Filtry mgły olejowej - dobór do obróbki metali

Filtry mgły olejowej ograniczają stężenie aerozolu powstającego podczas obróbki metali. Ich zadaniem nie jest wyłącznie usunięcie osadu, który już pojawił się na maszynie lub w jej otoczeniu. Skuteczny układ powinien przejąć zanieczyszczone powietrze możliwie blisko procesu, oddzielić ciecz od strumienia i zapewnić jej kontrolowany odpływ.

Dobór zaczyna się od rozpoznania źródła problemu. Innego rozwiązania wymaga pojedyncza obrabiarka, innego otwarty obszar procesu, a jeszcze innego kilka stanowisk pracujących równolegle. Same dane urządzenia nie wystarczą, jeśli nie uwzględniają rzeczywistej drogi, którą aerozol wydostaje się poza strefę obróbki, ani wydajności przepływu wyrażonej w m³/h.

1. Ustal miejsce powstawania mgły. Sprawdź, czy aerozol wydostaje się bezpośrednio z obrabiarki, z otwartego procesu czy z kilku stanowisk jednocześnie.
2. Rozpoznaj rodzaj zanieczyszczenia. Zwróć uwagę na obecność mgły olejowej (emulsja wodno-olejowa, cząstki powyżej 1 µm), dymu olejowego (czysty olej, cząstki poniżej 1 µm), oparów i pyłu. Mieszany strumień wymaga innego podejścia niż jednorodna mgła.
3. Oszacuj wymaganą wydajność w m³/h. Punkt odciągu przy pojedynczej obrabiarce CNC potrzebuje zwykle 500–1500 m³/h; instalacja centralna dla kilku maszyn – od 3000 do kilkunastu tysięcy m³/h.
4. Oceń wychwyt przy maszynie. Najważniejsze jest to, czy zanieczyszczenie zostaje przejęte blisko źródła, zanim rozprzestrzeni się po stanowisku.
5. Uwzględnij odpływ oddzielonej cieczy. Zatrzymany olej lub chłodziwo powinny trafiać do kontrolowanego miejsca, a nie ponownie obciążać wkładów i przewodów.
6. Zdecyduj o recyrkulacji lub wyrzucie na zewnątrz. Zawracanie oczyszczonego powietrza wymaga wyższej klasy filtracji końcowej, ale ogranicza straty ciepła.
7. Zaplanuj kontrolę instalacji. Monitoruj przepływ, szczelność połączeń, stan elementów roboczych oraz drożność odpływu.

System oczyszczania powietrza dobiera się wtedy, gdy na urządzeniach lub powierzchniach pojawia się osad albo przy pracy z olejem czy chłodziwem powstaje widoczna lub wyczuwalna mgła. Zanim zdecydujesz o rozwiązaniu, opisz źródło zanieczyszczenia, jego drogę i organizację stanowiska – te informacje pozwalają sensownie określić sposób filtracji.

Filtry mgły olejowej – przeznaczenie, typy i dobór

Kontrola aerozolu przy stanowisku

Filtr przejmuje strumień powietrza zawierający mgłę olejową, chłodziwo lub opary, a następnie oddziela ciekłe składniki od powietrza. Dzięki temu aerozol nie powinien swobodnie rozchodzić się poza obszar pracy obrabiarki ani osiadać na wyposażeniu.

W obróbce metali problemem nie są tylko duże krople widoczne na obudowie. Drobny aerozol o wielkości cząstek od 0,5 do 5 µm może przemieszczać się wraz z ruchem powietrza i stopniowo osiadać na sąsiednich powierzchniach. Często wydostaje się również przy otwieraniu obudowy, załadunku, wymianie części lub innych czynnościach obsługowych.

Mgła olejowa a dym olejowy – dlaczego to nie to samo

W praktyce hali produkcyjnej istotne jest rozróżnienie dwóch typów aerozolu, ponieważ wymagają one różnych rozwiązań filtracyjnych:

• Mgła olejowa powstaje głównie z rozpylania emulsji wodno-olejowych (typowo 90–95% wody, reszta oleju rozpuszczonego lub zemulgowanego) podczas skrawania pod ciśnieniem. Cząstki mają rozmiar powyżej 1 µm i dobrze reagują na separację mechaniczną oraz koalescencyjną.
• Dym olejowy pojawia się przy stosowaniu czystych olejów obróbczych. Cząstki są mniejsze niż 1 µm, często submikronowe. Konwencjonalna koalescencja bywa tu mniej skuteczna – zazwyczaj wymaga uzupełnienia stopniem elektrostatycznym lub filtrem HEPA.

Nowoczesne centra CNC z intensywnym chłodzeniem generują zarówno mgłę, jak i frakcję submikronową, dlatego wymagają układów wielostopniowych.

Ochrona urządzeń i porządku na hali

Osad olejowy może pojawiać się na elementach wyposażenia, produktach i podzespołach elektronicznych. W przypadku wrażliwych elementów może prowadzić do awarii oraz spadku wydajności. Czystsze powierzchnie ułatwiają też zauważenie świeżych wycieków, zabrudzeń i zmian wymagających reakcji.

Filtracja nie zastępuje kontroli technicznej ani właściwej organizacji pracy. Ogranicza jednak ilość zanieczyszczenia pozostającego w bezpośrednim otoczeniu maszyny i zmniejsza kontakt operatorów z aerozolem.

Filtracja a zwykła wentylacja

Wentylacja rozcieńcza zanieczyszczenia w większej objętości powietrza. Filtracja ma inne zadanie: przechwytuje aerozol i oddziela jego składniki od prowadzonego strumienia. Oba rozwiązania mogą się uzupełniać, ale nie należy traktować ich jako zamienników.

O skuteczności decyduje przede wszystkim droga powietrza. Jeżeli aerozol ma łatwiejszą drogę do otoczenia niż do punktu odciągu, sam filtr nie rozwiąże problemu. Dotyczy to również obrabiarek pracujących w zamkniętych obudowach, ponieważ przy obsłudze maszyny warunki przepływu mogą się zmieniać.

Rodzaje filtrów mgły olejowej

Sposób separacji aerozolu zależy od zastosowanej technologii filtracji. W instalacjach do wychwytywania mgły olejowej stosuje się kilka podstawowych grup rozwiązań:

• Filtry mechaniczne koalescencyjne i włókniste – aerozol przepływa przez wkłady wykonane z włókien szklanych, polimerowych lub tekstylnych, na których drobne krople oleju lub chłodziwa łączą się (koalescencja) i spływają grawitacyjnie do zbiornika odpływowego. Skuteczność sięga zwykle 95–99% dla cząstek powyżej 1 µm, a maleje wraz ze spadkiem ich wielkości.
• Separatory bezwładnościowe i odśrodkowe (w tym separatory lamelarne i cyklonowe) – zanieczyszczone powietrze zmienia gwałtownie kierunek albo jest wprawiane w ruch wirowy. Siła bezwładności i odśrodkowa odrzucają krople cieczy na ścianki obudowy lub na lamele, skąd odpływają do zbiornika. Rozwiązanie sprawdza się jako stopień wstępny oraz przy dużych strumieniach powietrza i intensywnej mgle.
• Filtry elektrostatyczne – cząstki aerozolu są jonizowane przez pole elektryczne i wychwytywane na naładowanych przeciwnie płytach kolektora. Skuteczne również wobec cząstek submikronowych, które filtry mechaniczne mogą przepuszczać. Wymagają regularnego mycia płyt kolektora.
• Filtry HEPA (klasy H13–H14 wg PN-EN 1822) – stopień doczyszczający o skuteczności 99,95–99,995% dla cząstek 0,3 µm. Stosowane jako ostatni stopień, gdy powietrze ma być zawracane na halę lub wymagana jest wysoka jakość powietrza za instalacją. Bez wcześniejszej separacji cieczy szybko się nasycają i tracą przepuszczalność, dlatego zawsze pracują w układzie wielostopniowym.

W praktyce najczęściej stosuje się układy wielostopniowe: separacja bezwładnościowa jako wstęp, koalescencja jako stopień właściwy, a elektrostatyka lub HEPA jako doczyszczanie. Dobór technologii zależy od rodzaju medium (emulsja czy czysty olej), charakterystyki aerozolu, dalszego przeznaczenia powietrza oraz wymaganej klasy filtracji.

Wydajność (m³/h) i wpływ liczby obrabiarek

Wymaganą wydajność instalacji określa się na podstawie strumienia powietrza potrzebnego do skutecznego wychwytu przy każdym stanowisku i dopuszczalnej krotności wymiany powietrza w pomieszczeniu. Orientacyjnie:

• pojedyncza obrabiarka CNC z zamkniętą obudową – najczęściej 500–1500 m³/h na maszynę,
• duże centrum obróbcze z intensywnym chłodzeniem – 1500–3000 m³/h,
• instalacja centralna dla grupy 5–10 obrabiarek – od 3000 do 15 000 m³/h, w zależności od stopnia równoczesności pracy stanowisk.

Przy większej liczbie maszyn opłaca się zwykle rozważyć system centralny z jednym filtrem końcowym i indywidualnymi punktami odciągu. Rozwiązanie indywidualne (filtry montowane przy każdej obrabiarce) ułatwia dopasowanie do konkretnego stanowiska, ale wymaga większej liczby jednostek serwisowanych osobno. Wybory te wpływają na całkowitą wydajność instalacji, przekroje przewodów i moc wentylatora.

Recyrkulacja czy wyrzut powietrza na zewnątrz

Zawracanie oczyszczonego powietrza na halę ogranicza straty ciepła zimą i zużycie energii na ogrzewanie powietrza uzupełniającego. Warunkiem jest wystarczająca jakość powietrza za filtracją – recyrkulacja wymaga zwykle końcowego stopnia HEPA (H13 lub H14) albo wysokosprawnej elektrostatyki, tak aby zanieczyszczenie zawracane do pomieszczenia nie prowadziło do przekroczenia dopuszczalnych stężeń. Ogólne przepisy BHP dopuszczają recyrkulację powietrza pod warunkiem, że zanieczyszczenie w powietrzu wprowadzanym do pomieszczenia nie przekracza określonego poziomu odniesionego do wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń.

Alternatywą jest wyrzut oczyszczonego powietrza na zewnątrz. Rozwiązanie jest prostsze pod względem klasy filtracji końcowej, ale kosztowniejsze eksploatacyjnie w sezonie grzewczym. Wybór zależy od jakości używanego medium (czysty olej czy emulsja), obecności dodatków w chłodziwie, warunków klimatycznych i bilansu energetycznego zakładu.

Czynniki decydujące o doborze instalacji

Przed wyborem urządzenia należy odpowiedzieć na kilka pytań: gdzie powstaje aerozol, jakie medium jest używane, czy w strumieniu występują także opary lub pył, czy instalacja ma obsługiwać jedno stanowisko czy kilka maszyn oraz czy powietrze ma być zawracane na halę. Ważne są również miejsce montażu, przebieg przewodów, dostęp serwisowy i sposób odprowadzania cieczy.

Dobór powinien obejmować cały układ, a nie tylko samo urządzenie filtracyjne. Nawet właściwie dobrany filtr nie będzie pracował prawidłowo przy nieszczelnych przewodach, źle zlokalizowanym punkcie odciągu albo niedrożnym odpływie.

Filtry mgły olejowej a rodzaj obrabiarki

Charakter i intensywność powstawania mgły olejowej są ściśle związane z rodzajem obrabiarki i wykonywanym procesem. Tokarki generują aerozol głównie w strefie skrawania, gdzie ciecz chłodząco-smarująca trafia na obracający się przedmiot – zagrożenie wzrasta wraz z prędkością obrotową wrzeciona i intensywnością chłodzenia. W frezarkach ryzyko rozproszenia mgły jest szczególnie wysokie przy dużych prędkościach skrawania i użyciu obfitego chłodzenia – aerozol może opuszczać strefę obróbki przez otwory wrzeciennika lub szczeliny obudowy. Maszyny CNC z zamkniętymi obudowami mogą ograniczać rozchodzenie się mgły podczas cyklu obróbczego, jednak każde otwarcie drzwiczek w trakcie obsługi, wymiany detalu lub narzędzia prowadzi do chwilowego uwolnienia aerozolu nagromadzonego wewnątrz.

Przy doborze instalacji należy uwzględnić specyfikę konkretnej maszyny: czy pracuje ona w cyklu ciągłym czy przerywanym, jak często operatorzy otwierają obudowę, jakie medium jest stosowane i czy aerozol zawiera wyłącznie mgłę olejową, czy też mieszaninę par, pyłu i chłodziwa. Inne wymagania dla wychwytu aerozolu ma tokarka z otwartą strefą obróbki, a inne – centrum obróbcze CNC z automatycznym podajnikiem detali.

Filtracja mgły olejowej w praktyce

Wychwyt w miejscu powstawania aerozolu

Pierwszym etapem jest przejęcie zanieczyszczonego powietrza. Zacznij od ustalenia, którędy mgła opuszcza obszar obróbki: przez otwór roboczy, szczeliny obudowy, strefę załadunku albo podczas obsługi maszyny. Punkt odciągu powinien znajdować się na realnej drodze uchodzenia powietrza.

Nie wystarczy skierować ssania w stronę całej przestrzeni roboczej. Układ powinien prowadzić powietrze od źródła aerozolu do miejsca wychwytu, bez przeciągania zanieczyszczeń przez obszar pracy operatora. Osłony mogą wspierać ten proces, ale ich nieszczelność lub częste otwieranie zmieniają warunki pracy instalacji.

Separacja ciekłych składników

Po przejęciu aerozolu strumień trafia do części odpowiedzialnej za oddzielenie kropli oleju i chłodziwa od powietrza. Ciecz pozostaje w urządzeniu, natomiast powietrze kierowane jest dalej z mniejszą zawartością aerozolu.

Na tym etapie istotna jest stabilność przepływu. Nieszczelności, gwałtowne zmiany kierunku powietrza oraz niekontrolowane dopływy mogą zaburzyć pracę układu. Dlatego podczas oględzin należy sprawdzać nie tylko wkłady, lecz także przewody, połączenia i obudowę.

Odpływ oddzielonego oleju lub chłodziwa

Oddzielona ciecz nie powinna zalegać w przewodach ani na powierzchniach, z których może zostać ponownie porwana przez strumień powietrza. Odpływ trzeba poprowadzić do wyznaczonego miejsca w sposób, który nie utrudnia pracy elementów filtracyjnych.

Zalegający olej lub chłodziwo mogą zwiększać obciążenie instalacji, zmieniać warunki przepływu i powodować powrót części zanieczyszczeń do obiegu. Ślady cieczy przy urządzeniu lub połączeniach mogą wskazywać na problem z odpływem, nieszczelność albo niewłaściwe prowadzenie przewodu.

Szczelność, przepływ i stan elementów roboczych

Powietrze powinno przechodzić przez cały układ, bez omijania części odpowiedzialnych za oczyszczanie. Z tego powodu trzeba kontrolować stan obudowy, przewodów, połączeń i wkładów. Uszkodzenie jednego z tych elementów może zmienić drogę przepływu zanieczyszczonego powietrza.

Wzrost oporu przepływu może oznaczać, że elementy robocze są obciążone cieczą lub osadem. Objawem bywa słabsze przejmowanie aerozolu przy maszynie. Nie należy jednak automatycznie wymieniać pojedynczego wkładu bez sprawdzenia całej instalacji. Podobny efekt może powodować niedrożny przewód, źle zamknięta obudowa lub utrudniony odpływ cieczy.

Ocena i kontrola podczas pracy instalacji

Układ należy oceniać podczas normalnej pracy obrabiarki, a nie wyłącznie wtedy, gdy maszyna jest wyłączona. Aerozol może pojawiać się tylko w określonych momentach procesu – przy użyciu oleju lub chłodziwa, otwieraniu obudowy albo czynnościach obsługowych.

Jeżeli wokół stanowiska nadal pojawia się osad, należy prześledzić drogę zanieczyszczenia od źródła do urządzenia. Sprawdź kolejno: miejsce wychwytu, prowadzenie powietrza, stan elementów separacyjnych oraz odpływ oddzielonej cieczy. Taka kolejność ułatwia wskazanie etapu wymagającego korekty. Kontrola jest szczególnie potrzebna po zmianie sposobu pracy maszyny, po serwisie przewodów lub obudowy oraz gdy odciąg wyraźnie słabnie.

Normy BHP: NDS, obowiązki pracodawcy i mgła olejowa

Mgła olejowa i dym olejowy są kwalifikowane jako szkodliwy czynnik chemiczny w środowisku pracy. Obowiązki pracodawcy w zakresie ograniczenia narażenia pracowników wynikają z rozporządzenia Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz.U. 2018 poz. 1286 z późn. zm.). Na jego podstawie pracodawca zobowiązany jest do oceny ryzyka zawodowego i ograniczenia stężeń szkodliwych czynników chemicznych w powietrzu na stanowiskach pracy.

W załączniku nr 1 do rozporządzenia znajduje się pozycja: „Oleje mineralne wysokorafinowane – z wyłączeniem cieczy obróbkowych – frakcja wdychalna", dla której NDS wynosi 5 mg/m³. Warto zwrócić uwagę na kluczowe zastrzeżenie: wartość ta nie odnosi się bezpośrednio do cieczy obróbkowych (chłodziw stosowanych w skrawaniu). Dla mgły powstającej z cieczy obróbkowych polskie przepisy nie ustalają odrębnej wartości NDS, dlatego pracodawca musi ocenić ryzyko na podstawie ogólnych obowiązków wynikających z Kodeksu pracy i przepisów o czynnikach chemicznych.

W dokumentacji CIOP-PIB uzasadniającej wartość NDS (A. Starek, 2013) zwraca się uwagę, że długotrwałe narażenie na mgłę olejową powoduje zmiany w układzie oddechowym – od ognisk zapalnych po lipidowe zapalenie płuc. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) klasyfikuje oleje mineralne nierafinowane i średniorafinowane w grupie 1 (o udowodnionym działaniu rakotwórczym), natomiast wysokorafinowane w grupie 3. Dlatego specjaliści medycyny pracy rekomendują utrzymywanie stężeń znacznie poniżej wartości NDS.

Obowiązek wykonywania pomiarów stężenia mgły olejowej na stanowiskach pracy wynika z rozporządzenia Ministra Zdrowia z dnia 2 lutego 2011 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz.U. 2011 nr 33 poz. 166 z późn. zm.). Pomiary są konieczne wszędzie tam, gdzie aerozol olejowy powstaje w procesach technologicznych i nie można wykluczyć przekroczenia NDS lub innej wartości granicznej ustalonej w ocenie ryzyka.

Filtr mgły olejowej spełnia swoją rolę tylko wtedy, gdy cały układ – od punktu odciągu, przez separację cieczy, aż po jej odpływ – jest dopasowany do konkretnej maszyny i procesu. Wybór technologii (koalescencja, separacja bezwładnościowa, elektrostatyka, HEPA) to jeden z elementów; równie istotne jest właściwe zlokalizowanie wychwytu, dobór wydajności w m³/h oraz decyzja o recyrkulacji lub wyrzucie powietrza na zewnątrz. Skuteczna filtracja realizuje jednocześnie wymogi BHP, porządek na hali i ochronę sprzętu – to nie osobne cele, lecz wyniki jednej dobrze zaprojektowanej instalacji.

Źródła

• Rozporządzenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz.U. 2018 poz. 1286)
• Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 lutego 2011 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz.U. 2011 nr 33 poz. 166)
• A. Starek, „Oleje mineralne wysokorafinowane z wyłączeniem cieczy obróbkowych – frakcja wdychalna. Dokumentacja dopuszczalnych wielkości narażenia zawodowego", Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy 2013, nr 2(76), s. 95–120 (CIOP-PIB)
• Dyrektywa Komisji (UE) 2017/164 z dnia 31 stycznia 2017 r. ustanawiająca czwarty wykaz wskaźnikowych dopuszczalnych wartości narażenia zawodowego