In de dagelijkse praktijk merken wij dat er nog veel onduidelijkheid is over het meten van restolie in perslucht. 
In de markt doen veel feiten en fabels de ronde. Neem de olievrije compressor; een technisch hoogstandje of een schijnveiligheid omdat er onvoldoende wordt gekeken naar wat de compressor voor vervuiling aanzuigt, comprimeert en vervolgens het proces instuurt? Vooraanstaande laboratoria doen bewerkelijke en dure spotmetingen op minerale oliën maar blijken uiteindelijk slechts een gedeelte te meten van het bereik dat bemeten zou moeten worden… Controlerende instanties stemmen in met periodieke spotmetingen d.m.v. testbuisjes die niet eens het bereik hebben om te meten in de klasse welke gehaald zou moeten worden.
Hoe moet überhaupt worden omgegaan met periodieke metingen? Vandaag zijn de resultaten voldoende, maar hoe is dat morgen? In de norm staat dat testbuisjes alleen gebruikt mogen worden als een voorlopige indicatie. En dan zijn er nog de elektronische online instrumenten voor het meten van restoliedamp in perslucht, echter wordt hierover niets vermeld in ISO 8573-5 die dateert uit 2001. Is dit onderdeel van de ISO8573-1:2010 daarmee al niet ruimschoots achterhaald door de techniek?
Al deze feiten en fabels ontstaan door en worden gevoed vanuit een norm die wel voorschrijft, maar in praktijk lastig hanteerbaar blijkt. Daarmee ontstaat al snel het gevoel dat in het land der blinden inderdaad één oog koning is. Veel zal dus aankomen op Good Practice Manufacturing. Voordat wij u inzicht willen geven wat er mogelijk is met online elektronische restoliemeting zoomen we eerst eens verder in op de problematiek van het meten van restolie in perslucht.
Historie van de norm
Voor het benoemen van de gewenste persluchtkwaliteit in kritieke toepassingen zoals de voedingsmiddelen en farmaceutische industrie wordt meestal verwezen naar ISO 8573. In de uitgave van 1991 waren er 5 reinheidsklassen en werden er aanbevelingen gedaan voor het verkrijgen van klasse 1 “technisch olievrije lucht”, ofwel lucht met een absoluut minimum aan olie. Oliedamp werd gezien als minder belangrijk alhoewel er al werd gesproken over de aanzuigcondities van olievrije compressoren. In 2001 werden er een aantal wijzigingen doorgevoerd. Zo verdwenen de aanbevelingen en werd olievrije perslucht klasse 0 geïntroduceerd. Ook werd er vanaf die tijd gesproken over totale olie concentratie; het totaal aan olie in al zijn verschijningsvormen: vloeibaar, aerosolen en damp. Daarnaast werden er test- en meetmethoden voorgeschreven.
De meest recente uitgave van de norm is ISO8573-1:2010. Deel 1 van de norm is het centrale overkoepelende deel van in totaal 9 delen. Deel 1 beschrijft de reinheidsklassen en grenswaarden van de meest voorkomende vervuiling in perslucht: deeltjes, water en olie (DWO). In de daaropvolgende delen wordt verder ingezoomd op de verontreinigingen en de manier waarop deze gemeten zouden moeten worden.
Vooropgesteld is het meten van DWO geen doel op zich. Los van het feit dat minerale oliën die terecht komen in bijv. voedingsmiddelen op den duur kunnen leiden tot gezondheidsproblemen, gaan we er vaak aan voorbij dat een verontreiniging met DWO op korte termijn kan leiden tot schade aan onderdelen en machines of het begin zijn van een microbiologische besmetting.
Wat is olie?
Dit artikel gaat dus met name over het meten van de hoeveelheid restolie, ofwel ISO8573-2 en -5; aerosolen en oliedamp. De norm beschrijft olie als het totaal van vloeibare olie, zwevende druppels (aerosolen) en damp (mist) welke bestaat uit ketens van 6 of meer koolwaterstofatomen[1]. Een koolwaterstof is een verbinding van uitsluitend koolstof en waterstof weergegeven door de formule CxHy. Korte ketens van koolwaterstoffen worden ook wel vluchtige organische stoffen genoemd. Koolwaterstoffen kunnen afhankelijk van druk, temperatuur en andere omgevingsfactoren voorkomen in verschillende vormen, agglomeraten of een emulsie vormen met water[2]. Hoe langer en zwaarder de keten van koolwaterstofatomen, hoe zwaarder het molecuul en des te hoger ligt het kookpunt waarbij de koolwaterstoffen overgaan in een andere fase. Denk hierbij maar eens aan paraffine, een lange keten van koolwaterstoffen die bij atmosferische druk en omgevingstemperatuur een vaste stof vormt. Daarentegen komen de meest lichte of vluchtige vormen van koolwaterstoffen dus alleen voor in gasfase, vandaar dat zij vluchtig worden genoemd.
Aerosolen zijn kleine zwevende oliedruppeltjes. In goed onderhouden persluchtsystemen met de juiste nabehandeling komen aerosolen alleen voor tijdens een storing of break-down die in het algemeen te wijten is aan het falen van enkele schakels achter elkaar in het compressieproces en/of de conditionering van de perslucht. Waar aerosolen aanwezig zijn wordt de perslucht langzaam verzadigd met koolwaterstoffen. De ketenlengte van de ingevoerde koolwaterstoffen groeit en wordt langer. Een aanzienlijke hoeveelheid olie zal zich in de leiding gaan verzamelen als “wall flow” door het samenklonteren van de aerosolen. Het leidingwerk is besmet met alle gevolgen van dien.
Koolwaterstoffen in perslucht
De hoeveelheden koolwaterstoffen die kunnen worden opgenomen in perslucht zijn zeer verschillend. Goed geconditioneerde perslucht bevat zeer kleine hoeveelheden koolwaterstoffen die moeilijk te meten zijn. Anderzijds, onmiddellijk na de compressor, treffen we vaak grote hoeveelheden overgebleven olie in de perslucht aan, die worden afgezet in de condensaatafscheider.
Enkele typische meetwaarden zijn:
- Persluchtsysteem met katalysator <0,003 mg/m3
- Persluchtsysteem met actiefkool installatie ca. 0,005 mg/m3
- Persluchtsysteem met coalisingfilters/fijnfilter ca. 0,1 mg/m3
- Persluchtsysteem zonder filters, na koeldroger ca. 0,5 tot 1 mg/m3
- Direct na de compressor in drukvat 5 mg / m3 (Aerosol)
Het koolwaterstofgehalte is ook sterk afhankelijk van de temperatuur. Bij hogere temperaturen bevinden zich meer koolwaterstoffen in de lucht. De componenten van smeerolie die voor compressoren worden gebruikt bestaan meestal uit lange ketens van meer dan 30 koolstofatomen. Korte ketens komen slecht in zeer lage concentraties voor.
Inzoomen op de ISO 8573-1:2010 norm
Laten we nu met de bovenstaande kennis eens verder inzoomen op de ISO 87573-1:2010 norm. In paragraaf 5.4 van de norm wordt voorgeschreven dat de meting van koolwaterstof aerosolen plaats moet vinden volgens ISO8573-2 en voor damp volgens ISO8573-5. Daarbij wordt in paragraaf 5.4 opgemerkt dat voor klasse 3, 4 en X de hoeveelheid damp geen significante bijdrage zal leveren aan de totale olie concentratie. Vanaf hier laat de norm ons echter in de steek. Mogen we e.e.a. ook omdraaien en daaruit concluderen dat in klasse 0, 1 en 2 de persluchtkwaliteit zo olie arm moet zijn dat als we daar aerosolen zouden aantreffen we überhaupt niet meer kunnen voldoen aan klasse 0, 1 of 2? Met andere woorden; kunnen in klasse 0, 1 en 2 koolwaterstoffen alleen nog maar voorkomen in vluchtige vorm, gasvormig ofwel dampfase? Voordat filters olie in druppelfase doorgelaten of oliedamp overgaat in druppel of vloeibare fase zal er in daaraan voorafgaand altijd al een aanzienlijke hoeveelheid oliedamp in de perslucht aanwezig moeten zijn!!
De meeste restoliemetingen worden uitgevoerd in productiefaciliteiten of -omgevingen waar zeer hoge kwaliteitseisen worden gesteld aan de perslucht waarbij koolwaterstof aerosolen überhaupt al niet meer gewenst zijn. De olievrije perslucht wordt daar gewoonlijk geleverd door een (olievrije) compressor en/of actiefkoolfiltering, actief koolkolom of een katalysator.
In de verdere context van dit artikel spreken we dan ook verder alleen nog over alle koolwaterstoffen die aanwezig zijn in gasfase. Dergelijke koolwaterstoffen zijn relatief vluchtig en verdwijnen ook weer relatief snel uit het leidingnet. De volumeconcentratie ligt in het bereik van klasse 0, 1 of 2.
Geen Iso-kinetische monstername nodig
De ISO norm schrijft op een aantal plaatsen voor dat (periodieke) koolwaterstof samples iso-kinetische genomen moeten worden. Om een iso-kinetische monstername en meting voor koolwaterstof uit te voeren, wordt een flinke hoeveelheid kennis en een hoog niveau meettechniek vereist. Veelal is er een ingrijpende aanpassing nodig van het bestaande persluchtleidingnetwerk. Het omgeleide gedeelte van de gecomprimeerde luchtstroom dat dient ter bemonstering moet exact dezelfde snelheid, druk en samenstelling hebben als de werkelijke luchtstroom op het monsternamepunt.
De meeste elektronische restoliemeters die in de markt verkrijgbaar zijn, zijn bedoeld voor het meten van gasvormige koolwaterstoffen direct na de filtratie. We hebben al vastgesteld dat op het beoogde meetpunt na de persluchtconditionering en/of -filtering er behalve minimale hoeveelheden vluchtige koolwaterstoffen (oliedamp) er in principe geen aerosolen meer verwacht mogen worden.
Volgens de gaswet van Avogadro is de samenstelling van een gas een molaire verhouding van gasvormige moleculen die alleen afhankelijk is van temperatuur en druk. Op basis van deze wet is voor het meten van koolwaterstoffen in gasfase dus helemaal geen iso-kinetische monstername nodig! Weg met de speciale iso-kinetische meetsondes, onnodige omleidingen, by-passes en stijgende sampleleidingen! Als we daarbij optellen dat de meeste elektronische restoliedampmeters 24/7 meten in tegenstelling tot periodieke iso-kinetische bemonstering dan is een keuze op basis van Good Manufacturing Practice snel gemaakt. Met een elektronische oliedampmeting krijgt u in veel gevallen dus ruim op tijd een waarschuwing als het fout dreigt te gaan met de persluchtkwaliteit.
Absorptie gedrag van actiefkool
Gedurende de periode waarin perslucht door het actiefkool stroomt neemt de poriënstructuur van het actiefkool koolwaterstoffen op uit de gasstroom op en houdt deze vast. De hoeveelheid koolwaterstoffen die aanwezig zijn in het actieve kool neemt dus langzaam toe tot een punt waarop het actiefkool verzadigd raakt. Het absorptievermogen van actiefkool is mede afhankelijk van de vochtigheid en de temperatuur van de gasstroom. Bij hogere temperaturen of hogere luchtvochtigheid worden de koolwaterstoffen niet zo goed geabsorbeerd. Een combinatie van oververzadigde actiefkool met een stijgende temperatuur kan ertoe leiden dat het actieve kool olie gaat afgeven in plaats van opnemen; dit noemt men het resorptie gedrag van steenkool.
Restolie in relatie tot temperatuur en waterdamp
De dampdruk van olie is sterk afhankelijk van de temperatuur. Bij lage temperaturen kan perslucht veel minder oliedamp opnemen en de kwaliteit van gekoelde perslucht is dienovereenkomstig beter. Warme lucht houdt daarnaast ook nog eens ook veel meer waterdamp vast. Bij condensatie kan de aanwezigheid van water en koolwaterstoffen leiden tot een verbinding tussen beiden. Sommige elektronische restoliedampmeters met als basis een PID-sensor (Photo Ionisating Divice) zijn gevoelig voor dit water/oliemengsel. Waar normaal alleen de door UV licht aangestraalde koolwaterstof atomen ioniseren detecteert een PID sensor de water/olieverbinding als een verhoogd oliedampgehalte welke kan oplopen tot een meetresultaat in klasse 3. Een oplopende temperatuur met een hogere luchtvochtigheid c.q. drukdauwpunt kan dus resulteren in al dan niet terecht verhoogde restoliedampmeting. Om deze reden adviseren wij een PID sensor alleen te gebruiken in een persluchtsysteem met een goed functionerende absorptiedroger.
Behalve het kritisch kijken naar koolwaterstoffiltratie dient er dus minstens zoveel aandacht besteed te worden aan een correcte en betrouwbare persluchtdroging. Naast het meten van oliedamp verdient het de aanbeveling om een elektronische capacitieve dauwpuntsensor te installeren waarbij het drukdauwpunt wordt berekend uit de gemeten relatieve luchtvochtigheid (RH%) en de temperatuur in °C. Achter koeldrogers met een typisch drukdauwpunt tussen 3 en 6°Cdp adviseren wij een elektrische restoliedampmeter met als basis een Metaal Oxide Sensor (MOx). Doordat het luchtmonster wat over het Metaaloxide sensoroppervlak wordt geleid eerst wordt verwarmd tot meer dan 300°C is het eventueel nog aanwezige water reeds volledig verdampt voordat het sample de sensor bereikt. De koolwaterstoffen kunnen dus geen verbinding aangaan en het zijn dan ook alleen de nog aanwezige koolwaterstoffen die oxideren en meegenomen worden in de meting.
Betrouwbaar online meting van koolwaterstoffen
Wij hopen u met dit artikel meer inzicht te hebben gegeven in de complexe materie van het produceren en betrouwbaar bemeten van een goede kwaliteit perslucht met een absoluut minimum aan olie/koolwaterstoffen. De bovenstaande kennis en ervaringen zijn opgedaan over een lange periode van deskresearch en door behaalde meetresultaten van onszelf bij klanten of door enkele belangrijke partners. Dit artikel is ook niet bedoeld om een waarde oordeel te geven over bepaalde meetmethodieken, alhoewel wij op basis van onze kennis en ervaring wel degelijk een voorkeur hebben. Maar ook hier geld dat behaalde meetresultaten geen garantie geven voor de toekomst. De markt is steeds in beweging en dus is het belangrijk om niet alleen te vertrouwen of af te gaan op wat een enkele leverancier u verteld of wat een norm of controlerende instantie u voorschrijft. Restolie meten in perslucht komt voornamelijk neer op een betrouwbaar meetsysteem met bovenal een gezonde hoeveelheid common sense om te bepalen waar u staat en wat er moet gebeuren om de juiste kwaliteit perslucht voor uw productie te waarborgen. Adsensys is daarin graag uw partner!
[1] ISO8573-1:2010 paragraaf 5.4
[2] ISO8573-1:2010 Annex A, paragraaf A.3.1