3 Фільтрація палив

Основою принципу дії фільтрів є відділення від нафтопродукту забруднюючих домішок під час його пропускання через фільтруючу перегородку, розміри комірок якої менші розмірів частинок, що відфільтровуються /4,6,7,10/.

Найбільший розмір частинок забруднень, що пропускаються фільтром, визначає тонкість фільтрації. По цьому показнику фільтри підрозділяються на три групи:

1. Попередньої очистки для захисту паливної системи від попадання випадкових крупних забруднень (фільтри перед паливно-перекачувальними насосами);

2. Грубої очистки для видалення з палива часток розміром більше 40мкм;

3. Тонкої очистки для очищення палива від забруднюючих домішок розмірами більше 6 – 15мкм, а при застосуванні паперових елементів більше 4 – 5мкм.

Фільтри характеризуються також коефіцієнтом очистки, або ступенем фільтрації k_ф, який є відношенням маси видалених фільтром домішок до її початкового значення:

k_ф = (G₀ – G_зал) / G₀,

де G_зал – маса домішок, які залишилися у паливі, що пройшло фільтрацію.

На суднах застосовують фільтри та самоочищувальні фільтраційні установки (ФУ) / 3 /. У залежності від принципу дії фільтруючі елементи можуть бути поверхневими або об’ємними (ємкісними).

У поверхневому фільтрі паливо очищається шляхом осадження домішок на поверхні елементів, кромках комірок або щілин. Фільтруючим матеріалом тут може бути сітка, листовий папір, тканина, або фільтруючий елемент утворюється пластинками, витками дроту, стрічок (щілинні фільтри).

У об’ємному фільтрі нафтопродукт пропускається через фільтруючий матеріал, що вміщує велику кількість каналів і шпарин, в яких і затримуються забруднюючі домішки. Для виготовлення об’ємних елементів використовують фетр, деревоволокнисті матеріали, металокераміку, шпаристу бронзу. Об’ємні фільтри, на відміну від поверхневих, здатні затримувати велику кількість бруду, мають більш високий коефіцієнт фільтрації і не здатні до несподіваного забруднення.

Малий термін роботи фільтруючих елементів як поверхневого, так і об’ємного типів, через інтенсивність забивання асфальтосмолистими сполуками при фільтрації важких палив, неможливість відокремлення води, необхідність ручної очистки послужили серйозною перешкодою до застосування подібних фільтрів на сучасних суднах. На зміну їм прийшли самоочисні фільтраційні установки (ФУ), які у порівнянні з сепараторами мають суттєві переваги: малі енерго- та трудовитрати на обслуговування, можливість автоматизації; простота конструкції, більш висока надійність в роботі, незалежність процесу очистки від різниці густин палива та видаляємих з нього частинок; менші трати горючої маси.

У деяких конструкціях ФУ розпочата спроба відділення від палива води завдяки водовідштовхувальному просоченню фільтруючих матеріалів. Однак, досвід показав, що по мірі забруднення водовідштовхувальні властивості фільтра погіршуються.

На суднах застосовують автоматизовані ФУ зі змінними та постійними фільтруючими елементами. Змінні фільтруючі елементи, як правило, об’ємного типу, що об’єднані у фільтруючі комплекси. Кількість елементів у комплексі залежить від продуктивності установки. Матеріал фільтруючих елементів просочений водовідштовхувальним хімічним вмістом.

Прикладом ФУ зі змінними фільтруючими елементами може бути англійська установка «Вінслоу» з двоступінчастою фільтрацією палива і автоматичним керуванням /K /. Об’ємного типу патрони виготовлені з бавовняної пряжі та деревної волокнини. Зовні елементи обтягнуті трикотажною тканиною. Фільтруючі елементи частково відділяють від палива воду, забезпечують тонкість відсіву 5...15мкм. В залежності від сорту палива термін роботи елементу складає 1500...3000год, після чого їх заміняють. Пропускна спроможність ФУ «Вінслоу» 1,5м³/год. Граничне забруднення елементів фіксується приладами, що контролюють перепад тиску палива до елемента та після нього.

Найбільш розповсюдженими на суднах є ФУ с постійними фільтруючими елементами поверхневого типу (сітчасті, щілинні) з періодичною автоматичною самоочисткою методом протитечії. Так англійська фірма «Реллуміт» випускає ФУ, у яких фільтруючими елементами є набори металевих, або пластмасових пластин, що утворюють патрон щілинного типу. Воду установка не відділяє. Для промивки патронів передбачена автоматична рециркуляція палива через патрони.

До ФУ с постійними фільтруючими елементами відноситься також установка «Софранс Дуплекс», що призначена для очистки важких палив від твердих частинок і води /K /. ФУ склаадється з двох паралельно працюючих елементів, клапанів зміни напрямків руху палива та електропідігрівача. Клапани переключаються автоматично пневмосистемою, чуттєвий елемент якої реагує на перепад тиску палива до фільтра та після нього. При цьому відбувається короткочасна зміна руху палива на зворотний напрям. Таким чином відбувається очистка фільтруючих елементів від відкладень з наступним автоматичним їх видаленням із фільтра. Фільтруючі елементи виконані у вигляді порожнистих дисків, зовні обтягнутих матеріалом «Теерлон». Така конструкція фільтруючих елементів та горизонтальне положення патрона, набранозо з цих елементів, забезпечує стікання з дисків глобул води, яка накопичується у нижній частині корпуса і автоматично видаляється при досягненні граничного рівня. ФУ «Софранс Дуплекс» мають продуктивність від 1,5 до 6м³/год, тонкість очистки палива в них від механічних домішок складає 3...20мкм. Установка дозволяє видаляти із палива воду. Недоліком цих ФУ є те, що на їхніх фільтруючих елементах осідають не тільки механічні домішки, а й асфальтосмолисті речовини, що призводить до втрати самої калорійної частини палива.

На суднах широке розповсюдження отримали ФУ з постійними фільтруючими елементами «Скаматік» французької фірми «Скам» /K /. Схема очистки палива у цій ФУ приведена на рис. 3.1.

Паливо входить у корпус 1 на очистку через вхідний патрубок 6. Очищене паливо покидає ФУ через патрубок 4.

Фільтруючий елемент (патрон 5), виконаний у вигляді бронзового каркаса, на який ззовні намотаний калібрований дріт із нержавіючої сталі. Витки дроту утворюють щілини, які й відфільтровують механічні домішки.

Через патрубок 7 зворотною течією під тиском подається вже очищене паливо у спеціальний механізм приводу у дію двох пластин, розміщених усередині патрона 5. Ці пластини тиском палива обертаються навколо осі то зближаючись одна з одною, то розходячись. У момент зближення пластин паливо викидається з патрона, в результаті чого частина його площі очищається від осадів.

Рис. 3.1 – Схема роботи ФУ «Скаматік»

При наступному обертанні пластин та їх зближенні очищається інша частина площі патрона і т.д. Таким чином забезпечується безперервність видалення осадів з фільтруючого патрона 5, у результаті чого на його поверхні не відбувається накопичення та ущільнення цих осадів.

Відходи фільтрації, що змиваються зворотною течією палива, накопичуються у нижній частині корпуса і періодично видаляються з ФУ. Для підігріву палива під час фільтрації у ФУ «Скаматік» передбачена парова оболонка. Продуктивність цих установок 1...3м³/год і більше при високій тонкості очистки палива (до 3мкм). Воду з палива ця ФУ не видаляє.

Рис. 3.2 – Характеристика очистки палива ФУ: а – типів «Скаматік» і «Вінслоу»; б – типу «Софранс»

ФУ «Вінслоу» та «Скаматік» мають пряму залежність ефективності очистки палива ε від часу τ (рис. 3.2,а), а установки «Софранс» – ступінчасту (рис. 3.2, б).