Вибір сепараторів води в порівнянні зі стандартними коагуляційними фільтрами

Ваша система стисненого повітря утворює іржу в сталевих трубах, котушки електромагнітних клапанів піддаються корозії протягом шести місяців після встановлення, у фарбувальній камері з'являються дефекти "риб'яче око" через забруднення води, або ж ваша ISO 8573¹ Аудит якості повітря не відповідає класу 4 за вмістом рідкої води - і у вас встановлений фільтр. Фільтр працює. Він вловлює те, для чого призначений. Проблема в тому, що ви встановили коалесцентний фільтр там, де має бути водорозділювач, або водорозділювач там, де потрібен коалесцентний фільтр, і забруднення, якого не може витримати ваш процес, проходить прямо через компонент, який ніколи не був розроблений для його зупинки. Два типи фільтрів, два різних механізми розділення, два різних типи забруднень - і встановлення неправильного фільтра коштує стільки ж, скільки встановлення взагалі нічого для того класу забруднень, який фактично генерує ваш технологічний процес. 🔧

Водовідділювачі - це правильний компонент першого ступеня очищення для видалення об'ємної рідкої води - крапель і крапельок вільної води, які потрапляють в систему стисненого повітря з доохолоджувача компресора або ресивера - за допомогою відцентрова та інерційна сепарація² який не потребує фільтруючого елемента і не створює перепаду тиску. Коалесцентні фільтри - це правильний компонент другого ступеня очищення для видалення дрібнодисперсних аерозолів води, масляних аерозолів і субмікронних крапель рідини, які проходять через сепаратор води - за допомогою волокнистого коалесцентного елемента, який захоплює і зливає дрібні краплі в рідину, що зливається, за рахунок перепаду тиску, який збільшується в міру навантаження на елемент.

Візьмемо Хіроші, інженера з систем стисненого повітря на заводі зі складання електроніки в Нагої, Японія. Його лінія хвильової пайки зазнавала забруднення флюсу краплями води в подачі азоту для продувки - подача проходила через коалесцентний фільтр, але не мала попереднього водовідділювача. Під час літнього виробництва його компресорний доохолоджувач подавав повітря з відносною вологістю 95%, утворюючи об'ємні рідкі водяні краплі, які переповнювали коагулюючий фільтруючий елемент, насичуючи його протягом декількох годин, і дозволяючи об'ємній воді проходити вниз за течією. Додавання водовідділювача перед коалесцентним фільтром - компонента, який коштує менше, ніж один запасний коалесцентний елемент - усунуло насичення елемента, продовжило термін служби коалесцентного елемента з 6 тижнів до 14 місяців і повністю поклало край забрудненню води нижче за течією. 🔧

Зміст

• Які фундаментальні відмінності в механізмі розділення між водосепараторами та коагуляційними фільтрами?
• Коли водовідділювач є правильною специфікацією для вашої системи підготовки стисненого повітря?
• В яких сферах застосування потрібні коагуляційні фільтри для забезпечення надійної якості повітря?
• Як порівняти ефективність сепарації води та коагуляційні фільтри за ефективністю, перепадом тиску та загальною вартістю?

Які фундаментальні відмінності в механізмі розділення між водосепараторами та коагуляційними фільтрами?

Механізм розділення не є технічною деталлю - це фундаментальна причина, чому ці два компоненти не взаємозамінні і чому встановлення одного з них замість іншого призводить до передбачуваної, кількісно вимірюваної несправності. 🤔

Водовідділювачі використовують відцентрову та інерційну сепарацію - закручування повітряного потоку викидає краплі рідини назовні під дією відцентрової сили, де вони збираються на стінці чаші і зливаються самопливом. Цей механізм є високоефективним для крапель рідкої води розміром понад 5-10 мікрон, створює незначний перепад тиску, не потребує фільтруючого елемента і не може бути перенасичений або перевантажений високим вмістом рідкої води. Застосування коагуляційних фільтрів волокниста глибинна фільтрація³ - пропускання повітряного потоку через тонковолокнисту матрицю, де субмікронні краплі вловлюються шляхом вдавлення, перехоплення та дифузії, а потім зливаються (коалесціюються) у більші краплі, які стікають у чашу. Цей механізм вловлює аерозолі та дрібні краплі, які не може видалити відцентрова сепарація, але вимагає чистого фільтруючого елемента, створює зростаючий диференціальний тиск у міру навантаження на елемент, і може бути переповнений і обійдений об'ємними рідкими водяними слимаками, які видалила б відцентрова сепарація.

Порівняння механізмів сепарації

Розподіл забруднення за розміром - чому потрібні обидва компоненти

Забруднення стисненого повітря існує в широкому діапазоні розмірів частинок і крапель, який жоден механізм сепарації не охоплює повністю:

⚠️ Примітка до проектування критичної системи: Ні водовідділювач, ні коалесцентний фільтр не видаляють водяну пару - газоподібну вологу, розчинену в стисненому повітрі. Для видалення водяної пари потрібен холодильний осушувач (до +3°C). точка роси під тиском⁴) або осушувача (до точки роси під тиском від -40°C до -70°C). Водовідділювачі та коагуляційні фільтри видаляють лише рідку воду, яка вже сконденсувалася - вони є наступним етапом проблеми конденсації, а не її вирішенням.

Компанія Bepto постачає чаші водовідділювачів у зборі, коагулюючі фільтрувальні елементи, зливні механізми та повні комплекти для відновлення фільтрів для всіх основних марок систем підготовки стисненого повітря - з підтвердженою для кожного продукту ефективністю розділення, номіналом мікронності елементів та пропускною здатністю. 💰

Коли водовідділювач є правильною специфікацією для вашої системи підготовки стисненого повітря?

Водовідділювачі є правильним і необхідним компонентом першого ступеня в будь-якій системі підготовки стисненого повітря, де в повітряному потоці присутня рідка вода в великих кількостях - що є умовою практично в кожній промисловій системі стисненого повітря, яка працює без холодильного осушувача в точці використання. ✅

Водовідділювачі є правильною специфікацією як перша стадія очищення після ресивера компресора або доохолоджувача в будь-якій системі, де температура стисненого повітря падає нижче точки роси, перш ніж досягти точки використання - утворюється конденсована рідка вода, яку необхідно видалити, перш ніж вона потрапить до наступних фільтрувальних елементів, що коагулюють, фільтрувальних чаш FRL, пневматичних клапанів і виконавчих механізмів. Вони також є правильною специфікацією як єдиний компонент фільтрації в тих випадках, коли достатньо видалення об'ємної води, а видалення аерозолів не потрібне.

Ідеальні сфери застосування сепараторів води

• 🏭 Перша стадія очищення після ресивера компресора - видалення об'ємної води перед розподілом
• Захист магістралі стисненого повітря - перед блоками FRL в лініях живлення верстатів
• Пневматична подача інструменту - об'ємне видалення води для ударних інструментів і шліфувальних машин
• 🌊 Умови підвищеної вологості - тропічний клімат, прибережні об'єкти, літня експлуатація
• ⚙️ Перед коалесцентними фільтрами - захист коалесцентних елементів від насичення
• 🚛 Мобільні та встановлені на транспортних засобах системи кондиціонування - там, де швидко накопичується конденсат
• 🏗️ Будівельна та зовнішня пневматика - високе навантаження конденсату, основна проблема - велика кількість води

Вибір сепаратора води за умовами застосування

Ефективність відцентрової сепарації - Фізика

Відцентрова сила поділу на краплину води у повітряному потоці, що обертається:

$F_{відцентровий} = \frac{m_d \times v_{тангенціальний}^2}{r}$

Де:

• $m_d$ = маса краплі (кг)
• $v_{tangential}$ = тангенціальна швидкість повітря (м/с)
• $r$= радіус розділення (м)

Оскільки маса краплі масштабується з $d^3$ (кубічний діаметр), ефективність відцентрового розділення різко падає для дрібних крапель:

Саме тому сепаратори води не можуть замінити коагуляційні фільтри для видалення аерозолів - і саме тому коагуляційні фільтри повинні бути захищені від об'ємної води сепараторами води, що стоять вище за течією.

Розміри зливного отвору водосепаратора - високе навантаження на конденсат

В умовах високої вологості швидкість накопичення конденсату може бути значною:

$\dot{V}{конденсат} = Q{повітря} \times \rho_{повітря} \times (x_{inlet} - x_{sat,line})$

Де:

• $Q_{air}$ = об'ємна витрата при тиску в лінії (м³/хв)
• $\rho_{air}$ = густина повітря при лінійному тиску (кг/м³)
• $x_{inlet}$ = питома вологість на вході (кг води/кг сухого повітря)
• $x_{sat,line}$ = вологість насичення при температурі і тиску в лінії (кг/кг)

Практична швидкість конденсації при високій вологості:

При швидкості 280 мл/год стандартна чаша фільтра FRL (ємністю 50-100 мл конденсату) переповнюється за 10-20 хвилин - саме такий стан переповнював коалесцентний фільтр Хіроші в Нагої і саме він робить необхідним правильно підібраний сепаратор води перед фільтром з напівавтоматичним зливанням. 💡

В яких сферах застосування потрібні коагуляційні фільтри для забезпечення надійної якості повітря?

Коалесцентні фільтри працюють з класом забруднень, до яких не можуть доторкнутися водовідділювачі - субмікронні аерозолі води і масла, які залишаються зваженими в повітряному потоці після завершення відцентрової сепарації і викликають специфічні збої, пов'язані із забрудненням масла: дефекти покриття, забруднення інструментів, забруднення харчових продуктів і фармацевтичних препаратів, а також корозію, викликану водно-масляними емульсіями. 🎯

Коалесцентні фільтри необхідні для будь-якого застосування, де вміст масляних аерозолів необхідно контролювати відповідно до визначеного класу ISO 8573, де необхідно видаляти субмікронні водяні аерозолі, щоб запобігти забрудненню наступних приладів або процесів, де застосовуються стандарти якості повітря для дихання, і де будь-який наступний процес чутливий до масляних забруднень при концентраціях нижче 1 мг/м³ - поріг, якого не може досягти відцентрове розділення.

Застосування, що вимагають коалесцентних фільтрів

Класи коалесцентних фільтруючих елементів - досяжні класи ISO 8573

Коалесцентний фільтр - режим руйнування при насиченні елемента

Коли об'ємна рідка вода потрапляє на коагулюючий фільтруючий елемент без попередньої сепарації води:

Етап 1 - Навантаження елементів (0-2 години при високому водному навантаженні):

• Краплі води потрапляють у волокнисту матрицю
• Волокна насичуються рідкою водою
• Порушена функція коагуляції - краплі не можуть стікати достатньо швидко

Етап 2 - Стрибок перепаду тиску:
$\Дельта P_{насичена} = Дельта P_{чиста} \times \left(\frac{\mu_{water}}{\mu_{air}}\right) \times S_f$

Де $S_f$ коефіцієнт насичення - перепад тиску збільшується в 3-8 разів порівняно зі значенням чистого елемента.

Етап 3 - Обхід та реінтеграція:

• Перепад тиску перевищує межу міцності елемента
• Рідка вода знову потрапляє в потік повітря, що йде вниз
• Проникнення великої кількості води - гірше, ніж відсутність фільтра

Це саме та послідовність аварій, яка сталася на станції Хіроші в Нагої - і її можна повністю запобігти, встановивши водорозділювач вище за течією, щоб видалити об'ємну воду до того, як вона досягне коагулюючого елемента.

Вимоги до встановлення коагуляційного фільтра

Двоступенева технологічна лінія - правильна архітектура системи

Принцип побудови системи: Водовідділювач завжди стоїть першим - він захищає кожен наступний компонент. Коалесцентний фільтр завжди стоїть після водорозділювача - він вирішує проблеми, які не може вирішити відцентрова сепарація. Послідовність не є взаємозамінною.

Як порівняти ефективність сепарації води та коагуляційні фільтри за ефективністю, перепадом тиску та загальною вартістю?

Вибір компонентів впливає на якість повітря після фільтрації, термін служби елементів, падіння тиску в системі, витрати на електроенергію та загальну вартість випадків забруднення, а не лише на вартість фільтрувальної установки. 💸

Водовідділювачі мають нижчу питому вартість, нульову вартість заміни елементів, незначний перепад тиску і необмежену пропускну здатність для великої кількості рідкої води, але не можуть досягти вмісту олії або аерозолів класу 1-3 за стандартом ISO 8573. Коалесцентні фільтри досягають вмісту олії 1-2 класу за ISO 8573, видаляють субмікронні аерозолі і захищають чутливі процеси, але вимагають заміни елементів, створюють зростаючий перепад тиску при навантаженні елементів і катастрофічно виходять з ладу, якщо піддаються впливу великої кількості рідкої води без попередньої сепарації.

Порівняння ефективності сепарації, перепаду тиску та витрат

ISO 8573-1 Класи якості повітря - що досягається кожним компонентом

Загальна вартість володіння - 3-річне порівняння

Сценарій 1: Виробниче середовище з високою вологістю (тільки коалесцентний фільтр - неправильно)

Сценарій 2: Пневматична подача інструменту (тільки коалесцентний фільтр - непотрібний)

Компанія Bepto постачає чаші водовідділювачів в зборі, напівавтоматичні зливні механізми, коагулюючі фільтрувальні елементи всіх класів ефективності (1 мкм, 0,1 мкм, 0,01 мкм) і фільтрувальні елементи з активованим вугіллям для всіх основних марок систем підготовки стисненого повітря - з пропускною здатністю, досяжним класом ISO 8573 і інтервалом заміни елементів, підтвердженим для ваших конкретних умов застосування. ⚡

Висновок

Встановлюйте водовідділювач як перший ступінь у кожній системі підготовки стисненого повітря, де присутня рідка вода в об'ємі - тобто в кожній системі без холодильного осушувача в точці використання - і встановлюйте коалесцентні фільтри після водовідділювача лише тоді, коли подальший процес вимагає видалення масляних аерозолів, субмікронних водяних аерозолів або дотримання вимог щодо вмісту масел за стандартом ISO 8573, клас 1-4. Ніколи не встановлюйте коалесцентний фільтр без попереднього водовідділювача в середовищі з високою вологістю або високим вмістом конденсату - елемент буде насичувати, обходити і подавати забруднене повітря з більш високим перепадом тиску, ніж нефільтроване повітря. Обидва компоненти справляються з різними діапазонами розмірів забруднень за допомогою різних механізмів, і для повного очищення стисненого повітря їх потрібно використовувати в правильній послідовності. Визначте послідовність, перевірте тип зливу, відстежуйте перепад тиску на коалесцентному елементі, і якість стисненого повітря буде стабільною, відповідною вимогам і захистить кожен наступний компонент у вашій системі. 💪

Поширені запитання про вибір сепараторів води порівняно зі стандартними коалесцентними фільтрами