В умовах модернізації виробництва і підвищення його конкурентоспроможності в промисловості все частіше застосовується дороге високопродуктивне обладнання. Для продовження його служби і підвищення ресурсу дуже важливим стає вирішення проблеми фільтрації різних середовищ. І тут перед проектними і експлуатаційними організаціями постає проблема правильного вибору фільтрувального обладнання.
За останній час набули поширення нові фільтрувальні матеріали і технології фільтрації. розроблені на їх основі:
- Поява щілинних Незасмічувані решіток з клиноподібним профілем призвело до створення автоматичних фільтрів;
- Поява синтетичних (полімерних) фільтрувальних матеріалів низької собівартості призвело до створення фільтрів картріджних з одноразовими фільтроелементами;
- Поява пружинних нержавіючих фільтроелементів призвело до створення регенеріруемих і високотемпературних фільтрів.
Всі ці типи фільтрів мають свої переваги і недоліки. Тому часто, заощадивши на капітальних витратах, можна дуже сильно програти в експлуатаційних.
У даній статті розглядається 4 різних типи фільтрів і умови їх застосування з урахуванням забрудненості фільтрованої середовища, швидкості фільтрації, грязеємність фільтропатронов і самого фільтра і умов експлуатації беручи до уваги економічну складову.
Розглянемо 4 технологічні схеми, в яких альтернативно використовуються фільтри з наступними параметрами:
- продуктивність 200 м3 / год;
- тонкість фільтрації 100 мкм;
- тиск 10 кг / см 2.
Середня щільність забруднень 1,5 г / см 3.
Гранулометрія фільтрованої середовища: частинки ≤ 100 мкм - 10%; частинки ≥ 100 мкм -90%
При експлуатації фільтрувального устаткування важливу роль відіграє такий показник, як грязеемкость - маса забруднюючих речовин, яку здатний затримати фільтр. При визначенні грязеємність слід мати на увазі що в нашому випадку з 100% фільтровану забруднень:
- приблизно 30% осідають на дно фільтра (надалі змиваються в дренаж);
- приблизно 60% затримуються на фільтруючих поверхнях;
- інші 10% частинок мають розмір менше 100 мкм і, отже, не затримуються фільтруючою поверхнею.
Виходячи з рекомендованої швидкості фільтрації рідини 0,2-0,4 м / с розраховуємо площу фільтрації і підбираємо типорозмір фільтра під наші умови з урахуванням однакової грязеємність. Середня площа фільтрації Sобщ складе 1,5 м 2 при ефективної площі Sеф = 40%.
При розрахунку грязеємність стандартно беремо максимальну товщину шару забруднень t = 0,5 см. Таким чином, спрощено вважаємо грязеемкость за формулою:
G = S заг ∙ t ∙ p = 1,5 м 2 ∙ 0,005 м ∙ 1500 кг / м 3 = 11,25 кг
Грязеемкость одного фільтра при мах? Р = 1,5 кг / см 2:
ΣG = 18 кг, де 30% (6 кг) - донний осад, 60% (12 кг) - Фільтровані відкладення на фільтрованої поверхні.
При розрахунку грязеємність приймаємо, що одноразові фільтропатрони, як правило, мають в силу конструктивних особливостей грязеемкость в 1,5 рази більшу.
Виходячи з умови безперервності фільтрації, розглянемо наступні схеми:
Схема 1. Два фільтра сітчастих дренажний рідинних
Фільтр сітчастий дренажний рідинний (ФСДЖ) являє собою вертикальний апарат, який встановлюється на трьох опорних стійках. Штуцери входу і виходу середовища розташовуються на одній лінії і дозволяють вбудувати фільтр в існуючий трубопровід. Фільтруючий елемент являє собою опорний каркас з натягнутою на нього фільтрує сіткою. Забруднене середовище надходить через патрубок вхідного штуцера у внутрішню порожнину, що фільтрує.
При проходженні через фільтроелемент тверді частинки затримуються на поверхні сітки, що фільтрує. Частина домішок і забруднень потрапляє в нижню зону корпусу, при цьому їх концентрація з плином часу зростає. Очищена фільтрує рідина відводиться з корпусу фільтра через вихідний штуцер. Регенерація фільтруючого сітки здійснюється механічним способом за допомогою демонтажу фільтроелемента і очищення його поверхні.
- ціна закупівлі - 200 тис. руб.
- діаметр корпусу - Dy = 600 мм
- площа фільтрації -1,5 м 2
- грязеемкость одного фільтра при max? Р = 1,5 кг / см 2. G = 18 кг.
Схема 2. Один фільтр автоматичний щілинний
Фільтр щілинний автоматичний зі зворотним промиванням (ФЩА) являє собою вертикальний апарат, в корпусі якого між верхньою і нижньою трубними дошками по концентричних колах встановлені фільтруючі елементи - циліндричні щілинні решітки з внутрішньої робочою поверхнею.
Забруднене середовище надходить через вхідний штуцер у внутрішню порожнину фільтроелементів. При проходженні робочого середовища через щілинні решітки механічні домішки затримуються на внутрішній поверхні фільтроелементів. Очищена робоче середовище з корпусу фільтра через вихідний штуцер надходить в трубопровід. Після запуску процесу регенерації мотор-редуктор починає обертати барабан з фільтроелементами. При суміщенні промивного патрубка з фільтроелемент відкривається дисковий затвор зворотного промивання і механічні домішки з внутрішньої порожнини фільтроелементів видаляються через промивний штуцер зворотним потоком очищеної рідини. Періодично здійснюваний процес зворотної промивки відновлює працездатність щілинних решіток і призводить до зменшення перепаду тисків в апараті на вході і виході. Здатність до саморегулювання дозволяє фільтру працювати тривалий час при простому обслуговуванні і низьких експлуатаційних витратах.
- ціна закупівлі - 600 тис. руб.
- діаметр корпусу - Dy = 400 мм
- площа фільтрації при Sеф - 10%: S заг = 2,4 м 2
- грязеемкость одного фільтра при max? Р = 1,5 кг / см 2. G = 18 кг.
Схема 3. Два фільтра регенеріруемих
Фільтр регенеріруемий ФР призначений для очищення рідин від механічних домішок з розміром частинок від 20 до 100 мкм. Головною перевагою даного фільтра є можливість швидкої регенерації через газовий штуцер для зворотного продування пружинного фільтроелемента ФЕК паром, повітрям або інертним газом. Регенерація відбувається без розбирання фільтра і займає мінімум часу.
- ціна закупівлі - 350 тис. руб.
- діаметр корпусу Dy = 800 мм
- площа фільтрації при Sеф - 24%: S заг = 2,4 м 2
- грязеемкость одного фільтра при max? Р = 1,5 кг / см 2. G = 18 кг.
Схема 4. Два фільтра катриджному
Фільтр картріджний (ФК) являє собою вертикальний апарат, який встановлюється на трьох опорних стійках. Фільтроелементи є ткані картриджі, об'єднані в єдину касету, встановлюються між опорними кільцями, розділяючи тим самим внутрішній обсяг корпуса на дві порожнини - для забрудненої і очищеної середовища.
Забруднене середовище надходить через патрубок вхідного штуцера, потрапляє на зовнішню поверхню фільтруючих елементів. Механічні домішки утримуються картриджами, а очищена рідина відводиться з корпусу фільтра через вихідний штуцер. Фільтруючі картриджі не є регенерованими і підлягають заміні при забрудненні.
- ціна закупівлі - 200 тис. руб. У фільтрі стоять 20 одноразових глибинних фільтропатронов діаметром 63 мм і довжиною 1000 мм за ціною 800 руб. за одиницю
- діаметр корпусу - Dy = 600 мм
- площа фільтрації - 4,2 м 2
- грязеемкость одного глибинного фільтропатрона при? Р = 1,5 кг / см 2 становить Gп1 = 1,8 кг. Грязеемкость одного фільтра при мах? Р = 1,5 кг / см 2 - ΣG - 42 кг = 6 кг. - осад + Gп = 36 кг - Фільтровані відкладення на глибинних фільтропатронах.
Виходячи з наявного обладнання розрахуємо фильтроцикла (час роботи в годинах до регенерації) фільтра при різної забрудненості фільтрованої рідини.
Крег - кількість технічних обслуговувань (регенерації) в рік.
- Gп - грязеемкость фільтрованої поверхні, мг
- Q - витрата, л / год
- Кпр - коефіцієнт, що враховує відсоток часток, які пройшли крізь фільтруючу поверхню (Кпр = 0,9)
- Кф - коефіцієнт що враховує кількість частинок затриманих фільтруючою поверхнею (Кф = 0,6)
- J - кількість механічних домішок, мг / л
Дані зведені в таблицю 1.
Річні експлуатаційні витрати - показник, що характеризує ступінь техніко-економічної ефективності техніки і обладнання, що враховує прямі витрати в одиницю часу на амортизацію, оплату праці, ПММ, ТО і ремонт, зберігання, відсотки за кредит, податки, страхові платежі, накладні витрати та інші витрати , пов'язані з її експлуатацією.
Економічні властивості будь-якого об'єкта, так само як і його фізичні властивості (вага, габарити, термін служби і т. Д.), Повинні залежати тільки від технічних і конструктивних параметрів самого об'єкта і бути постійними або відносно постійними протягом всього терміну служби даного об'єкта. Таку властивість має критерій річних експлуатаційних витрат (Гез). Для будь-якої машини цей критерій визначають за формулою:
- Агез - річні експлуатаційні витрати, руб. / Рік
- Арф = (Сп / год ∙ Тф + Срасх) Крег - річні витрати на регенерацію фільтра
- Сз - закупівельна ціна. руб.
- Н = 10 - середній термін служби, років
- Сп / год - вартість нормогодини, руб
- Тф - трудомісткість обслуговування фільтра, годину
- Крег - кількість регенерації в рік
- Срасх - вартість витратних матеріалів, руб.
При цьому найважливішим фактором, який впливає на експлуатаційні витрати, є Тф - трудомісткість обслуговування фільтра. Тф показує, скільки годин необхідно затратити на обслуговування фільтра для відновлення його фільтраційної здатності.
ТФСЖ = 2 чол ∙ 1,5 години = 3 години
ТФЩА = 4 обслуговування в рік ∙ 2 чол ∙ 8 годин = 64 години на рік
ТФР = 2 чол ∙ 0,5 години = 1 годину
ТФК = 2 чол ∙ 1 година = 2 години
Таким чином, річні витрати на технічне обслуговування фільтра для відновлення його здатності, що фільтрує складуть:
де Срасх - вартість прокладок.
де Срасх - вартість прокладок
де Скартр = 800 руб - вартість одноразового фільтроелемента, N = 20 - кількість фільтроелементів.
Частота обслуговування фільтрів безпосередньо залежить від забрудненості технологічної рідини. Так, наприклад, при фільтрації оборотної води на металургійному комбінаті автоматичний фільтр ставав на промивку по перепаду тиску Р = 1 кг / см 2 не рідше 1 разу на годину. Таким чином, в добу виходили не менше 24 регенераций.
Економічні властивості будь-якого об'єкта повинні залежати від технічних і конструктивних параметрів самого об'єкта і бути відносно постійними протягом всього терміну служби.
Економічна ефективність застосування різних типів фільтрів залежить від забрудненості фільтрованої середовища, грязеємність фільтра і, відповідно, частоти і трудомісткості обслуговування. Наведені нижче графік і таблиця показують залежність ефективності фільтра від цих параметрів.