فیلترهای هوای تنفسی

متداول‌ترین روش تولید هوای فشرده برای تنفس انسان، فشرده‌سازی هوای اتمسفریک معمولی است. کمپرسورهایی که برای این منظور به کار می‌روند می‌توانند از انواع روتاری، سانتریفیوژ، اسکروی کواکسیال، پیستونی یا دیافراگمی باشند. انتخاب نوع کمپرسور به فشار مورد نیاز هوا و حجم هوای خروجی لازم بستگی دارد.

به طور کلی، در سیستم‌های صنعتی کم‌فشار (۶-۷ بار)، هوای تنفسی مستقیماً از خط هوای فشرده‌ی کاری گرفته می‌شود. این امر بر اهمیت نصب صحیح خط هوای فشرده تأکید می‌کند، حتی اگر هوای تنفسی به طور جداگانه فیلتر شود.

نکته‌ی مهم در مورد تمامی کمپرسورها این است که باید طوری نصب شوند که تا حد امکان هوای تمیز و بدون آلودگی را بمکند. رطوبت نسبی هوا در فشار اتمسفریک باید بین ۲۴% تا ۸۰% باشد. دمای قابل قبول برای هوای تنفسی بین ۱۵ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد است.

الزامات مربوط به رطوبت، استفاده از رطوبت‌گیر (dryer) را در سیستم تا حد زیادی منتفی می‌کند. با این حال، اگر به دلایل دیگر استفاده از رطوبت‌گیر ضروری باشد، یک رطوبت‌ساز (humidifier) می‌تواند در سیستم هوای تنفسی گنجانده شود. تنفس مداوم هوای خشک می‌تواند باعث ناراحتی یا مشکلات تنفسی شود.

در صورت لزوم، انواع خاصی از روان‌کننده‌های خط هوا (airline lubricators) می‌توانند به عنوان رطوبت‌ساز استفاده شوند. تجهیزات خنک‌کننده نیز ممکن است برای تأمین الزامات دمایی مورد نیاز باشند.

آلاینده‌ها

آلودگی‌های هوای تنفسی عمدتاً مشابه آلودگی‌های هوای فشرده‌ی مورد استفاده در صنایع است، اما تأکید بیشتری بر حذف ناخالصی‌های گازی، به‌ویژه مونوکسید کربن وجود دارد.

ذرات روغن (آئروسل یا بخار):

• این ذرات در هوای اتمسفریک به عنوان پساب صنعتی و از اگزوز وسایل نقلیه وجود دارند.
• روان‌کاری محفظه‌های کمپرسور باعث حضور آئروسل یا بخار روغن در خروجی کمپرسور می‌شود.
• میزان بخار روغن به دمای تخلیه و افزودنی‌های شیمیایی روغن بستگی دارد.
• بخارات روغن ممکن است در لوله‌های پایینی کندانس شوند، اما اگر با جذب قبلی حذف نشوند، تقریباً همیشه به صورت گازی باقی می‌مانند.
• برای حذف مه روغن، فیلترهای فوق‌العاده با راندمان بالا (بیش از ۹۹.۹۹۹۹% در ۰.۰۱ میکرومتر) مورد نیاز است.

ذرات جامد:

• این ذرات شامل رسوبات زنگ‌زدگی، بقایای لوله، آلودگی هوا، سایش کمپرسور و کربن (به صورت هیدروکربن‌های نسوخته) هستند.

بخار آب:

• از نظر فیزیولوژیکی، بخار آب در رطوبت نسبی ذکر شده (۲۴% تا ۸۰%) مضر نیست.
• اما تأثیر آن بر تجهیزات سیستم هوای تنفسی، به‌ویژه شیرها و سیلندرها می‌تواند بسیار مضر باشد.
• در این شرایط، خشک کردن هوا تا نقطه شبنم زیر ۰ درجه سانتی‌گراد در فشار اتمسفریک و سپس مرطوب کردن مجدد آن در محل مصرف توصیه می‌شود.

مونوکسید کربن (CO):

• این گاز خطرناک‌ترین آلاینده برای مصرف‌کنندگان هوای فشرده محسوب می‌شود.
• معمولاً از طریق ورودی کمپرسور وارد هوا می‌شود.
• موتورهای بنزینی، گازی یا دیزلی که کمپرسور را به کار می‌اندازند، در صورت عدم تهویه مناسب، می‌توانند منبع CO باشند.
• سمیت CO به دلیل میل ترکیبی ۳۰۰ برابری آن با هموگلوبین نسبت به اکسیژن است.
• سطوح پایین CO (حدود ۲%) می‌تواند باعث اختلال جدی در عملکردهای روانی-حرکتی شود، اما این اختلال معمولاً در سطح ۵% محسوس می‌شود.
• در فشارهای بالاتر، جذب CO ممکن است سریع‌تر و کامل‌تر باشد و اختلال در عملکردهای روانی-حرکتی عالی می‌تواند فاجعه‌بار باشد.
• ۲% درگیری هموگلوبین معادل حدود ۱۰ ppm CO است. استانداردهای خلوص هوا (که میزان CO را ۵ ppm تعیین می‌کنند) باید رعایت شوند.
• حذف CO دشوار است زیرا نقطه جوش و دمای بحرانی پایینی دارد و به راحتی جذب نمی‌شود و در بیشتر حلال‌ها نامحلول است.
• روش اصلی حذف مؤثر CO، اکسیداسیون کاتالیزی (تبدیل به دی‌اکسید کربن) است.
• کاتالیزور “هاپکولیت” (hopcolite) برای این منظور بسیار مفید است.
• حساسیت هاپکولیت به آلاینده‌ها: کاتالیزورها، به‌ویژه هاپکولیت، به مواد سمی حساس هستند. ذرات مایع و جامد و بخارات باید قبل از رسیدن به هاپکولیت فیلتر شوند، زیرا آلاینده‌ها می‌توانند مراکز فعال کاتالیزور را مسموم کنند.
• بخار آب به شدت باعث مسمومیت هاپکولیت می‌شود. بنابراین، برای افزایش عمر کاتالیزور، هوا باید توسط خشک‌کننده‌ها (desiccants) به شدت خشک شود.
• به دلیل حساسیت به رطوبت، برخی سیستم‌ها از نشانگر تغییر رنگ حساس به رطوبت استفاده می‌کنند. این نشانگر رطوبت را می‌سنجد، نه CO. لذا تست دوره‌ای CO ضروری است.

دی‌اکسید کربن (CO₂):

• غلظت آن بسته به محیط متفاوت است.
• در سطوح بسیار بالاتر از CO قابل تحمل است، اما همچنان می‌تواند عملکردهای روانی-حرکتی را مختل کند.
• به راحتی توسط انواع جاذب‌ها (مانند جاذب‌های شیمیایی یا فیزیکی) حذف می‌شود. (حذف اقتصادی CO₂ از هوای اتمسفریک برای مقابله با گرمایش جهانی مورد توجه است.)

اکسید نیتروژن (N₂O) و دی‌اکسید نیتروژن (NO₂):

• این گازها از پساب‌های صنعتی و احتراق در کمپرسور وارد هوا می‌شوند.
• باعث تحریک مجاری تنفسی شده و در غلظت‌های کم قابل تشخیص هستند.
• حذف آن‌ها دشوار است و نیازمند روش‌های شیمیایی، کاتالیزی یا جذب انتخابی است.

بوها:

• اگر کمپرسور به درستی انتخاب، نصب و نگهداری شود، بوها لزوماً مشکل‌ساز نیستند.
• اما حتی مقدار کمی بو در هوای ورودی یا ایجاد شده در سیستم کمپرسور می‌تواند وضعیت ناخوشایندی در هود تنفسی ایجاد کند.
• مؤثرترین و رایج‌ترین روش حذف بو، استفاده از کربن فعال به عنوان جاذب است.
• عناصر فیلتر کربن فعال عمر محدودی دارند و نیاز به تعویض منظم دارند، اما کربن فعال نسبتاً به راحتی قابل احیا است.

سیستم‌های بسته‌بندی شده

سیستم‌های تصفیه هوای فشرده‌ی بسته‌بندی شده که هوای فشرده‌ی تصفیه نشده را دریافت کرده و آن را به بالاترین استانداردهای خلوص هوا می‌رسانند. این سیستم‌ها برای مصارف پرفشار و کم‌فشار در دسترس هستند.

مراحل تصفیه در این سیستم‌ها:

• حذف آئروسل‌های روغن و آب، دی‌اکسید کربن، گازهای اسیدی، ذرات جامد، بخارات روغن، بوها، طعم‌دهنده‌ها و مونوکسید کربن.
• یک سیستم خوب معمولاً حدود ۶۰۰ ساعت کاری با فیلترهای جذب شیمیایی و تا ۳۰۰۰ ساعت کاری با فیلترهای عمقی (depth filters) کار می‌کند.

سیستم مدولار (Modular System) که در شکل ۴ نشان داده شده است. این سیستم به طور خاص برای مواردی طراحی شده که حذف مونوکسید کربن (CO) و دی‌اکسید کربن (CO₂) هر دو ضروری است.

مراحل عملکرد:

1. فیلترهای میکرو و زیرمیکرو: ذرات جامد، روغن و آب را حذف می‌کنند تا محتوای روغن باقیمانده به ۰.۰۱ میلی‌گرم بر متر مکعب برسد.
2. شیر برقی کنترل‌شده با تایمر: میعانات (condensate) حاصل را حذف می‌کند.
3. جاذب (Absorber): محتوای دی‌اکسید کربن را به ۳۰۰ ppm کاهش می‌دهد.
4. خشک‌کن (Dryer): رطوبت را استخراج می‌کند.
5. بستر کربن فعال (Activated Carbon Bed): بخارات روغن و هیدروکربن‌ها را حذف می‌کند.
6. مرحله اکسیداسیون (Oxidation Stage): محتوای مونوکسید کربن را به حدود ۵ ppm کاهش می‌دهد.
7. فیلتر گرد و غبار (Dust Filter): ذرات ساییده شده در مراحل جذب و اکسیداسیون را حذف می‌کند.

نسخه‌های قابل حمل (پرتابل) از این سیستم‌های بسته‌بندی شده نیز برای استفاده در صنایع و همچنین توسط خدمات اضطراری موجود است.

نکته‌ی کلیدی و اساسی که بر آن تاکید شده این است که، هر سیستمی که برای تأمین هوای تنفسی با خلوص بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد، باید قادر باشد کیفیت هوا را به طور مداوم و با استانداردی بالا، تحت شرایط محیطی متغیر و اغلب دشوار، حفظ کند. این موضوع برای ایمنی کاربر حیاتی است.

همچنین، بر اهمیت یکپارچگی محصول، تضمین کیفیت و تأیید (Product integrity, quality assurance, and verification) به عنوان ویژگی‌های ضروری هرگونه تجهیزات هوای تنفسی تاکید شده است.