В настоящее время процессы фильтрования используются практически во всех отраслях промышленности и во многих случаях они становятся лимитирующими переделами технологических процессов. Это связано с тем, что процессы фильтрования сопровождаются накоплением твердой фазы на фильтрующих поверхностях и внутри них, увеличением гидравлического сопротивления фильтров, снижением скорости фильтрования и необходимостью регенерации свойств фильтрующих поверхностей. Что предлагает сегодня рынок, для избежания этих проблем?
НПП «ЭкоЭнергоМаш», имеет многолетний опыт разработки и изготовления различного фильтрационного оборудования для нефтегазовой промышленности. Предприятием разработано, изготовлено и поставлено более 1700 ед. различного технологического оборудования для очистки жидкостей и газов. В рамках НИР и ОКР выполняется большой объем работ по совершенствованию технологий фильтрации разработки новых фильтрующих материалов и изделий.
Предприятием впервые в нефтегазовой отрасли было внедрено и налажено промышленное производство фильтрационного оборудования на основе уникальных разработок фильтрационного оборудования выполненных в научных коллективах бывшего СССР не нашедших применения в других отраслях промышленности из-за их закрытости т.к. использовались фактически только в оборонных отраслях промышленности.
К таким разработкам относятся:
Уникальные комбинированные пористые сетчатые материалы (КПСМ), разработанные в институте машиностроения технического МГТУ им. Н.Э. Баумана. Основная сфера применения, - космическая отрасль. Исключительной особенностью ФЭ на основе КПСМ, является их высокая механическая прочность обеспечивающая возможность длительной эксплуатации без потери своих функциональных свойств. Гарантийный срок эксплуатации фильтроэлементов не менее 10 лет, как правило равен сроку работы фильтрующего аппарата. ФЭ рассчитаны для жестких условий эксплуатации: агрессивные среды, высокие температуры эксплуатации до 800С. (кратковременно до 1200ºС), допустимые перепады давления для цилиндрических фильтроэлементов 30÷50 кг/см2 и до 100 кг/см2 для дисковых фильтроэлементов.
Спиральные (пружинные) фильтроэлементы Крапухина (ФЭК)
ФЭК были разработаны в лаборатории технологических процессов института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, под руководством Крапухина В.Б. для нужд атомной промышленности
Основное отличие ФЭК от известных фильтрующих материалов и элементов состоит в том, что они свободны от главного их недостатка - от необратимого закупоривания пор.
Они способны работать в режиме «фильтрация-регенерация» без замены не менее 105 циклов. В ФЭК достигается возможность полного восстановления фильтрующих свойств элементов после каждого цикла фильтрация-регенерация.
На рис 1. показан вертикальный разрез ФЭП. Фильтрующая перегородка \ выполнена в виде винтовой специально изготовленной спирали. Один конец спирали снабжен крышкой 2, а второй - штуцером 3. К наружной поверхности штуцера прикреплен каркас 4, внутри которого размещены фильтрующая перегородка 1. Между каркасом и крышкой размещена пружина 5.
ФЭК состоит из фильтрующей перегородки (1), крышки (2), штуцера (3), каркаса (4) и пружины (5). Фильтрующая перегородка (1) выполняется из проволоки диаметром 0.6-0.8 мм. Фильтрующая перегородка может быть выполнена длиной до 400мм с проходными фильтрующими зазорами от 4 до 500 микрон. Наружный диаметр фильтрующей перегородки 14-15мм.
Осветляемые жидкость или газ подаются на внешнюю поверхность фильтрующей перегородки (1). Задержанные частички твердых взвесей остаются на внешней поверхности элемента, а очищенные жидкость или газ (фильтрат) выводятся через штуцер (3). После окончания цикла фильтрования, когда производительность фильтра упадет ниже заданной, проводится регенерация ФЭК.
При этом жидкость или газ подаются в штуцер (3) в направлении, обратном направлению выхода фильтрата. В этом случае происходит растягивание фильтрующей перегородки (1) и увеличение ее фильтрующих зазоров, что дает возможность практически полностью удалить частицы загрязнений с наружней поверхности фильтрующей перегородки и из фильтрующих зазоров.
Первоначально ФЭК разрабатывались для радиохимического производства, поэтому преимущественно они изготавливаются из нержавеющей стали и могут отличаться способом крепления их в фильтрующем аппарате и конструктивным исполнением. Однако это не исключает их изготовления и из других (обычных или со специальными свойствами) металлов.
Высокая способность ФЭК к регенерации подтверждается многочисленными экспериментальными данными, фрагмент которых показан на рис.3, где приведено сравнение фильтрационных характеристик металлокерамического фильтрующего элемента (МКФ) и ФЭК. Испытания проводились на элементах, имеющих одинаковые фильтрующие поверхности и пористость при одинаковом начальном перепаде давления на фильтрующих перегородках. Условия регенерации обратным током жидкости также были одинаковыми.
Каждая последующая точка на графике (рис.3) указывает на производительности ФЭК и МКФ, которые получаются после регенерации элемента, проводимой вслед за проведением предыдущего цикла фильтрования. Из рис.3 видно, что производительность ФЭК выше, чем у металлокерамического элемента, что происходит, по-видимому, из-за меньшего гидравлического сопротивления ФЭК по сравнению с МКФ, а главное: производительность ФЭК практически не изменяется в зависимости от объема отфильтрованной жидкости, т.е. не зависит от числа циклов "фильтрация - регенерация". В то же время, производительность МКФ непрерывно падает, что указывает на необратимое закупоривание его пор. Аналогичные зависимости W от q, были получены практически для всех испытанных сред.
Область применения,
В нефтехимической, пищевой, горнодобывающей, перерабатывающей и радиохимической промышленности, черной и цветной металлургии для тонкой очистки жидких (нефть, тяжелые масла, бензин, пластовые воды, растворы и суспензии лакокрасочных производств, солевые рассолы, сиропные растворы сахара, питьевая и промышленная вода, радиоактивные растворы и др.) и газовых сред от твердых примесей (грунт, элементарная сера, частицы металлов, окиси и малорастворимые соли металлов, сажа, мука, сахарная пыль, порошок поливинилхлорида, радиоактивные аэрозоли и др.), включая частицы субмикронного размера и.т.п.
Во многих технологических процессах требуется повышенные требования к отделению твердой фазы от жидкости (очистка суспензий). Фильтроэлементы ФЭК прекрасно зарекомендовали себя в процессах создания динамических мембран (намывные фильтры).
Для создания динамических мембран очень хорошо зарекомендовал себя перлит, который давно и уcпешно изготавливает ОАО «Стройперлит» (141013, г. Мытищи, Московская обл., ул. Силикатная, 36; www.sigmatrade-ltd.ru). ОАО «Стройперлит» выпускает две модификации перлита с различной проницаемостью и насыпным весом, при этом основную задерживающую способность перлита определяют наночастицы с размерами до сотых долей микрона
Пружинные фильтроэлементы могут быть использованы для фильтрования жидкостей и газов практически в любой отрасли промышленности.
Низкая поверхностная энергия фторопласта-4 при фильтрации через него суспензий или аэрозолей полярных и неполярных веществ приводит к тому, что первые смачивают, а вторые отталкиваются от его волокон. Обладают исключительно высокой сепарирующей способностью при отделении воды от углеводородов, т.к. практически не смачиваются водой.
Как показали многочисленные исследования выполненные предприятием наиболее перспективная область применения является разделение несмешивающихся жидкостей в фильтрах разделителях (отделение воды от углеводородов), очистка сжатых газов от полярных (вода, кислоты) и неполярных (масло, углеводородный конденсат и т.п.) загрязнителей.
На базе ФФЭ созданы принципиально новые фильтры для различных отраслей промышленности, которые обеспечивают:
1. Очистку сжатого воздуха от аэрозолей: масляного или водяного тумана:
2. Очистку сжатого природного газа или других газообразных углеводородов от конденсата, включая масло и воду в:
3. Улавливание кислотного тумана.
4. Разделение нефтепродуктов и воды, в. т.ч. дизельного топлива, масел с восстановлением их основных параметров - кислотного числа, пробивного напряжения, тангенса угла диэлектрических потерь и т.д.
Размеры ФФЭ
· Длина – 250, 500, 750 ,1000 мм
Диаметр – от 74 до 300мм
Использование ФЭК обеспечивает предприятию значительную экономию на ремонтно-восстановительных работах, закупках фильтрующих материалов, реагентах, которые в ряде случаев применяют для регенерации фильтрующих материалов.
Как видно из приведенных материалов, ФЭК может использоваться во многих случаях, когда требуется отделить твердые частицы от несущего их потока газа или жидкости.
При этом ФЭК имеют несомненные преимущества перед широко используемыми пористыми фильтрующими материалами за счет их долговечности и отсутствия физической возможности закупоривания фильтрующей поверхности, т.к. она представляет собой гидравлически гладкую цилиндрическую поверхность.
