В современных промышленных системах сжатый воздух без содержания масла стал незаменимым производственным фактором в таких отраслях, как фармацевтика, электроника и пищевая промышленность. Согласно системе стандартов ISO 8573-1, технология безмаслянного сжатия означает не только нулевое добавление смазочного масла, но и представляет собой комплексное улучшение совместимости материалов, микробиологического контроля и очистки от частиц во всей системе сжатия. Данная статья предоставляет систематический анализ по трем направлениям: международные стандарты, технические пути и отраслевое применение.
I. Система классов стандарта ISO 8573-1 для воздуха без содержания масла
Стандарт ISO 8573-1 классифицирует качество сжатого воздуха по трем параметрам (твердые частицы, вода, содержание масла) и нескольким классам качества. Среди них Класс 0, как самый высокий стандарт, предъявляет технические требования, далеко превосходящие обычные концепции безмаслянности:
Требования к содержанию масла
Класс 1: ≤0.01 мг/м³
Класс 0: Должен быть строже Класса 1, обычно требует ≤0.003 мг/м³
Метод испытания: Инфракрасная спектрометрия, указанная в ISO 8573-2
Контроль твердых частиц
Класс 1: ≤20,000 частиц/м³ для частиц ≥0.1 мкм
Класс 0: Требуется предоставление кривой распределения частиц по размерам и анализа химической природы.
Микробиологические пределы (Дополнительные требования)
Должен соответствовать стандартам чистых помещений ISO 14698.
Требуется тестирование на эндотоксины (<0.25 ЕЭ/мл).
II. Сравнительный анализ технических решений для безмаслянных компрессоров
Безмаслянный винтовой компрессор
Технический принцип: Использует бесконтактную конструкцию ведущего и ведомого роторов, поддерживает зазор между роторами (0.05-0.15 мм) с помощью синхронизирующих шестерен, использует тефлоновое покрытие для предотвращения металлического контакта.
Рабочие параметры:
Рабочее давление: 0.7-1.3 МПа
Диапазон расхода: 10-200 м³/мин
Удельная мощность: 6.2-7.0 кВт/(м³/мин)
Преимущества: Стабильная работа, длительный межсервисный интервал (8000 часов).
Ограничения: Высокие первоначальные инвестиции, не подходит для применений со сверхвысоким давлением.
Безмаслянный поршневой компрессор
Технический принцип: Использует комбинацию лабиринтных уплотнений + уплотнительных колец из ПТФЭ, поддерживает зазор 0.02-0.05 мм между поршнем и цилиндром.
Рабочие параметры:
Рабочее давление: До 5.0 МПа
Диапазон расхода: 0.5-50 м³/мин
Удельная мощность: 6.8-7.5 кВт/(м³/мин)
Преимущества: Широкий диапазон давлений, подходит для сценариев с низким расходом и высоким давлением.
Ограничения：Значительная вибрация и шум (>85 дБ), требует виброизоляции фундамента.
Безмаслянный центробежный компрессор
Технический принцип:Воздействует на газ с помощью высокоскоростных рабочих колес (10000-20000 об/мин), использует газодинамические подшипники или магнитные подшипники.
Рабочие параметры:
Рабочее давление: 0.2-0.8 МПа
Диапазон расхода: 100-3000 м³/мин
Удельная мощность: 5.8-6.3 кВт/(м³/мин)
Преимущества: Большая производительность на один агрегат, полностью исключен риск попадания масла.
Ограничения: Наличие зоны помпажа, не подходит для переменных режимов работы.
III. Анализ примеров отраслевого применения
Фармацевтическая промышленность (Требования сертификации GMP)
Пример: Система Воды для инъекций на биофармацевтическом предприятии.
Требования: Соответствует стандартам качества воздуха USP <797> для фармацевтического производства.
Конфигурация:
Безмаслянный винтовой компрессор (Класс 0)
Адсорбционный осушитель (Точка росы -70°C)
Трехступенчатая система фильтрации (H13 + H14 + ULPA)
Система онлайн-мониторинга частиц
Валидация: Выполнена валидация 3Q (IQ/OQ/PQ), точки микробиологического мониторинга проверяются еженедельно.
Электронная промышленность (Производство полупроводников)
Пример:Пневматическая система чистого помещения на заводе по производству пластин.
Требования: Соответствует чистоте Класса 3 по ISO 14644-1.
Конфигурация:
Центробежный безмаслянный компрессор (Расход 500 м³/мин)
Система генерации азота мембранным разделением (Чистота 99.999%)
Химические фильтры (удаляют SOx, NOx)
Точка росы под давлением ≤ -80°C
Результат: Контроль частиц <1 частица/м³ (≥0.1 мкм).
Пищевая промышленность и производство напитков
Пример: Линия розлива на пивоваренном заводе.
Требования: Соответствует стандарту FDA 21 CFR 178.3570.
Конфигурация:
Безмаслянный поршневой компрессор (Давление 3.0 МПа)
Угольный фильтр (Пары масла <0.003 мг/м³)
Система трубопроводов из нержавеющей стали (Электрополировка EP, Ra <0.8 мкм)
Онлайн-анализатор кислорода
Сертификация: Прошла сертификацию EHEDG и 3-A Sanitary Standards.
IV. Требования к проектированию системы и валидации
Совместимость материалов
Все контактирующие поверхности используют нержавеющую сталь 316L (электрополировка класса EP).
Материалы уплотнений используют ПТФЭ или перфторэластомер.
Запрещены материалы, содержащие медь-цинк (для предотвращения каталитического окисления).
Микробиологический контроль
Уклон трубопровода ≥0.5% (для исключения застойных зон).
Регулярная пастеризация (80°C/30 мин).
Использование мембранных клапанов для избежания санитарных мертвых зон.
Стандарты валидации
Серия ISO 8573: Испытания качества воздуха.
Серия ISO 12500: Проверка эффективности фильтров.
Технический отчет PDA №52: Руководство по стерильному производству.
V. Рекомендации по выбору и экономический анализ
Принципы технического выбора
Давление <0.8 МПа, Расход >100 м³/мин: Предпочтительнее центробежный тип.
Давление 0.7-1.3 МПа, Расход 10-100 м³/мин: Выбирать винтовой тип.
Давление >1.5 МПа, Низкий расход: Выбирать поршневой тип.
Стоимость жизненного цикла
Пример на основе системы 100 м³/мин:
Первоначальные инвестиции: Центробежный > Винтовой > Поршневой
Эксплуатационные затраты: Центробежный (0.08 юань/м³) < Винтовой (0.12 юань/м³) < Поршневой (0.15 юань/м³)
Частота обслуживания: Поршневой (2000ч) > Винтовой (8000ч) > Центробежный (16000ч)
Заключение:
Технология безмаслянного сжатия - это системный проект, требующий комплексного рассмотрения от выбора компрессора, конфигурации последующей обработки и проектирования трубопроводов до валидации и мониторинга. Рекомендуется пользователям проводить оценку рисков, основанную на Качестве через Проектирование (QbD), в соответствии с реальными требованиями процесса, выбирать наиболее подходящее техническое решение и обеспечивать постоянное соответствие качества сжатого воздуха стандартам через надежную систему валидации.
