Использование пористых композитных материалов для фильтрации широкого спектра газовых сред

Статья опубликована в журнале «Компрессорная техника и пневматика» № 4 за 2014 г.

В.В. Чипизубов

«Лаборатория Фильтровальных Технологий «Криброл», г. С-Пб.

А.П. Картошкин, Аффене Мохамед Али

«Государственный Аграрный Университет», г.С-Пб.

Л.А. Ашкинази

«Международная Академия Прикладных Исследований», г.С-Пб.

ВВЕДЕНИЕ. Различные отрасли экономики объединяет общая задача — расширение возможности эффективного использования широкого спектра газовых сред — главных промышленных энергоносителей. В данной статье мы анализируем возможность использования полимерных композитных материалов и оборудования на их основе, для обеспечения соответствующего количества газов и их чистоты. , всасываемый компрессором, содержит твердые частицы и влагу. Сам компрессор также является источником загрязнений (масло, продукты износа). Следовательно, в оборудование поступает сжатый , содержащий нежелательные загрязняющие вещества, такие как пыль, капли или пары масла, воды либо аэрозоля, а так же небольшое количество агрессивных газов, которые могут повлиять на качество продукции и работоспособность оборудования, что в итоге приводит к увеличению расходов предприятия. В процессе сжатия газов выделяется тепло. Сжатые газы или горячий на выходе из компрессора охлаждаются, а содержащаяся в них влага конденсируется в жидкость, вызывая коррозию трубопроводов и пневматических устройств.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью данной работы является повышение эффективности процесса очистки газов и воздуха, который заключается в осушке, удалении механических примесей, масла или нефтепродуктов.

Для этих целей применяются разные типы оборудования, подбираемые в зависимости от требований пользователя к качеству технических газов или воздуха. Попробуем разобраться поэтапно, выделяя функции каждой ступени технологических циклов, где на каждом этапе устанавливается оборудование для решения локальной задачи. Осушка. Для моделирования процессов, связанных с подготовкой воздуха для эксплуатации на промышленных предприятиях нами был изготовлен стенд (рис.1), имитирующий различные режимы движения воздуха с разной степенью обводнённости.

До помещения в корпус картридж в сухом виде был взвешен. После закрепления его в корпусе и запуска стенда с помощью увлажнителя под давлением подавалось фиксированное количество влаги. После частичного смачивания из картриджа начали выделяться большие капли воды и скользя по его внешней плоскости с верху в низ, падали в отстойную зону корпуса фильтра. Эффекта отрыва капель от стенок картриджа и уноса их в магистраль по ходу движения воздуха не наблюдалось. На стенках прозрачной камеры расположенной после корпуса фильтра капельной влаги визуально не наблюдалось. В результате взвешивания смоченного фильтра и отделённой воды выяснилось что количество подаваемой в магистраль влаги примерно равно количеству отделённой от воздуха влаги.

Эксперимент с обводнённым воздухом показал что процесс осушки происходит активно. Но не известно при каких эксплуатационных характеристиках можно использовать данные материалы. Важными показателями для работы с газовыми средами являются стойкость к пневматическим ударам, температурный режим эксплуатации, стойкость материалов к агрессивным средам и грязеёмкость.

Рис.1 Стенд для демонстрации процесса осушки газовых сред.

  • Общий вид.
  • Картридж «Криброл» из композитного материала «Э-КО».
  • Выделенная влага в отстойной зоне корпуса фильтра.

Рис.2 Картридж «Криброл» при работе с перепадом давления по газовым средам 170 Атм.

Для определения параметров стойкости к пневмотическим ударам был выбран максимально жёсткий режим испытаний.

Стандартный картридж «Криброл» — полый цилиндр с не сквозным отверстием и одним крепёжным узлом 165 х 310 (рис.2), был закреплён на магистрали сброса давления ёмкостей хранения сжатого воздуха. Для удобства сухой картридж не помещали в закрытый корпус а закрепили на конце магистрали для визуального наблюдения и фиксации значения давления при котором начнётся разрушение материала.

Сжатый подавался в пять этапов: 20 Атм.; 60 Атм.; 100 Атм.; 130Атм.; 170 Атм. Так как большего давления в системе выдать не представлялось возможным было принято решение прекратить испытания.

Для выявления работы материала во влажном состоянии (повышение сопротивления материала), картридж «Криброл» был полностью смочен и испытания провели по такой же схеме. В результате разрывов и разрушений материала, деформаций крепёжного узла и отслаивания в месте склейки обнаружено не было.

Рис.3 Схема основных элементов.

  • Подача газа с низу в верх.
  • Размещение картриджа ближе к нижней части корпуса фильтра.
  • Каплеотбойник перед патрубком выхода газа в магистраль, для исключения попадания крупных капель, сорваных с картриджа, при увеличении скоростей прохождения газовых сред.
  • Патрубок выхода газа в магистраль.
  • Сливной патрубок для дренирования отделённой воды.

Опытно-промышленный аппарат производительностью 15 м3/час (рис.4), был установлен на магистраль подачи попутного газа в печь.

Среда: попутный нефтяной газ
Температура среды: 32-50 °С
Рабочее давление: 6,8 кгс/см²

Рис.4 Общий вид аппарата.

Целью проведения испытаний было подтверждение:

Рис.5 Пламя в горелке.

Испытания проводили в течении 6 часов, давлении на горелках печи — 0,1 кгс/см², объемном расходе газа 10-12 м³/час. Визуально, пламя в горелке во время испытаний светло-голубого цвета, что говорит об отсутствии каких- либо примесей (рис.5).

После 6 часов работы, роста сопротивления картриджа отмечено не было, в прозрачную емкость была слита отделённая мутная эмульсия объемом 1,25 литра бледно-серо-желтого цвета со слабым запахом нефтепродукта (рис.6), что составило 17,3 — 20,8 грамм на 1 м³ газа. После 15 часов отстоя эмульсия поменяла цвет на светло-бежевый, стала более прозрачной, на поверхности образовалась слабая радужная пленка, внизу образовался осадок в виде мелких механических примесей темно-коричневого цвета, которые были вынесены каплями воды в отстойную зону корпуса фильтра из тела картриджа, что подтверждает эффект частичной саморегенерации.

Рис.6 Отделённая жидкость.

После получения эффекта отделения капельной жидкости в полном объёме, о чём свидетельствует цвет пламени и режим работы оборудования, было принято решение продлить испытания с целью определения рабочего ресурса картриджа «Криброл».

Установка была размещена перед газопоршневой электростанцией на магистрали подачи газа из скважины. Картридж проработал 12 месяцев, после чего частично потерял свою эффективность, что подтверждается перебоями в работе оборудования.

Одновременно с экспериментами по газовым средам нами был проведен ряд экспериментов по использованию картриджей «Криброл» на пневмосистемах в различных эксплуатационных условиях.

Как правило, схема воздушной магистрали от компрессора до потребителя выглядит так: компрессор — фильтры грубой и тонкой очистки — осушка — ресивер — трубопровод — потребители. Нами была предложена измененная схема: компрессор – фильтр «Криброл» — трубопровод – потребитель (металлообрабатывающие станки для обдува изделий после металлообработки).

Для демонстрации динамики осушения воздуха фильтр «Криброл» был установлен параллельно линии подачи воздуха к другому станку со штатным фильтром. Количество сливаемой жидкости из корпусов фильтров на линиях 1 и 2 фиксировалось сменными мастерами ежедневно перед началом 1-ой смены.

За первый этап испытаний:
— в корпусе фильтра «Криброл» воды не наблюдалось (шел процесс насыщения);
— из корпуса штатного фильтра сливали от 50 до 650 мл влаги.

При дренировании конденсата в магистралях на станках:
— на линии 1 с картриджем «Криброл» конденсата не наблюдалось;
— на линии 2 перед началом смены систематически сливался конденсат в значительных объемах.

Результаты замеров параметров процесса испытаний фильтра «Криброл» в магистрали подачи сжатого воздуха к металлообрабатывающему станку (Относительная влажность воздуха %).

Дата замера До фильтров После фильтра «Криброл» в верхней части корпуса Крайняя точка после фильтра «Криброл» в магистрали
15.08.2013 79,5 20,8 19,2
16.08.2013 82,3 28,0 22,5
19.08.2013 80,1 27,8 19,7
20.08.2013 80,5 25,1 18,4
21.08.2013 66,0 23,8 17,8
22.08.2013 61,0 22,2 16,8
23.08.2013 61,6 21,9 17,4

Отсутствие конденсата и механических примесей в магистрали после фильтра «Криброл» показывает его эффективность, которая может увеличивать ресурс трубопроводов, запорной арматуры, пневматических инструментов и всего оборудования работающего при участии сжатого воздуха, в том числе и различных двигателей.

Рис.7 Штатный фильтр К1211-82320

Рис.8 Фильтр «Криброл»

Практическое тестирование на автотракторной технике было проведено в жёстких эксплуатационных условиях.

Государство: Тунис

Температура эксплуатации: +11оС — +39 °С
Влажность воздуха: 61-81%
Дизельный агрегат: Kubota B2410
Штатный воздушный фильтр: К1211-82320 (рис.7).
Объём системы охлаждения: 3.8 л.
Объём моторного масла: 3.0 л.

Фильтры «Криброл» (рис.8), работающие по принципу улавливания загрязнений всем объёмом фильтровального материала существенно увеличивают время безотказной работы техники, тем самым увеличивая ее производительность.

Рис.9 Условия эксплуатации агрегата с фильтром «Криброл»

Срок испытаний фильтра «Криброл» — 6 месяцев. Смена фильтра не производилась. Перепадов давления в системе не наблюдалась, двигатель работает в штатном режиме, что подтверждает эффективность использования полимерных композитных материалов в фильтрационных системах автотракторных агрегатов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Весь ряд вышеперечисленных технических решений наглядно показывает универсальность и эффективность оборудования «Криброл» с использованием полимерных композитных материалов для очистки, осушки, удаления механических примесей разных размеров, отделения масла или нефтепродуктов в широком спектре газовых сред.

ВЫВОДЫ. Идея осуществления подготовки газовых сред за короткое время и без использования сложного дорогостоящего и энергоёмкого оборудования становится реальностью и подтверждается результатами промышленного применения оборудования с использованием полимерных композитных материалов.

Свяжитесь с нами

Имя

e-mail


Введите код с картинки captcha