Obudowa filtra patronowego z przepływem zstępującym

Autor: John Woolever, menedżer produktów Donaldson Torit

Odpylanie za pomocą wkładów filtracyjnych z mediami plisowanymi, znanych jako wkłady, stało się w ostatnich dziesięcioleciach wszechobecnym rozwiązaniem dla wymagań dotyczących wentylacji przemysłowej. Urządzenia odpylające z wkładami można podzielić na dwie kategorie w zależności od ustawienia wkładu i sposobu przepływu powietrza w obudowie:

1) Kolektor z przepływem zstępującym z wkładami filtracyjnymi ustawionymi poziomo i wlotem powietrza zanieczyszczonego umieszczonym nad wszystkimi mediami filtracyjnymi.

2) Kolektor z przepływem krzyżowym lub z przepływem wstępującym z wkładami filtracyjnymi zawieszonymi pionowo i wlotem powietrza zanieczyszczonego umieszczonym poniżej lub z boku mediów filtracyjnych.

Niektóre podmioty obecne na rynku wentylacji przemysłowej twierdzą, że kolektor z wkładami zawieszonymi pionowo jest lepszy, i przytaczają niepotwierdzone przykłady bez poparcia danymi. Jednak wiarygodne fakty potwierdzają zalety konstrukcji kolektora z przepływem zstępującym, w tym Podręcznik wentylacji przemysłowej Amerykańskiej Konferencji Higienistów Przemysłowych (ACGIH®):

Rozdział 8.3.2 Podręcznika wentylacji przemysłowej stwierdza, że badania sponsorowane przez EPA¹ wykazały, że doskonała wydajność wynika z przepływu zanieczyszczonego powietrza w dół. Przepływ zstępujący ogranicza ponowne osadzanie się, ponieważ pomaga grawitacji w przemieszczaniu cząstek pyłu w kierunku leja.

Przed omówieniem innych czynników związanych z tym tematem warto zapoznać się z krótkim opisem początków odpylania z użyciem wkładów.

W latach siedemdziesiątych odpylacze z wkładami były pierwotnie przeznaczone do stacji filtrów workowych, które zawierały zawieszone pionowo, tekstylne worki filtracyjne z powietrzem zanieczyszczonym dopływającym do kolektora poniżej filtrów (patrz zdjęcie A). Plisowane media wkładu filtracyjnego zapewniały doskonałą skuteczność filtracji i zmniejszoną emisję w porównaniu z porównywalną tkaniną worków. Jednak odpylacz nowego rodzaju wciąż miał wiele takich samych ograniczeń, jak jego poprzednik, w tym:

• Pył usuwany z oczyszczonych filtrów nabojowych nadal należy zwalczać w dopływającym powietrzu przed osadzeniem się w zbiorniku/pojemniku. Doprowadziło to do ponownego porywania pyłu z powierzchni medium filtracyjnego, z wyższym spadkiem ciśnienia roboczego netto i krótszą żywotnością filtra.
• Czynności wymiany filtrów były czasochłonne, brudne i ogólnie nieprzyjemne, ponieważ serwisowanie filtrów nadal wymagało od operatora otwarcia komory zanieczyszczonego powietrza przez duże drzwi dostępowe.

Przez lata wprowadzano ulepszenia konstrukcyjne kolektora zawieszonego pionowo, włączając wloty boczne (co pozwalało operatorowi wchodzić do kolektora obok mediów filtracyjnych zamiast pod nimi). Doprowadziło to do pewnego ograniczenia ponownego porywania pyłu. Jednak na oczyszczone cząstki pyłu nadal oddziaływało powietrze dopływające, a procesy wymiany wkładów nadal narażały operatorów i otoczenie odpylacza na szerokie otwieranie komory powietrza zanieczyszczonego (patrz zdjęcie B).

Wreszcie w latach osiemdziesiątych dokonano przełomu poprzez zmianę ustawienia wkładu filtracyjnego z pionowego na poziome oraz przez umieszczenie wlotu powietrza zanieczyszczonego nad wszystkimi mediami filtracyjnymi. Zmiana ta spowodowała, że strumień powietrza wlotowego był wyrównany z żądanym miejscem docelowym pyłu usuwanego z czyszczonych wkładów filtracyjnych. Ponieważ grawitacja w naturalny sposób kieruje zrzucane cząstki pyłu w dół do zbiornika zbiorczego znajdującego się u dołu kolektora, strumień powietrza wchodzącego do kolektora z przepływem zstępującym mógłby teraz wspomagać ruch cząstek do zbiornika u podstawy urządzenia, zamiast z nim walczyć (patrz zdjęcie C).

Ten udoskonalony sposób zarządzania przepływem powietrza ograniczył ponowne porywanie pyłu, co można jeszcze ulepszyć, stosując wkłady filtracyjne zawierające obciążane powierzchniowo media filtracyjne z nanowłókien. Zmniejszenie ponownego porywania pyłu może obniżyć spadek ciśnienia roboczego, wydłużyć żywotność filtra i zmniejszyć zużycie sprężonego powietrza wykorzystywanego do impulsowego czyszczenia filtrów — wszystko to korzystnie wpływa na koszty operacyjne odpylacza i poprawia całkowity koszt posiadania odpylacza.

Dzięki nowym podejściom do ustawiania wlotu powietrza zanieczyszczonego w celu wstępnego oddzielania z niskimi stratami możliwe są jeszcze większe zyski. Najnowsze udoskonalenia konstrukcyjne pokazują, że wydajność przepływu powietrza ulega zwiększeniu, gdy wlot powietrza zanieczyszczonego jest skierowany w dół, z dala od mediów filtracyjnych. Ta strefa zrzutu pozwala na opadanie ciężkich cząstek z strumienia powietrza bez dotykania mediów filtracyjnych, a także pozwala na równomierny rozkład przepływu powietrza, eliminując punkty o wysokich prędkościach, które mogą powodować przedwczesne zużycie mediów filtracyjnych (patrz zdjęcie D).

Niektórzy producenci kolektorów wskazują na anegdotyczne obrazy filtrów poziomych z nagromadzonym pyłem mostkującym się na górnych powierzchniach wkładów filtracyjnych. W rzeczywistości odpowiednio zaprojektowane, obsługiwane i utrzymywane kolektory z przepływem zstępującym są wyposażone w systemy odwróconego czyszczenia impulsowego, które ograniczają gromadzenie się pyłu na powierzchniach mediów filtracyjnych. Posiadający właściwą wiedzę dostawca kolektorów z wkładem powinien być w stanie dostarczyć kompleksowe dane sygnatury impulsu określające ilościowo energię czyszczącą dostarczaną do mediów filtracyjnych.

Niedawno na rynku odnotowano znaczący przełom w technologii czyszczenia impulsowego, które jest obecnie dostępne tylko dla wkładów z przepływem zstępującym. Dzięki konstrukcji, która kontroluje rozprężanie sprężonego powietrza w systemie czyszczenia impulsowego i minimalizuje straty dostarczanej energii, nowy system czyszczenia zapewnia o 27% wyższą energię czyszczenia impulsowego. Zwiększona energia czyszczenia może zwiększyć wydajność filtracji i obniżyć zużycie energii sprężonego powietrza.

Kiedy doskonała konstrukcja zarządzania przepływem powietrza, efektywne czyszczenie impulsowe i obciążane powierzchniowo media filtracyjne z nanowłókien zostaną zebrane w jednym zestawie, odpylacz z przepływem zstępującym może mieć imponujące zalety w zakresie filtrowania powietrza. Jednym ze sposobów oceny wydajności przepływu powietrza przez kolektor jest porównywanie objętościowych przepływów powietrza z powierzchnią mediów filtracyjnych. Ten stosunek powietrze/media (AMR) lub prędkość filtracji jest zwykle wykorzystywany do wymiarowania urządzeń dla określonych zastosowań.

Oprócz wydajności i skuteczności odpylacza, podatność na skalowanie i konfigurowanie to dwie dodatkowe zalety kolektorów z przepływem zstępującym w porównaniu do kolektorów zawieszonych pionowo. Poziome ustawienie filtra kolektora z przepływem zstępującym umożliwia umieszczanie wkładów w matrycy, która może mieć większą wysokość i szerokość, co zapewnia większą elastyczność i zmniejszenie powierzchni zajmowanej w hali produkcyjnej. Kolektory zawieszone pionowo mają tylko jedną warstwę filtrów, więc zwiększenie powierzchni mediów filtracyjnych wymaga zwiększenia szerokości i głębokości, ponieważ wysokość jest stała. W związku z tym zwiększenie ilości przepływającego powietrza powoduje zazwyczaj zwiększenie zajmowanej powierzchni.

Otwory przeciwwybuchowe to kolejny obszar, w którym kolektory z przepływem zstępującym różnią się od kolektorów z wkładami pionowymi. Otwory przeciwwybuchowe mogą być umieszczane na dachu lub z boku kolektora z przepływem zstępującym bez zmiany powierzchni zajmowanej przez urządzenie. Ponieważ otwory przeciwwybuchowe w kolektorach zawieszonych pionowo muszą być umieszczone z boku, zazwyczaj skierowanie odprowadzeń w górę wymaga zajęcia większej powierzchni. Wiele obiektów preferuje otwory przeciwwybuchowe skierowane ku górze lub montowane na dachu, ponieważ czoło płomienia eksplozji i materiały wyrzucane podczas wybuchu są skierowane do góry, tam gdzie występuje mniejsze ryzyko występowania stref zajętych.

Na zakończenie proces wymiany filtra w kolektorze z przepływem zstępującym upraszcza wymianę wkładu i pomaga zminimalizować narażenie operatora na zebrane zanieczyszczenia w porównaniu ze starszymi wersjami kolektorów zawieszonych pionowo. Kolektor z przepływem zstępującym zwykle ma pokrywy, które zapewniają dostęp tylko do kilku wkładów jednocześnie. Może to być wielką zaletą, jeżeli kolektor znajduje się na zewnątrz w miejscach potencjalnie wietrznych. Pionowo zawieszone kolektory starego typu zwykle wymagają większych drzwi dostępowych, które narażają operatora i otaczający obszar na całą komorę powietrza zanieczyszczonego. Wyjmowanie poziomego wkładu kolektora z przepływem zstępującym jest również prostsze i czystsze, ponieważ wymaga od operatora jedynie włożenia ręki do kolektora w celu sięgnięcia do wkładów filtracyjnych. Pionowo zawieszone kolektory wymagają specjalnych narzędzi, aby sięgnąć do przepastnej komory powietrza zanieczyszczonego lub rzeczywistego wejścia fizycznego (potencjalnie ograniczonej przestrzeni) przez operatora, aby uzyskać dostęp do wkładów filtracyjnych znajdujących się głębiej w konstrukcji obudowy. Podczas gdy prawie wszystkie konstrukcje odpylaczy mieszczą platformy przemysłowe umożliwiające dostęp do filtrów, do kolektorów z przepływem zstępującym można również uzyskać dostęp po schodach, aby zmniejszyć wpływ na powierzchnię hali produkcyjnej.

Ze względu na większe drzwi i trudniejszy dostęp do wkładów filtracyjnych, a także zwykle większe/cięższe filtry, wymiana filtra w kolektorach zawieszonych pionowo zazwyczaj wymaga platformy, windy osobowej lub innego skomplikowanego dostępu.

Ponad 40 lat po powstaniu kolektory z wkładem nadal stanowią atrakcyjne i ekonomiczne rozwiązanie dla operatorów obiektów w wielu różnych branżach. Kolektory z przepływem zstępującym zapewniają ograniczenie ponownego porywania pyłu, minimalizację zajętej powierzchni, większą elastyczność konfiguracji i doskonały sposób wymiany filtrów. Dzięki tym korzyściom dla użytkownika zalety kolektorów z wkładem z przepływem zstępującym są wyraźnie widoczne.