Что лучше: гофрированный или спеченный фильтр?

Фильтр с гофрированными элементами, как правило, является более подходящим выбором, если требуются высокая пропускная способность, низкий начальный перепад давления, компактная установка и экономичная замена. Фильтр из спеченного материала, как правило, является более подходящим выбором, если в технологическом процессе присутствуют высокие температуры, высокий перепад давления, агрессивные химические вещества, требуется многократная очистка, регенерация катализатора, работа с паром или длительные периоды эксплуатации.

Вот и прямой ответ.

Однако это не тот ответ, которого ожидают большинство отделов закупок, поскольку слово “лучше” зачастую используется вместо вопроса, который никто так и не сформулировал должным образом: лучше в чём, при каких технологических условиях, на сколько часов работы и за чётёй счёт?

Дешевое обходится дорого.

Одноразовый гофрированный картридж, стоимость которого составляет одну пятую от цены, все равно может оказаться более дорогостоящим вариантом после шести месяцев замены, затрат на остановку оборудования, управления запасами, потерь продукции и утилизации загрязненных отходов. В то же время выбор сверхпрочного спеченного элемента из нержавеющей стали 316L для очистки воды из окружающей среды при умеренном давлении может оказаться «инженерным спектаклем» — впечатляющим с технической точки зрения, но неэффективным с финансовой.

Так какой же фильтр все-таки стоит купить?

Моя точка зрения проста: Выбирайте гофрированные фильтрующие элементы для экономичного использования площади поверхности; выбирайте спеченные фильтрующие элементы для обеспечения долговечности конструкции и стабильного восстановления производительности. Все остальное — это детали процесса.

Плиссированный и спеченный фильтр: практическое отличие

Гофрированный фильтр изготавливается путем складывания листа фильтрующего материала в плотно спрессованную цилиндрическую форму. Складки увеличивают эффективную площадь фильтрации, не требуя при этом использования корпуса большего размера. В зависимости от области применения в качестве фильтрующего материала может использоваться полипропилен, полиэстер, целлюлоза, стекловолокно, мембрана из ПТФЭ, сетка из нержавеющей стали или другой специальный материал.

Спеченный фильтр изготавливается путем спекания металлического порошка, металлического волокна или тканой проволочной сетки при повышенной температуре, не превышающей температуру плавления материала. Частицы или точки соприкосновения проволок сплавляются, образуя жесткую пористую структуру с контролируемыми путями потока.

Площадь можно увеличить с помощью геометрии.

Другой набирает силу благодаря металлургии.

Это различие влияет практически на все эксплуатационные параметры: перепад давления, грязеемкость, тепловое сопротивление, прочность на сжатие, возможность очистки, выделение частиц, химическую совместимость, срок службы и стоимость приобретения.

Это также объясняет, почему простой гофрированный фильтр и фильтр из спеченного металла Сравнение, основанное исключительно на номинальном значении в микронах, не является достоверным. Два элемента с маркировкой “10 мкм” могут демонстрировать совершенно разное поведение, поскольку на фактическую степень удержания влияют такие факторы, как номинальное значение, абсолютное значение, распределение размеров пор, толщина фильтрующего материала, форма частиц, вязкость жидкости и концентрация тестового раствора.

Краткий вывод

Выбирайте гофрированный фильтр в следующих случаях:

Жидкость относительно чистая или умеренно загрязнённая.
Важно, чтобы перепад давления в чистой среде был низким.
Требуется высокая пропускная способность при компактных габаритах корпуса.
Температура процесса не выходит за пределы, установленные для полимера или прокладки.
Замена картриджа — это просто и недорого.
Одноразовое использование допустимо.
Этап фильтрации носит защитный, доочищающий или предварительный характер и не предъявляет высоких требований к конструкции.

Выбирайте спеченный фильтр в следующих случаях:

Элемент должен выдерживать воздействие высоких температур или термоциклирование.
Перепад давления, вибрация, обратный поток или пульсации давления могут привести к повреждению мягких материалов.
Фильтр необходимо очистить, провести обратную промывку, обработать паром, ультразвуком или химически регенерировать.
Перенос носителей или отказ от оптоволоконных линий недопустим.
В процессе присутствуют ценные твердые частицы катализатора или продукта.
Остановки производства обходятся дорого.
Долгосрочная стабильность качества важнее низкой начальной цены.

Существует неловкий компромисс: а) спеченный гофрированный фильтр. Данная конструкция сочетает в себе большую площадь складок с механической прочностью и простотой очистки, присущими спеченному металлическому волокну или сетке. Она может стать отличным решением, но её не следует путать с недорогим полимерным гофрированным картриджем.

Наш ассортимент спеченные гофрированные фильтрующие элементы относится к этой промежуточной категории: его площадь больше, чем у обычной жесткой трубки из порошкового металла, но его конструктивные и тепловые характеристики намного превосходят характеристики одноразовой пластиковой гофрированной трубки.

Сравнительная таблица: гофрированный фильтр и спеченный фильтр

Коэффициент отбора	Фальцованный фильтрующий картридж	Картридж с печеным фильтром	Типичный победитель
Первоначальная стоимость приобретения	Обычно ниже	Как правило, выше	Плиссированный
Площадь фильтрации	Очень высокий из-за сложенного носителя	Умеренная для трубчатых порошковых наполнителей; высокая для гофрированных металлических конструкций	Гофрированный или спеченный гофрированный
Чистый перепад давления	Обычно низкий при правильном подборе размера	Часто выше при одинаковых размерах и мелких фракциях	Плиссированный
Термостойкость	Ограничено материалами, опорными слоями, клеем, торцевыми заглушками и уплотнителями	Отлично работает при правильном подборе металла и прокладки	Агломерированный
Прочность при перепаде давления	В значительной степени зависит от конструкции сердечника и носителя	Высокая прочность конструкции	Агломерированный
Химическая стойкость	Может быть отличным, но зависит от полимера и связующих материалов	Отлично подходит при правильном выборе сплава	Зависит от конкретного приложения
Легкость очистки	Некоторые модели можно промывать; многие из них относятся к категории одноразовых	Предназначено для многократной обратной промывки, ультразвуковой, растворительной, паровой или химической очистки	Агломерированный
Выпадение волокон или носителей	Возможно при использовании некоторых волокнистых сред	Связанная металлическая структура сводит к минимуму миграцию	Агломерированный
Грязеудерживающая способность	С большой глубиной складок или многослойной конструкцией	Хорошо, но это зависит от структуры пор и от того, образуется ли фильтрационный осадок	Зависит от конкретного приложения
Модель обслуживания	Заменить после достижения конечного ΔP	Очистка, регенерация и повторное использование	Агломерированный
Частота отключений	Может привести к росту объема сложных услуг	Часто уменьшается при эффективной уборке	Агломерированный
Вес	Низкий	Выше	Плиссированный
Нагрузка, связанная с утилизацией	Еще больше использованных патронов	Частота замены снижается, но отходы от очистки остаются	Агломерированный
Наилучшее применение	Вода, продукты питания и напитки, технологические жидкости общего назначения, доочистка, предварительная фильтрация	Нефтепереработка, химическая промышленность, горячий газ, пар, регенерация катализатора, газ под высоким давлением	Зависит от услуги

Почему у гофрированных фильтров обычно наблюдается меньший начальный перепад давления

Складки увеличивают площадь поверхности.

Очень много.

Дональдсон отмечает, что некоторые промышленные образцы с гофрированной структурой обеспечивают примерно в два-три раза большая площадь фильтрации при тех же габаритах, что позволяет снизить соотношение «воздух/фильтрующий материал» и требуемое давление. Компания Parker также отмечает, что гофрированные целлюлозные картриджи обеспечивают высокую пропускную способность при низком перепаде давления.

Это не маркетинговая уловка. Скорость потока через каждый квадратный сантиметр фильтрующего материала уменьшается по мере увеличения доступной площади. Более низкая скорость на поверхности, как правило, означает более низкий перепад давления очистки, при условии, что каналы между складками остаются открытыми, а фильтрующий материал не уплотнён чрезмерно.

Однако большее количество складок не всегда означает лучшие эксплуатационные характеристики.

Это предположение приводит к проблемам.

Если складки расположены слишком плотно, вязкая жидкость, липкие твердые частицы или быстро накапливающийся фильтрационный осадок могут образовать мостики между соседними складками. Как только начинается образование мостиков, значительная часть заявленной площади перестает функционировать автономно. Картридж может выглядеть огромным в техническом паспорте, но в резервуаре вести себя как гораздо меньший цилиндр.

Большое расстояние между складками может улучшить эффективность очистки и задержать образование мостиков. Например, компания Donaldson описывает конструкции картриджей с широкими складками, предназначенные для улучшения импульсной очистки и контроля перепада давления при работе с волокнистой или агломерирующейся пылью.

Именно поэтому я не считаю “количество складок” само по себе значимым требованием к закупке. Необходимо указывать:

Эффективная площадь фильтрации
Глубина и расстояние между складками
Проницаемость для сред
Чистое ΔP при фактическом расходе
Вязкость жидкости, использованной в испытании
Перепад давления на терминале
Свернуть рейтинг
Испытательная температура

Без этих значений сравнение будет неполным.

Падение давления — это вопрос эксплуатационных расходов, а не только проблема фильтра

Любой фильтр создаёт сопротивление. По мере накопления загрязнений сопротивление, как правило, увеличивается.

Министерство энергетики США рекомендует фильтровать сжатый воздух только до необходимого уровня, поскольку излишняя фильтрация приводит к увеличению перепада давления и, как следствие, к росту энергопотребления. Кроме того, министерство рекомендует производить замену фильтрующих элементов в зависимости от измеренного перепада давления, а не руководствоваться исключительно календарным сроком.

Этот момент имеет значение далеко за пределами сферы сжатого воздуха.

В жидкостной системе с насосным приводом увеличение ΔP требует дополнительного напора насоса. В газовой линии это может привести к снижению давления на выходе, ограничению пропускной способности или увеличению нагрузки на компрессор. На установке периодического действия это может просто увеличить время, необходимое для завершения каждой операции перекачки.

Фильтр с низкой стоимостью приобретения, но постоянно высоким рабочим перепадом давления (ΔP) может окупить разницу в цене многократно.

И наоборот: даже высококачественный спеченный элемент не гарантирует автоматическую экономию энергии. Если он имеет недостаточный размер, чрезмерно мелкую структуру, плохо очищен или имеет несоответствующую структуру пор, он может работать с неоправданно высоким перепадом давления.

Размеры фильтра должны подбираться с учетом технологического процесса, а не в соответствии с описанием в брошюре.

В чём превосходство спеченных фильтров: температура

Обычно это самая простая часть принятия решения.

Стандартные гофрированные картриджи из полипропилена широко используются в системах фильтрации воды, напитков, химических веществ, а также в общепромышленной фильтрации, однако их рабочая температура ограничивается свойствами полимера, конструкцией опоры, типом торцевых крышек и материалом уплотнений. Гофрированные конструкции из полиэстера, ПТФЭ, стекловолокна и нержавеющей стали позволяют расширить диапазон рабочих температур, однако каждый компонент по-прежнему необходимо проверять.

Металлический спеченный элемент позволяет устранить многие из этих ограничений.

Компания Pall предлагает конструкции из пористого спеченного металла, рассчитанные на эксплуатацию при температуре до 677 °C или 1 250 °F при выборе подходящего сплава. В стандартных конфигурациях могут указываться более низкие номинальные пределы, поскольку ограничивающим фактором становится уплотнение, корпус или стандартный материал — а не обязательно сам пористый металл.

Эту деталь часто упускают из виду.

Тот факт, что корпус фильтра из стали 316L рассчитан на работу при температуре в несколько сотен градусов, не означает, что прокладка из NBR подходит для использования при такой же температуре. Кроме того, высокотемпературная прокладка не решает проблем, связанных с хлоридной коррозией под напряжением, окислением или охрупчиванием сплава.

Для лучший фильтрующий картридж для условий эксплуатации с высокими температурами и давлением, я обычно начинаю с система с фильтрующими картриджами из спеченного металла а затем сузить выбор конструкции по сплаву, классу пористости, геометрии элемента, конструкции соединения, уплотнению, коду корпуса и способу очистки.

Не только по величине микронов.

Высокое давление: рабочее давление — это не то же самое, что перепад давления

Этому различию следует уделить больше внимания.

Рабочее давление — это давление, выдерживаемое корпусом и узлом фильтрующего элемента. Перепад давления — это разность давлений по обе стороны фильтрующего материала. Система может работать при давлении 200 бар, в то время как на чистом фильтре перепад давления составляет всего 0,1 бар.

Затем картридж забивается.

На стороне входа давление сохраняется, давление на выходе падает, и элемент внезапно подвергается гораздо более значительной сжимающей или разрушающей нагрузке. Именно в этот момент неопоренная мягкая набивка может деформироваться, расколоться, образовать обходной канал или отделиться от торцевой крышки.

Спеченная структура по своей природе обладает высокой жесткостью. Частицы порошка, соединения волокон или слои сетки соединены металлургическим способом, что позволяет элементу выдерживать циклическое давление и очистку с обратным потоком более стабильно, чем типичный одноразовый полимерный картридж.

Тем не менее “металл” не означает «неразрушимый».

Уточните у производителя допустимый перепад давления в прямом и обратном направлениях при рабочей температуре. Номинальное давление, измеренное при комнатной температуре, не следует бездумно применять к условиям эксплуатации при высоких температурах. Важную роль также играют сварные швы, торцевые фитинги, перфорированные опоры и воздействие усталостных нагрузок.

При работе с этиленом под высоким давлением, сверхкритическими жидкостями, в гидравлических системах, с паром и сжатым газом фильтр является составной частью системы под давлением, а не расходным материалом.

Одноразовый гофрированный фильтр и многоразовый спеченный фильтр

Именно в этом плане таблицы по закупкам зачастую вводят в заблуждение.

Одноразовый картридж, как правило, становится выбором при первом заказе. Стоимость спеченного элемента может быть в несколько раз выше, особенно если в его изготовлении используется нержавеющая сталь 316L, Hastelloy C-276, Inconel 600, никель, титан или многослойная конструкция из спеченного волокна.

Однако правильный расчёт выглядит не так:

Цена за единицу гофрированного картриджа по сравнению с ценой за единицу спеченного картриджа.

Правильный расчёт выглядит следующим образом:

Общие затраты на фильтрацию за год эксплуатации, на кубический метр переработанного материала или на килограмм полученной товарной продукции.

Эффективная модель расчета совокупных затрат должна включать:

Компонент затрат	Одноразовые с гофрированными стенками	Многоразовый спеченный
Начальные элементы	Низкий	Высокий
Частота замены	Потенциально высокий	Уменьшить, если регенерация работает
Рабочие, участвующие в забастовке	Повторно	Сокращение объема уборки или переход на уборку
Оборудование для уборки	Обычно минимальный	Может потребоваться система обратной промывки, ультразвуковая ванна, печь, растворитель, кислота или система с щелочью
Утилизация отходов	Отработанный патрон и оставшиеся в нём загрязнения	Чистящая жидкость, удаленные твердые частицы и, в конечном итоге, нагревательный элемент
Инвентарь	Дополнительный запас для замены	Элементов стало меньше, но запасные части по-прежнему нужны
Потери продукции	Может возникать при частых заменах	Может быть уменьшено за счет очистки на месте
Нагрузка, связанная с проверкой достоверности данных	Новые партии картриджей могут потребовать проверки	Повторно используемые элементы требуют проведения процедур очистки и проверки целостности
Последствия сбоя	Как правило, ограничивается выполнением рутинных задач	Может представлять серьезную опасность при эксплуатации в критически важных технологических процессах
Остаточная стоимость	Обычно нет	Возможный длительный срок службы и стоимость в качестве металлолома

То, что спеченный фильтр можно промывать, не означает, что он автоматически является экономичным. Очистка должна действительно восстанавливать его пропускную способность и удерживающую способность.

Вот в этом-то и заключается сложность.

Некоторые загрязнения легко удаляются с помощью обратной промывки. Некоторые растворяются в совместимом растворителе. Некоторые окисляются в печи с контролируемыми условиями. Другие вещества проникают в пористую структуру, полимеризуются, карбонизируются, образуют накипь или химически воздействуют на сплав. Фильтр может выглядеть чистым, но при этом внутри оставаться гидравлически заблокированным.

Поэтому на самом деле вопрос заключается не в том, “можно ли это почистить?”

А именно: “Можно ли его неоднократно восстанавливать до задокументированного исходного состояния без увеличения размера пор, повреждения сварных швов, загрязнения продукции или образования опасных химических отходов?”

О чём свидетельствуют реальные данные из промышленности

Существующая документация по продукту, безусловно, полезна, однако примеры длительных технологических циклов дают более полное представление, поскольку позволяют оценить экономическую эффективность процессов извлечения, очистки и обеспечения бесперебойной работы оборудования.

В примере из области перерабатывающей промышленности, опубликованном компанией «Мотт», система на основе спеченного металла, используемая для регенерации отработанных катализаторов, по имеющимся данным, давала фильтрат, содержащий менее 1 ppm взвешенных веществ. Твердые частицы, удаленные при обратной промывке, направлялись на регенерацию, и система проработала более семь лет; по данным отчёта, экономия за счёт регенерации катализатора окупила вложения в систему фильтрации чуть более чем за год.

Этот пример не доказывает, что каждая установка с использованием спеченного материала окупится за год. Состав подаваемого сырья, качество катализатора, морфология твердых частиц, параметры цикла, площадь фильтра и эффективность очистки могут существенно повлиять на результат.

Однако это демонстрирует то, что зачастую упускается из виду при сравнении гофрированных и одноразовых фильтров: когда задержанные твердые частицы имеют экономическую ценность, фильтр не просто защищает оборудование. Он становится средством извлечения полезных ресурсов.

Мотт также отмечает, что пневматическая обратная промывка с использованием газового импульса оказалась особенно эффективной для пористых металлических элементов, полученных методом спекания, и может быть автоматизирована для снижения риска воздействия на оператора.

Старые полевые данные по нефтепереработке также сохраняют свою техническую актуальность. В одном исследовании по фильтрации через пористый металл сообщалось, что Восстановление при обратной промывке от 98.3% до 99%, при этом прозрачность фильтрата по оптическим показателям составляет примерно 0,2 ppm общего количества взвешенных твердых частиц в ходе тестирования.

Эти цифры не следует указывать в техническом задании на закупку в качестве гарантированных эксплуатационных характеристик. Они отражают результаты, достигнутые инженерной системой в конкретных условиях, а не то, каких результатов будет достигать каждый картридж при работе с любой суспензией.

И эта разница имеет значение.

Почему гофрированные фильтры по-прежнему преобладают во многих обычных областях применения

Потому что они практичны.

Правильно подобранный гофрированный картридж обеспечивает большую площадь фильтрации, низкий перепад давления ΔP при очистке, простоту установки, использование привычных корпусов, широкий выбор фильтрующих материалов и предсказуемый срок замены. В таких областях, как производство бутилированной воды, осветление напитков, общая химическая фильтрация, производство красок, вода для промывки, электроника и окончательная доочистка, эту комбинацию трудно превзойти.

Компания Donaldson представляет гофрированные картриджи из полипропилена, предназначенные для экономичной предварительной фильтрации в технологических процессах, с фильтрующим материалом, обеспечивающим абсолютную степень очистки, и низким перепадом давления в чистом состоянии.

Ключевая фраза — “предназначенный для”.”

Картридж, предназначенный для предварительной фильтрации чистой воды, не следует использовать в системах с горячим растворителем, абразивной катализаторной суспензией, циклическим паром или нестабильным газом под высоким давлением только потому, что номинальное значение в микронах кажется подходящим.

Для экономичного нанесения жидкостей наша Ассортимент гофрированных фильтрующих картриджей является логической отправной точкой. Для более широких задач по очистке от осадков — когда необходимо сравнить между собой картриджи типа «мелтблаун», с высокой пропускной способностью, гофрированные, из полипропилена и спеченные — Категория картриджей для осадочных фильтров обеспечивает более широкие рамки выбора.

Агрегатированный порошок, спеченная сетка, спеченное волокно или спеченная гофрированная ткань?

“Спеченный фильтр” — это не один конкретный продукт.

Этот термин охватывает несколько структур с различными особенностями поведения.

Фильтры из спеченного порошка

Металлический порошок уплотняется и спекается с образованием прочной трехмерной пористой структуры. Эти детали отличаются высокой прочностью и стабильностью форм и изготавливаются в виде трубок, дисков, чашек, пластин, а также по индивидуальным чертежам.

Их часто выбирают для:

Газ под высоким давлением
Управление потоком
Промывка
Удержание катализатора
Полимерная фильтрация
Защита приборов
Steam
Работа в агрессивных химических средах

Недостатком является то, что мелкодисперсные металлопорошковые наполнители могут иметь меньшую площадь фильтрации по сравнению с гофрированным картриджем того же размера корпуса, что приводит к более высокой скорости потока по поверхности, если только элемент не будет иметь достаточно большие размеры.

Фильтры из спечённой проволочной сетки

Несколько слоев тканой сетки ламинируются и спекаются. В состав слоев могут входить защитная сетка, регулирующий слой, дренажный слой и несущая сетка.

Данные конструкции обеспечивают контролируемое открытие проходов, механическую устойчивость и относительно простую очистку поверхности. Они широко используются в полимерной промышленности, гидравлических системах, сетчатых фильтрах, сетчатых просеивателях, а также в других областях, где требуется точная тканая структура.

Фильтры из спечённого металлического волокна

Очень тонкие металлические волокна формируются в пористый мат и спекаются в точках соприкосновения. Полученный материал обладает высокой пористостью, хорошей проницаемостью и большей грязеемкостью по сравнению с некоторыми плотными порошковыми структурами.

Данный формат часто используется в тех случаях, когда необходимо одновременно обеспечить достаточную площадь фильтрации и простоту очистки.

Спеченные гофрированные фильтры

Спеченное волокно или сетка гофрируются вокруг опорного сердечника, что позволяет сочетать большую площадь с металлической конструкцией.

Зачастую это самый убедительный ответ на упрощённые Агрегаты с спеченными фильтрующими элементами и агрегаты с гофрированными фильтрующими элементами дискуссия, поскольку она показывает, что термин “гофрированный” относится к геометрии, а “спеченный” — к способу соединения материала.

Фильтр может выполнять обе эти функции.

Химическая совместимость: не ограничивайтесь “нержавеющей сталью 316L”

Сталь марки 316L пользуется популярностью благодаря оптимальному сочетанию коррозионной стойкости, свариваемости, доступности и стоимости. Она не обладает универсальной коррозионной стойкостью.

Концентрация хлоридов, pH, температура, окислительный потенциал, геометрия щелей, чистящие химикаты и время воздействия могут сделать данную среду непригодной для стали 316L. Соляная кислота представляет собой очевидную проблему. Горячая вода, содержащая хлориды, также может вызывать точечную или щелевую коррозию в условиях, которые в типовой таблице совместимости кажутся несущественными.

Для работы с более сильными кислотами или в хлоридных средах может потребоваться использование никелевых сплавов. В определенных условиях эксплуатации в окисляющих хлоридных средах целесообразно использовать титан. Пористые гофрированные фильтрующие элементы из ПТФЭ могут превосходить металлические по своим характеристикам в некоторых условиях эксплуатации, характеризующихся высокой химической агрессивностью, но умеренной механической нагрузкой.

И, как ни удивительно, именно уплотнения выходят из строя чаще всего.

Прокладки из EPDM, FKM, NBR, силикона, PTFE, FFKM, графита и металла имеют разные предельные значения. Проверка совместимости должна охватывать:

Фильтрующий материал
Несущая часть
Заглушки
Клей или сварка
Материал корпуса
Прокладка
Чистящие химикаты
Условия запуска и остановки

Если игнорировать хотя бы один из них, то задание по выбору материала останется незавершенным.

Удержание частиц: значения в микронах не являются равными

Фильтр с номинальным размером пор 5 мкм и гофрированной структурой и фильтр с абсолютным размером пор 5 мкм и спеченной структурой не являются эквивалентными.

Номинальные показатели могут отражать общий процент улавливания частиц в ходе испытаний, определённых производителем. Абсолютные показатели, как правило, привязаны к заданному максимальному размеру частиц или коэффициенту бета, однако терминология и методы испытаний всё ещё требуют уточнения.

Попросите предоставить стандарт испытаний и кривую эффективности.

При фильтрации жидкостей коэффициент бета выражается как отношение количества частиц размером выше заданного порога, проходящих вверх по потоку, к количеству частиц, проходящих вниз по потоку. Например:

βₓ = 2 соответствует КПД 50%.
Значение βₓ = 20 соответствует КПД 95%.
Значение βₓ = 100 соответствует КПД 99%.
Значение βₓ = 1 000 соответствует КПД 99,91 TP3T.

Коэффициент полезного действия рассчитывается по следующей формуле:

Эффективность = (β − 1) ÷ β × 100%

Но даже это не дает ответа на все вопросы. Деформируемые гели, пластинчатые частицы, волокна, биологические вещества и агломераты могут проходить или образовывать мостики иначе, чем твёрдая калибровочная пыль.

Для систем, выполняющих критически важные функции, необходимо провести контрольное испытание с использованием реальной жидкости и реального загрязняющего вещества.

Степень загрязнения и тип загрязнения

Гофрированные картриджи, как правило, хорошо справляются с относительно низкой или умеренной концентрацией твердых частиц, особенно когда их большая площадь задерживает рост перепада давления ΔP. Многослойные гофрированные структуры с глубинной фильтрацией способны улавливать частицы не только на поверхности, но и по всей толщине.

Спеченные элементы часто демонстрируют наилучшие характеристики, когда на твердых частицах образуется проницаемый поверхностный налет, который может быть удален обратным потоком.

Это последнее предложение очень важно.

Для фильтра с возможностью обратной промывки необходим загрязняющий материал, поддающийся обратной промывке. Мягкие, липкие, воскообразные, смолистые, сжимаемые или гелеобразные вещества могут застревать в порах. Мелкие частицы в сочетании с маслом могут образовывать пасту. Для удаления накипи из карбоната кальция может потребоваться кислота. Для удаления органических остатков может потребоваться щелочь, растворитель, пар, окисление или комплексная последовательность методов.

Среду и загрязняющее вещество необходимо оценивать в совокупности.

Пищевая, напиточная, фармацевтическая промышленность и услуги в сфере высокой чистоты

Гофрированные полимерные и мембранные картриджи широко используются в пищевой, напиточной, фармацевтической промышленности, а также в технологических процессах с использованием жидкостей высокой чистоты, поскольку они обеспечивают высокую степень удержания загрязнений, гигиеничную конструкцию, низкий уровень экстрагируемых веществ, подтвержденную эффективность и простоту замены.

Спеченный металл становится привлекательным материалом в тех случаях, когда приоритетными требованиями являются стерилизация паром, высокая термостойкость, механическая прочность, длительный срок службы или полное отсутствие миграции волокон.

Компания Pall отмечает, что её фильтрующие элементы из спеченного металла не выделяют волокон или частиц и позволяют избежать образования растворимых экстрагируемых веществ, характерных для некоторых полимерных или пропитанных смолой фильтрующих элементов.

Тем не менее, о санитарной пригодности нельзя судить только по тому, что изделие изготовлено из “нержавеющей стали”.”

Остаются обязательными следующие требования: качество поверхности, контроль мертвых зон, качество сварных швов, возможность слива, пассивация, конструкция прокладок, процедура очистки на месте, контроль микробиологического загрязнения, а также соответствующая документация, касающаяся контакта с пищевыми продуктами.

Грубый пористый металлический элемент, установленный в корпусе без возможности слива воды, не является автоматически гигиеничным.

Можно ли использовать гофрированные фильтры повторно?

Некоторые могут.

Картриджи из гофрированной сетки из нержавеющей стали можно очищать методом обратной промывки или ультразвуковой очистки. Компания Donaldson представляет гофрированный картридж из нержавеющей стали, который сочетает в себе увеличенную площадь поверхности с возможностью обратной промывки или ультразвуковой очистки, что продлевает срок службы и снижает совокупную стоимость владения.

Некоторые полимерные гофрированные картриджи также можно промывать и повторно использовать в некритических условиях эксплуатации. Однако бесконтрольное повторное использование создает риск в следующих случаях:

Внутри носителя зафиксированы частицы.
Очистка изменяет структуру пор.
Картридж содержит клей, который со временем теряет свои свойства.
Концевые заглушки деформируются.
Биологическое загрязнение сохраняется.
Для данного заявления требуется подтверждение факта хранения.
Повторная установка приводит к повреждению уплотнений.
Операторы не могут проверить целостность.

Таким образом, утверждения “поддается стирке” и “подходит для многократного использования” — это не одно и то же.

Могут ли спеченные фильтры выйти из строя?

Безусловно.

Они могут разрушаться в результате усталости, подвергаться коррозии, эрозии, деформироваться под воздействием чрезмерного перепада давления, забиваться изнутри, давать сбои в сварных швах, накапливать чистящие химикаты или терять герметичность фильтрации вследствие ненадлежащей ультразвуковой или механической обработки.

Сильное обратное пульсирование также может привести к повреждению некачественно сконструированного узла.

Спеченный фильтр — это прочный материал, а не волшебное средство.

Наиболее распространённые ошибки при выборе материалов, которые я замечаю в технических спецификациях, носят скорее концептуальный, чем металлургический характер:

Выбор исключительно по номинальному размеру в микронах
Игнорирование чистого и грязного ΔP
При условии, что все материалы из нержавеющей стали марки 316L химически совместимы
Отсутствие проверки фактического выброса загрязняющих веществ
Недостаточная площадь фильтрации
Использование чистящей жидкости, которая разрушает сплав или уплотнение
Установка без системы контроля перепада давления
Рассчитывается, что обратная промывка удалит застрявшие деформируемые твердые частицы
Сравнение цен за единицу вместо годовых затрат на производственный процесс

Как выбрать между гофрированными и спеченными фильтрами

Действуйте в следующей последовательности.

1. Определить требуемый результат фильтрации

Укажите максимально допустимый уровень загрязнения на выходе, а не просто желаемое значение в микронах.

Укажите концентрацию частиц, их гранулометрический состав, форму, твердость, а также то, является ли удержанный материал отходом, продуктом или катализатором.

2. Зафиксировать реальные условия технологического процесса

Документ:

Нормальный, минимальный и максимальный расход
Рабочее и расчетное давление
Максимальное перепадение давления (ΔP) при движении вперед и назад
Нормальная и аварийная температура
Вязкость жидкости при рабочей температуре
Химический состав
Загрузка твердых веществ
Периодический или непрерывный режим работы
Использование газа или жидкости
Окислительные или восстановительные условия

3. Определите, что лучше подходит для данного завода: замена или регенерация

Одноразовый фильтр может оказаться идеальным решением, если замена картриджа занимает десять минут, а объем отходов незначительный.

Многоразовый фильтр становится более привлекательным вариантом, если остановка установки занимает восемь часов, операторам требуется защитное снаряжение, удерживаемый катализатор представляет ценность или установка работает в непрерывном режиме.

4. Проверка чистого перепада давления

Не принимайте значение ΔP без проверки испытательной жидкости, вязкости, температуры, длины элемента и расчетного расхода.

Данные по воде при температуре 20 °C нельзя напрямую применять к потоку смолы с вязкостью 500 сП.

5. Установить перепад давления на концевом устройстве

Определите, когда элемент необходимо заменить или очистить. Этот срок может зависеть от прочности на сжатие, производительности насоса, пропускной способности технологической линии, эффективности фильтрации или экономической целесообразности производства продукции.

6. Проверить восстановление после очистки

Измеряйте сопротивление чистого потока перед использованием, после загрязнения и после каждого цикла очистки.

В рамках грамотной программы проверки данных фиксируются следующие сведения:

Исходное чистое ΔP
«Грязное» ΔP
ΔP после очистки
Процент восстановления расхода
Результат проверки на наличие пузырьков или проверки целостности
Визуальный и размерный контроль
Количество циклов очистки
История воздействия химических веществ

7. Рассчитать затраты на весь жизненный цикл

Используйте фактические затраты на рабочую силу, отходы, простои, энергию, уборку и запасы.

Не следует маскировать простои под “накладными расходами на техническое обслуживание”. На многих предприятиях с непрерывным циклом производства время простоев составляет наибольшую долю в расчетах.

Простая матрица выбора

Условия технологического процесса	Рекомендуемый отправной пункт
Вода из окружающей среды, небольшое содержание твердых частиц, низкая стоимость замены	Гофрированный картридж из полипропилена
Заключительная жидкостная полировка с очень низким чистым перепадом давления ΔP	Картридж с мелкими складками или мембрана
Технологическая вода с высокой пропускной способностью	Гофрированный фильтр большого диаметра или картридж с высокой пропускной способностью
Горячий газ за пределами полимерных границ	Спеченный металл или подходящая керамика
Паровая фильтрация	Агрегаты из спеченной нержавеющей стали с совместимыми уплотнениями
Регенерация катализатора	Спеченный металл, поддающийся обратной промывке
Агрессивный растворитель при умеренной температуре	ПТФЭ гофрированный или совместимый металлический сплав
Газ под высоким давлением	Твёрдый спечённый металл
Предварительная фильтрация продуктов питания и напитков	Плиссированный картридж, соответствующий требованиям к материалам, контактирующим с пищевыми продуктами
Повторная стерилизация	Сертифицированный ПТФЭ, гофрированная нержавеющая сталь или спеченный металл
Абразивные частицы	Поддерживаемые металлические носители в зависимости от скорости
Низкое содержание твердых веществ и частые смены сорта	Одноразовый гофрированный картридж
Твердые вещества с высокой ценностью	Регенерируемая система из спеченных материалов
Ограниченная площадь жилого помещения и высокая пропускная способность	Гофрированная или спеченная гофрированная конструкция

Неприятная правда о “лучшем”

Не существует универсального «лучшего» фильтра.

Существует только один фильтр, режим отказа которого является приемлемым для данного технологического процесса.

Складчатый картридж, как правило, выходит из строя по экономическим причинам: рост перепада давления (ΔP), частая замена, затраты на рабочую силу, отходы или простои в производстве.

Агрегат с спеченными картриджами может оказаться невыгодным по другим причинам: высокая первоначальная стоимость, недостаточная площадь, низкая эффективность очистки, коррозия или избыточно сложная система, которая так и не окупит себя.

Для обычной полировки при умеренных температурах, когда замена фильтра не представляет труда, я без колебаний выбрал бы фильтр с гофрированной структурой.

Я бы не стал выбирать его для работы с горячей катализаторной суспензией, паром, при нестабильных циклах изменения давления или в условиях, когда обрушение среды может привести к загрязнению последующего реактора.

И я бы выбрал спеченный металл для таких тяжелых условий эксплуатации — но только после проверки возможности очистки с использованием реальных твердых частиц.

Именно эту часть в рекламных брошюрах обычно упускают.

Часто задаваемые вопросы

Что лучше: гофрированный или спеченный фильтр?

Гофрированный фильтр лучше подходит для случаев, когда требуется низкая начальная стоимость, большая площадь фильтрации, высокая пропускная способность и низкий перепад давления при очистке, тогда как спеченный фильтр лучше подходит для работы при высоких температурах, высоком перепаде давления, при необходимости многократной очистки, а также в условиях химической стойкости и длительного срока службы. Правильный выбор зависит от условий эксплуатации и совокупных затрат на протяжении всего срока службы.

Гофрированные картриджи обычно предпочитают использовать в системах фильтрации воды, напитков, общехимических растворов, а также на этапах доочистки. Спеченные фильтры, как правило, выбирают для фильтрации пара, горячих газов, регенерации катализаторов, газов под высоким давлением, коррозионно-активных технологических потоков, а также в случаях, когда требуется обеспечение целостности конструкции или возможность регенерации.

В чём заключается основное различие между гофрированными и спеченными фильтрами?

Основное отличие заключается в том, что в гофрированном фильтре площадь фильтрации увеличивается за счет гофрирования листового фильтрующего материала, тогда как в спеченном фильтре прочность и контролируемая пористость достигаются за счет металлургического соединения порошка, волокон или проволочной сетки. Плиссирование в первую очередь изменяет геометрию; спекание — в первую очередь изменяет механическую структуру материала.

Эти категории могут пересекаться. Лист из спечённого металлического волокна можно гофрировать, получая многоразовый гофрированный картридж из спечённого материала, обладающий как большой площадью поверхности, так и прочной металлической конструкцией.

Является ли спеченный фильтр более эффективным, чем гофрированный?

Спеченный фильтр не обязательно является более эффективным, поскольку эффективность удаления частиц зависит от номинального размера пор, метода определения номинального размера, структуры фильтрующего материала, типа загрязняющего вещества, расхода, вязкости и стандарта испытаний — а не просто от того, является ли фильтрующий материал спеченным или гофрированным. Любая из этих конструкций может обеспечить высокую эффективность при правильном проектировании.

Сравнивайте подтвержденные данные по абсолютной степенью удержания, коэффициенту бета или результаты испытаний на пропускность в конкретных условиях эксплуатации. Не сравнивайте картриджи исключительно по указанному на упаковке номинальному значению в микронах.

У какого фильтра меньший перепад давления?

Фильтр с гофрированной структурой обычно характеризуется меньшим перепадом давления в чистом состоянии, поскольку его гофрированная геометрия позволяет разместить большую площадь фильтрации внутри компактного картриджа, что снижает скорость потока жидкости на единицу площади фильтрующего материала. Однако небольшое расстояние между складками, вязкие жидкости, липкие твердые частицы и образование мостиков в фильтрационном осадке могут привести к уменьшению полезной площади.

Спеченный элемент больших размеров также может работать при низком ΔP, особенно если он изготовлен из металлического волокна с высокой пористостью или гофрированной сетки. Площадь элемента и его проницаемость имеют большее значение, чем название категории.

Можно ли повторно использовать фильтры из спеченного металла?

Фильтры из спеченного металла считаются многоразовыми, если загрязнения с них можно удалить без повреждения пористой структуры, сплава, сварных швов или уплотнений, а также если после очистки можно проверить расход и герметичность в соответствии с установленными допустимыми пределами. К распространенным методам относятся обратная промывка, ультразвуковая очистка, замачивание в растворителе, химическая очистка, обработка паром и контролируемая термическая обработка.

Не все загрязнения удаляются легко. Для удаления полимеризованной смолы, накипи, смолы, мелких частиц, связанных с маслом, и деформируемых частиц могут потребоваться специальные процедуры очистки, зависящие от конкретных условий эксплуатации.

Являются ли гофрированные фильтры одноразовыми?

Многие полимерные гофрированные картриджи разработаны как одноразовые элементы, однако некоторые картриджи из сетки из нержавеющей стали, ПТФЭ, полиэстера и армированные гофрированные картриджи можно очищать и использовать повторно, если это разрешено производителем и данная область применения не требует валидации одноразового использования. Решение о повторном использовании должно основываться на подтвержденной целостности и восстановленном потоке, а не на внешнем виде.

В санитарных процессах или процессах, требующих высокой степени чистоты, повторное использование без предварительной валидации может повлечь за собой риски микробного, химического и частичного загрязнения.

Какой фильтр лучше всего подходит для применения в условиях высоких температур и высокого давления?

Правильно сконструированный фильтр из спеченного металла, как правило, является оптимальным выбором для комбинированной фильтрации при высоких температурах и высоком давлении, поскольку его связная пористая структура лучше противостоит деформации, термоциклированию, вибрации и очистке обратным потоком, чем типичные одноразовые полимерные фильтрующие материалы. Необходимо проверить номинальные значения по сплаву, сварному соединению, уплотнению, корпусу и перепаду давления.

В зависимости от технологического процесса в качестве подходящих материалов могут использоваться нержавеющая сталь марки 316L, хастеллой, инконель, никель, титан или другие специальные сплавы.

Стоит ли спеченный фильтр своей более высокой цены?

Спеченный фильтр оправдывает свою более высокую цену, если сокращение частоты замены картриджей, снижение частоты остановок оборудования, возможность регенерации продукта или катализатора, более безопасная автоматическая очистка и более длительный срок службы перевешивают стоимость самого элемента и системы его очистки. Как правило, это нецелесообразно, если процесс является щадящим, а замена одноразовых элементов обходится недорого.

Рассчитывайте годовую стоимость на единицу переработанной жидкости, а не ограничивайтесь сравнением только цен на картриджи.

Можно ли напрямую заменить гофрированный фильтр на спеченный?

Спеченный фильтр может заменить гофрированный фильтр только в том случае, если были проверены все следующие параметры: размеры корпуса, пропускная способность, перепад давления в чистом состоянии, степень удержания загрязнений, конструкция уплотнений, химическая совместимость, прочность на сжатие и метод очистки. Картридж, совместимый с точки зрения механики, не обязательно является гидравлически или функционально эквивалентным.

Для спеченных фильтрующих элементов может потребоваться большая площадь поверхности, чтобы обеспечить такое же чистое перепадение давления (ΔP), как у крупного полимерного гофрированного элемента. При эксплуатации в критических условиях рекомендуется провести пилотное испытание.

В каких областях обычно применяются фильтры из спеченного металла?

К числу типичных областей применения фильтров из спеченного металла относятся: регенерация катализаторов, фильтрация горячих газов, фильтрация пара, работа с газами под высоким давлением, переработка полимеров, осветление суспензий на нефтеперерабатывающих заводах, извлечение химических продуктов, барботирование, регулирование расхода, гидравлическая защита, отбор проб для анализа, а также пищевые и фармацевтические процессы, требующие использования жестких неволокнистых фильтрующих материалов.

Более подробный обзор доступных геометрических форм и материалов см. в нашем промышленные фильтрующие элементы из спеченного металла.

Заключительная рекомендация

Для чистых или умеренно загрязнённых жидкостей при обычных температурах рекомендуется начинать с гофрированного картриджа. Как правило, он обеспечивает большую площадь фильтрации, меньший начальный перепад давления, более простой доступ к поставщикам и более низкую стоимость.

Если речь идет о воздействии высоких температур, давления, пара, катализаторов, химического воздействия, многократной обратной промывки или дорогостоящих остановок производства, начинайте с спеченного металла.

Но не выбирайте ни один из вариантов из каталога.

Сообщите производителю фактический расход, состав жидкости, вязкость, диапазон температур, нормальный и максимальный перепад давления, концентрацию твердых частиц, требуемое время удержания, график очистки и требуемый интервал технического обслуживания. Запросите данные по очистке потока и, если последствия выхода из строя могут повлечь значительные убытки, проведите испытания с использованием реальной технологической жидкости.

Нужна помощь в сравнении этих двух конструкций для конкретных условий эксплуатации? Пришлите нам данные о вашем технологическом процессе, требуемую степень очистки в микронах, расход, давление, температуру и требования к очистке. Наша команда инженеров сможет определить, какой из фильтров — гофрированный, из спеченного порошка, из спеченной сетки или гофрированный спеченный — обеспечит наименьшую практическую стоимость владения на протяжении всего срока службы.