О выборе фильтра, размерах сетки в фильтрах и прочие вопросы применения и использования

Пухов  В. А. , Бескомпромисный В.А.,  Лисов К.Ю.  - инженеры ООО "АБРАДОКС"

Мы производим и поставляем на рынок РФ защитные сетчатые косые (или Y-образные) фильтры, которые на российском рынке получили название "фильтров  механической и магнитно-механической очистки". Следует отметить, что данная конструкция является именно защитной по отношению к дорогостоящему оборудованию в системе и не предназначена для постоянной очистки среды (понятенее - на англицком, это не “filter” - фильтровальное устройство, а “strainer” - защитное устройство). 

Поскольку данные фильтры служат для защиты технологического оборудования от нештатных включений (гайки, окалина, камни, сапоги…), то очевидным образом из этого вытекает 2 факта: 

1. Фильтры требует регулярного ежегодного осмотра и очистки сетки - может забиваться или изнашиваться до дыр. Лучше бы иметь  некоторое количество запасных сеток у себя в ЗИПе (мы поставляем их).
2. Каждому типоразмеру соответствует оптимальная сетка, поскольку каждому типоразмеру трубы соответствует некоторый минимальный типоразмер частиц, который будет безопасен для защищаемого оборудования. Т.е. размер сетки должен быть не слишком большой (опасно) и не слишком маленький (глупо).

Настоящая статья содержит наше мнение о правильном выборе и применении фильтров такого типа. Мы не рассказываем обо всех существующих типах механических фильтров только потому, что не ставим перед собой задачу создания фундаментального труда о рынке фильтровального оборудования, а просто хотим предостеречь от типичных ошибок и помочь Вам сделать правильный выбор. Наша производственная номенклатура, это:

Фильтры сетчатые

фильтры из латуни	фильтры из чугуна		фильтры из нержавеющей стали

 предназначенные в основном для водо-теплоснабжения, пара а также для промышленного применения в ряде направлений.

Эти фильтры являются не единственными, но основными средствами защиты технологического оборудования для ЖКХ и ряда промышленных направлений, такого как насосы, расходомеры, щелевые устройства, теплообменники...  Данное утверждение основано на факторах стоимости, надежности, простоте эксплуатации У-образных фильтров.

Фильтры из латуни.

Как правило, данный вид фильтров имеет достаточно «мелкую» сетку, порядка 0,5 мм или 500 мкм, условный диаметр DN до 50 (редко можно увидеть до DN(Ду)100) и используется на относительно нейтральные среды с температурой до 100 градусов (обусловлено применением внутри жилых домов, где санитарные и технические нормы не допускают, в частности, аварий с «кипятком», да и просто ожогов потребителей при касании подобных фильтров).  Данный тип фильтров мы условно отнесем к разряду бытовых фильтров или фильтров внутридомового применения.

1. Почему до DN50? – Латунный сплав дороже чугуна и с ростом размера затраты на материал намного превосходят таковые для чугунного фильтра.
2. Почему на температуру до 100 градусов? - Применение данных фильтров ограничено стойкостью латунного сплава к воздействию температуры и давления.
3. Зачем же они нужны, если уступают чугуну и стали?
   • на малых DN (до DN40 или DN50) он дешевле чугунного, т.к. при производстве используется штампование, а не отливка, т.е. более простое технологическое изготовление в целом.
   • Применение на малых Ду предполагает относительно малые расходы среды, одновременное использование изначально достаточно чистой среды, простоту монтажа и очистки. Предполагаемые достаточно чистые среды и ограничение по DN до DN50 позволяют использовать «мелкую» сетку для фильтрации, т.к.
     • скорость потока во внутренних сетях, как правило, не велика;
     • объем посторонних включений мал, т.е. частая прочистка сетки не требуется;
     • даже в случае сильного загрязнения сетки, жесткость в радиальном направлении из-за малости размера у сетки велика и, как не сложно понять, обратна пропорциональна диаметру, т.е., принимая во внимание, низкую скорость потока, риск выдавливания сетки потоком тем ниже, чем меньше DN (а DN для латунных фильтров до DN50, как раз маленький, т.е. риск выдавливания сетки, даже загрязненной, очень мал).
   • Наконец, субъективно, но существует мнение, что латунный фильтр в доме выглядит красивее, чем чугунный. Согласимся, при условии, отсутствии повреждений на фильтре, сухости помещения и отсутствии конденсата. Иначе, судьба фильтра из латунного сплава (в основе медь и цинк), как у некоторых памятников - фильтр потускнеет, станет серо-зеленым, с вкраплением коррозии - «обесцинкования» или в виде «питингов», рано или поздно - сквозных.

Фильтры из чугуна.

• Их можно назвать основными защитными фильтрами для применения в ЖКХ в т.ч. для установки в узлах учета, ВНУ, ВНС, ПНС, тепловых пунктах, котельных и бойлерных, а также автономно на магистралях, в подвалах и т.п.,  для защиты технологического оборудования.
• Данный вид фильтров имеет задачу защитной механической очистки больших объемов среды в промышленных масштабах, в том числе среды с температурой до 300 градусов (вода, пар, нейтральные жидкости и газы). Уровень очистки здесь определяется технологическими требованиями к пропускаемым частицам по фильтрации совместно с требованиями по перепадам давления (потерям напора), а не санитарно-гигиеническими нормами, т.е. установка «мелких» сеток, хотя и возможна, но весьма часто не только не требуется, но и противопоказана.
• У нас действительно часто спрашивают фильтры, скажем, DN300 и даже DN600 с сеткой 0,2 мм, в то время, как наименьшая "разумная" мелкость сетки в этих размерах не должна быть ниже 1,5 мм, стандартный размер - 3 мм. Выбор более мелкой сетки, по-видимому, связан с некоторыми основными заблуждениями и неправильными предпосылками для принятия решения.

По порядку:

1. Основная задача механического фильтра – фильтрация среды для защиты оборудования, установленного после фильтра, а не для получения питьевой воды, «чистого медицинского воздуха» для дыхания и т.п. Нам хорошо известны требования к допускам по чистоте среды, например для опор (подшипников) насосов, теплообменников и т.п. Мы допускаем такие высокие требования для специального оборудования, но решаются такие задачи иначе, чем установка одного единственного фильтра на большой расход с мелкой сеткой. Приведем очень простой, даже не инженерный, а самый очевидный пример. Представьте два варианта – болотная вода или вода из сильно ржавых труб, с грязью, окалиной и т.п. будут ли очищены сквозь простое кулинарное сито? А через кулинарный дуршлаг? Как правило, сетка в сите имеет размер ячейки на уровне 0,4-0,6 мм., в дуршлаге – 3-4 мм. Просто проведите эксперимент по процеживанию, скажем, 10 литров такой воды через оба «устройства». Результаты нам очевидны:
   • Вода кристально чистой после такой очистки не будет в обоих случаях.
   • На сите останутся значительные загрязнения, дуршлаг пропустит часть грязи с потоком, но задержит основные загрязнения (именно они и грозят поломками оборудования).
   • Скорость протока сквозь сито при следующем процеживании воды будет значительно ниже первого процеживания вследствие наличия загрязнений на сетке, для третьего процеживания скорость снизиться еще более и т.д. вплоть до полной остановки потока. Дуршлаг позволит очистить воду во много раз быстрее при том, что камни, крупный мусор и т.п. включения отсеет превосходно.
2. А теперь мы напомним, что чистота среды, конечно, важна тем же вращающимся деталям насосов, но если среды в них поступает недостаточно по расходу/объему (читай «сито» забилось, поток практически остановился), то в лучшем случае сработают датчики сухого хода, и насос остановится, в худшем – защищаемое оборудование выйдет из строя по причине кавитации или перегрева. Если Ваше оборудования «на бумаге» требует столь высокой чистоты, то задумайтесь о следующем:
   1. Оправданы ли такие требования? Возможно, что кто-то делал их не задумываясь где Вы получите столько чистой среды.
   2. Задумайтесь сами о том, какую среду вам поставляет Поставщик этой среды (теплосеть, водоканал, водозабр, промышленность…):
      • в таком ли прекрасном состоянии они подают Вам среду изначально?
      • в таком ли прекрасном состоянии коммуникации по пути от них к Вам, что поданная ими чистая среда не загрязняется по пути?
      • Постоянно ли качество этих поставок и нет ли открытых водоемов, в которые, например, осенью падает листва, а весной стекает все, что накопилось за зиму?
   3. Задумайтесь, готовы ли Вы, после загрязнения фильтра и падения расхода среды через него, регулярно (в десятки раз чаще, чем при установке оптимальной по размерам ячейки сетки) чистить фильтр путем его полной разборки и промывки? А прокладки у Вас есть? А сетку повредить не боитесь при снятии/промывке/установке? Или Вы принимаете. Что Вы установили фильтр DN300, но Вам было достаточно DN40, т.к. он забит на 90% проходного сечения в момент запуска?

   4. Задумываетесь ли Вы, что сетка с малым размером ячейки в ряде случаев сама по себе создает повышенное сопротивление потоку? Почему? Дело в том, что сетка изготавливается только двумя способами на настоящий день а) пробивкой листа с определенным шагом б) путем использования проволочной сетки, где сама сетка не может стремиться к толщине «человеческого волоса», т.к. имеет еще требования по жесткости, технологические требования к толщине при изготовлении проволоки, технологические требования к пайке/сварке и т.п. Видно, что при стремлении к уменьшению размера ячейки при практически постоянной толщине проволоки, количество проволоки на единицу площади возрастет, что означает, что в поток введено большее количество препятствий, что, очевидно, означает большее препятствие этому потоку.

   5. Еще аргумент - что сделает неизвестный Вам оператор, увидев, что ему не хватает расхода? Если сможет и не задумается, то попробует поднять напор (давление). При забитой сетке и жидкости в качестве среды, при большом DN фильтра, такое решение, в ряде случаев может просто выдавить загрязненную сетку в трубу… и полетит она в стоящий далее насос, теплообменник и т.п., круша все на своем пути. Для газовых сред ситуация менее драматична (до определенного предела) т.к. газовые среды обладают сжимаемостью, а вот жидкости – практически нет.
   6. Понимаете ли Вы, что требования к сетке «размер ячейки механического фильтра на уровне 0,2 мм» даже с инженерной точки зрения налагают высочайшие требования на отсутствие допусков при посадке сетки в корпус фильтра (иными словами, - зазор между корпусом и сеткой должен быть не более размера ячейки, иначе среда/вода пойдет мимо сетки через щель)? Сделать можно и меньший размер сетки и зазор исключить выше допусков, но цена такого решения! … Тут Вам в уважаемое КБ Энергомаш за магистральными фильтрами ракетного топлива (привет МАИ :).

Мы не считаем Потребителей несведущими, и ситуации с высокими требованиями по очистке среды существуют и оправданно, но в области ЖКХ и значительной доли промышленности – это редкость. Если же все реально, то варианты могут быть различными, например:

1. Использование устройств подготовки рабочей среды, специально предназначенных для фильтрации и постоянного отвода фильтрата - циклонов, фильтров осадочных, фильтров засыпных, фильтров со сменными картириджами и т.п.
2. Создание «чистых дебетовых емкостей», т.е. емкостей где накапливается очищенная среда с невысокой скоростью наполнения этих емкостей (баков), а уже из емкостей берутся большие расходы на время работы оборудования. Это применимо всегда, в зависимости от  количества .
3. Консультации с проектировщиками о размещении дополнительного очистного оборудования, если уж действительно нужна такая чистота.

За счет многолетнего опыта, в т.ч. разборов чужих и своих ошибок, мы производим и поставляем в Россию фильтры с рекомендованными размерами ячеек и дополнительно с ячейками большего и меньшего размера, но в рамках кажущегося нам разумным инженерного подхода.

Фильтры из нержавеющей стали.

Данные фильтры характеризуют высокие требования к очищаемой среде, применение при низких температурах, более высокие давления, чем у чугунных фильтров, готовность платить высокую цену за высокие технологические требования.

Нержавеющие фильтры имеет смысл применять:

1. в основном,  в тех случаях, когда в системе нет труб из черных металлов, например, на нержавеющих или пластиковых  трубопроводах.
2. в конденсатных линиях и на пищевых производствах
3. при низких температурах окружающей среды (чугун при низких температурах на открытом воздухе становится хрупким). Впрочем, в закрытых, в т.ч. подвальных помещениях, при исключении ошибок проектирования и исключении напряжений от подвижек трубопроводов, чугун вполне может применяться. Также, если среда неагрессивна и вопрос только в низкой температуре, то вполне достаточно использовать фильтр из обычной конструкционной стали.
4. при высоких давлениях рабочей среды (от 16 атмосфер/бар и выше).
5. в ряде других случаев.

У одного из авторов дома, под раковиной, стоят именно нержавеющие фильтры хотя, конечно, дом и трубы заменят раньше, чем кончится срок этих фильтров. Но если в размерах до DN50 это приемлемо и мы их поставляем и себе их ставим, то c ростом DN (читай материалоемкости) цена становится слишком высокой для такого применения. Размеры свыше DN50 существуют, но являются узкопрофильными запросами и мы ими  пока не занимаемся. Скажем справочно, что стоимость фланцевого фильтра DN300 из нержавеющей стали AISI316 = примерно CF8M = примерно 12X18H10T ориентировочно в !десять! раз выше чугунного, т.е. находится на уровне 4000-7000 евро за штуку. Мы не будем подробно останавливаться на описании применения фильтров из нержавеющей стали т.к. чаще всего они используются для технологического применения, т.е. там, где их применение, априори, продумано. Надеемся, что данный материал поможет Вам снять некоторые вопросы и помочь в правильном выборе.

ПРИМЕРЫ ФИЛЬТРОВ, КОТОРЫЕ МЫ НЕ ПОСТАВЛЯЕМ:

фильтры из черной стали (любого исполнения) , специальные по конструкции фильтры (автомобильные, авиационные, ракетные, медицинские…), стеклянные, донные, Т-образные , под раковину, капельные, засыпные и т.п. – мы не поставляем. Во всяком случае, на дату написания данной заметки.

КАК НЕ НАДО УСТАНАВЛИВАТЬ ФИЛЬТРЫ СЕТЧАТЫЕ: