Текст книги "Бластинг. Гид по высокоэффективной абразивоструйной очистке"

Риски, связанные с абразивными материалами

Пыль всегда опасна для дыхания, даже когда струйный материал не является токсичным!

Пыль всегда опасна для дыхания. Даже когда струйный материал не является токсичным, пыль от удаляемых покрытий может быть токсичной. В зоне проведения работ невидимые частицы пыли присутствуют в воздухе и взлетают при порыве ветра и движении. Поэтому весь персонал в зоне проведения работ должен всегда носить одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха, несмотря на то, ведутся ли работы по струйной очистке, или нет.

Никогда не проводите струйную обработку материалом, который содержит более 1 % кварца в свободном виде!

Самым опасным из известных респираторных заболеваний, связанных с абразивоструйной очисткой, является силикоз. Болезнь развивается вследствие хронического вдыхания мелких кварцевых частиц, которые остаются в лёгких. Эти частицы нельзя убрать с помощью откашливания. Они накапливаются, и образуются шрамы, которые препятствуют получению лёгкими достаточного количества кислорода. Поражённому болезнью человеку становится трудно дышать, и он легко поддаётся инфекции или туберкулёзу. В тяжёлых случаях заболевание приводит к смерти.

При струйной обработке самым распространённым источником кварца в свободном виде является кристаллический кварцевый песок. Другие минералы и некоторые абразивы из побочных продуктов содержат кварц в свободном виде. Некоторые абразивы содержат такие токсичные материалы, как мышьяк, цианид и тяжёлые металлы. Вдыхание этих токсинов приведёт к смертельному заболеванию.

Для определения угрозы здоровью необходимо обратиться к подготавливаемой производителем «Спецификации по безопасности материалов». Категорически не рекомендуется использование любого абразива, содержащего кварц или другой токсичный материал.

3. Основные элементы абразивоструйной системы

Введение

Каждый элемент абразивоструйной системы играет важную роль в достижении успеха производственного процесса. Успех определяется максимальной продуктивностью при наивысшей степени безопасности.

Все элементы абразивоструйной системы представлены в Приложении 1: «Составляющие рабочего места абразивоструйщика».

Основные элементы:

– воздушный компрессор соответствующей мощности, который применяется для обеспечения достаточного объёма сжатого воздуха;

– влагоотделитель и осушитель воздуха, который используются для предотвращения простоев из-за негативного воздействия воды;

– воздухопровод большого диаметра, с фитингами, не препятствующими потоку воздуха;

– абразивоструйный аппарат, устройство, ёмкость, клапаны и трубки которого обеспечивают высокую производительность;

– дозирующий клапан, спроектированный для создания стабильного однородного потока абразива;

– устройства дистанционного управления, которые используются для обеспечения безопасного и эффективного процесса;

– абразивоструйный рукав и муфты – устройства большого диаметра, применяемые для уменьшения потерь на трение;

– сопло, размер которого зависит от мощности компрессора с учётом резерва на износ сопла;

– средства индивидуальной защиты;

– регулятор давления и манометр, применяемый для настройки и контроля;

– сито и кожух, необходимые для защиты оборудования от мусора;

– оператор – опытный, знающий, обученный человек.

Абразивоструйный процесс – это прямой результат успешного взаимодействия всех этих элементов. Сбой в работе одного из элементов ухудшает производительность целой системы.

Дополнительные элементы:

Это элементы, добавляющие функциональность для различных случаев эксплуатации. Дополнительные элементы включают:

– технологическую подготовку производства, для поддержки и перемещения операторов на возвышенности;

– ограждение: для ограничения распространения пыли и абразива;

– оборудование для влажной абразивоструйной очистки, для снижения уровня пыли на очищаемой поверхности;

– оборудование с замкнутой системой, позволяющее сохранять весь абразив в рамках системы;

– контрольно-измерительное оборудование, необходимое для определения степени очистки и профиля поверхности;

– учебный материал, для приобретения эксплуатационных навыков;

– обучение нормам, для внедрения правил техники безопасности;

– поддержка ассоциации, для получения информации о технологических достижениях.

Сжатый воздух: источник энергии

В стандартной системе абразивоструйной очистки сжатый воздух используется для того, чтобы создать давление в абразивоструйном аппарате, подать абразив в сопло, обеспечить кругооборот воздуха для дыхания и привести в действие клапаны и вспомогательные устройства.

Объём выполненных работ прямо пропорционален объему и давлению воздуха в сопле.

Мощность компрессора определяется давлением и объемом. Давление выражается в фунтах/дюйм². Объем воздуха выражается в кубических футах в минуту. В метрической системе объём выражается в м³/ч или м³ /мин, а давление – в атмосферах (смотрите «Таблицу по минимальному потреблению воздуха» в Приложении 5).

В большинстве пневматических инструментов используются пневматические клапаны и диафрагмы, периодически потребляющие сжатый воздух. Требования к компрессору при работе с абразивоструйным оборудованием намного серьёзнее, чем при использовании любых других пневматических инструментов. Только высокого давления воздуха недостаточно, так как абразивоструйная очистка требует постоянной подачи большого объема воздуха под высоким давлением.

Высокое давление – важный фактор, но это лишь половина уравнения энергии. Наряду с давлением должен быть и достаточный объем воздуха.

Компрессоры на 0,75 кВт, равно как и на 75 кВт, могут создать давление 7 бар, но только лишь производительный, мощный компрессор мощностью 75 кВт сможет произвести большой объем воздуха, необходимый для абразивоструйной очистки.

При давлении 7 бар компрессор на 0,75 кВт генерирует объём воздуха 0,11—0,12 м³/мин, а типичный компрессор мощностью в 75 кВт производит от 11,3 до 12,7 м³/мин при том же давлении. Такой большой объем воздуха позволит обеспечить необходимое для абразивоструйной очистки давление 7 бар.

При усилении давления увеличивается объем воздуха, выходящего из сопла. Если компрессор не вырабатывает необходимый для сопла объем воздуха, он никогда не достигнет необходимого давления.

Например, при давлении 7 бар через отверстие сопла диаметром 9,5 мм проходит 5,6 м³/мин воздуха. Для того чтобы сохранить давление 7 бар, компрессор должен производить как минимум 5,6 м³/мин воздуха. Компрессор, производящий 4,2 м³/мин воздуха, никогда не достигнет давления 7 бар, поскольку воздух из сопла будет выходить быстрее, чем производиться в компрессоре.

Незначительное понижение давления резко уменьшает производительность. В рассмотренном выше примере видно, что перегруженный компрессор может обеспечить давление только 4,9 бар, что снизит производительность работ на 45 %.

Большинство подрядчиков производят абразивоструйную очистку металлоконструкций при давлении 7 бар. Стандартные абразивоструйные аппараты и их компоненты разработаны для эксплуатации при давлении до 8,8 бар. Хотя абразивоструйные рукава и другие компоненты могут быть рассчитаны на более высокое давление, давление в системе не должно превышать предела давления абразивоструйного аппарата.

Многие подрядчики перешли на стальную крошку и другие многоразовые абразивы. Производители аппаратов отреагировали на это внедрением новых стандартных абразивоструйных аппаратов давлением 10,5 бар. Повышенное давление позволяет системе сохранять достаточное давление в сопле и перемещать плотную стальную крошку через абразивоструйный рукав.

Примечание: некоторые абразивоструйные аппараты созданы для работы при давлении в 12 бар/1200 кПа (175 psi); поэтому воздушные компрессоры и вспомогательное оборудование должны быть подобраны соответственно.

Для большинства применений абразивоструйной очистки давление в 6,3–7 бар (90–100 psi) в сочетании с твердым, острым абразивом стандартной фракции обеспечивает хорошую производительность и высокую степень очистки. При более высоком давлении и использовании прочной стальной крошки производительность (и значение мощности компрессора) становится ещё больше.

Для достижения необходимой степени очистки некоторые минеральные абразивы мелкой фракции требуют давление в 8,4–9,8 бар/840–980 кПа (120–140 psi). Для предельно острых абразивов, как, например, оксид алюминия, требуется давление в 4,9–5,6 бар/490–560 кПа (70–80 psi) в целях уменьшения степени проникновения в поверхность острых частиц абразива.

Потребность в давлении зависит от состояния поверхности, используемого абразива и необходимой степени обработки поверхности.

Обычно для обеспечения высокого давления и большого объема воздуха требуется использование ротационного пластинчатого или ротационного винтового компрессора.

Внутри завода будет дешевле использовать и проводить техническое обслуживание электрических компрессоров. В полевых условиях, как правило, используются передвижные бензиновые и дизельные компрессоры.

Для абразивоструйной очистки не следует использовать устаревшие поршневые компрессоры. Поршневой компрессор включается только тогда, когда давление падает на 10–15 psi, а затем выключается, когда давление приходит в норму. Данные колебания давления влияют на скорость частиц и конечный результат. Кроме того, для поршневых компрессоров требуется большое количество масляной смазки, которая, попадая в воздуховод, загрязняет абразив и обрабатываемую поверхность.

В некоторых ротационных винтовых компрессорах для охлаждения винта впрыскивается масло. Если работа компрессора нарушена, некоторое количество масла попадает в воздуховод.

Компрессоры с масляной смазкой, подающие воздух в респираторы (шлемы с подачей воздуха, маски), должны быть оснащены затвором на случай высокой температуры, датчиком угарного газа, либо и тем, и другим. Смотрите раздел «Средства защиты оператора».

Безмасляные компрессоры имеют герметичные смазанные подшипники. Винты не охлаждаются маслом, поэтому они генерируют более горячий воздух.

Следует выбирать такой воздушный компрессор, который обеспечит высокое постоянное давление, подачу большого объема воздуха и будет устойчив к условиям проведения работ по очистке. Для абразивоструйной очистки лучшим вариантом являются безмасляные ротационные пластинчатые и винтовые компрессоры.

Следует выбирать компрессор, который сможет удовлетворить ваши текущие и прогнозируемые потребности для компенсации износа сопла. Компрессор – это основополагающий компонент системы абразивоструйной обработки. Не следует его эксплуатировать при максимальной нагрузке в течение долгого периода времени, поскольку это приводит к быстрому износу.

Для того чтобы определить необходимую мощность компрессора, нужно сложить потребность в воздухе для всего оборудования и прибавить 50 % для резерва. Если есть вероятность использования сопла большего диаметра или пневматических инструментов, выбирайте такой компрессор, который сможет удовлетворить и эти потребности. Производитель компрессоров может порекомендовать вам оборудование с наиболее подходящими параметрами эксплуатации.

Компрессоры должны быть оснащены эффективными воздухозаборными фильтрами для удаления пыли, которая является причиной сильного износа механизмов.

Кроме того, компрессоры должны иметь отключающие устройства для избежания перегрева. Перегрев может повредить детали механизма, но, что более важно, он может стать причиной образования бесцветного смертельно опасного вещества без запаха – угарного газа (СО). Там, где компрессоры подают чистый воздух (для дыхания) в шлемы, угарный газ может стать причиной смерти оператора.

Очень важным для подачи воздуха в систему абразивоструйной обработки является размер и тип воздуховыпускного отверстия в компрессоре.

Для регулирования воздушного потока многие выпускные клапаны компрессоров имеют внутренние щелевые пробки, равные по размеру примерно половине отверстия клапана. Клапан размером в 1 дюйм (25 мм) обычно имеет воздушный проход размером в ¹/₂ дюйма (12,5 мм) – очень маленький для подачи воздуха в абразивоструйный аппарат.

Быстросъёмные муфты на шланге подачи воздуха также препятствуют потоку. Размер муфты относится к трубной резьбе, а не к внутреннему диаметру. Большинство муфт размером ³/₄ дюйма (19 мм) имеют внутренний диаметр размером ¹/₂ дюйма (12,5 мм); а муфты размером в 1 дюйм (25 мм) обладают внутренним диаметром в ³/₄ дюйма (19 мм).

Не следует применять ограничительные воздушные клапаны или быстросъёмные муфты, за исключением случаев работы с малыми струйными аппаратами с низкой производительностью.

Наименьший внутренний диаметр воздуховыпускного отверстия компрессора должен в четыре и более раз превышать размер отверстия сопла. Для сопла размером в 3/8 дюйма (9,5 мм) должны использоваться фитинги ресивера компрессора, воздушные клапаны и воздушные муфты с внутренним диаметром, как минимум, в 1,5 дюйма (38 мм). Таблица, показанная выше, иллюстрирует минимальные внутренние диаметры соединительных устройств подачи воздуха, используемых со стандартными соплами.

Помните, что наименьшее отверстие в системе подачи воздуха регулирует количество воздуха, подаваемого в абразивоструйный аппарат.

Вода и масло – злостные враги абразивоструйного оборудования. Они являются причиной того, что в абразиве образуются комки, которые засоряют дозирующий клапан, рукава и сопла. Если влага попадет на обрабатываемую поверхность, она может вызвать ржавление металла. Если же масло попадет на поверхность, оно может быть причиной вспучивания покрытия и, в конце концов, его разрушения.

Воздух вокруг нас содержит влагу. Когда окружающий воздух нагревается при сжатии, а затем охлаждается при расширении в ресивере, появляется влага. Теплый воздух содержит больше влаги, чем холодный, и высвобождается от нее, когда воздух сжат и охлажден. Влага появляется даже при сжатии холодного сухого воздуха.

Очевидно, что вся влага, образующаяся в ресивере и воздушном шланге, попадает напрямую в абразивоструйный аппарат, где её впитывает абразив.

Вторая охлаждающая стадия протекает в воздушном шланге, соединяющем ресивер и абразивоструйный аппарат. Данное охлаждение вызывает конденсацию.

Все компрессоры образуют влагу, как побочный продукт сжатого воздуха. Некоторые компрессоры выделяют влагу и масло. В зависимости от относительной влажности воздуха окружающей среды существуют различные устройства для удаления масла и влаги. Поставщик вашего компрессора может помочь вам выбрать необходимое оборудование для сушки воздуха в зависимости от специфики применения и влажности воздуха в вашем регионе.

Влагоотделитель/фильтр, установленный в воздухоприёмнике абразивоструйного аппарата, удаляет воду и масло, которые конденсируются в воздухопроводе.

Коалесцирующие фильтры часто устанавливают в выходном отверстии компрессора, но также они могут находиться и во впускном отверстии абразивоструйного аппарата. Они улавливают некоторое количество водяных паров, образующих маленькие капельки.

Доохладители – это радиаторы, которые охлаждают воздух для конденсации влаги, затем поглощают её, пока она не попадёт в абразивоструйный аппарат. Их обычно устанавливают в выходное отверстие компрессора.

Осушители воздуха (как химические, так и охлаждающие) являются наиболее эффективным методом удаления влаги и масла. Они могут быть установлены где угодно между выходным отверстием компрессора и входным отверстием абразивоструйного аппарата. Идеальная схема включает в себя доохладитель в выходном отверстии компрессора и осушитель воздуха в линии, ведущей к абразивоструйному аппарату.

Сухой атмосферный воздух

Если окружающий воздух сухой и компрессор работает эффективно, влагоотделитель, установленный во входном отверстии абразивоструйного аппарата, сможет удалить всё, даже незначительное количество масла и воды из сжатого воздуха. Выбирайте влагоотделители, которые позволят создавать более чем достаточный поток воздуха. Маленькие аппараты могут ограничивать поток воздуха к абразивоструйному оборудованию.

Незначительная влажность

Если окружающий воздух незначительно влажен, установите коалесцирующие фильтры в воздухопроводе сразу же после влагоотделителя.

Умеренная влажность

Установите доохладитель рядом с выходным отверстием компрессора и влагоотделитель рядом с абразивоструйным аппаратом.

Высокая влажность

Установите охлаждающие или химические осушители воздуха. Охлаждающий осушитель охладит сжатый воздух, затем направит его через коалесцирующие, адсорбирующие и высушивающие фильтры, которые улавливают влагу, масло, пыль и другие загрязняющие вещества. Влагоотделитель, установленный во входном отверстии абразивоструйного аппарата, удаляет всю оставшуюся воду и масло.

Для применений, где контроль уровня влажности очень важен, необходимо устанавливать охлаждающие или химические осушители воздуха вне зависимости от уровня влажности окружающего воздуха. Сюда относится использование пластикового абразивного материала или натурального абразива, а также очистка поверхностей, где запрещаются любого рода загрязнения.

Выбор необходимой системы фильтрации зависит от климатических условий территории, где производится очистка. Даже в пустыне присутствуют влага, масло и другие загрязняющие вещества. Следует установить эффективные средства фильтрации сжатого воздуха для гарантии подачи в абразивный аппарат только чистого, сухого воздуха.

Компрессоры имеют воздухоприемные ресиверы, соответствующие производительности компрессора и применяемые для аккумуляции и охлаждения сжатого воздуха. Большинство ресиверов имеют промышленные фитинги и воздушные клапаны. Проверьте внутренний диаметр всех фитингов, воздушных клапанов и муфт для того, чтобы убедиться, что все они соответствуют объему воздуха, необходимого для подачи в сопло.

Вместимость стандартного ресивера считается удовлетворительной при расстояния между компрессором и абразивоструйным аппаратом не больше 30 метров. Если расстояние превышает 30 метров, особенно с соплами большого диаметра, используйте дополнительный ресивер.

В начале работы первый выброс воздуха создает давление в абразивоструйном аппарате и начинает движение потока воздуха к соплу. Маленький ресивер компрессора может быть недостаточен, чтобы быстро герметизировать аппарат и длинный воздухопровод. Установите дополнительный ресивер, соответствующий по размерам и оснащенный фитингами и клапанами большого диаметра, ближе к абразивоструйному аппарату для немедленной подачи сжатого воздуха.

Все ресиверы должны иметь дренажные клапаны, для того чтобы удалять накопившуюся воду, а также манометры и клапаны сброса давления, соответствующие правилам.

Коллекторы позволяют подключать несколько воздушных шлангов. Многие коллекторы компрессоров оснащены маленькими фитингами. Через эти фитинги воздух подаётся к шлемам и фильтрам (если подаваемый воздух относится к классу Д, воздух для дыхания) или к другому пневматическому оборудованию. При этом фитинги для соединений абразивоструйного аппарата должны быть подобраны так, чтобы обеспечить подачу необходимого объема воздуха. Проверьте, соответствуют ли размеры соединений ресивера и коллектора.

Всегда старайтесь, чтобы рукава, муфты и клапаны для прохождения воздуха были большого размера.

Коллекторы могут служить также своеобразным «воздушным банком», где два или более компрессоров подают воздух в центральную точку для его распределения на нескольких абразивоструйных аппаратах и к другим пневматическим устройствам. Данные коллекторы иногда называют «ресиверами». Внутренние диаметры входных и выходных отверстий коллектора должны быть такого размера, чтобы не ограничивать поток воздуха.

Примечание: На воздушном коллекторе с многочисленными входными и выходными отверстиями установите обратные клапаны на каждое выходное отверстие, для избежания утечки воздуха из абразивоструйного аппарата. Данная утечка может случиться тогда, когда внезапно возникающая сильная потребность воздуха в некоторых выходных отверстиях коллектора приводит к спаду давления в нем. Обратный поток может втянуть абразив из абразивоструйного аппарата в коллектор и компрессор, что вызовет серьезные повреждения. Обратные клапаны должны быть установлены на всех выходных отверстиях компрессора для избежания обратного потока воздуха, когда один компрессор создает меньшее давление, чем другие.