Zastosowanie urządzeń filtrujących ciecze przemysłowe pozwala nie tylko ograniczać ich zużycie, ale też zapobiega awariom maszyn i urządzeń. To sposób na znaczne ograniczenie kosztów i w większości wypadków ochronę środowiska. Dlatego w praktyce ważne jest, by właściwie dobrać system filtracji, który zapewni odpowiednią skuteczność przy zachowaniu rozsądnych kosztów.
Tak jak różnorodne są ciecze stosowane w procesach produkcyjnych, tak zróżnicowane są filtry i systemy filtrowania. Ogólnie filtry można podzielić na przeznaczone do olejów, chłodziw oraz do wody. Według różnych źródeł, zastosowanie recyklingu chłodziw, którego podstawą jest filtracja, pozwala obniżyć koszty ich eksploatacji od 40% do nawet 80%.
Od skutecznego systemu recyklingu oczekuje się stabilności i odporności na powtarzające się cykle oczyszczania oraz możliwości kontroli i aktywnego nadzoru nad procesem. System musi być prawidłowo zaprojektowany i właściwie zwymiarowany, tak by był zdolny do utrzymywania płynu w dobrym stanie. Podstawowe obszary funkcjonalne takich systemów to: usuwanie ciał stałych i filtracja, usuwanie niepożądanego oleju oraz kontrola stężenia (koncentracji).
Na rynku dostępna jest bogata oferta urządzeń do usuwania cząstek magnetycznych. Przykładem jest oferowany przez firmę Imponar podstawowy system filtracji do usuwania zanieczyszczeń metali żelaznych, z szerokim spektrum płynów chłodzących i olejów – Eclipse Magnetics. Ma on zastosowanie w takich procesach, jak: szlifowanie, frezowanie, toczenie i przeciąganie. Płyn podawany jest do zasobnika przez wlot zasilający, a następnie przepływa przez regulowaną przegrodę na powierzchnię rolki magnetycznej. Przyciągnięte cząstki są kierowane do obrotowej rolki i zbierane przez ostrze zgarniacza, spadają do pojemnika zbiorczego. Jak podaje firma, dostępna jest opcja zintegrowanego docisku rolki, co poprawia odzysk płynu. W zależności od wymaganej wydajności aplikacji można wykorzystać elementy magnetyczne wykonane np. z neodymu lub ceramiczne (ferryt).
Niektóre firmy, jak duńska BELKI teknik (polski dystrybutor firma Univar), już od dziesięcioleci zajmują się projektowaniem urządzeń i systemów do separacji oleju, filtrów taśmowych i do filtracji magnetycznej. Wśród nich znajdują się systemy centralne o budowie modułowej, od małych, lokalnych, samodzielnych zespołów obsługujących grupę maszyn do zespołu zasilającego cały zakład. Wyposażone są w układ sterowania wraz z automatycznym dozowaniem. System kontrol-
ny BELKI (BCS) pozwala na kontrolę stężenia oleju w emulsji. Można mierzyć i zapisywać: zużycie wody, wartość pH, konduktywność, temperaturę i ciśnienie. Jakość wody reguluje się przez zainstalowanie systemu odwróconej osmozy. Jak podaje firma, w przypadku centralnych systemów do obsługi tokarek i frezarek można zastosować pełny przepływ lub obejście. Centralne systemy mogą obejmować: filtr taśmowy z grubą warstwą filtracyjną, filtr magnetyczny, separator flotacyjny i separator oleju.
Do czyszczenia chłodziwa można zastosować urządzenia mobilne, takie jak ECO-4, produkowane przez firmę Ecoster. Separator oczyszcza chłodziwo z oleju i innych zanieczyszczeń. Jak informuje producent, w niektórych przypadkach można wydłużyć czas stosowania chłodziwa nawet dwukrotnie. Urządzenie jest mobilne, działa w systemie „by-pass” (nie trzeba przerywać pracy maszyny). W separatorze wykorzystano polipropylenowy wkład koalescencyjny zaprojektowany i wykonany w Austrii. Według firmy Ecoster ten typ modułu separacyjnego jest stosowany w ponad 8 tys. separatorów na świecie. Przepływ chłodziwa przez separator wymuszany jest przez pompę membranową zasilaną sprężonym powietrzem.
Pielęgnacja olejów
Nowoczesne maszyny i urządzenia, od których oczekuje się wysokiej wydajności, poddawane są dużym obciążeniom. Dlatego tak ważna jest odpowiednia jakość i czystość stosowanych w nich olejów smarowych i hydraulicznych. Pielęgnacja polega na stałym monitoringu i analizie ich właściwości. Stosuje się np. stałe doczyszczanie, wykorzystując układy bocznikowe. Wykorzystuje się w nich filtry z wkładami wymiennymi, filtry elektrostatyczne, odwadnianie próżniowe. Są też wyposażane w czujniki parametrów i mierniki klasy czystości olejów.
Współczesne układy hydrauliczne i smarne są konstruowane i wykonywane z zastosowaniem najnowszych pomp, zaworów i elementów sterowania, wymagających tylko i wyłącznie wysokiej jakości nowoczesnych mediów hydraulicznych o coraz wyższej klasie czystości. Rodzaje zanieczyszczeń, jakie występują, to: cząstki stałe, ciekłe (woda) i gazowe (np. napowietrzenie).
Należy zauważyć, że pojawienie się nawet niewielu zanieczyszczeń stałych w układzie hydraulicznym może być źródłem kolejnych zanieczyszczeń pochodzących z uszkadzanych powierzchni. Specjaliści radzą, by nie lekceważyć w nich nawet niewielkiej obecności wody (może występować w stanie wolnym, tworzyć emulsję lub być rozpuszczona w oleju). Może ona być powodem obniżenia wydajności, a nawet awarii. Bagatelizowanie obecności wody w oleju jednakowo w stanie wolnym, zemulgowanym, ale również wody rozpuszczonej w oleju (wody poniżej punktu nasycenia) skutkuje obniżeniem wydajności maszyny lub nawet w krytycznych przypadkach kosztownymi awariami układów hydraulicznych.
Firma HYDAC opracowała przewoźne i stacjonarne agregaty FluidAquaMobil FAM do usuwania wody oraz odgazowania i filtracji olejów w układach smarnych i hydraulicznych. Oddziela się wodę w oleju w stanie wolnym, tworzącą emulsję oraz w nim rozpuszczoną (występującą poniżej punktu nasycenia wody w oleju). Urządzenie wykorzystuje zjawisko odparowania wody przy obniżonym ciśnieniu (podciśnienie wytworzone przez pompę próżniową). Olej jest rozprowadzany na dużej powierzchni, tworzy cienki film olejowy, z którego odprowadzana jest wilgoć. Natomiast cząstki stałe w urządzeniach z serii FAM są usuwane przez wkłady filtracyjne o wskaźniku separacji cząstek ßx≥1000. Technologia odwadniania jest dopracowywana przez firmę HYDAC już od ponad 20 lat. Do odwadniania oleju nie potrzeba wymiennych wkładów filtracyjnych i nie wpływa to na filtrowany olej. Agregat filtrująco-odwadniający FluidAqua Mobil FAM 15/30/50/70 osiąga przepływy od 15 do 70 l/min, przy zdolności pochłaniania zanieczyszczeń do 2500 g.
Woda
Wodę w przemyśle stosuje się w wielu różnych obszarach, w związku z czym różne są wymagania związane z jej filtracją, a także z wydajnością tego procesu. Wodę dla przemysłu zmiękcza się, odżelazia i stosuje procesy odwróconej osmozy.
Na naszym rynku działają wyspecjalizowane firmy, zajmujące się pracami projektowymi oraz pełną obsługą stacji uzdatniania. W przypadku filtrowania wody ważna jest odporność na korozję, dlatego w większości przypadków zarówno obudowy, jak i wkłady filtrów są najczęściej wykonywane ze stali kwasowych i nierdzewnych. Jeśli mają być filtrowane duże ilości wody, np. dla elektrowni, to obecnie w takich aplikacjach stosuje się najczęściej bezobsługowe filtry samoczyszczące. Z kolei, jeśli woda ma być dokładnie oczyszczona i uzdatniona, można zastosować filtry workowe, świecowe, odwróconej osmozy i złoża filtracyjne. W zakładach przemysłowych najczęściej użytkowanym rodzajem są filtry workowe. Ważne jest, by zapewniały one wysoką szczelność, brak migracji włókien oraz wysoki poziom wytrzymałości.
Na rynku jest bardzo wiele takich produktów pochodzących od różnych producentów. Nie wszyscy jednak dbają, by kolejne partie wyrobów zachowywały te same standardy, ponieważ wkłady trzeba w tej technologii filtracji często wymieniać, a użytkownicy przy wyborze dostawcy na pierwszym miejscu stawiają niską cenę.
Filtry workowe mają wysoką skuteczność przy niskich kosztach samej inwestycji oraz eksploatacji (jeśli w filtrowanym medium jest niewiele zawiesin). Worki mogą być wykonane z filcu filtracyjnego – umożliwiają usuwanie zanieczyszczeń żelowych (dokładność filtrowania od 1 µm do 100 µm), tkaniny filtracyjnej o dokładności od 5 µm do 1200 µm (zgrubna filtracja). Są też worki siatkowe – w niektórych aplikacjach można je regenerować. Do filtrowania znacznych ilości cieczy stosuje się obudowy wieloworkowe.
Jednym z dostawców rozwiązań filtracyjnych wykorzystujących filtry workowe jest firma ChemTech. Z tej grupy produktów oferuje ona wyroby firmy FSI Filter Specialists. Jak informuje firma, jest też możliwość wykonania krótkich serii lub pojedynczych jednostek obudów filtracyjnych workowych oraz filtrów świecowych, patronowych, strainerów, samoczyszczących do filtracji cieczy i gazów. Filtry workowe firmy FSI są wykonywane z trzech gatunków stali: węglowej oraz kwasoodpornej 304 i 316L. Worki filtracyjne są w czterech standardowych rozmiarach, a urządzenia przystosowane do worków filtracyjnych z kołnierzami samouszczelniającymi typu Polylock®, które umożliwiają szybką i wygodną wymianę worka.
Warto dodać, że jeśli stawia się wyższe wymagania związane z filtracją wody, to można rozważyć użycie filtrów świecowych. Mają one większą powierzchnię czynną i mogą być rzadziej wymieniane.
Uwagi praktyczne
Filtracja tylko pozornie wydaje się procesem stosunkowo prostym. Na naszym rynku działają wyspecjalizowani dystrybutorzy z bogatą ofertą produktów. Firma SF-Filter podaje, że w magazynach ma ponad 20 tys. różnych filtrów do wszystkich rodzajów filtracji. Różnorodność oferty utrudnia wybór.
Specjaliści polskiej firmy Filtrakon radzą, by przy doborze sposobu filtracji zwrócić uwagę na rodzaj i parametry filtrowanej cieczy: odczyn (kwaśny, obojętny), lepkość, maksymalną temperaturę i ciśnienie oraz czy dopuszcza się straty cieczy w procesie filtracji. Kolejny czynnik, który trzeba brać pod uwagę, to charakterystyka zanieczyszczeń: ilość, wielkość, kształt cząstek, czy mają tendencję do sklejania się, czy są twarde, czy miękkie. Ważne są ograniczenia gabarytowe lub inne w miejscu montażu filtra oraz możliwość obsługi ręcznej lub jej brak. Ważna jest też, oczywiście, kwota, jaką użytkownik jest gotów wydać na zakup urządzenia i jego eksploatację.
Interesującym rozwiązaniem są filtry samoczyszczące, np. typu Modula Filtrakon, nadające się do filtrowania nawet trudnych zanieczyszczeń i przy dużych obciążeniach. Mają wbudowane wkłady o zmiennej geometrii – innej w trakcie pracy i innej w trakcie płukania. Podczas pracy szczeliny filtracyjne są znacznie mniejsze niż w trakcie płukania. Taka konstrukcja daje wysoką skuteczność płukania. Dlatego dobrze sprawują się nawet w trudnych warunkach, w których inne filtry samoczyszczące nie dają sobie rady i wymagają częstego czyszczenia ręcznego, a dzięki budowie modułowej firma konstruuje je dla dowolnych wydajności.
Eksperci z firmy Filtrakon zwracają uwagę, że wielkość przyłącza, do którego ma być przymocowany filtr, nie stanowi kryterium doboru wielkości filtra, a co za tym idzie – ceny. Często w swojej praktyce spotykali się z przypadkami, że klienci mieli zamontowane filtry o dużym przyłączu, czyli mogło się wydawać, że o dużej wydajności, ale jednocześnie o małym wkładzie, z małą powierzchnią filtracji, co, zwłaszcza przy dużym obciążeniu zanieczyszczeniami lub o zanieczyszczeniach trudnych, powodowało bardzo częste zapychanie się filtrów i praktycznie brak możliwości korzystania z nich.
Dlatego tak ważny jest właściwy dobór filtra do konkretnej aplikacji, a to wymaga dużego doświadczenia. Trzeba pamiętać, że filtracja jest procesem fizycznym, doświadczalnym i jej efektu często nie da się wcześniej przewidzieć, ani tym bardziej zagwarantować. Przebieg filtracji i jej efekt jest różny w różnych warunkach. Nawet w podobnych aplikacjach może przebiegać różnie, bo zależy ona od warunków układu i konkretnych zanieczyszczeń w danej aplikacji. Często dopiero w danych warunkach układu, przy konkretnych zanieczyszczeniach, metodą prób i błędów można określić, jaka dokładność filtracji albo jaki typ filtracji jest w danej sytuacji najbardziej odpowiedni. To znaczy taki, aby jakość wyfiltrowanej cieczy była jak najbardziej zadowalająca, a koszty eksploatacyjne jak najniższe. Jak mówią przedstawiciele firmy Filtrakon, przebiegu filtracji i kosztów eksploatacyjnych, np. żywotności wkładów, nie da się precyzyjnie wyliczyć. Są to tylko szacunki.
Ze specyfiki procesu filtracji trzeba sobie zdawać sprawę. Czasami wymagania użytkowników w stosunku do realiów technicznych są nie do pogodzenia. Dla przykładu nie da się zaoferować automatycznego filtra samoczyszczącego o dużej wydajności, bardzo dokładnego, małego gabarytowo i dodatkowo taniego. Tak jak, wyłącznie w celu zaoszczędzenia na kosztach zakupu, stosować urządzenia ze stali zwykłej lub tworzywa w środowisku kwaśnym, na które materiały te nie są odporne.
Oszczędności
W dyskusjach o oszczędnościach zawsze duże kontrowersje budzą tańsze zamienniki wkładów filtrów. To akceptowalne rozwiązanie, jeśli producent gwarantuje parametry nieodbiegające od oryginalnie zamontowanych przez producenta. Poza parametrami technicznymi liczy się też długi czas pracy. Zdarza się jednak, że w takim tanim zamienniku zastosowano zamiast włókniny szklanej np. celulozę. Jednak, jak mówią specjaliści, choć jeszcze niedawno odbiorcy wyżej cenili produkty firm zachodnioeuropejskich (niekoniecznie oferujące produkty zachodnioeuropejskie), bez względu na ich faktyczną użytkowość oraz cenę, to obecnie są też na naszym rynku doświadczeni polscy producenci. Oferują oni urządzenia, które charakteryzują się dobrym stosunkiem ceny do jakości.
W automatyce i sterowaniu filtrami mamy na rynku duży wybór sprawdzonych rozwiązań, co pozwala znacznie obniżyć koszt inwestycji.
Podsumowanie
Każda aplikacja dla układów filtracyjnych różni się, w zależności od konkretnych warunków. Aby dokonać właściwego wyboru z bogatej i stale się zmieniającej oferty rynkowej, warto skorzystać z konsultacji dużych dystrybutorów, oferujących od lat sprawdzone produkty wielu znaczących producentów. Choć są też opinie, że raczej powinna to być wyspecjalizowana firma, niekoniecznie duży dystrybutor, handlujący różnorodnym asortymentem.
Autor: 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 służb utrzymania ruchu w przemyśle.
Tekst pochodzi z nr 5/2016 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
