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摆脱冷却液处置问题
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Los Alamos国家实验室(位于美国新墨西哥州的Los Alamos)的最大机加工车间拥有大约70名员工, 50台左右的大型机床。该车间,即工程科学和应用分部武器材料和制造(ESA-WMM)机加工车间,主要为科研项目提供零件。它还制造特殊设备的原部件,包括卫星、机器人和生物技术相关的仪器仪表等。某些工件是非常规的,但是材料范围却是常规的。该车间主要加工铝、各种钢、铜、塑料及复合材料等。
与任何加工这些材料的车间一样,该车间面临如何处理被油污染的冷却液。这种冷却液必须包装好,加上标签并运送到适当的危险废品处理场。过去,该车间每年要产生3,000多加仑被污染的冷却液。
如今已经消除了废冷却液这个问题。ESA-WMM车间维护支持单元经理Fred Algarra,通过一系列旨在不仅减少废品同时改善员工安全问题的逐步改良而实现了这个目标。Los
Alamos国家实验室因为这项成功而获得了防止污染奖。如今,该车间每年在冷却液相关的成本方面实现了10万美元的节省。

新冷却液


第一个改良是改变车间所用冷却液的品牌。Algarra先生了解到有名员工肝酶过高。很明显,该工人所工作的机床中所产生的油雾冷却液是其中的罪魁祸首。冷却液还引起了其他员工手上产生皮疹。尽管这些员工愿意把皮疹当作是工作正常的一部分而接受,但Algarra先生却要找到另一种不会引起健康问题的冷却液。
他所挑选的新冷却液是一种来自Blaser Swisslube公司的可与水混合的切削液。该切削液主要由矿物油和水组成。公司代表戏说这种冷却液足够安全,甚至可以饮用。当将旧的冷却液都更换后,员工的皮疹问题消失了,而那个肝酶原先异常的员工现在也恢复了正常。
但是还有另外一个涉及冷却液添加剂的安全改良问题。新的冷却液只需要使用微量的惰性添加剂醋酸钙来降低软水引起的泡沫。减少使用这种添加剂降低了健康危险问题。
但是,这种冷却液在正常操作过程中依然被污染。因金属屑及杂质油的积聚,一般需要每周或每两周更换一次冷却液,具体更换频率依据机床而定。接下来的工艺改善目标是减少与这种定期更换相关的废品。




油的去除,第一部分


为了延长冷却液的可用寿命,Algarra先生从(位于俄亥俄州Westlake市)Monlan公司购买了一台Hyde(海德)回收单元。脏的冷却液首先经过过滤以去除悬浮和沉淀的固体,然后海德回收单元利用重力流来聚结分散而自由浮动的油。在冷却液第一次通过海德单元的过程中,99%以上的杂质油被排除到一个存储容器中。干净的冷却液积聚到一个箱子中,并可以返回到机床上。
或者更精确地,如果没有其它污染物,则它可以返回到机床上。除了杂质油污染外,某些机械师使冷却液受到了他们用于改善成品外观而使用的化学品污染。例如,通常采用含有三氯乙烯的切削液,并用煤油来使塑料件不经抛光就闪闪发亮。海德单元无法消除这些污染物。尽管在处置被污染的冷却液时,这些添加剂的存在并不重要,但这些添加剂却使冷却液无法重复使用。
Algarra先生开始就冷却液中不兼容的化学物质而对员工进行教育。该机加工车间停止了订购那些冷却液供应商说不兼容的化学品。一旦该车间的习惯改变,就可以将回收的冷却液使用若干星期。除了因细菌污染引起冷却液发臭外,这些冷却液甚至可以使用更长的时间。海德单元无法将细菌从冷却液中去除,但是接下来的一种工艺改良却实现了这一点。
油的去除,第二部分细菌污染问题的解决途径是,将每台机床与回收和充气单元相配合。该车间采用了这些单元的两个供应商,即(位于堪萨斯州Wichita市)的Cool-Clean
Systems公司以及(位于伊利诺斯州Fisher市)的Design & Manufacturing公司。每个设备可将冷却液从机床泵出,通过该单元然后再回到机床中。杂质油以浮动层积聚在冷却液顶部。那些引发臭味的细菌就位于该油中。每周将这种油层从各个单元中排出一次,并将它们收集起来进行油回收。
为了使这些单元之一生效,机床中所有冷却液都必须循环起来,以便所有的油都最终通过系统。Algarra先生所面临的一个问题是标准回油管不够长,无法在最大的机床内完成完整的冷却液循环。为了解决这个问题,他在某些单元上布置了更长的软管,从而冷却液可以从尽可能远的进料泵返回。
Algarra先生还对冷却液容器中带折流板的一些机床进行了修改。这种折流板阻止了一些油到达充气单元的泵中,正是这些油中的细菌引起冷却液变臭。他通过在每个折流板顶部开些小通道解决了这个问题。由于油浮在表面,因此这些提升的通道使得油可以顺利通过。为了获得最好的结果,这些单元需要定期操作。如果它们所有时间都在运行,则需要大量能量。但是如果夜间或周末关闭,细菌将会趁机在机床中繁殖。
Algarra先生通过在每个单元上安装一个定时器解决了这个问题。这样,各个单元可以每隔一小时工作15分钟。
通过阻止细菌繁殖,冷却液可用时间比单单用海德单元的可用时间延长了许多。Algarra先生选择了一台机床,想看看海德单元与一台回收兼通风单元结合在一起,在不清洗机床的情况下冷却液可以重复使用多长时间。该实验中的冷却液在一年多的时间内保持了未污染状态。


进入稀薄空气


ESA-WMM车间随后从(位于新罕布什尔州Goffstown市的)Severn Trent Services-Samsco公司购买了一台水汽化器。这样废品量就进一步减少。由于机床冷却液中大约95%是水,汽化器在减少废冷却液量方面发挥了巨大作用。由于车间不再存在有毒冷却液添加剂,因此只有水被挥发,意味着汽化过程不会引起任何空气污染。
在该汽化器中最多可以装入200加仑的被污染冷却液,而在大约6小时时间内,该量就减少80%以上。剩余的复合物为冷却液油基部分连同杂质油。这种油基材料可以加到积聚起来的杂质油中,并送到油回收者那里。(细菌污染并不影响油的可回收性。)在安装了水汽化器后,该机加工车间摆脱了整个冷却液废品流。由于所有设备都到位,因此该车间不再每年形成3,000加仑的废冷却液。取而代之,从冷却液流收回了大约100加仑可回收油。该项目还使得机加工车间可以将其浓缩冷却液的购买量从以前的每年大约12桶(每桶5加仑)减少到仅仅3桶。每年因冷却液采购和处置量减少而产生的总成本节约量大约为10万美元,而实际效益甚至比此数值还要高,因为该数据没有包括工人健康的改善和生产率的提高等因素。
所有这些新设备的采用以及各个系统的优化在Los Alamos国家实验室的ESA-WMM车间花了几年的时间,但是这套类似的系统在任何机加工车间都可以在较短的时间内起到双倍的效用。由于废品大大减少,另一个机加工车间——位于新墨西哥州Albuquerque市的Sandia国家实验室的一个车间— 也已经采用了相同的系统。

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