В рамках данной статьи рассматриваются исключительно автоматизированные процессы очистки, осуществляемые без вмешательства оператора в процесс очистки. Автоматизация процесса очистки в растворителях накладывает определенные ограничения на возможность использования различных моющих средств в рамках технологического процесса. Так, применение широко распространенных в технологии ручной очистки и обезжиривания металлов ацетона, спирта, бензина, уайт-спирита и других растворителей, зачастую, невозможно по причине их пожароопасности. В автоматизированных процессах очистки традиционно широко применяются хлорсодержащие растворители, наиболее типичными представителями которых являются перхлорэтилен и трихлорэтилен.
Очистка в хлорсодержащих растворителях
Типичные задачи очистки в металлообработке – удаление с поверхности изделий остатков масел, СОЖ, подготовка поверхностей к нанесению покрытий. Для решения подобных задач на промышленных предприятиях часто применяются технологии очистки с использованием хлорсодержащих растворителей. Данные типы растворителей обладают высокой эффективностью по обезжириванию поверхности изделий. Однако, при работе с ними необходимо особое внимание уделять соблюдению правил техники безопасности. При продолжительном контакте с растворителями, они могут оказывать негативное влияние на здоровье человека. В этой связи, не рекомендуется их применение в открытых ваннах, при ручной очистке изделий. Хлорсодержащие растворители предназначены для использования в автоматизированных системах очистки, позволяющих избежать контакта оператора с моющей средой в процессе работы и обслуживания оборудования. В этой связи, при выборе соответствующего оборудования необходимо особое внимание уделять вопросам соблюдения экологии, удобству работы с установками очистки, промышленной безопасности.
Далее описан стандартный процесс очистки, реализуемый в системах очистки в хлорсодержащих растворителях производства EVT, Германия. Данные установки в полной мере отвечают строжайшим европейским и мировым требованиям экологической и производственной безопасности.
Стандартный процесс очистки с применением хлорсодержащих растворителей предусматривает последовательное выполнение следующих операций в автоматическом режиме: очистка в жидком растворителе под воздействием ультразвука, обезжиривание изделий в паровой фазе, сушка изделий, обязательная вентиляция воздуха рабочей камеры. По окончании цикла очистки, растворитель поступает в дистиллятор, где, нагреваясь до температуры кипения, очищается от загрязнений. Масла и другие загрязнения, температура кипения которых выше температуры кипения растворителя, остаются на дне бака дистиллятора. Для справки: температура кипения перхлорэтилена составляет +121°С, трихлорэтилена +87,2°С.
Все процессы протекают в одной рабочей камере, параметры процессов контролируются системой.
Оператор осуществляет только загрузку и выгрузку очищаемых изделий. Контакт оператора с хлорсодержащими растворителями в процессе очистки исключен. Как уже было сказано, установки очистки производства EVT отвечают самым высоким стандартам безопасности. По окончании цикла очистки автоматически запускается процесс вентиляции воздуха рабочей камеры. Воздух, содержащий пары хлорсодержащих растворителей, циркулирует через специальный регенерируемый угольный фильтр, тем самым проходя очистку (рис. 1).
Рис.1. Принцип действия системы очистки воздуха рабочей камеры
В системе циркуляции установлены датчики, контролирующие удельное объемное содержание паров растворителей в воздухе рабочей камеры. Процесс вентиляции осуществляется до тех пор, пока уровень содержания паров хлорсодержащих растворителей в воздухе рабочей камеры не снизится до заданного, заранее установленного значения. Только после этого существует возможность открыть крышку рабочей камеры и извлечь очищенные изделия. В процессе работы систем очистки крышка рабочей камеры заблокирована во избежание несанкционированного открытия.
Единственные операции, при которых происходит контакт оператора с хлорсодержащими растворителями – заправка системы растворителем, смена растворителя и очистка дистиллятора. Однако, существует возможность минимизировать, а в ряде случаев, – полностью исключить контакт оператора с растворителями на данных операциях.
Так, для заправки установок очистки растворителями, может использоваться специальная система, широко известная в Европе под названием SAFECHEM. Для функционирования данной системы растворитель должен поставляться в специализированной таре (рис. 2).
Рис.2. Внешний вид бочки с растворителем в контейнере с подключенными коммуникациями
Тара представляет собой бочку, помещенную в специальный металлический контейнер, обеспечивающий ее безопасную транспортировку. Бочка с растворителем должна быть оборудована погружным насосом, системой коммуникаций для залива и слива жидкости. При заполнении установки очистки растворителем с применением системы SAFECHEM выполняются следующие действия: оператор подключает к бочке с растворителем внешний мотор и шланги для подачи растворителя, входящие в комплект поставки установки очистки. На пульте управления, закрепленном на корпусе установки отмывки, оператор нажимает кнопку «Заполнение системы» и происходит автоматическое заполнение бака системы очистки растворителем из бочки. Обратный процесс протекает при необходимости слива жидкости. В этом случае воздух, вытесняемый из бочки наполняющим ее растворителем, поступает не в рабочее помещение, а по отдельным подключенным шлангам проходит через угольный фильтр системы очистки, очищаясь от паров растворителя. Схематично процесс работы с растворителями, поставляемыми в системе SAFEСHEM показан на рис. 3.
Рис.3. Процесс работы системы SAFECHEM
Таким образом, использование системы SAFECHEM позволяет избежать контакта оператора с хлорсодержащими растворителями в процессе заправки установки очистки и смены растворителя. На сегодняшний день в России системой SAFECHEM могут оснащаться растворители производства компании DOW. В частности, стабилизированный перхлорэтилен Dowper MC.
Неизбежной сервисной операцией, связанной с функционированием систем очистки в хлорсодержащих растворителях, является очистка бака дистиллятора от загрязнений. Данная операция является регламентной и выполняется оператором вручную при полной остановке установки очистки. Из бака дистиллятора вычищаются загрязнения. Состав загрязнений зависит от типа удаляемых загрязнений, типа дистиллятора. В установках EVT по умолчанию, как и во всех представленных на рынке установках очистки в хлорсодержащих растворителях, реализован принцип атмосферной дистилляции. При атмосферной дистилляции вычищаемый остаток представляет собой смесь загрязнений и растворителя в объемных пропорциях примерно 50:50. Для того, чтобы минимизировать количество растворителя в загрязненном остатке, в оборудовании EVT опционально реализуется принцип вакуумной дистилляции (рис. 4).
Рис.4. Принцип действия системы вакуумной дистилляции
При использовании вакуумной дистилляции объемное содержание хлорсодержащего растворителя в объеме загрязнений составляет около 1%. Другими словами, из бака дистиллятора оператор в процессе очистки извлекает только удаленные с поверхности изделий загрязнения, представляющие собой масла и остатки СОЖ.
Таким образом, современное технологическое оборудование позволяет осуществлять эффективное обезжиривание металлических изделий в хлорсодержащих растворителях (перхлорэтилен, трихлорэтилен), обеспечивая экологически безопасный процесс с минимальным взаимодействием оператора с рабочей средой.
Хлорсодержащие растворители не являются пожароопасными веществами, для работы с ними не требуется наличие специальных средств пожаротушения, пожаробезопасное исполнение оборудования. Кроме того, перхлорэтилен и трихлорэтилен являются одними из самых эффективных растворителей, используемых для обезжиривания поверхностей металлических изделий. Данные особенности хлорсодержащих растворителей обуславливают их широкое применение в промышленности. Автоматизированный процесс очистки с их применением, как говорилось ранее, предусматривает обязательную вентиляцию воздуха рабочей камеры. Система очистки воздуха калибруется производителем на использование определенного типа растворителя и устанавливается предельное значение концентрации растворителя в воздухе, при котором вентиляция прекращается. Требования по чистоте воздуха зависят от требований законодательства и ПДК загрязнений в воздухе рабочих помещений. Так, для перхлорэтилена, российским законодательством установлен уровень ПДК, составляющий 10 мг/м3. Таким образом, вентиляция воздуха рабочей камеры при использовании перхлорэтилена должна осуществляться до достижения максимальной концентрации паров растворителя 10 мг/м3. Данная операция занимает определенное количество времени. Требуемая степень очистки воздуха рабочей камеры непосредственным образом влияет на производительность процесса очистки. Так, в соответствии с Европейскими экологическими нормами, производительность систем очистки в хлорсодержащих растворителях, в зависимости от размеров рабочей камеры установки, составляет 2-4 загрузки/час.
Благодаря высокому значению каури-бутанольного числа, хлорсодержащие растворители являются одними из самых эффективных веществ для обезжиривания поверхностей металлических деталей. Современные технологии автоматизации процессов позволяют сделать процесс работы с ними экологичным и безвредным. Однако, в случае, если требуется более производительный процесс очистки без вентиляции воздуха рабочей камеры, либо использование хлорсодержащих растворителей по каким-либо причинам недопустимо, а очистка в водных растворах не допускается, существует альтернативный вариант обезжиривания поверхностей изделий в жидкостях на основе модифицированных спиртов, который будет рассмотрен в следующей публикации.