式干燥器；八十年代末開始仿制高效過濾器；冷凍干燥器近幾年剛開始起步。國內(nèi)外凈化產(chǎn)品性能、普及程度比較見表2。

國內(nèi)壓縮空氣凈化裝置的開發(fā)多從測繪仿制起步，技術(shù)及市場的發(fā)展與引進(jìn)規(guī)模的增長同步。進(jìn)入九十年代，自主開發(fā)與技術(shù)引進(jìn)的步伐加快。目前，國內(nèi)壓縮空氣凈化產(chǎn)品與國外同類型產(chǎn)品相比，品種和質(zhì)量都存在一定差距，有些品種尚屬空白。但這些產(chǎn)品的岀現(xiàn)滿足了市場的部分需求，同時對提高國內(nèi)氣源凈化意識起到了明顯的推動作用。

4. 凝聚式高效過濾器的機理與結(jié)構(gòu)

由于大氣中水蒸氣的存在和空壓機工作過程中潤滑油的污染，清除壓縮空氣中的油水污染成為后處理凈化的重點和難點。雖然幾乎所有的壓縮空氣中都應(yīng)用了一級或數(shù)級分離、過濾裝置，但由于冷凝作用產(chǎn)生了數(shù)量巨大的懸浮狀油水氣溶膠微粒(例如油的粒徑約為0.01～0.8μm)，而傳統(tǒng)的分離、過濾設(shè)備對其無能為力或效率極低(見表3)。

凝聚式過濾器是一種可連續(xù)去除壓縮空氣中懸浮液體微粒的高效/超高效過濾器，其工作原理比普通過濾器要復(fù)雜一些，主要區(qū)別在于：

a) 采用高效/超高效過濾介質(zhì)--超細(xì)玻璃纖維濾紙。高效濾紙要求0.3μmDOP效率不低于99.999%，超高效濾紙則要求0.1μmDOP效率不低于99.9999%。超細(xì)纖維過濾屬于以擴散、攔截、碰撞等綜合機理共同作用的深層過濾，纖維平均直徑小于1微米。它能有效捕集亞微米級粒子。圖1是美國LYDAIR公司ULPA超低穿透率空氣濾紙在不同比速下的粒子分級透過率曲線。