圧縮空気からコンタミネーションを除去する包括ガイド：規制、汚染物質、ろ過・アフタークーリング対策

今日、実質的にすべての産業化学プロセスが圧縮空気システムを使用または相互作用しています。圧縮空気は、製品にテクスチャを加える、滅菌済み機器を乾燥させる、組立ラインでアイテムと原料を振り分ける、その他幅広いタスクを実行するなど、ほとんどのプロセスで必要とされます。

圧縮空気システムを使用するこれらすべてのプロセスで、汚染は起こり得ます。これが発生すると、製品の品質が損なわれます。最悪の場合、特に食品製造では健康被害につながる可能性があります。本記事では、産業現場での一般的な汚染とその対処法について説明します。

圧縮空気汚染に関する規制

産業プロセスが圧縮空気システムに大きく依存しているため、国際標準化機構（ISO）は清浄で乾燥した空気の基準を確立しました。これらの基準はISO 8573-1で詳細に規定されています。

純度基準は、サンプルがシステムのどこで採取されたかに関わらず、粒子、水、オイル、さらには微生物の汚染をカバーしています。

医療用圧縮空気要件

医療分野では、さらに多くの規制を考慮する必要があります。圧縮空気は、米国防火協会健康コード99（NFPA 99）に準拠している必要があります。

コードによると、臭気、水、一酸化炭素、二酸化炭素、ガス状炭化水素、ハロゲン化炭化水素、オイル、粒子状物質が潜在的汚染物質です。

メディケア・メディケイドサービスセンター、ジョイントコミッション、管轄地域の当局など、複数の機関が施設にヘルスコード準拠の圧縮空気システム使用を要求しています。

食品製造用圧縮空気要件

食品製造業界にも同様の追加要件があります。安全品質食品機構（SQFI）は最近、食品加工業者の年次検査を導入し、粒子状物質、水、オイル、微生物、関連ガスの汚染レベルを追跡しています。

Food Engineeringによると、食品製造における圧縮空気には以下の汚染物質が含まれる可能性があります：

• 炭化水素
• ウイルス
• バクテリア
• 水分
• オイル
• 固形粒子

圧縮空気は以下のプロセスで食品や原料と直接接触します：

• 袋詰め
• スパージング/混合
• 乾燥
• エアナイフ
• 空気圧排気

これらすべての相互作用があるため、圧縮空気の純度を確保することが重要です。他の産業分野のプロセスでも、程度の差はあれ同じことが言えます。

圧縮空気に存在する汚染物質とは？

用途、環境、使用機器、材料、その他いくつかの要因によって、圧縮空気にはさまざまな汚染物質が存在し得ます。ただし、これらの汚染物質は一般的に以下の4つの主要カテゴリに分類されます：

• 粒子： 錆、削り屑、摩耗粒子、大気中の汚れなどが含まれます。これらの汚染物質は固形または乾燥粒子・汚染物質と呼ばれることもあります。
• 水： 水蒸気、液体、エアロゾルなど、水のさまざまな形態が含まれます。潜在的な健康問題を引き起こすだけでなく、圧縮空気システムの水分は機器の寿命にも影響します。
• オイル： 機器や材料由来で、圧縮空気システムは常にオイルにさらされ、それを運ぶ可能性があります。システム内のオイル量は、使用ツールと材料、システムの経年劣化と効率などの要因に依存します。
• 微生物： 圧縮空気システム内の水分とオイルの混合は、バクテリアやバクテリオファージなどの微生物の温床になり得ます。理想的な条件下では、これらの生物は自由に増殖し、将来的に幅広い危険を引き起こす可能性があります。

国際規格ISO 8573-1には、各カテゴリとそれらに属する汚染物質についての詳細が含まれています。

圧縮空気システムにおける汚染物質除去方法

圧縮空気システムでの汚染を最小限に抑えるための2つの主要な方法は以下の通りです：

ろ過

繊維フィルターを使用して汚染物質を空気から分離します。フィルター媒質の透過性、プロセス中の温度、オイル濃度など、いくつかの要因がろ過プロセスの成功率に影響します。特に微小な汚染物質に関しては影響が大きいです。

アフタークーリング

空気の圧縮プロセスは一般的に温度を上昇させます。これはコンプレッサーから直接出る空気の温度が70〜200°Cの間である可能性が高いことを意味します。このため、水、オイル、その他同様の汚染物質を分離するのがより困難になります。

アフタークーラーを使用すると、凝縮による液体を容器に導くのが容易になり、システム内を循環するのを防止できます。

汚染物質除去の一般的な指針

フィルターとアフタークーラーがシステムにあっても、適切に使用されていない場合は汚染が問題であり続ける可能性があります。フィルターとアフタークーラーを最大限に活用し、圧縮空気システムの汚染を減らすためのいくつかの重要な指針を示します：

• ミクロンレーティング： ミクロンレーティングが小さいフィルターの方が効果的でより多くの汚染物質をカバーすると思いがちですが、問題もあります。例えば0.01µmまでの粒子に効果的と謳うフィルター材料は、以下の理由で誤解を招きます：
  • 0.1µmのようなより大きな汚染物質と比較して、0.01µmのような微小粒子の方が分離しやすい場合があります。
  • 0.01µm、つまり人間の髪の毛の約5000分の1のサイズの汚染物質は、産業プロセスでは判別可能な影響を持たないことがあります。
  • 最も一般的なエアロゾル状オイルなどの汚染物質は、0.1〜1.0µmのサイズです。

フィルター材料のミクロンレーティングを選択する際は、まずシステムに存在する汚染物質の種類を評価し、それに最も適したものを選択するのが良いでしょう。

• フィルター材質： ミクロンレーティングだけがフィルターの重要な品質ではありません。その組成も汚染物質に対する効果に役割を果たします。

汚染物質をうまく分離するのに十分制限的でありながら、追加の圧力とエネルギーコストがメリットを上回る程度まで気流を制限しない十分な透過性を持つフィルター材質を選択することが重要です。

• 交換間隔： システム内のフィルターの生存可能性を評価する際、目視検査が信頼できないことを覚えておくことが重要です。課題は、汚染をリスクにさらすことなく、リソースを無駄にすることなく、適切なタイミングでフィルターを交換することです。

工場仕様に基づくスケジュールに従うのが、ここでの最善の策です。

結論

圧縮空気システムは、水分、オイル、微生物からの汚染を受けやすいです。すべての産業化学プロセスが圧縮空気を伴うため、将来的にコストがかかり危険な結果を避けるために汚染を最小限に抑えることが重要です。

圧縮空気純度に関する規制、潜在的な汚染物質、汚染を減らす最も効果的な方法を理解することは、空気純度を維持する上で大いに役立ちます。

圧縮空気システムの汚染最小化についてさらに詳しく知りたい場合は、お気軽にお問い合わせください。JHFosterは1938年以来、産業オートメーションと圧縮空気システムを扱ってきました。