Ograniczona do minimum obsługa to niższe koszty eksploatacji. Dlatego w wielu zastosowaniach w przemyśle filtry samoczyszczące budzą coraz większe zainteresowanie odbiorców.
W filtracji procesowej używane są filtry i wkłady filtracyjne różniące się zastosowaniem, zasadą działania, skutecznością itp. Oczekuje się od nich, że nie tylko spełnią założenia technologiczne, ale również że koszty związane z ich obsługą i wymianą będą niskie.
Zastosowania
Różnorodność filtrów wykorzystywanych w zakładach produkcyjnych wiąże się ze zróżnicowaniem filtrowanych mediów i potrzeb użytkowników. Filtrowane mogą być bowiem różnego rodzaju mieszaniny gazów, cieczy i cząstek stałych. W zależności od rodzaju aplikacji filtry przemysłowe dzieli się zazwyczaj na trzy główne grupy: filtry powietrza, filtry cieczy i separatory frakcji.
Filtry samoczyszczące stosowane są zwłaszcza tam, gdzie wymagany jest ciągły przepływ i jednoetapowe czyszczenie. Sprawdzają się w instalacjach pozostających przez długi czas bez nadzoru i obsługi lub znajdujących się w miejscach odległych oraz takich, do których dostęp jest utrudniony.
Najczęściej do czyszczenia wykorzystuje się system mechanicznych skrobaków i/lub płukanie zwrotne. W miarę stopniowego zanieczyszczania się elementu filtrującego przez zatrzymane cząstki stałe wzrasta różnica ciśnień na filtrze, co jest sygnałem do uruchomienia procesu czyszczenia.
Stosuje się też inne rozwiązania. W opatentowanym w 1990 r. przez firmę Bernoulli automatycznym filtrze zastosowano dysk umieszczony na pneumatycznym cylindrze, który poruszając się, wytwarza lokalnie znaczny wzrost prędkości przepływu cieczy i różnice ciśnień. W efekcie bez kontaktu z filtrem następuje proces jego czyszczenia. Wykorzystano tu sformułowaną w 1738 r. przez szwajcarskiego matematyka i fizyka Daniela Bernoulliego zasadę zachowania gęstości energii całkowitej na linii prądu nieściśliwego płynu.
Rynek
Na rozwój rynku filtrów samoczyszczących ma wpływ zapotrzebowanie ze strony światowych, rozwiniętych gospodarek, głównie ze względu na filtrację wody i ścieków. Na całym świecie trwają też prace badawczo-rozwojowe związane z opracowaniem nowych technologii do wykorzystania w tego typu rozwiązaniach. Cały czas poszukuje się efektywnych filtrów samoczyszczących zarówno dla przemysłu, jak i do zastosowań związanych z ochroną środowiska. W opublikowanym w połowie minionego roku raporcie firma analityczna Research and Markets oszacowała, że rynek filtrów samoczyszczących na całym świecie do 2022 r. wzrośnie do 7,18 mld dolarów. W latach 2017–2022 ma on średnio rocznie rosnąć o 7,4%. Szczególnie duże zapotrzebowanie na takie filtry zgłaszają gospodarki krajów rozwiniętych.
W raporcie zwrócono uwagę, że najszybszy wzrost w latach 2016–2021 powinien być odnotowany w segmencie filtrów samoczyszczących wykonanych ze stali nierdzewnej. Wynika to z zalet tego materiału, takich jak doskonała odporność na korozję w środowisku, trwałość, niezawodność, odporność chemiczna i możliwość pracy pod wysokim ciśnieniem. Analitycy przewidują, że jednym z głównych zastosowań będzie wykorzystanie ich przy oczyszczaniu ścieków np. w procesach biochemicznego zapotrzebowania na tlen (BZT) i usuwania zawiesiny ciał stałych.
Wśród głównych światowych dostawców filtrów samoczyszczących wymienia się takie firmy, jak: Alfa Laval, Amiad Water Systems, Eaton Corporation, Forsta Filters, Georg Schünemann, Jiangsu YLD Water Processing Equipment, Morrill Industries, North Star Water Treatment Systems, Orival, Parker Hannifin i Russell Finex.
Przykłady rozwiązań
Na rynku mamy obecnie duży wybór filtrów przeznaczonych do różnych zastosowań. Siłą rzeczy w artykule zostanie zaprezentowanych tylko kilka przykładów takich rozwiązań.
Jednym z nich jest filtr samoczyszczący produkowany przez firmę Pro-mill, przeznaczony do separacji frakcji stałej z cieczy w wielu gałęziach przemysłu. Dokładność procesu filtracji zaczyna się już od 20 μm, dzięki czemu stanowi on alternatywę dla konwencjonalnych metod filtracji. Filtr samoczyszczący jest wyposażony w wymienne sito szczelinowe o dokładności od 20 μm do 2000 μm. Automatyczne czyszczenie filtra jest odpowiedzią na narastający spadek ciśnienia na elemencie filtracyjnym powodowany gromadzeniem się zanieczyszczeń. Dzięki stałej kontroli spadku ciśnienia filtr samoczyszczący radzi sobie z niestabilnością strumieni procesowych ze zmiennym ładunkiem zanieczyszczeń. Osad gromadzony jest poza strefą filtracji. Proces oczyszczania sita realizowany jest automatycznie i nie przerywa procesu filtracji.
Warto zwrócić uwagę, że obecnie coraz częściej firmy dostarczają filtry samoczyszczące z osprzętem elektrycznym i elektronicznym potrzebnym do nadzoru i obsługi urządzenia. W tym wypadku jest to dotykowy, kolorowy panel operatorski zamontowany na szafie sterowniczej, który umożliwia podgląd lub zmianę parametrów pracy jednostki filtracyjnej, a także podgląd historii pracy. Filtry samoczyszczące Pro-mill mogą być także wyposażone w przemysłowe porty komunikacyjne (np. Profibus) i udostępniać informacje o swoim stanie operatorowi przebywającemu w sterowni. Program sam przypomina o zbliżających się terminach okresowego serwisu urządzenia, a w przypadku wersji z automatycznymi zaworami odcinającymi, sterowniki w szafie sterowniczej sterują również pracą zaworów.
Z nowości warto wymienić filtry automatyczne produkcji SAB Schünemann, oferowane przez firmę Hennlich. Są to modele F450 i F480, które charakteryzują się poziomem filtracji od 150 do 3000 μm oraz przepływem od DN 50 do DN 2000 (dla opatentowanej wersji F480), w których przepływ dla jednego filtra może sięgać nawet 45 tys. m³/h.
Automatyczne filtry F450 to wielozadaniowe i praktycznie bezobsługowe urządzenia do usuwania cząstek stałych zarówno z wody morskiej, rzecznej, podziemnej, deszczówki, jak i z innych płynów. Pozwalają na pracę ciągłą np. przy ochładzaniu i w procesach obiegu wody w elektrowniach, a zastosowanie procesu Bernouliego pozwala zwiększyć efektywność i wydajność filtracji. F450 w zależności od potrzeby może być wyposażony w napęd elektryczny, jeśli nie jest dostępne sprężone powietrze. Filtry automatyczne mogą pracować w pionie i poziomie, a układ do cyklu wymywania potrzebuje do 50% wody mniej w porównaniu z tradycyjnymi układami filtracyjnymi z wkładami kombinowanymi.
Inną nowością są oferowane przez firmę filtry Vortisand do filtracji wody mikropiaskiem. Układ ten umożliwia uzyskanie wysokiej wydajności przepływu krzyżowego przez wkład z mikropiasku i filtrację na poziomie submikronowym. Technologia ta pozwala nawet na pięciokrotne zwiększenie szybkości filtrowania w porównaniu z tradycyjnymi wkładami filtracyjnymi i to przy zwiększonej 50-krotnie dokładności procesu. Zastosowany cykl wymywania wymaga mniejszego przepływu i krótszego czasu niż w przypadku tradycyjnych układów filtracji z wkładami piaskowymi lub kombinowanymi.
Andrzej Baciński z firmy Pompy i Systemy zwraca uwagę na automatyczne filtry samoczyszczące duńskiej firmy HiFlux. Jak mówi, producentów filtrów automatycznych samoczyszczących jest niewielu, bo liczy się tu doświadczenie, a HiFlux już od pół wieku zajmuje się produkcją takich urządzeń. Proces czyszczenia nie przerywa filtracji i ciecz przepływa przez cały czas. Firma produkuje wkłady filtracyjne z otworami stożkowymi o wielkości do 35 μm, a ich rozmiar nie zmienia się w czasie. Nadają się też do miękkich ciał stałych, takich jak żele. Mogą być dostarczane w wykonaniach zgodnych z APEX i PED (dyrektywa ciśnieniowa) oraz w wykonaniach przeznaczonych dla przemysłu spożywczego (EC 1935/2004, FDA i EHEDG). Wśród nowości w ofercie firmy zwracają uwagę filtry do zastosowań higienicznych (dla branży spożywczej, mleczarni itp.) z możliwością filtracji nawet od 30 μm, co w tego typu filtrach ze zgarniaczami nie jest wcale takie powszechne. Dystrybutorem filtrów samoczyszczących firmy Hiflux w naszym kraju jest również przedsiębiorstwo Chemapol.
Z kolei firma Saymon, producent urządzeń branży grzewczej, uzdatniania wody oraz osuszania powietrza, ma w ofercie filtry samoczyszczące z automatycznym płukaniem wstecznym do wody gorącej oraz separatory odśrodkowe i filtry szczelinowe. Leszek Gładyś, specjalista ds. techniczno-handlowych, zwraca uwagę na filtry mechaniczne z płukaniem wstecznym do wody gorącej JRSF-HW oraz filtry szczelinowe „inline” do filtracji wody bardzo zanieczyszczonej – modele JISP-A/TP. Filtr szczelinowy jest zautomatyzowany, nie ma ruchomych części, a jego czyszczenie odbywa się bez przerywania filtracji poprzez otwarcie zaworu spustowego. Płukanie wsteczne filtra wyzwalane jest po przekroczeniu zadanego czasu lub różnicy ciśnień.
Przedstawiciele firmy Filtrakon proponują odbiorcom filtry automatyczne Filtrakon typu FLVD, przeznaczone do filtracji wody przemysłowej. Mają małe gabaryty, ale są w pełni automatyczne (sterowanie firmy Siemens, czasowe lub różnicą ciśnień). Dobrze sprawują się tam, gdzie zanieczyszczenia stanowią cząstki twarde typu piasek, rdza, zgorzel, wióry stalowe, drobiny metali itp. Firma oferuje filtry o wydajności przepływu do 100 m3/h z przyłączami od DN50 do DN100. Dostępne dokładności filtracji to od 100 μm do 1000 μm. Filtry mogą być wykonane ze stali zwykłej i specjalnego, odpornego mechanicznie tworzywa lub w całości ze stali kwasoodpornej AISI304. Jak każde inne filtry sitowe, nie są natomiast polecane do filtracji wody przemysłowej z obecnością życia biologicznego lub innych cząstek miękkich, włókien itp. zanieczyszczeń. Przy ich filtracji lepiej się sprawdzają automatyczne filtry samoczyszczące dyskowe – czasem nazywane filtrami szczelinowymi – np. filtry Filtrakon Modula.
Firma OMC ENVAG ma w ofercie przemysłowe filtry samopłuczące szwedzkiej firmy Bernoulli System. Zostały one zaprojektowane do usuwania zawiesin stałych z cieczy, w szczególności lekkich frakcji oraz zawiesiny organicznej, poprzez filtrację mechaniczną ciśnieniową sitową. Jak mówi Aleksander Labocha, warto zwrócić uwagę na niską w nich stratę ciśnienia (rzędu 0,1–0,2 bara), Jest ona stała i niezależna od stopnia zanieczyszczenia filtra. Również ciśnienie płukania jest niskie, a filtry regenerują się przepływającą wodą. Do prawidłowego wypłukania wymagane jest zapewnienie ciśnienia na poziomie 0,6 bara. Kolejne zalety to łatwa instalacja – filtry mogą pracować w dowolnej pozycji również w trakcie procesu regeneracji.
Na co zwracać uwagę przy wyborze?
Jak uważają specjaliści z firmy Hennlich, ważnym czynnikiem wyboru w przypadku każdego układu filtrującego jest całkowity koszt eksploatacji. Najlepszym układem filtracyjnym jest taki, który zmniejsza koszty eksploatacji na wiele sposobów: zmniejszenie zużycia wody, oszczędność zużytej energii, niższe koszty chemiczne i obsługi technicznej, możliwość dostosowania filtra do indywidualnych potrzeb oraz różne zastosowanie: chłodnie kominowe, filtracja wstępna przed odwróconą osmozą, oczyszczalnie ścieków, energetyka, uzdatnianie wody i wiele innych. Znaczne oszczędności energii osiągane są przy zastosowaniu filtrów związanych z przekazywaniem ciepła, zapobiegających tworzeniu się osadu i warstwy biologicznej, zwiększających tym samym sprawność wymienników ciepła. Również najlepszym układem filtracyjnym jest taki, który prawie nie wymaga interwencji człowieka, a nakłady na jego obsługę techniczną są minimalne. Ważna też jest lekka i zwarta konstrukcja, bo oznacza to oszczędności ekonomiczne zarówno w trakcie transportu, jak i z punktu widzenia infrastruktury w zakładzie.
Specjaliści z firmy Pro-mill przypominają, że tak jak każde inne urządzenie, filtr samoczyszczący może być wykonany na kilka sposobów. Przede wszystkim wyróżnia się dwa typy napędów stosowanych w tego rodzaju filtrach: elektryczny i pneumatyczny. Należy też pamiętać o właściwym doborze urządzenia do pracy w strefach zagrożenia wybuchem. Jeśli filtr ma pracować w takiej przestrzeni, trzeba odpowiednio go oznaczyć oraz zapewnić środki zabezpieczające. Ważne są też właściwości medium filtracyjnego, np. jaką lepkość ma filtrowana ciecz, bo wpływa to na jakość filtracji. Dlatego już na etapie projektowania filtra bardzo istotna jest wiedza o lepkości cieczy bądź o charakterze jej płynięcia przez kanał z filtrem. Również o tym, co chcemy uzyskać w procesie filtracji – osad czy filtrat.
W celu ochrony cennego filtratu można zainstalować specjalną śluzę tuż przed zaworem spustowym. Ponadto charakter osadu ma znaczący wpływ na prawidłową pracę filtra. W zależności od tego, jak osadza się on na elemencie filtracyjnym, może nie być dokładnie usuwany w trakcie ruchu skrobaka, co powoduje zapychanie się oczek sita.
W przypadku filtracji niektórych strumieni, np. w przemyśle papierniczym, nawet niewielka grubość osadu może powodować wysokie spadki ciśnień. Specyficzne dla tego przemysłu zanieczyszczenia tworzą nieprzepuszczalny „placek”, który uniemożliwia prawidłową pracę urządzenia. Jeśli chce się mieć pewność, że filtr samoczyszczący będzie działał skutecznie na danym strumieniu, należy wcześniej przeprowadzić testy. Firma Pro-mill oferuje przeprowadzenie takich prób na filtrach samoczyszczących. Dzięki temu lepiej można dobrać odpowiednie rozwiązanie.
Jak uważa Andrzej Baciński, przy dobieraniu urządzenia trzeba pamiętać o swoich oczekiwaniach. Stwierdzenie „filtracja serwatki 5 m3/h” to za mało. Należy wiedzieć, czy cenne są dla nas ciała stałe, czy ciecz, jak wygląda proces przed filtrem, a jak za nim, dlatego istotne jest zrozumienie całego procesu produkcyjnego. Filtrów z reguły używa się do jednego z dwóch zastosowań. Jednym jest poprawienie jakości cieczy (np. usunięcie zanieczyszczeń z farby), a drugim zabezpieczenie urządzenia w dalszym ciągu procesu (np. pompy, która nie dopuszcza obecności ciał stałych).
Również Leszek Gładyś jest przekonany, że dobór konkretnego typu filtra wymaga precyzyjnego określenia kilku parametrów, takich jak: wielkości przyłącza, oczekiwanego przepływu wody w m3/h, straty ciśnienia, temperatury roboczej wody, rozmiaru oczek lub wielkości szczelin oraz rodzaju materiału, z którego wykonany jest filtr. Nie bez znaczenia są również oczekiwania związane z automatyką sterującą procesem samooczyszczania.
Firma Filtrakon zaleca, by dobór rodzaju filtra (budowa, zasady działania) powierzyć doświadczonym specjalistom. Wtedy można mieć większą pewność, że będzie on działał w konkretnym zastosowaniu najlepiej, jak to możliwe. Warto zaufać firmom inżynierskim z wieloletnim doświadczeniem, gwarantującym nie tylko obsługę gwarancyjną, lecz także pogwarancyjną oraz stały dostęp do tanich części zamiennych.
Podsumowanie
Poprawa wydajności filtracji, szczególnie w odniesieniu do zwiększenia przepustowości, poprawy selektywności i zmniejszenia się zapychania, ma duży wpływ na ekonomikę aplikacji filtracyjnych. Nowoczesne automatyczne filtry samoczyszczące w większości spełniają już wymagania znacznej grupy odbiorców. Dlatego powinny być umieszczane wysoko na listach potencjalnego wyboru do konkretnych zastosowań.
Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do odbiorców z branży automatyki przemysłowej.
