Izbira separatorjev vode v primerjavi s standardnimi koalescenčnimi filtri

Vaš sistem stisnjenega zraka povzroča rjo v jeklenih ceveh, tuljave elektromagnetnih ventilov korodirajo v šestih mesecih po namestitvi, v vaši kabini za barvanje nastajajo napake z ribjim očesom zaradi onesnaženja z vodo ali ISO 8573¹ je revizija kakovosti zraka na podlagi vsebnosti tekoče vode neuspešna v razredu 4 - in imate nameščen filter. Filter deluje. Zajema tisto, za kar je namenjen. Težava je v tem, da ste namestili koalescenčni filter, kamor sodi separator vode, ali separator vode, kamor je potreben koalescenčni filter, in onesnaženje, ki ga vaš proces ne prenese, prehaja naravnost skozi sestavni del, ki ni bil nikoli zasnovan za njegovo zaustavitev. Dve vrsti filtrov, dva različna mehanizma ločevanja, dva različna cilja onesnaževanja - in namestitev napačnega vas stane enako kot namestitev ničesar za razred onesnaževanja, ki ga vaš proces dejansko ustvarja. 🔧

Separatorji vode so pravilna prvostopenjska komponenta za odstranjevanje tekoče vode v razsutem stanju - kapljic in kapljic proste vode, ki vstopajo v sistem stisnjenega zraka iz kompresorja za hlajenje ali sprejemnega rezervoarja - z uporabo centrifugalno in inercijsko ločevanje² ki ne potrebuje filtrirnega elementa in ne povzroča tlačne razlike. Koalescenčni filtri so pravilna komponenta druge stopnje čiščenja za odstranjevanje drobnih vodnih aerosolov, oljnih aerosolov in submikronskih kapljic tekočine, ki gredo skozi separator vode - z uporabo vlaknatega koalescenčnega elementa, ki zajame in združi drobne kapljice v odtočno tekočino, za ceno padca diferenčnega tlaka, ki se povečuje z obremenitvijo elementa.

Vzemimo za primer Hirošija, inženirja za sisteme stisnjenega zraka v tovarni za sestavljanje elektronike v Nagoji na Japonskem. Njegova linija za spajkanje z valovi je bila onesnažena s fluksom zaradi vodnih kapljic v dovodu dušikovega čistilnega zraka, ki je šel skozi koalescenčni filter, vendar brez predhodnega ločevalnika vode. Med poletno proizvodnjo je njegov kompresor za hlajenje zraka dovajal zrak z relativno vlažnostjo 95%, pri čemer so nastajale tekoče vodne kapljice, ki so preobremenile koalescenčni filter, ga v nekaj urah zasičile in omogočile prehod vode v razsutem stanju v smeri toka. Če je pred koalescenčni filter dodal separator vode - sestavni del, ki je stal manj kot en nadomestni koalescenčni element - je odpravil nasičenost elementa, podaljšal življenjsko dobo koalescenčnega elementa s 6 tednov na 14 mesecev in v celoti odpravil onesnaževanje vode v nadaljevanju toka. 🔧

Kazalo vsebine

• Kakšne so temeljne razlike v mehanizmu ločevanja med separatorji vode in koalescenčnimi filtri?
• Kdaj je separator vode pravilna specifikacija za vaš sistem za obdelavo stisnjenega zraka?
• V katerih aplikacijah so potrebni koalescenčni filtri za zanesljivo kakovost zraka?
• Kako se ločevalniki vode in koalescenčni filtri primerjajo glede učinkovitosti ločevanja, padca tlaka in skupnih stroškov?

Kakšne so temeljne razlike v mehanizmu ločevanja med separatorji vode in koalescenčnimi filtri?

Mehanizem ločevanja ni tehnična podrobnost - je temeljni razlog, zakaj teh dveh sestavnih delov ni mogoče zamenjati in zakaj namestitev enega namesto drugega povzroči predvidljivo in merljivo napako. 🤔

Separatorji vode uporabljajo centrifugalno in inercijsko ločevanje - z vrtenjem zračnega toka se tekoče kapljice s centrifugalno silo izločajo navzven, kjer se zbirajo na steni posode in odtekajo z gravitacijo. Ta mehanizem je zelo učinkovit za kapljice tekoče vode v razsutem stanju nad približno 5 do 10 mikronov, ustvarja zanemarljiv padec tlaka, ne zahteva filtrirnega elementa in ga ni mogoče nasičiti ali preobremeniti z visoko vsebnostjo tekoče vode. Koalescenčni filtri uporabljajo vlaknasta globinska filtracija³ - pretok zraka skozi matrico iz finih vlaken, kjer se submikronske kapljice zajamejo z udarjanjem, prestrezanjem in difuzijo, nato pa se združijo (koalescentno) v večje kapljice, ki odtečejo v posodo. Ta mehanizem zajame aerosole in drobne kapljice, ki jih centrifugalno ločevanje ne more odstraniti, vendar zahteva čist filtrirni element, ustvarja naraščajoč diferenčni tlak pri obremenitvi elementa ter ga lahko preobremenijo in obidejo tekoče vodne kapljice, ki bi jih odstranilo centrifugalno ločevanje.

Primerjava mehanizmov ločevanja

Porazdelitev velikosti kontaminacije - zakaj sta potrebni obe komponenti

Onesnaženost stisnjenega zraka se pojavlja v razponu velikosti delcev in kapljic, ki ga noben mehanizem ločevanja ne pokriva v celoti:

⚠️ Opomba o zasnovi kritičnega sistema: Niti vodni separator niti koalescenčni filter ne odstranjujeta vodne pare - plinaste vlage, raztopljene v stisnjenem zraku. Za odstranjevanje vodne pare je potreben hladilni sušilnik (do +3 °C tlak rosišča⁴) ali sušilnika sušilnega sredstva (do -40 °C do -70 °C tlačne rosne točke). Separatorji vode in koalescenčni filtri odstranjujejo le tekočo vodo, ki je že kondenzirala - so nadaljnji del problema kondenzacije in ne njegova rešitev.

V podjetju Bepto dobavljamo sklope posod za ločevanje vode, koalescenčne filtrirne elemente, mehanizme za izpust in popolne komplete za obnovo filtrov za vse glavne blagovne znamke za obdelavo stisnjenega zraka - pri vsakem izdelku so potrjeni učinkovitost ločevanja, mikronska vrednost elementa in zmogljivost pretoka. 💰

Kdaj je separator vode pravilna specifikacija za vaš sistem za obdelavo stisnjenega zraka?

Separatorji vode so pravilna in bistvena prvostopenjska komponenta v vsakem sistemu za obdelavo stisnjenega zraka, kjer je v zračnem toku prisotna tekoča voda v razsutem stanju, kar velja za skoraj vsak industrijski sistem stisnjenega zraka, ki deluje brez hladilnega sušilnika na mestu uporabe. ✅

Separatorji vode so pravilna specifikacija kot prva stopnja obdelave za kompresorskim sprejemnikom ali naknadnim hladilnikom v katerem koli sistemu, kjer temperatura stisnjenega zraka pade pod točko rosišča, preden doseže točko uporabe, pri čemer nastane kondenzirana tekoča voda, ki jo je treba odstraniti, preden doseže koalescenčne filtrske elemente, filtrirne posode FRL, pnevmatske ventile in aktuatorje v nadaljnjem toku. Prav tako so pravilna specifikacija kot edina komponenta za filtriranje v aplikacijah, kjer zadošča odstranjevanje vode v razsutem stanju in odstranjevanje aerosolov ni potrebno.

Idealne aplikacije za separatorje vode

• 🏭 Prva stopnja obdelave po kompresorskem sprejemniku - odstranjevanje vode v razsutem stanju pred distribucijo
• 💨 Zaščita glavnega voda stisnjenega zraka - pred enotami FRL v napajalnih vodih strojev
• 🔧 Pnevmatska oskrba orodja - odstranjevanje vode v razsutem stanju za udarna orodja in brusilnike
• 🌊 Okolja z visoko vlažnostjo - tropsko podnebje, obalni objekti, poletno obratovanje
• ⚙️ Pred koalescenčnimi filtri - zaščita koalescenčnih elementov pred nasičenjem
• 🚛 Mobilni zračni sistemi in zračni sistemi, nameščeni na vozilih - kjer se kondenzat hitro nabira
• 🏗️ Gradbeništvo in zunanja pnevmatika - visoka obremenitev s kondenzatom, primarna skrb za količino vode v razsutem stanju

Izbira separatorja vode glede na pogoje uporabe

Učinkovitost centrifugalnega ločevanja - Fizika

Centrifugalna ločilna sila na vodno kapljico v vrtečem se zračnem toku:

$F_{centrifugalni} = \frac{m_d \times v_{tangencialni}^2}{r}$

Kje:

• $m_d$ = masa kapljice (kg)
• $v_{tangencialni}$ = tangencialna hitrost zraka (m/s)
• $r$= polmer ločitve (m)

Ker je masa kapljic odvisna od $d^3$ (kubični premer), se učinkovitost centrifugalnega ločevanja pri majhnih kapljicah močno zmanjša:

Prav zato vodni separatorji ne morejo nadomestiti koalescenčnih filtrov za odstranjevanje aerosolov - in zato morajo biti koalescenčni filtri zaščiteni pred vodo v razsutem stanju z vodnimi separatorji pred njimi.

Dimenzioniranje odvodnjavanja separatorja vode - visoka obremenitev s kondenzatom

V razmerah z visoko vlažnostjo je lahko stopnja kopičenja kondenzata precejšnja:

$\dot{V}{kondenzat} = Q{zrak} \times \rho_{zrak} \krat (x_{vhod} - x_{sat,line})$

Kje:

• $Q_{air}$ = volumski pretok pri linijskem tlaku (m³/min)
• $\rho_{air}$ = gostota zraka pri linijskem tlaku (kg/m³)
• $x_{inlet}$ = specifična vlažnost na vstopu (kg vode/kg suhega zraka)
• $x_{sat,line}$ = vlažnost nasičenja pri temperaturi in tlaku na progi (kg/kg)

Praktična stopnja kondenzacije pri visoki vlažnosti:

Pri hitrosti 280 ml/h se standardna posoda filtra FRL (zmogljivost 50-100 ml kondenzata) prelije v 10-20 minutah - to je natanko tisto stanje, ki je preobremenilo Hiroshijev koalescenčni filter v Nagoji, in stanje, zaradi katerega je ustrezno dimenzioniran separator vode s polavtomatskim izpustom nujen. 💡

V katerih aplikacijah so potrebni koalescenčni filtri za zanesljivo kakovost zraka?

Koalescenčni filtri obravnavajo razred onesnaženja, ki se ga vodni separatorji ne morejo dotakniti - submikronske aerosole vode in olja, ki po končanem centrifugalnem ločevanju ostanejo suspendirani v zračnem toku in ki povzročajo specifične napake v nadaljnjem proizvodnem procesu, povezane z onesnaženjem z oljem: napake na premazih, onesnaženje instrumentov, onesnaženje živil in farmacevtskih izdelkov ter korozijo zaradi emulzij olja in vode. 🎯

Koalescenčni filtri so potrebni pri vseh aplikacijah, kjer je treba vsebnost oljnih aerosolov nadzorovati do določenega razreda ISO 8573, kjer je treba odstraniti submikronske vodne aerosole, da se prepreči kontaminacija instrumentov ali procesov v nadaljevanju, kjer veljajo standardi kakovosti dihalnega zraka in kjer je kateri koli proces v nadaljevanju občutljiv na kontaminacijo z olji v koncentracijah pod 1 mg/m³ - prag, ki ga centrifugalno ločevanje ne more doseči.

Aplikacije, ki zahtevajo koalescentne filtre

Razredi filtrirnih elementov za koalescenco - ISO 8573 Doseženi razredi

Koalescenčni filter - način okvare zaradi nasičenosti elementa

Ko tekoča voda v razsutem stanju doseže koalescenčni filtrirni element brez predhodnega ločevanja vode:

Faza 1 - obremenitev elementov (0-2 uri pri visoki obremenitvi z vodo):

• Kapljice vode v razsutem stanju vstopijo v matrico vlaken
• Vlakna se nasičijo s tekočo vodo
• Koalescenčna funkcija je oslabljena - kapljice ne morejo odtekati dovolj hitro

Faza 2 - povečanje diferenčnega tlaka:
$\Delta P_{nasičeno} = \Delta P_{čisto} \times \left(\frac{\mu_{voda}}{\mu_{zrak}}\desno) \times S_f$

Kje: $S_f$ je faktor nasičenosti - diferenčni tlak se poveča 3-8× nad vrednostjo čistega elementa.

Faza 3 - obvoz in ponovni vnos vode:

• Diferenčni tlak presega konstrukcijsko mejo elementa
• Tekoča voda se ponovno vpija v zračni tok v spodnjem toku.
• Preko filtra prehaja voda v razsutem stanju - slabše kot brez filtra

To je natančen potek Hiroshijeve napake v podjetju Nagoya - in v celoti se prepreči z namestitvijo separatorja vode pred njim, ki odstranjuje vodo, preden ta doseže koalescenčni element.

Zahteve za namestitev koalescenčnega filtra

Dvostopenjski vlak za obdelavo - pravilna arhitektura sistema

💡 Načelo zasnove sistema: vodni separator je vedno na prvem mestu - varuje vse nadaljnje komponente. Koalescenčni filter vedno za separatorjem vode - obravnava tisto, česar centrifugalno ločevanje ne more. Zaporedje ni zamenljivo.

Kako se ločevalniki vode in koalescenčni filtri primerjajo glede učinkovitosti ločevanja, padca tlaka in skupnih stroškov?

Izbira sestavnih delov vpliva na kakovost zraka, življenjsko dobo elementov, padec tlaka v sistemu, stroške energije in skupne stroške dogodkov onesnaženja - ne le na nakupno ceno filtrirne enote. 💸

Separatorji vode imajo nižje stroške na enoto, ničelne stroške zamenjave elementov, zanemarljiv padec tlaka in neomejeno zmogljivost za tekočo vodo v razsutem stanju - vendar ne morejo doseči razreda 1-3 po standardu ISO 8573 glede vsebnosti olja ali aerosolov. Koalescenčni filtri dosegajo vsebnost olja razreda 1-2 po standardu ISO 8573, odstranjujejo submikronske aerosole in ščitijo občutljive procese, vendar zahtevajo zamenjavo elementov, z obremenitvijo elementov ustvarjajo vse večjo diferenčno razliko tlaka in katastrofalno odpovedo, če so izpostavljeni tekoči vodi v razsutem stanju brez predhodnega ločevanja.

Primerjava učinkovitosti ločevanja, padca tlaka in stroškov

ISO 8573-1 Razredi kakovosti zraka - Kaj doseže posamezna komponenta

Skupni stroški lastništva - 3-letna primerjava

Scenarij 1: Proizvodno okolje z visoko vlažnostjo (samo koalescenčni filter - nepravilno)

Scenarij 2: Napajanje pnevmatskega orodja (samo koalescenčni filter - ni potreben)

V podjetju Bepto dobavljamo sklope posod za ločevanje vode, polavtomatske izpustne mehanizme, koalescenčne filtrirne elemente vseh stopenj učinkovitosti (1 μm, 0,1 μm, 0,01 μm) in filtrirne elemente z aktivnim ogljem za vse glavne znamke za obdelavo stisnjenega zraka - z zmogljivostjo pretoka, dosegljivim razredom ISO 8573 in intervalom menjave elementov, potrjenim za vaše posebne pogoje uporabe. ⚡

Zaključek

V vsakem sistemu za obdelavo stisnjenega zraka, kjer je prisotna tekoča voda v razsutem stanju - to je vsak sistem brez hladilnega sušilnika na mestu uporabe -, namestite separator vode kot prvo stopnjo, za separatorjem vode pa namestite koalescenčne filtre le, če se v nadaljnjem postopku zahteva odstranjevanje oljnih aerosolov, submikronskih vodnih aerosolov ali skladnost z ISO 8573 za razred 1-4 glede vsebnosti olja. Nikoli ne nameščajte koalescenčnega filtra brez separatorja vode pred njim v okolju z visoko vlažnostjo ali visoko vsebnostjo kondenzata - element se bo nasičil, obšel in dovajal onesnažen zrak z višjim diferenčnim tlakom od nefiltriranega dovoda. Oba elementa obravnavata različna območja velikosti onesnaženja z različnimi mehanizmi, oba pa sta potrebna v pravilnem zaporedju za popolno obdelavo stisnjenega zraka. Določite zaporedje, preverite vrsto izpusta, spremljajte diferenčni tlak elementa za koalescenco in kakovost vašega stisnjenega zraka bo dosledna, skladna in bo varovala vse nadaljnje komponente v sistemu. 💪

Pogosta vprašanja o izbiri separatorjev vode v primerjavi s standardnimi koalescenčnimi filtri