المُرشحات

تُحتجز المُرشحات الحطام في خطوط الأنابيب مثل القشور والصدأ ومركب التوصيل ومواد اللحام في خطوط الأنابيب، مُحية المعدات والعمليات. يُناقَش هذا الدرس نطاق أنواع المُرشحات والمرشحات المُستخدمة وكيفية تحجيمها واختيارها لتطبيقات مختلفة.

المُرشحات

مع تزايد تنافسية السوق، زاد التركيز على تقليل وقت التوقف عن العمل والصيانة. في أنظمة البخار والمكثفات، غالبًا ما يحدث تلف للمعدات بسبب الحطام في خطوط الأنابيب مثل القشور والصدأ ومركب التوصيل ومواد اللحام والمواد الصلبة الأخرى، التي قد تجد طريقها إلى نظام الأنابيب. المُرشحات هي أجهزة تُحتجز هذه المواد الصلبة في السوائل أو الغازات المتدفقة، وتُحمي المعدات من تأثيراتها الضارة، مما يُقلل من وقت التوقف والصيانة. يجب تركيب مُرشح قبل كل صمام بخار وعوامة تدفق وصمام تحكم. يمكن تصنيف المُرشحات إلى نوعين رئيسيين وفقًا لتكوين الجسم؛ وهما نوع Y ونوع السلة. أمثلة نمذجية على هذه الأنواع من المُرشحات يمكن رؤيتها في الشكل 12.4.1.

مُرشحات نوع Y

للبخار، مُرشح نوع Y هو المعيار المعتاد ويُستخدم بشكل شبه عالمي. جسمه شكل أسطواني مُدمج قوي جدًا ويتحمل الضغوط العالية. هو حرفيا وعاء ضغط، وليس من غير المألوف أن تكون مُرشحات نوع Y قادرة على تحمل ضغوط تصل إلى 400 بار ضغط معياري. استخدام المُرشحات عند هذه الضغوط however يُعقد بسبب درجات الحرارة العالية المرتبطة بالبخار عند هذا الضغط؛ consequently يجب استخدام مواد غريبة مثل فولاذ كروم موليبدينوم. على الرغم من الاستثناءات، حجم بحجم، لمُرشحات نوع Y سعة احتواء أوساخ أقل من مُرشحات السلة، مما يعني أنها تتطلب تنظيفًا أكثر تكرارًا. على أنظمة البخار، هذا generally ليس مشكلة، except where تكون مستويات الصدأ عالية، أو مباشرة بعد التشغيل الأولي when يمكن إدخال كميات كبيرة من الحطام. في التطبيقات التي يُتوقع فيها كميات كبيرة من الحطام، يمكن عادة تركيب صمام تنظيف في غطاء المُرشح، مما يسمح للمُرشح باستخدام ضغط البخار للتنظيف، ودون الحاجة إلى إيقاف المعدات. مُرشحات نوع Y في خطوط البخار أو الغاز الأفقية يجب تركيبها بحيث يكون الجيب في المستوى الأفقي (الشكل 12.4.2(أ)). هذا يمنع تجمع الماء في الجيب، مُساعدًا في منع حمل قطرات الماء، الذي قد يُسبب تآكلاً ويؤثر على عمليات نقل الحرارة. على أنظمة السوائل however، يجب أن يشير الجيب عموديًا إلى الأسفل (الشكل 12.4.2(ب))، هذا يضمن أن الحطام المُزال لا يُسحب مرة أخرى إلى الأنابيب المنبعية أثناء ظروف التدفق المنخفض. على الرغم من أنه من المستحسن تركيب المُرشحات في خطوط أفقية، إلا أن هذا ليس ممكنًا دائمًا، ويمكن تركيبها في خطوط أنابيب عمودية إذا كان التدفق إلى الأسفل، وفي هذه الحالة يُوجَّه الحطام بشكل طبيعي إلى الجيب (الشكل 12.4.2(ج)). التركيب غير ممكن مع التدفق إلى الأعلى، حيث يلزم تركيب المُرشح بحيث يكون فتح الجيب إلى الأسفل وستسقط الحطام مرة أخرى إلى الأسفل في الأنبوب.

مُرشحات مستقيمة وزاوية

بالإضافة إلى مُرشحات نوع Y، تُستخدم عدة تكوينات مختلفة للجسم في أنظمة البخار، وهي المُرشحات المستقيمة وزاوية. هذه موضحة في الشكل 12.4.3. تعمل هذه الأنواع من المُرشحات بطريقة مشابهة لمُرشح نوع Y ولها أداء مماثل. تُستخدم عندما لا يناسب هندسة أنابيب البخار استخدام مُرشح نوع Y.

وحدات مُرشحات نوع السلة

يتميز مُرشح نوع السلة أو نوع الوعاء بغرفة ذات توجيه عمودي، عادة أكبر من مُرشح نوع Y. حجم بحجم، انخفاض الضغط عبر مُرشح السلة أقل من نوع Y حيث أن لديه مساحة ترشيح حرة أكبر، مما يجعل مُرشح نوع السلة هو النوع المفضل لتطبيقات السوائل. بما أن سعة احتواء الأوساخ أيضًا أكبر من مُرشحات نوع Y، يُستخدم مُرشح نوع السلة أيضًا على خطوط أنابيب البخار ذات الأقطار الأكبر. يمكن تركيب مُرشحات نوع السلة فقط في خطوط أفقية، وللمُرشحات الأكبر والأثقل، يحتاج قاع المُرشح إلى دعم. عند استخدام مُرشحات نوع السلة في أنظمة البخار، قد تتكون كمية ملحوظة من المكثفات. consequently، المُرشحات المُصمَّمة للاستخدام في أنظمة البخار عادة لها سدادة تصريف، يمكن تركيبها بصمام بخار لإزالة المكثفات. مُرشحات نوع السلة توجد عادة في ترتيب مزدوج. يُوضع مُرشح ثانٍ بالتوازي مع المُرشح الأولي، ويمكن تحويل التدفق عبر أي من المُرشحين. هذا يُسهّل تنظيف وحدة المُرشح بينما لا يزال نظام السوائل يعمل، مُقللًا وقت التوقف للصيانة.

المرشحات

بينما تُزيل المُرشحات جميع الجسيمات المرئية في البخار، أحيانًا يلزم إزالة جسيمات أصغر، على سبيل المثال، في التطبيقات التالية:

• عند الحقن المباشر للبخار في عملية، مما قد يُسبب تلوث المنتج. مثال: في صناعة الأغذية، ولتعقيم معدات العمليات في صناعة الأدوية.
• حيث يمكن أن يُسبب البخار القذر رفض منتج أو دفعة عمليات بسبب التلطيخ أو بقاء جسيمات مرئية. مثال: المُعقمات وأوراق/ألواح الورق.
• حيث يُتطلب انبعاث جسيمات أدنى من مُرطبات البخار. مثال: المُرطبات المُستخدمة في بيئة ‘نظيفة’.
• لتقليل محتوى الماء في البخار، لضمان إمداد جاف ومشبع. في تطبيقات ‘البخار النظيف’ كهذه، المُرشحات غير مناسبة ويجب استخدام المرشحات. المرشح المُستخدم في نظام بخار عادة يتكون من عنصر مرشح من الفولاذ المقاوم للصدأ المُلحم. عملية اللحام تُنتج بنوية مسامية دقيقة في الفولاذ المقاوم للصدأ، تُزيل أي جسيمات من السائل المار عبرها. تتوفر مرشحات قادرة على إزالة جسيمات صغيرة بحجم 1 ميكرومتر، مُتوافقة مع احتياجات الممارسات الجيدة للبخار الطهي.

البنوية المسامية الدقيقة لعنصر المرشح ستنشئ انخفاض ضغط أكبر عبر المرشح من ذلك المرتبط بنفس حجم المُرشح؛ يجب إعطاء اعتبار دقيق لهذا عند تحجيم هذه المرشحات. بالإضافة إلى ذلك، تتلف المرشحات بسهولة بمعدلات تدفق مفرطة، ولا يجب تجاوز الحدود المُحددة من المُصنِّع.

عند استخدام المرشح في تطبيقات البخار أو الغاز، يجب تركيب فاصل قبل المرشح لإزالة أي قطرات مكثفات معلقة. بالإضافة إلى تحسين جودة البخار، سيُطيل هذا عمر المرشح. يجب تركيب مُرشح نوع Y أيضًا قبل المرشح لإزالة جميع الجسيمات الأكبر التي ستُحجب المرشح بخلاف ذلك بشكل سريع، وتزيد من كمية التنظيف المطلوبة وتُقلل من عمر عنصر المرشح. بتركيب مقاييس ضغط على جانبي المرشح، يمكن قياس انخفاض الضغط عبر المرشح، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك لتحديد متى يحتاج المرشح للتنظيف. بديل لذلك هو تركيب مُفتاح ضغط على جانب المصب من المرشح. عندما ينخفض ضغط المصب تحت مستوى مُحدد، يمكن تشغيل ضوء إنذار في غرفة التحكم لتنبيه المشغّل، الذي يمكنه بعد ذلك تنظيف المرشح.

شاشات المُرشحات

هناك نوعان من الشاشات المُستخدمة في المُرشحات:

• شاشات مُثقبة - تُشكَّل بثقب عدد كبير من الثقوب في ورقة مسطحة من المادة المطلوبة باستخدام مُثقب متعدد. تُلف الورقة المُثقبة بعد ذلك في أنبوب وتُلحَّم بالنقاط. هذه شاشات خشنة نسبيًا وأحجام الثقوب تتراوح عادة من 0.8 مم إلى 3.2 مم. consequently، شاشات المُثقب مناسبة فقط لإزالة الحطام العام للأنابيب.
• شاشات شبكي - يُشكَّل سلك دقيق في شبكة أو ترتيب شبكي. تُطبق بعد ذلك عادة فوق شاشة مُثقبة، التي تعمل كقفص دعم للشبكة. باستخدام شاشة شبكة، يمكن إنتاج أحجام ثقوب أصغر بكثير من شاشات المُثقب. يمكن تحقيق أحجام ثقوب صغيرة بـ 0.07 مم. consequently، تُستخدم لإزالة جسيمات أصغر تمر عبر شاشة المُثقب بخلاف ذلك. شاشات الشبكي تُحدد عادة بمصطلح ‘شبكة’؛ الذي يمثل عدد الفتحات لكل بوصة خطية من الشاشة، محسوبة من خط مركز السلك. يُظهر الشكل 12.4.6 شاشة شبكة 3.

حجم الثقب المقابل في شاشة الشبكي يُحدد من معرفة قطر السلك وحجم الشبكة؛ يُحدده عادة المُصنِّع. يمكن تحديد أقصى حجم جسيمات سيُسمح له بالمرور عبر الشاشة باستخدام الهندسة. إذا، على سبيل المثال، حُددت شاشة شبكة 200 ونصت مواصفات المُصنِّع أن حجم الثقب هو 0.076 مم، يمكن إيجاد أقصى حجم جسيمات ستمر عبر الشاشة باستخدام نظرية فيثاغورس:

المشكلة في هذا البُعد أن الشاشات ثنائية البُعد والجسيم يجب أن يصل إلى الثقب باتجاه معين. therefore، إذا وصل جسيم طويل رفيع إلى المُرشح ‘من الأمام’، قد يُسمح له بالمرور عبر الشاشة. however، إذا اصطدم بالثقب ‘من الجانب’ فسيُوقف. إذا كان من المحتمل أن تكون هذه مشكلة، يجب استخدام شبكة أدق.

مساحة الغربال هي المساحة المتاحة لإزالة الحطام. مساحة غربال أكبر تعني أن تكرار التنظيف لتقلل بشكل ملحوظ. المساحة الحرة هي نسبة المساحة الإجمالية للثقوب إلى مساحة الغربال الإجمالية، عادة مُعبَّر عنها كنسبة مئوية. هذا يؤثر مباشرة على سعة تدفق المُرشح. كلما زادت المساحة الحرة (وكلما كانت الشاشة أكثر خشونة)، زادت سعة التدفق و ultimately انخفض انخفاض الضغط عبر المُرشح. بما أن معظم شاشات المُرشحات لها مساحات ترشيح ومساحات حرة كبيرة جدًا، يكون انخفاض الضغط عبر المُرشح منخفضًا جدًا عند استخدامه على أنظمة البخار أو الغاز (انظر المثال 12.4.1). however، في أنظمة المياه المُضخوخة أو السوائل اللزجة، يمكن أن يكون انخفاض الضغط ملحوظًا. يجب أن تُوفر المُرشحات سعات تدفق مُعبَّر عنها بمؤشر سعة أو قيمة Kvs.

المثال 12.4.1

مُرشح DN40 بقيمة Kvs تبلغ 29، مُثبَّت على نظام أنابيب بخار بقطر 40 مم، يمر 500 كجم/ساعة من البخار المشبع عند 8 بار ضغط معياري. ما هو انخفاض الضغط عبر المُرشح؟ باستخدام المعادلة التجريبية 3.21.2:

يساوي هذا انخفاض ضغط يبلغ قرابة 0.5% فقط.

يمكن تحديد انخفاض الضغط عبر المُرشح إما من قيمة Kv أو من مخطط فقدان الضغط. الطريقة للقيام بذلك لتدفق البخار موضحة في الوحدة 12.2، ولمياه التدفق في الوحدة 6.3. الشاشات عادة متاحة بعدة مواد مختلفة؛ الأكثر شيوعًا الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ يُستخدم في تطبيقات البخار، نظرًا لقوته ومقاومته للصدأ. حيث يُستخدم المُرشح مع كيماويات متخصصة أو في تطبيقات البحريات، يجب استخدام شاشة مونيل.

خيارات المُرشحات

بالإضافة إلى المُرشحات القياسية، هناك عدة خيارات أخرى متوفرة.

إدراجات مغناطيسية

يمكن وضع إدراج مغناطيسي في مُرشح نوع السلة لإزالة الحطام الحديدي أو الفولاذي الصغير. جسيمات صغيرة من الحديد أو الفولاذ قد تكون موجودة في سائل حيث يوجد تآكل لأجزاء حديدية أو فولاذية. ستمر هذه الجسيمات عبر حتى أدق شاشات الشبكي، ويلزم استخدام إدراج مغناطيسي. الإدراج مُصمَّم بحيث يمر كل السائل فوق المغناطيس بسرعة منخفضة نسبيًا وعنص المغناطيس قوي بما يكفي لالتقاط واحتجاز جميع الجسيمات المعدنية الموجودة. المادة المغناطيسية عادة مُغلَّفة في مادة خاملة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع الصدأ.

مُرشحات التنظيف الذاتي

هناك عدد من الأنواع المختلفة من مُرشحات التنظيف الذاتي، التي تُتيح إزالة تراكم الحطام على الشاشة دون إيقاف المعدات. يمكن بدء عملية التنظيف إما يدويًا أو تلقائيًا؛ furthermore، المُرشحات المُنظَّفة تلقائيًا يمكن ضبطها عادة للتنظيف إما بشكل دوري، أو عندما يزداد انخفاض الضغط عبر المُرشح.

• مُرشحات التنظيف الذاتي الميكانيكية - تستخدم شكلًا ما من الكاشط الميكانيكي أو الفرشاة، يُمرَّر فوق سطح الشاشة. يُزيل أي حطام عالق في الشاشة، مُسببًا سقوطه إلى منطقة تجميع في أسفل المُرشح.
• مُرشحات الغسيل العكسي - تُعكس اتجاه التدفق عبر الشاشة. يُبدَّل مجموعة من الصمامات بحيث يُوجَّه الماء عبر الشاشة في الاتجاه العكسي وخارجًا عبر صمام شطف. السائل يُزيل أي حطام مُحتبس في الشاشة ويحمله في سائل الغسيل العكسي إلى مصرف نفايات. بالإضافة إلى مُرشحات الميكانيكية والغسيل العكسي، هناك عدة أنواع من شاشات المُرشحات المُصمَّمة بشكل فريد. أحد الأنواع الأكثر شيوعًا هو القرص المعدني، نوع الحافة الإيجابية (انظر الشكل 12.4.8). عنصر الترشيح مُبني من حزمة أقراص دائرية، مُفصَّلة بحشافات تباعد مُبنية على رأس رئيسي قضبان ربط. سُمك الحشافات أو قطع المسافة يُعطي الدرجة المطلوبة من الترشيح. اتجاه تدفق السائل المُرشَّح هو من الخارج إلى اللب المجوف، المُنشأ من الفراغات بين الأقراص الرئيسية. هذا يعني أن أي حطام يُحتبس على السطح الخارجي للأقراص. لتنظيف المُرشح، تُدار حزمة المُرشح بالكامل بواسطة المقبض الخارجي כנגד مجموعة ساكين تنظيف ثابتة مُتداخلة مع الحزمة الرئيسية. أثناء هذا الدوران، يتراكم الحطام المُتجمع على الحافة الأمامية لسكين التنظيم، ويُوضع في أخدود عمودي صلب مُشكَّل في السطح الخارجي لعنصر المُرشح بواسطة قطع حشو خاصة. بما أنه لا يوجد تدفق عبر هذا الجزء من العنصر لا توجد قوة تُثبِّت الأوساخ المُتراكمة على العنصر، وتسقط في الحوض أسفل المُرشح.

مُرشحات مؤقتة

تُصمَّم المُرشحات المؤقتة لحماية المعدات وأدوات القياس أثناء فترات بدء التشغيل. يُثبَّت المُرشح عادة بين مجموعة فلانجات لفترة أولية بعد تركيب معدات جديدة. يُوصى بتركيب قطعة أنبوب بطول يساوي أو يزيد عن طول المُرشح لسهولة التركيب أو الإزالة. هناك ثلاثة تكوينات أساسية للمُرشحات المؤقتة، وهي نوع المخروط ونوع السلة ونوع اللوح. البناء القياسي من شاشة مُثقبة أو شبكة سلكية ثقيلة من طبقة واحدة. يمكن إضاف بطانات شاشة سلكية داخل أو خارج المُرشح لقدرات ترشيح أدق. إذا استُخدمت شبكة سلكية، يجب توخي العناية لضمان أن اتجاه التدفق ضد الشبكة السلكية مع المعدن المُثقب كدعم.