Filtry przemysłowe

 Filtry

 

Wachlarz filtrów przemysłowych jest niezmiernie szeroki, co powoduje, że jego zakup staje się niekiedy prawdziwym wyzwaniem dla użytkownika. Jedynie dobra znajomość procesu filtracji pozwala na wybór odpowiedniego rozwiązania dostosowanego do aktualnych potrzeb.

 

Filtry umożliwiają przeprowadzenie operacji technologicznej zwanej filtracją. Polega ona na rozdzieleniu składników mieszaniny cieczy lub gazu z zawieszonymi cząstkami ciał stałych przy użyciu przegrody porowatej przepuszczającej ciecz lub gaz, a zatrzymującej ziarna fazy stałej.

Rozróżnia się dwa rodzaje filtracji: oczyszczającą (klarowanie) – stosowaną do zawiesin o stężeniu fazy stałej <0.1% w celu otrzymania filtratu oraz rozdzielającą (separacyjną) – stosowaną do zawiesin o stężeniu fazy stałej >1% w celu uzyskania filtratu lub wartościowego osadu.

Filtracja procesowa to ogromny obszar, obejmujący swoim zasięgiem przeróżne rodzaje filtrów oraz wkładów filtracyjnych różniących się od siebie takimi cechami jak: zastosowanie, zasada działania, skuteczność oczyszczania, cena, marka, budowa, itd.

 

Wysoka jakość w cenie

Z punktu widzenia utrzymania ruchu i pracy ludzi odpowiedzialnych za zaplecze techniczne zakładów produkcyjnych do najważniejszych cech filtrów z pewnością można zaliczyć: skuteczność, bezawaryjność, długi czas pracy oraz ekonomiczność.

Tendencja z ubiegłych lat w stylu „dobry filtr to tani filtr” na szczęście odchodzi już do lamusa. Nowoczesny model zarządzania ruchem maszyn uwzględnia konieczność ponoszenia relatywnie wyższych kosztów na poczet zakupu produktów lepszych jakościowo, które są gwarancją jakości i bezawaryjnej pracy urządzeń.

Oprócz rosnącej świadomości użytkowników filtrów innymi czynnikami wpływającymi na coraz większe zainteresowanie nabyciem odpowiednich do potrzeb filtrów są m.in.: coraz bardziej rygorystyczne wymogi środowiskowe, nowe technologie produkcyjne, mniejsza tolerancja części maszyn na zanieczyszczenia.

Rola filtrów przemysłowych w dzisiejszym procesie produkcyjnym jest nieoceniona. Uzyskanie produktu końcowego o zakładanych parametrach czy też bezawaryjna praca kluczowych dla przedsiębiorstwa maszyn nie jest możliwa bez odpowiedniego doboru optymalnego i skutecznego rozwiązania służącego do przeprowadzenia filtracji.

 

Rodzaje filtrów

Ze względu na aplikację filtry przemysłowe można podzielić na trzy główne grupy: filtry powietrza, filtry cieczy oraz separatory frakcji.

Filtry można również dzielić ze względu na zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, zakładając że inne produkty używane są podczas obróbki drewna, a inne przy odlewie aluminium, jednak w 99% są to filtry z wymienionych powyżej grup, różniące się budową czy nawet zasadą działania, ale nigdy celem tego działania.

 

Przemysłowe filtry powietrza

Tak samo jak ludziom do życia, tak i maszynom do pracy potrzebne jest czyste powietrze, które spełnia odpowiednie parametry.

Filtry powietrza to najpopularniejsza grupa materiałów oczyszczających medium w procesach przemysłowych. Ze względu na przeznaczenie powietrza ten rodzaj filtrów można podzielić na kolejne podgrupy, takie jak: filtry powietrza wlotowego, filtry powietrza wylotowego oraz filtry sprężonego powietrza.

filtry powietrza kompletneFiltry powietrza wlotowego to elementy, które uzdatniają medium podczas jego dostawania się do procesu.

W przypadku kiedy powietrze dostaje się do hali, w której pracują ludzie, konieczne jest zastosowanie filtrów wentylacji. Np. filtry kieszeniowe, kasetowe oraz maty filtracyjne, często niskich klas oczyszczania G2–G4 (wg. normy PN EN 779:2012), stanowią bardzo popularne produkty wchodzące w skład infrastruktury budynków. Charakteryzują się one mało skomplikowaną budową i niską ceną, a ich działanie ma na celu zapewnienie odpowiednich warunków pracy wewnątrz pomieszczeń, w których nie jest wymagany najwyższy poziom czystości. Filtry wyższych klas oczyszczania: M5, M6 oraz F7–F9 (wg. normy EN 779:2012) to produkty o zauważalnie wyższym koszcie zakupu i jednocześnie większym znaczeniu dla produkcji, np. filtry kompaktowe MV–F9–03 z włókniną szklaną używane przy uzdatnianiu powietrza w komorach grzybni podłoża do produkcji pieczarek.

Niezwykle ważne są także filtry powietrza przeznaczone do pomieszczeń w strefach czystych (tzw. cleanroom), np. w laboratoriach lub salach operacyjnych szpitali. Ze względu na wymóg bardzo wysokiej czystości muszą one zatrzymywać cząsteczki submikronowe z niemal absolutną skutecznością. Produkty te stanowią grupę filtrów HEPA/ULPA, a ich skuteczność określa się klasami E10–U17 (wg. normy EN1822). Skomplikowana budowa i wysoka cena tych filtrów powoduje, że plasują się w grupie towarów strategicznych dla poprawnego przebiegu procesu.

Kolejna podgrupa to elementy oczyszczające powietrze pobierane przez maszyny takie jak: pompy, sprężarki, mieszadła, turbiny, silniki itp. Wkłady serii SL, dedykowane do popularnych w każdym zakładzie produkcyjnym aplikacji, mogą różnić się przede wszystkim materiałem filtracyjnym, a dodatkowo budową i sposobem montażu. Często stosowane naturalne materiały, jak np. celuloza drzewna, dla części aplikacji mogą okazać się nieodpowiednim rozwiązaniem. Wówczas zachodzi potrzeba zastosowania bardziej zaawansowanych rozwiązań materiałowych, takich jak włókniny syntetyczne poliestrowe, polipropylenowe lub szklane, które zapewniają wyższe parametry pracy i większą wytrzymałość.

filtry powietrza powercoreFiltry powietrza wlotowego to tzw. filtry statyczne. W przypadku tych produktów wkłady nie są oczyszczane z zanieczyszczeń podczas pracy urządzenia i dlatego najważniejszymi cechami wpływającymi na ich żywotność i skuteczność są rodzaj materiału filtracyjnego oraz jego powierzchnia chłonna.

Filtry powietrza wylotowego, często zwane odpylającymi, pełnią funkcję ochrony środowiska przed zanieczyszczeniem gazami i pyłami poprodukcyjnymi.

Najbardziej popularne w zakładach przetwórstwa drzewnego, metali lub tworzyw sztucznych filtry odpylające dzielą się ze względu na zasadę działania oraz budowę na filtry pyłowe „suche” workowe, cyklonowe, patronowe, kasetowe, elektrostatyczne oraz filtry mgły olejowej.

Niegdyś stosowane filtry odpylające mokre stanowią już znikomą grupę obecnie i nie zaleca się ich stosowania do nowoczesnych procesów.

Największy procent urządzeń oczyszczających powietrze wylotowe stanowią filtry workowe oraz patronowe. Ich udział w rynku można podzielić równo po 50%, przy czym w aplikacjach związanych z dużymi wydatkami popularniejsze są te pierwsze (tańsze w serwisowaniu, ale większe gabarytowo – elektrownie/huty/odlewnie), podczas gdy mniejsze objętościowo ilości powietrza po procesach obróbki metalu częściej odpylane są za pomocą filtrów patronowych (droższe wkłady, ale większa powierzchnia filtracyjna przy mniejszych gabarytach całego urządzenia). Filtry te stanowią grupę urządzeń o wysokiej skuteczności zatrzymywania cząsteczek zanieczyszczeń, np. klasy M wg BGiA.

filtry powietrza wklady rozneOsobna podgrupa to filtry elektrostatyczne, często bez wkładów wymiennych, za to o dość wysokiej skuteczności i tanie w eksploatacji, popularne w aplikacjach oczyszczania powietrza z mgły olejowej. Ich działanie opiera się na dodatnim zjonizowaniu cząstek olejowych pod wysokim napięciem i osadzeniu na elektrodach ujemnych.

Bardzo dobrym rozwiązaniem problemu mgły olejowej, powstałej podczas obróbki materiałowej lub procesów termalnych, jest zastosowanie specjalnych urządzeń SFCLEAN o niskim koszcie eksploatacji i wysokiej skuteczności oczyszczania dzięki filtrom końcowym klasy HEPA oraz użytkowanie elementów serii SL/SEP przeznaczonych do stopniowego wyłapywania i separacji drobin oleju z powietrza w obudowach różnych producentów.

Ze względu na duże zanieczyszczenie filtry powietrza wylotowego bardzo często wyposażone są w układy oczyszczania wkładów, np. impulsem sprężonego powietrza. Dlatego najważniejszym czynnikiem decydującym o ich skuteczności i czasie pracy jest materiał filtracyjny, jego skład i zastosowana powłoka (np. antyelektrostatyczna dla układów w strefach ATEX).

Ważnym zagadnieniem jest również powietrze procesowe biorące udział w procesie produkcyjnym. Należy podkreślić, że najliczniejszą grupę filtrów powietrza procesowego stanowią filtry sprężonego powietrza.

Niemal każdy zakład przemysłowy używa sprężonego powietrza do napędzania narzędzi i maszyn, a także do samego procesu produkcyjnego.

filtry powietrza wszystkieSprężone powietrze, ze względu na swoją kluczową rolę, jest uzdatniane do spodziewanej klasy czystości poprzez osuszenie, odolejenie oraz zatrzymanie submikronowych cząstek zanieczyszczeń stałych rzędu 0,01 µm. O ile proces osuszania może wstępnie nastąpić w wyniku użyciu separatorów cyklonowych, tak dokładne pozbycie się wilgoci jest możliwe dzięki zastosowaniu osuszaczy ziębniczych (starsza technologia) lub adsorpcyjnych (nowoczesne techniki adsorpcji cząstek kondensatu przez granulat higroskopijny), które obniżając temperaturę powietrza do tzw. punktu rosy, powodują wytrącenie się kryształków wody.

Procesowo uzdatnione powietrze to wynik działania specjalnych membran filtrów sprężonego powietrza zatrzymujących najdrobniejsze cząsteczki zanieczyszczeń stałych, a nawet związków chemicznych i drobnoustrojów poprzez zastosowanie wkładów z węglem aktywnym.

 

Przemysłowe filtry cieczy

Ciecze procesowe to popularna nazwa określająca oleje, emulsje i wodę, które to mają niebagatelne znaczenie w kontekście funkcjonowania całego zakładu przemysłowego, jak i działaniu pojedynczej maszyny.

Jeśli zakład produkcyjny porównamy do żywego organizmu, to ciecze będą stanowiły jego krew, natomiast filtry to przeciwciała zapobiegające rozwojowi chorób.

Filtry cieczy możemy podzielić, ze względu na ich rodzaj, na filtry olejów i chłodziw oraz filtry wody.

filtry hydrauliczne kompletneFiltry olejów i chłodziw

Oczyszczanie cieczy nabiera dużego znaczenia, jeśli uświadomimy sobie ogrom wydatków wiążących się z zaniedbaniem tego procesu. Załóżmy, że litr płynu kosztuje 10 euro, a zbiornik maszyny ma pojemność 1000 litrów. W takim przypadku wymiana cieczy, która straciła swoje właściwości kosztowałaby 10 000 euro. Zakładając wymianę co 6 miesięcy, otrzymujemy dodatkowy koszt eksploatacyjny w wysokości ponad 80 tysięcy złotych, nie licząc np. zużycia się elementów mechanicznych urządzeń.

Biorąc pod uwagę tak duże koszty eksploatacji cieczy w zakładach przemysłowych, w ostatnich latach można zauważyć wzrost zainteresowania tzw. pielęgnacją olejów. Polega ona na analizie właściwości cieczy, stałym monitoringu oraz ciągłym doczyszczaniu za pomocą układu bocznikowego, takiego jak SFB.

Wspomniane układy bocznikowe to bardzo popularny i opłacalny sposób na przedłużenie czasu użytkowania cieczy w układach o dużej pojemności. Zasadą działania agregatów jest niezależna od całego układu i jego pomp praca w obiegu zamkniętym przy zbiorniku i doczyszczanie cieczy teoretycznie już czystej. Agregaty bocznikowe mogą być budowane z filtrami na wkłady wymienne lub filtry elektrostatyczne, bywają połączone z miernikami klasy czystości oleju, czujnikami parametrów cieczy a nawet systemami odwadniania próżniowego. Ze względu na opcje urządzenia kosztują od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych.

filtry oleju wszystkieInnym typem narzędzi do oczyszczania cieczy są filtry hydrauliczne do olejów i emulsji montowane w istniejącym już układzie z pompą. Filtry tego typu występują w bardzo wielu konfiguracjach i – zależnie od producenta – różnią się budową, zasadą działania i elementami wymiennymi. Jednak najważniejsze parametry pozostają niezmienione, takie jak najwyższa skuteczność oczyszczania cieczy i uzyskania spodziewanej klasy czystości wg. ISO lub NAS, przy zachowaniu możliwie długich czasów międzyserwisowych, a także ekonomiczna eksploatacja. Najpopularniejsi producenci, tacy jak: Hydac, Donaldson, Pall, SF-Filter, Mahle i pozostali, dzielą między siebie rynek filtracji hydraulicznej głównie ze względu na segment rynku. W ten sposób każdy z największych dostawców jest liderem w specyficznej dla jego produktów branży, np. energetycznej, produkcji atomotive lub rynku maszyn CNC.

 

Filtry wody

Woda to najstarsze medium używane w procesach produkcyjnych, jednak – ze względu na powodowanie korozji – jest ona często zastępowana emulsjami. Wciąż jednak, ze względu na stosunkowo niską cenę i łatwą dostępność, jest powszechnie stosowana jako główne medium chłodzące.

Specyfika filtrów wody do przede wszystkim odporność na korozję, co wiąże się z zastosowaniem stali szlachetnych kwasowych i nierdzewnych do projektowania zarówno obudów filtracyjnych, jak i samych wkładów oczyszczających.

Dla dużych ujęć zewnętrznych wody (takich jak np. rzeki), głównie w segmencie energetycznym, popularnym produktem są filtry automatyczne samoczyszczące, np. serii SF-DN, wykonane w całości ze stali AISI 316L lub tworzywa sztucznego, których najważniejszą cechą jest bezobsługowa praca. Tego typu urządzenia wyposażone są np. w sita szczelinowe i czujniki różnicy ciśnień, które uruchamiają system czyszczenia czy to przeciwprądem czystego medium, czy też mechanicznym skrobakiem, wyrzucając popłuczyny bez zatrzymania całego procesu oczyszczania i bez wymiany wkładów filtracyjnych.

filtry kompletne rozneDo dokładnego oczyszczenia wody oraz do jej uzdatnienia, jeśli jest ona składnikiem procesu, służą filtry workowe, świecowe lub filtry na złoża oraz odwróconej osmozy (RO, uzdatnianie). Zdecydowanie najczęściej spotykanym rodzajem filtrów wody w zakładach przemysłowych są filtry workowe WF-BFE i WF-BFS, które swoją popularność zawdzięczają niskiej cenie i bardzo taniej eksploatacji (wymiana wkładów workowych). Mankamentem rozwiązań na bazie filtrów workowych jest ich krótka żywotność i duża częstotliwość wymian. W wymagających aplikacjach, jeśli zajdzie potrzeba wydłużenia czasu pracy elementu filtra, możemy zastąpić filtr workowy filtrem świecowym o większej powierzchni czynnej i chłonności zanieczyszczeń lub nawet zamienić wkład workowym elementem plisowanym, tzw. pleated bag, co stanowi częste rozwiązanie na rynku USA.

Uzdatnianie wody to inaczej przygotowanie jej parametrów do konkretnego celu, np. w warunkach domowych do jej spożycia, a w warunkach przemysłowych do uzyskania odpowiedniego składu chemicznego i wysokiego stopnia czystości koniecznych np. przy produkcji leków lub kosmetyków.

Filtry procesowe wody i wkłady filtracyjne to dość hermetyczny rynek ze specjalistycznymi producentami i dostawcami posiadającymi certyfikaty lub dopuszczenia higieniczne, dzięki którym woda może mieć kontakt z żywnością lub lekami. Mała konkurencja jest powodem wysokiego poziomu cen systemów filtracji procesowej przemysłowej i utrudnionej dostępności do produktów. Znajdują się jednak na rynku firmy, które starają się przełamać schematy i z powodzeniem dostarczają produkty do najbardziej wymagających i restrykcyjnych segmentów, takich jak: browarnictwo, produkcja leków czy środków spożywczych.

 

Separatory frakcji

Oddzielanie jednej frakcji od drugiej stanowi sedno filtracji. Problemy zaczynają się wtedy, kiedy należy oddzielić od siebie media podobne pod względem parametrów fizykochemicznych.

Od zarania dziejów ludzie potrafili oddzielić piasek od wody, jednak oczywiste jest, że wydzielenie wody z oleju lub oleju z powietrza to zupełnie inny stopień trudności, zwłaszcza jeśli mamy do czynienia ze skomplikowanym procesem przy udziale wysokich ciśnień, prędkości lub objętości przepływu.

Najczęściej separowane frakcje w ujęciu przemysłowym to oddzielenie wody od gazu, oleju od powietrza i wody z oleju.

filtry paliwa separatoryWilgoć w postaci kondensatu wodno-olejowego jest bardzo niepożądanym czynnikiem głównie w układach sprężonego powietrza, gdzie możemy się jej pozbyć poprzez zastosowane cyklony odśrodkowe lub osuszacze ziębnicze/adsorpcyjne. Jednakże wilgoć potrafi być problemem nawet w układach wentylacji, a tym bardziej w procesie odpylania. Mokre powietrze potrafi zakleić materiał filtracyjnych filtrów „suchych”, a tym samym zredukować ich zdolność do chłonięcia zanieczyszczeń.

Rozwiązaniem są specjalne powłoki stosowane na materiałach syntetycznych, będące pochodną membran PTFE o właściwościach oleo-hydrofobowych lub prefiltry wykonane w całości z materiałów odpornych na kondensat, np. systemy Combined System produkcji Mikropor z przeznaczeniem do czerpni turbin gazowych.

Kondensat to mieszanka wodno-olejowa, w dodatku z zanieczyszczeniami stałymi. Tak niewdzięczny materiał do uzdatniania znalazł swoje rozwiązanie w separatorach woda-olej, które działają na bazie granulatu absorbującego olej i granulatu węglowego uzdatniającego wodę do klasy akceptowalnej przez wymogi środowiskowe.

Zaolejone powietrze, w dodatku podane pod ciśnieniem powyżej 10 bar, to już domena separatorów olejowych stosowanych w sprężarkach powietrza. Te specjalnie zaprojektowane filtry/separatory występują w postaci puszek typu spin-on SPA (dla mniejszych kompresorów) lub separatorów koszowych SAO stosowanych przy dużych wydatkach. Sercem omawianych elementów jest specjalna włóknina separacyjno-koalescyjna, na powierzchni której drobinki oleju zbierają się w większe krople i spływają na dno zbiornika, z którego są odsysane, a następnie wracają do układu smarowania.

Woda, tak bardzo ceniona w układach chłodzenia, jest niepożądana przy okazji pracy na olejach hydraulicznych. Wolna lub skondensowana woda stanowi przyczynę spadku właściwości smarnych oleju, a nawet jego szybsze starzenie się i skrócenie czasu pracy.

Przez wiele lat pracy nad tym zagadnieniem producenci filtrów olejowych wynaleźli rozwiązanie w postaci absorbujących polimerów chłonących wodę lub membran koalescyjnych znajdujących zastosowanie w oczyszczaniu paliwa diesel lub gazów technicznych.

 

Zamienniki – na co zwracać uwagę

Mówiąc o zamienników, należy zaznaczyć, że producenci maszyn i urządzeń nie są jednocześnie producentami filtrów. Obudowy i same wkłady wykonywane są często z logiem i numerem wytwórcy całej konstrukcji, dlatego pamiętając o tej zasadzie, łatwiej będzie nam zrozumieć, co – w przypadku filtrów przemysłowych – kryje się pod pojęciem „zamiennik”.

Szukając oszczędności, zakłady przemysłowe decydują się na stosowanie zamienników oryginalnych elementów filtrów wykorzystywanych np. do utrzymania bezawaryjnej pracy maszyn. Taki zabieg może wiązać się z niepotrzebnym ryzykiem obniżenia parametrów filtrów albo czasu ich pracy. Dlatego tak ważna jest znajomość produktu i samego dostawcy, który zagwarantuje równie wysoką jakość zamiennika, jak w przypadku elementu oryginalnego. W tej sytuacji tańszy produkt nie oznacza produktu gorszego.

Ekonomiczne zamienniki wkładów filtrów, które są najczęściej wymieniane, mogą przynieść wymierne korzyści w dłuższym czasie stosowania, pod warunkiem że ich parametry nie odbiegają od parametrów fabrycznie zastosowanych filtrów. Profesjonalny dostawca filtrów jest w stanie zagwarantować zarówno odpowiednio długi czas pracy, jak i właściwe parametry techniczne, dostarczając element różniący się jedynie oznakowaniem.

Jednak należy uważać na tańsze zamienniki oferowane przez firmy nie dysponujące odpowiednim zapleczem technicznym oraz doświadczeniem. Takie elementy mogą różnić się materiałem filtracyjnym (np. użyciem celulozy zamiast włókniny szklanej), jego powierzchnią czynną, skutecznością oczyszczania, a nawet rodzajem uszczelnienia i grubością denek i rdzenia. Ich stosowanie może skutkować większą częstotliwością wymian, pogorszeniem parametrów czystości oczyszczanego medium, a nawet uszkodzeniem maszyny. Dlatego dla efektywnego funkcjonowania nowoczesnych zakładów przemysłowych tak ważny jest wybór odpowiedniego dostawcy będącego profesjonalistą na wszystkich polach filtracji.

filtry kabinyNależy mieć świadomość, że powyższe opracowanie jest jedynie odkryciem wierzchołka góry lodowej, jaką niewątpliwie jest filtracja przemysłowa. To dziedzina, która nawet znawcę tematu potrafi zaskoczyć czymś nowym lub stworzyć okazję do opracowania niespotykanego rozwiązania pod konkretny problem.

Filtracja przemysłowa stanowi niewątpliwie duże wyzwanie dla każdego użytkownika filtrów, ale także producenta i dostawcy rozwiązań; jedynie bliska współpraca wszystkich trzech grup może przynieść owoce w postaci nowego materiału filtracyjnego lub dedykowanego urządzenia.

Coraz wyższa świadomość osób odpowiedzialnych za utrzymanie ruchu maszyn i otwartość projektantów i nadzorców procesu otwiera dostawcom filtrów nowe możliwości, które niewątpliwie będą w przyszłości stanowiły pożytek dla obydwu stron, a obecnie są motorem napędowym nowych technologii oczyszczania mediów.

 

Za pomoc w przygotowaniu materiału dziękujemy Łukaszowi Orzepowskiemu, dyrektorowi ds. technicznych z firmy SF-Filter.

 

Autor: Marta Gajewska

Zdjęcia: SF-Filter

Authors

Related posts

Góra
English