2008年6月18日 星期三
壓縮空氣系統效益在PCB生產線提升良率的重要性
三、近代PCB廠的壓縮空氣系統設計與管理
3.1污染源的探討
茲就ISO8573-1 所定義的壓縮空氣中之固體顆粒、水及油等三項問題，做如下說明。
[ 1 ] 壓縮空氣中的固體顆粒
壓縮空氣中固體顆粒的產生或存在，主要由於大氣中的空氣被污染所致。此外，輸送壓縮空氣的管線也是造成壓縮空氣中固體顆粒污染的原因。
將大氣中的固體顆粒濾除，是一件極為容易的過程。但當空氣完成壓縮進入到儲存容器與輸送管線內時，壓縮空氣因儲存容器與輸送管線的汙染而產生固體顆粒碎屑，將永無止境(見照片一)。茲將壓縮空氣進入儲存容器與輸送管線後，其間的物理與化學作用產生的固體顆粒雜質污染過程說明如下：
1. 化學成分氣體的腐蝕
大氣中的碳氫化合物、二氧化碳、一氧化碳、化學氣體…等無法完全被一般的過濾裝置過濾清除，所以壓縮空氣中自然可能含有這些具腐蝕性質的氣體。此時，輸送壓縮空氣的管線材料就顯得很重要，必須有充分的耐腐蝕性能，以克服具有腐蝕性質的氣體對氣壓管內壁的腐蝕問題。
2. 水氣的腐蝕
壓縮空氣中殘餘的水氣對輸送壓縮空氣的金屬管線極易造成腐蝕，腐蝕現象會產生許多碎屑，此為形成固體顆粒的原因之一。
3. 細菌腐蝕
大氣中的許多細菌無法被壓縮機入口的過濾網濾除，將伴隨空氣被壓縮進入到系統。此時，輸送壓縮空氣的管線材料必須具備充分的耐細菌腐蝕性能，克服氣壓管壁被細菌腐蝕而產生固體雜質顆粒的現象。
[ 2 ] 壓縮空氣中的水分
大氣中的空氣含有大量的水分，從空氣線圖的關係即可看出端倪。
高於1atm壓力的氣體，該壓力氣體的露點溫度稱為壓力露點溫度(PDP)
大氣壓力下的空氣經過壓縮後，空氣的露點溫度將下降(圖二)。但無論如何，壓縮空氣中的水份無法完全怯除(參見表三)；因此輸送壓縮空氣的氣壓管材料即顯得非常重要，必須完全不會被壓縮空氣中的水份腐蝕，或因管材與壓縮空氣的摩擦產生壓降而凝結出多餘的水份。
3.1污染源的探討
茲就ISO8573-1 所定義的壓縮空氣中之固體顆粒、水及油等三項問題，做如下說明。
[ 1 ] 壓縮空氣中的固體顆粒
壓縮空氣中固體顆粒的產生或存在，主要由於大氣中的空氣被污染所致。此外，輸送壓縮空氣的管線也是造成壓縮空氣中固體顆粒污染的原因。
將大氣中的固體顆粒濾除，是一件極為容易的過程。但當空氣完成壓縮進入到儲存容器與輸送管線內時，壓縮空氣因儲存容器與輸送管線的汙染而產生固體顆粒碎屑，將永無止境(見照片一)。茲將壓縮空氣進入儲存容器與輸送管線後，其間的物理與化學作用產生的固體顆粒雜質污染過程說明如下：
1. 化學成分氣體的腐蝕
大氣中的碳氫化合物、二氧化碳、一氧化碳、化學氣體…等無法完全被一般的過濾裝置過濾清除，所以壓縮空氣中自然可能含有這些具腐蝕性質的氣體。此時，輸送壓縮空氣的管線材料就顯得很重要，必須有充分的耐腐蝕性能，以克服具有腐蝕性質的氣體對氣壓管內壁的腐蝕問題。
2. 水氣的腐蝕
壓縮空氣中殘餘的水氣對輸送壓縮空氣的金屬管線極易造成腐蝕，腐蝕現象會產生許多碎屑，此為形成固體顆粒的原因之一。
3. 細菌腐蝕
大氣中的許多細菌無法被壓縮機入口的過濾網濾除，將伴隨空氣被壓縮進入到系統。此時，輸送壓縮空氣的管線材料必須具備充分的耐細菌腐蝕性能，克服氣壓管壁被細菌腐蝕而產生固體雜質顆粒的現象。
[ 2 ] 壓縮空氣中的水分
大氣中的空氣含有大量的水分，從空氣線圖的關係即可看出端倪。
高於1atm壓力的氣體，該壓力氣體的露點溫度稱為壓力露點溫度(PDP)
大氣壓力下的空氣經過壓縮後，空氣的露點溫度將下降(圖二)。但無論如何，壓縮空氣中的水份無法完全怯除(參見表三)；因此輸送壓縮空氣的氣壓管材料即顯得非常重要，必須完全不會被壓縮空氣中的水份腐蝕，或因管材與壓縮空氣的摩擦產生壓降而凝結出多餘的水份。
壓縮空氣系統效益在PCB生產線提升良率的重要性
一、壓縮空氣在PCB生產線扮演的功能與角色
壓縮空氣在PCB廠對生產線的運轉提供重要的能源動力，影響生產的效率與良率至鉅。而PCB廠的量產良率牽涉到整個企業的獲利，工廠生產線縱使只有1%、2%的良率變動，對公司的獲利都有重大影響。因此，對於整體PCB廠的壓縮空氣供應必需妥為設計與管理，這對整廠的生產良率提升極為重要。
一般而言，壓縮空氣在PCB廠提供全廠機台的生產動力，而所有機台的CNC控制之精密度取決於壓縮空氣品質。其他如風刀的使用、相關加工設備器具應用…等，因為潔淨無塵室的等級提升，壓縮空氣的品質也需要提升。否則生產線的生產良率無法穩定，也就無法確保營運的提昇獲利。
所以，PCB廠生產線除了需要配置高精密度的CNC機台、高等級潔淨無塵室…等相關硬體設備外，壓縮空氣系統的軟硬體設置也是一項不可或缺的重要課題。
二、壓縮空氣品質的等級規範
使用壓縮空氣當作動力能源的主要生產線機具的效益，端視壓縮空氣的品質條件。依據ISO8573-1規定的壓縮空氣品質規範，壓縮空氣的等級品質與壓縮空氣中的固體顆粒大小與濃度、水的壓力露點溫度、油的濃度之相互關係如表一。
以往的PCB產業，屬於一般的勞力密集產業。近代PCB的產業已進入精密機具密集、資金密集的門檻，過去印刷電路板上僅數十個、數百個的鑽孔(pins)，目前進入到千餘個鑽孔的精密覆晶載板(flip chip)的加工製程，任何壓縮空氣中的水氣、固體顆粒、油氣...等，會立即影響PCB板的整體生產良率百分比。所以，生產線用的壓縮空氣品質在水氣、固體顆粒、油氣這三項問題需要嚴格管控。
壓縮空氣在PCB廠對生產線的運轉提供重要的能源動力，影響生產的效率與良率至鉅。而PCB廠的量產良率牽涉到整個企業的獲利，工廠生產線縱使只有1%、2%的良率變動，對公司的獲利都有重大影響。因此，對於整體PCB廠的壓縮空氣供應必需妥為設計與管理，這對整廠的生產良率提升極為重要。
一般而言，壓縮空氣在PCB廠提供全廠機台的生產動力，而所有機台的CNC控制之精密度取決於壓縮空氣品質。其他如風刀的使用、相關加工設備器具應用…等，因為潔淨無塵室的等級提升，壓縮空氣的品質也需要提升。否則生產線的生產良率無法穩定，也就無法確保營運的提昇獲利。
所以，PCB廠生產線除了需要配置高精密度的CNC機台、高等級潔淨無塵室…等相關硬體設備外，壓縮空氣系統的軟硬體設置也是一項不可或缺的重要課題。
二、壓縮空氣品質的等級規範
使用壓縮空氣當作動力能源的主要生產線機具的效益，端視壓縮空氣的品質條件。依據ISO8573-1規定的壓縮空氣品質規範，壓縮空氣的等級品質與壓縮空氣中的固體顆粒大小與濃度、水的壓力露點溫度、油的濃度之相互關係如表一。
以往的PCB產業，屬於一般的勞力密集產業。近代PCB的產業已進入精密機具密集、資金密集的門檻，過去印刷電路板上僅數十個、數百個的鑽孔(pins)，目前進入到千餘個鑽孔的精密覆晶載板(flip chip)的加工製程，任何壓縮空氣中的水氣、固體顆粒、油氣...等，會立即影響PCB板的整體生產良率百分比。所以，生產線用的壓縮空氣品質在水氣、固體顆粒、油氣這三項問題需要嚴格管控。
2008年5月14日 星期三
離心式空氣壓縮機中間冷卻器熱交換效能提升與節能的關係
離心式空氣壓縮機中間冷卻器熱交換效能提升與節能的關係
壓縮空氣的用氣量，隨者產業結構的改變，用氣量日益增加。在生產工業上，壓縮空氣被視為一種能量，通成為第四種能源。鑒於壓縮空氣氣源是由壓縮機做功，按氣體定理的物理變化而得到的 一種能源，根據氣體壓縮做功的原理或過程，我們可以了解如何以最經濟的能源消耗，得到最大的輸出功，即壓縮空氣的取得，需要評估最低的能源需求，是一項重要考慮因素。
降低壓縮功的能源需求，需
要根據氣體定律的原理，滿足PV圖的最小多變指數。因此設置中間冷卻器以降低壓縮功的需求。如何提升中間冷卻器的熱交換效果，則是降低減少壓縮機做功的唯一訴求。
壹、 影響離心式空壓機運轉的效率因素
1.1 壓縮空氣的性質
壓縮空氣本身的下列性質影響空壓機的運轉效率；
˙ 溫度
˙ 壓力
˙ 比體積
˙ 壓力露點溫度
1.2 中間冷卻器的性質
迅速將壓縮機出口的壓縮空氣溫度冷卻，把95%以上的水份自飽和空氣中分離，提供高品質的壓縮空氣供下個階段的製程使用。因此，中間冷卻器是一個熱交換器，它必須保持穩定的高效率熱交換能力，才能提供高品質壓縮空氣讓工業製程有效率的穩定運轉。
1.2.1 中間冷卻器的功能
˙降低下一階段壓縮過程的多變指數n值 (polytropic index)，使壓縮過程接近等溫過程的絕熱
壓縮過程(adiabatic compression process)，從而減少降低壓縮機馬力的消耗。
中間冷卻器的效率標準設計值在0.7-0.9。
中間冷卻器的效率對於壓縮空氣密度的提升，可以有效降低後段壓縮機的電力消耗。
中間冷卻器對壓縮空氣密度的提升效率，就是壓縮機馬力可以降低的%指數。
˙降低下一個壓縮行程的空氣比體積。
離心式空壓機的工作原理是藉離心葉倫轉動的動能來輸送空氣，壓縮過程係等壓，等溫，改
變氣體體積，以離心葉倫轉動的動能加速氣體速度變換為壓力。所以進入離心式壓縮機的氣體
比體積需要越小越好，空壓機的出氣量才能滿足使用端需求。
離心式空壓機操作管理的工程口訣：
1 壓縮機進氣溫度少5%，壓縮機馬力少5%
2 壓縮機馬力一定，壓縮機進氣溫度少3℃，則壓縮空氣的氣量增加1%。
3 冷卻水溫度每增減5℃，會影響冷凍機功率1.5%
1.2.2 中間冷卻器熱交換效率的提升
中間冷卻器熱交換效率的提升方法，主要是將附著於熱交換器管內壁的汙垢或水垢清除，保持潔淨的熱交換面積，讓冷卻水與高溫的壓縮氣體進行熱交換，把氣體的溫度有效降低7-10℃，使氣體進入下一個階段壓縮時，提升壓縮機效率，有效降低壓縮機能源損耗。
壹、 清除離心式空壓機中間冷卻器內壁的水垢以及保持中間冷卻器內壁潔淨度的方法
2.1化學添藥法
中間冷卻器運轉一段時間後，管內壁會因下列原因而影響其熱傳效果；
1.管內壁結垢
水中存在的大量碳酸鈣、碳酸鎂等鹽類物質是直接原因。管內壁結垢將導致熱交換器效率的明顯降低，而水的溫度及PH值亦直接影響結垢的速度。
2.有機物薄膜
管內壁會聚集附著許多有機物質、細菌、藻菌˙˙˙等有機物薄膜，導致熱交換器效率的明顯降低。
因為結水垢的過程都屬氧化過程，所以化學藥劑添加，使水垢或銹蝕還原。按質量不滅定律，大量添加的化學藥劑，一直存留在水系統，過量的化學藥劑沉澱析出殘留附著管壁，形成薄膜及腐蝕，無法完全提升中間冷卻器的熱交換效益。化學添加藥物法雖然可以清潔管壁表面的污垢，但是造成管壁的腐蝕，管壁光滑度卻降低，此與汙垢係數之增加無異。另外，環境遭受化學污染的問題隱憂亦日益嚴重，遭受詬病。
2.2人工機械清潔法
人工機械清潔法，耗費工時，對管壁意外傷害所造成的粗糙表面程度嚴重，卻往往被人忽略或因無計可施而採取視而不見的駝鳥心態面對之。此外，每隔一段時間才清除污垢的當中，卻已因汙垢係數逐漸增加而無形中多耗損能源了。 ㄧ般當能源消耗增加到120%的時候，維護人員才會停機打開冷凝器清潔管內壁。
下面的圖4 說明人工機械清潔法，只是暫時解決機垢影響熱效益的方法，非一勞永逸的方法。
下面的圖5 說明清潔熱交換器內壁的節約能源效益為20%。因為一般熱交換器允許的熱損失或能源效率損失的最大設計值為20%，所以當熱交換器表面的汙垢增加到熱損失或能源效率損失高達設計值的20%時，必需啟動熱交換器的壓力保護裝置，快速跳脫，切斷主機運轉電源，停止壓縮機的繼續運轉，保障熱交換器壓力容器的安全。
2.2.1茲說明並推薦棉球式自動清潔熱交換器裝置對空壓機中間冷卻器提升熱交換效率的系統如下；
CQM-ATCS系統的海棉球自動清潔熱交換器裝置，以不傷害管壁的棉球自動清洗每一根銅管，可適時有
效的將化學腐蝕沉積物清除乾淨，防止熱交換器管內壁的腐蝕機構繼續進行腐蝕作用；此外，CQM 的作
用可以改變水中物質的化學反應機構及速率，達到防止與抑制腐蝕速率的進度。高棉球方式有別於傳統的
鋼刷或尼龍刷的刷洗清潔系統。鋼刷或尼龍刷的刷洗清潔系統除了刷洗過程的壓降很大無法降低外，也對
高效率熱交換器銅管的精密螺紋造成磨損傷害，影響熱交換器原始設計值及效率。
(如上圖5所示)目前諸多國內外業者已普遍採用『熱交換器自動清洗設備』來達成目標。該『熱交換器自
動清洗設備』(Cooling Quality Management以下簡稱『C.Q.M系統』)。因為該裝置系統可確實穩定保持
中間冷卻器、冷凝器、冰水蒸發器等之熱交換器銅管內壁潔淨，既無環保問題，又無設備維修、腐蝕、更
換零件…等問題，更重要的是為業者節省大量能源。針對C.Q.M系統之原理、安裝、操作方式及效益評估
分別敘述如后。
2.2.2 CQM棉球式熱交換器自動清洗系統的原理、操作
C.Q.M.系統是一套無須有人在場看顧或任何保養的冷凝管全自動清洗系統。該系統可分成四階段的循環運作:
1.待命：所有的圓球在收集器裡(Collector) [2]就定位。
2.注入圓球：經由注球器(Injector)[3]以氣壓(大於主水管壓力2Bar)將所有的圓球同時注入主水管的入口。
3.收集圓球：水流將圓球帶過熱交換器，然後集中至球捕捉器(Ball Trap)[1]。球捕捉器將排除圓球被帶往冷卻塔的可能性。
4.圓球復歸：控制器(Controller)[2]啟動閥門，將所有的圓球推往收集器。當圓球通過管路時即清除並帶走管壁汙垢，然後回到收集器待命及藉由擾動水流清潔圓球，等待著下一次循環(30分鐘後)。
※圓球材質為天然橡膠，具有彈性及良好耐磨特性，並選擇稍大於管徑之型號，故可徹底清潔管壁。※根據流體力學原理，單一管路不會同時有多顆圓球進入，故所有圓球將平均分佈通過不同管路，依或然率最終所有管路均會有圓球通過清洗。
2.3 電雙層效應清潔熱交換器汙垢的原理與方法
根據物理化學的膠體原理，以微觀的(microscope view)方式解決水中不純物質避免對熱交換器表面積垢及腐蝕的問題。電雙層原理的效應是熱交換器水垢及銹蝕防止的主要依據。將大量的負電子加入到冷卻水中，使水中含有大量的負電子；這些負電子流(negative electron flow) 在流體內與熱交換器內壁之間的電雙層電位效應(electrical double layer)，可以快速清除熱交換器內壁之污垢並防止任何型態的腐蝕現象發生。
當冷卻水中含有大量的負電子流時，冷卻水與熱交換器內壁壁面之間產生強勢電雙層電位。如果冷卻水中的負電子流不足，無法產生電雙層電位，僅存在微弱的介達電位(Zeta Potential)，此時，防止結垢與腐蝕的效益大幅下降。
肆、結論
4.1根據專家及眾多有現場實務經驗的工程師指出，一旦將水冷式熱交換器的冷卻管清洗乾淨後，熱交換效率立即提升『至少』10%。所以若能一直保持冷凝管乾淨無垢的條件下，從巨觀的觀點(Macroscopic View)而言，意謂著能有節省至少10%的電費效益。若從微觀的觀點(Microscopic View)而言，整體效益的能源節約將超過10%。
所以，保持清潔的中間冷卻器內壁，多變過程的指數n 值較小，從4.3.2 方程式可以得知，壓縮功減少。當中間冷卻器的熱交換效果良好，則n →0 使壓縮過程趨近等溫壓縮，從4.3.3方程式可以得知，壓縮功比4.3.2還要小。綜上所述，壓縮機中間冷卻器的穩定散熱條件取決於中間冷卻器的潔淨條件。因此，中間冷卻器的潔淨度保持與良好的散熱能力是有效降低壓縮功，節約空氣壓縮機能源消耗的不二法門。
伍、參考文獻
1. Gas Pipeline Hydraulics by Shashi Menon 1e , 2005 CRC
2. Gas pipeline hydraulics by Shashi Menon ,2004 Dekker
3. Introduction to Practical Fluid Flow by King ,2002 BH
4. Flow of Industrial Fluids – Theory and Equation by Raymond Mulley , 2004 CRC
5. Hydraulic System Design and Operation by Erwin G Hansen ,1985 McGraw-Hill
6. Facility piping systems Handbook by Michael Frankel ,1999 McGraw-Hill
7. Compressor Handbook by Paul C Hanlon , 2001 MacGraw Hill
8. Compressible Fluid Flow by B W Imrie , 1973 Butterworth
9. Fundamentals of Gas Dynamics by Rober D Zucker and Oscar Biblarz , 2002 John Wily & Son
壓縮空氣的用氣量，隨者產業結構的改變，用氣量日益增加。在生產工業上，壓縮空氣被視為一種能量，通成為第四種能源。鑒於壓縮空氣氣源是由壓縮機做功，按氣體定理的物理變化而得到的 一種能源，根據氣體壓縮做功的原理或過程，我們可以了解如何以最經濟的能源消耗，得到最大的輸出功，即壓縮空氣的取得，需要評估最低的能源需求，是一項重要考慮因素。
降低壓縮功的能源需求，需
壹、 影響離心式空壓機運轉的效率因素
1.1 壓縮空氣的性質
壓縮空氣本身的下列性質影響空壓機的運轉效率；
˙ 溫度
˙ 壓力
˙ 比體積
˙ 壓力露點溫度
1.2 中間冷卻器的性質
迅速將壓縮機出口的壓縮空氣溫度冷卻，把95%以上的水份自飽和空氣中分離，提供高品質的壓縮空氣供下個階段的製程使用。因此，中間冷卻器是一個熱交換器，它必須保持穩定的高效率熱交換能力，才能提供高品質壓縮空氣讓工業製程有效率的穩定運轉。
1.2.1 中間冷卻器的功能
˙降低下一階段壓縮過程的多變指數n值 (polytropic index)，使壓縮過程接近等溫過程的絕熱
壓縮過程(adiabatic compression process)，從而減少降低壓縮機馬力的消耗。
中間冷卻器的效率標準設計值在0.7-0.9。
中間冷卻器的效率對於壓縮空氣密度的提升，可以有效降低後段壓縮機的電力消耗。
中間冷卻器對壓縮空氣密度的提升效率，就是壓縮機馬力可以降低的%指數。
˙降低下一個壓縮行程的空氣比體積。
離心式空壓機的工作原理是藉離心葉倫轉動的動能來輸送空氣，壓縮過程係等壓，等溫，改
變氣體體積，以離心葉倫轉動的動能加速氣體速度變換為壓力。所以進入離心式壓縮機的氣體
比體積需要越小越好，空壓機的出氣量才能滿足使用端需求。
離心式空壓機操作管理的工程口訣：
1 壓縮機進氣溫度少5%，壓縮機馬力少5%
2 壓縮機馬力一定，壓縮機進氣溫度少3℃，則壓縮空氣的氣量增加1%。
3 冷卻水溫度每增減5℃，會影響冷凍機功率1.5%
1.2.2 中間冷卻器熱交換效率的提升
中間冷卻器熱交換效率的提升方法，主要是將附著於熱交換器管內壁的汙垢或水垢清除，保持潔淨的熱交換面積，讓冷卻水與高溫的壓縮氣體進行熱交換，把氣體的溫度有效降低7-10℃，使氣體進入下一個階段壓縮時，提升壓縮機效率，有效降低壓縮機能源損耗。
壹、 清除離心式空壓機中間冷卻器內壁的水垢以及保持中間冷卻器內壁潔淨度的方法
2.1化學添藥法
中間冷卻器運轉一段時間後，管內壁會因下列原因而影響其熱傳效果；
1.管內壁結垢
水中存在的大量碳酸鈣、碳酸鎂等鹽類物質是直接原因。管內壁結垢將導致熱交換器效率的明顯降低，而水的溫度及PH值亦直接影響結垢的速度。
2.有機物薄膜
管內壁會聚集附著許多有機物質、細菌、藻菌˙˙˙等有機物薄膜，導致熱交換器效率的明顯降低。
因為結水垢的過程都屬氧化過程，所以化學藥劑添加，使水垢或銹蝕還原。按質量不滅定律，大量添加的化學藥劑，一直存留在水系統，過量的化學藥劑沉澱析出殘留附著管壁，形成薄膜及腐蝕，無法完全提升中間冷卻器的熱交換效益。化學添加藥物法雖然可以清潔管壁表面的污垢，但是造成管壁的腐蝕，管壁光滑度卻降低，此與汙垢係數之增加無異。另外，環境遭受化學污染的問題隱憂亦日益嚴重，遭受詬病。
2.2人工機械清潔法
人工機械清潔法，耗費工時，對管壁意外傷害所造成的粗糙表面程度嚴重，卻往往被人忽略或因無計可施而採取視而不見的駝鳥心態面對之。此外，每隔一段時間才清除污垢的當中，卻已因汙垢係數逐漸增加而無形中多耗損能源了。 ㄧ般當能源消耗增加到120%的時候，維護人員才會停機打開冷凝器清潔管內壁。
下面的圖4 說明人工機械清潔法，只是暫時解決機垢影響熱效益的方法，非一勞永逸的方法。
下面的圖5 說明清潔熱交換器內壁的節約能源效益為20%。因為一般熱交換器允許的熱損失或能源效率損失的最大設計值為20%，所以當熱交換器表面的汙垢增加到熱損失或能源效率損失高達設計值的20%時，必需啟動熱交換器的壓力保護裝置，快速跳脫，切斷主機運轉電源，停止壓縮機的繼續運轉，保障熱交換器壓力容器的安全。
2.2.1茲說明並推薦棉球式自動清潔熱交換器裝置對空壓機中間冷卻器提升熱交換效率的系統如下；
CQM-ATCS系統的海棉球自動清潔熱交換器裝置，以不傷害管壁的棉球自動清洗每一根銅管，可適時有
效的將化學腐蝕沉積物清除乾淨，防止熱交換器管內壁的腐蝕機構繼續進行腐蝕作用；此外，CQM 的作
用可以改變水中物質的化學反應機構及速率，達到防止與抑制腐蝕速率的進度。高棉球方式有別於傳統的
鋼刷或尼龍刷的刷洗清潔系統。鋼刷或尼龍刷的刷洗清潔系統除了刷洗過程的壓降很大無法降低外，也對
高效率熱交換器銅管的精密螺紋造成磨損傷害，影響熱交換器原始設計值及效率。
(如上圖5所示)目前諸多國內外業者已普遍採用『熱交換器自動清洗設備』來達成目標。該『熱交換器自
動清洗設備』(Cooling Quality Management以下簡稱『C.Q.M系統』)。因為該裝置系統可確實穩定保持
中間冷卻器、冷凝器、冰水蒸發器等之熱交換器銅管內壁潔淨，既無環保問題，又無設備維修、腐蝕、更
換零件…等問題，更重要的是為業者節省大量能源。針對C.Q.M系統之原理、安裝、操作方式及效益評估
分別敘述如后。
2.2.2 CQM棉球式熱交換器自動清洗系統的原理、操作
C.Q.M.系統是一套無須有人在場看顧或任何保養的冷凝管全自動清洗系統。該系統可分成四階段的循環運作:
1.待命：所有的圓球在收集器裡(Collector) [2]就定位。
2.注入圓球：經由注球器(Injector)[3]以氣壓(大於主水管壓力2Bar)將所有的圓球同時注入主水管的入口。
3.收集圓球：水流將圓球帶過熱交換器，然後集中至球捕捉器(Ball Trap)[1]。球捕捉器將排除圓球被帶往冷卻塔的可能性。
4.圓球復歸：控制器(Controller)[2]啟動閥門，將所有的圓球推往收集器。當圓球通過管路時即清除並帶走管壁汙垢，然後回到收集器待命及藉由擾動水流清潔圓球，等待著下一次循環(30分鐘後)。
※圓球材質為天然橡膠，具有彈性及良好耐磨特性，並選擇稍大於管徑之型號，故可徹底清潔管壁。※根據流體力學原理，單一管路不會同時有多顆圓球進入，故所有圓球將平均分佈通過不同管路，依或然率最終所有管路均會有圓球通過清洗。
2.3 電雙層效應清潔熱交換器汙垢的原理與方法
根據物理化學的膠體原理，以微觀的(microscope view)方式解決水中不純物質避免對熱交換器表面積垢及腐蝕的問題。電雙層原理的效應是熱交換器水垢及銹蝕防止的主要依據。將大量的負電子加入到冷卻水中，使水中含有大量的負電子；這些負電子流(negative electron flow) 在流體內與熱交換器內壁之間的電雙層電位效應(electrical double layer)，可以快速清除熱交換器內壁之污垢並防止任何型態的腐蝕現象發生。
當冷卻水中含有大量的負電子流時，冷卻水與熱交換器內壁壁面之間產生強勢電雙層電位。如果冷卻水中的負電子流不足，無法產生電雙層電位，僅存在微弱的介達電位(Zeta Potential)，此時，防止結垢與腐蝕的效益大幅下降。
肆、結論
4.1根據專家及眾多有現場實務經驗的工程師指出，一旦將水冷式熱交換器的冷卻管清洗乾淨後，熱交換效率立即提升『至少』10%。所以若能一直保持冷凝管乾淨無垢的條件下，從巨觀的觀點(Macroscopic View)而言，意謂著能有節省至少10%的電費效益。若從微觀的觀點(Microscopic View)而言，整體效益的能源節約將超過10%。
所以，保持清潔的中間冷卻器內壁，多變過程的指數n 值較小，從4.3.2 方程式可以得知，壓縮功減少。當中間冷卻器的熱交換效果良好，則n →0 使壓縮過程趨近等溫壓縮，從4.3.3方程式可以得知，壓縮功比4.3.2還要小。綜上所述，壓縮機中間冷卻器的穩定散熱條件取決於中間冷卻器的潔淨條件。因此，中間冷卻器的潔淨度保持與良好的散熱能力是有效降低壓縮功，節約空氣壓縮機能源消耗的不二法門。
伍、參考文獻
1. Gas Pipeline Hydraulics by Shashi Menon 1e , 2005 CRC
2. Gas pipeline hydraulics by Shashi Menon ,2004 Dekker
3. Introduction to Practical Fluid Flow by King ,2002 BH
4. Flow of Industrial Fluids – Theory and Equation by Raymond Mulley , 2004 CRC
5. Hydraulic System Design and Operation by Erwin G Hansen ,1985 McGraw-Hill
6. Facility piping systems Handbook by Michael Frankel ,1999 McGraw-Hill
7. Compressor Handbook by Paul C Hanlon , 2001 MacGraw Hill
8. Compressible Fluid Flow by B W Imrie , 1973 Butterworth
9. Fundamentals of Gas Dynamics by Rober D Zucker and Oscar Biblarz , 2002 John Wily & Son
2008年3月16日 星期日
The secrets of successful airline system is ABS airline pipework systems.
Compressed air qualities were be required strictly in semiconductor factory. The primary and strict inquiries for our semiconductor factory for the facility compressed air qualities will be limited in air cleanness and air dryness .For air cleanness and air dryness, we could utilize filtration , absorption and desiccant to keep our inquiries. The other primary methodology was air line pipe system and pipe material for the transportation of compressed air. How to improve the compressed air qualities and efficiencies of the semiconductor factory were an important subject for plant engineers. In this article we will discuss the advantages and efficiencies of electronic grade compressed air systems between ABS air line and SUS316LEP air line in electronic grade compressed air transportation fields.
ABS airline could meet all inquiries of facility and utility which came from semiconductor and electronic plants. All the inquires included best CDA quality,energy saving,leakage free , initial and operation cost down ,and minor system pressure drop ( <<0.2 bar ).
Goodpipe System Engineering Co served this system for almost 20 years in facility and utility pipeline system. Contact hot line : please mail message to jt3944@gmail.com
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一流的壓縮空氣輸送系統之基礎及必須具備的條件
一流的壓縮空氣輸送系統之基礎
正確的壓縮空氣輸送系統，首先需要確定在一個完全絕熱的密閉系統(adiabatic close system)內經由管線(airline)輸送到工廠內外的任何角落使用端(terminal station)。為了滿足一個完全絕熱的密閉系統之條件需求，輸送壓縮空氣的管線材料是唯一可以有效解決需求的不二法門。
輸送壓縮空氣管線必須具備的條件：
( 1 ).管材的熱傳導係數小
( 2 ).管材的介電值大
( 3 ).管材的內壁光滑
( 4 ).管材的接頭氣密可靠
( 5 ).管材的良好耐蝕性
( 6 ).管線系統的壓降必需在0.2bar以下
正確的壓縮空氣輸送系統，首先需要確定在一個完全絕熱的密閉系統(adiabatic close system)內經由管線(airline)輸送到工廠內外的任何角落使用端(terminal station)。為了滿足一個完全絕熱的密閉系統之條件需求，輸送壓縮空氣的管線材料是唯一可以有效解決需求的不二法門。
輸送壓縮空氣管線必須具備的條件：
( 1 ).管材的熱傳導係數小
( 2 ).管材的介電值大
( 3 ).管材的內壁光滑
( 4 ).管材的接頭氣密可靠
( 5 ).管材的良好耐蝕性
( 6 ).管線系統的壓降必需在0.2bar以下
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