Переключаемые сливные фильтры
В системах перекачки жидких сред часто возникает ситуация, когда штатный фильтрующий элемент требует очистки или замены, а остановить технологический процесс невозможно. Именно для таких условий инженеры разработали конструкцию с двумя параллельными сетчатыми кассетами и распределительным краном, позволяющим перенаправить поток на резервную секцию без разрыва магистрали.
Подобное решение оказывается незаменимым на объектах с непрерывным циклом производства, в котельных, на насосных станциях водоснабжения и в химической промышленности.
Конструктивно такое устройство представляет собой литой корпус из чугуна или нержавеющей стали, внутри которого размещены две фильтрующие обоймы. Рабочая среда поступает на входной патрубок, далее проходит через поворотный механизм, направляющий жидкость либо в левую, либо в правую камеру.
В тот момент, когда одна сетка забивается механическими примесями и перепад давления на ней достигает критического значения (обычно 0,5-0,7 бар), оператор проворачивает рукоятку распределителя, и весь объём перенаправляется на чистую секцию.
Материал изготовления ситчатых элементов оказывает прямое влияние на долговечность оборудования. Для воды и нейтральных эмульсий применяют тканые сетки из аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т с размером ячейки от 0,1 до 1,2 мм.
В более агрессивных средах, вроде кислот или щелочей, используют сплавы Hastelloy C-276 или титановые перфорированные листы, толщина которых достигает 0,8-1,5 мм, что предотвращает коррозионное растрескивание.
Перепад давления служит главным индикатором необходимости обслуживания. В чистом состоянии рабочая характеристика для воды плотностью 1000 кг/м³ составляет не более 0,2-0,3 бар при расходе 50 м³/час.
Как только разница показаний на манометрах до и после секции вырастает до 0,7 бар, значит, ячейки заполнены наполовину. Дальнейшая эксплуатация без переключения чревата выдавливанием загрязнений через сетку или разрушением фильтра.
Сам узел переключения бывает двух типов: шаровой пробковый кран с Т-образным каналом и плоская поворотная заслонка. Для диаметров условного прохода до 80 мм предпочтительнее использовать шаровую конструкцию, обеспечивающую полную герметизацию нерабочей ветви с усилием закрытия до 40 Нм.
При больших размерах, вплоть до 300 мм, устанавливают заслонки с эксцентриковым приводом, которые не заклинивают при попадании песка или окалины.
Промывка загрязненной кассеты в большинстве моделей выполняется без её демонтажа. Достаточно после переключения потока открыть сливной вентиль на соответствующей крышке и подать воду в обратном направлении через штуцер ½ дюйма.
Давление обратной струи не должно превышать 2 бар, иначе мелкие фракции забьются в поры сетки ещё глубже. Для удаления нефтепродуктов или вязких жидкостей такую операцию повторяют 3-4 раза, используя подогретый до 60-80°С раствор моющего средства.
Чугунные корпуса с внутренним покрытием из эпоксидной смолы рассчитаны на рабочее давление до 16 атм и температуру среды до 180°С. В ситуациях с перегретым паром или маслами до 300°С применяют цельнолитые конструкции из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом ВЧ-40.
Для взрывоопасных и токсичных субстанций корпус выполняют из коррозионно-стойкой стали 09Г2С, прошедшей рентгеновский контроль сварных швов.
При выборе размера ячейки ориентируются на фракционный состав примесей. Для защиты центробежных насосов от абразивного износа достаточно сетки 0,5-0,8 мм, задерживающей песок и ржавчину.
Тонкая очистка топливной аппаратуры дизельных двигателей требует ячейки 0,05 мм, но в этом случае растет гидравлическое сопротивление, и сменный элемент придется очищать каждые 200-300 моточасов.
Производительность каждой секции подбирается так, чтобы при отключении одной из них вторая пропускала весь расчётный расход с запасом 15-20%. Для типовой насосной станции с подачей 120 м³/час и напором 40 метров устанавливают два фильтра с площадью фильтрации по 0,18 м² каждый.
Такой запас позволяет не беспокоиться о внезапной остановке технологической линии во время замены сетки.
Особого внимания заслуживают модели с электроприводом переключения. На них устанавливается дифференциальный датчик давления, который при достижении порога 0,5 бар автоматически подает сигнал на сервопривод, и тот перенаправляет поток.
Подобная автоматизация особенно полезна на удаленных объектах водозабора или в системах охлаждения компрессоров, где персонал бывает раз в сутки.
Периодичность технического обслуживания напрямую связана с загрязненностью перекачиваемой жидкости. Для артезианской воды с содержанием взвесей до 5 мг/литр очистку проводят раз в 3-4 месяца.
В речных водах с мутностью до 150 мг/литр интервал сокращается до 2-3 недель. При этом важно фиксировать начальный перепад на чистом элементе, чтобы точно определить момент забивки.
В случае с высоковязкими средами, имеющими динамическую вязкость более 300 сПз, обычные сетчатые конструкции оказываются малоэффективными. Для густых масел, мелассы или битумных эмульсий используют фильтры с щелевыми ситами из витой проволоки, где зазор между витками составляет 0,2-0,4 мм.
Такая геометрия обеспечивает самоочищение скребковым механизмом без потери производительности.
Монтаж подобного оборудования требует строгой ориентации корпуса в пространстве. Крышки съемных кассет должны располагаться вертикально или с наклоном не более 15 градусов, иначе при их вскрытии остатки жидкости вытекут наружу.
Подводящие трубопроводы фиксируют отдельными опорами, чтобы масса труб не создавала изгибающих нагрузок на фланцы корпуса (максимальное усилие смещения не выше 200 Н на каждый фланец).
Расчет гидравлических потерь выполняется по формуле Дарси-Вейсбаха: h = ζ * (v^2)/(2g), где ζ — коэффициент местного сопротивления (для переключающего узла он составляет 3,5-4,2), v — скорость потока в патрубке, g — ускорение свободного падения. При скорости 2 м/сек и ζ = 4 потери составят около 0,8 метра водяного столба, что вполне допустимо для большинства систем.
Для агрессивных кислот и щелочей выпускаются фильтры с футеровкой из фторопласта Ф-4 толщиной 3-5 мм. Такой слой выдерживает контакт с соляной кислотой концентрацией до 36% при температуре 120°С.
Однако полимерное покрытие крайне чувствительно к механическим повреждениям, поэтому при затяжке фланцевых болтов момент закручивания не должен превышать 120 Нм для резьбы М20.
Спасает положение и применение магнитных уловителей внутри сливной камеры. Для ферромагнитных загрязнений, вроде окалины или сварочной шлак, устанавливают стержни из неодимового сплава с индукцией 1,2 Тл.
Они удерживают частицы размером до 0,05 мм, снижая нагрузку на основную сетку и продлевая межсервисный интервал в 2-3 раза.
