книги из ГПНТБ / Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов

Колебания коэффициента отфильтровывания могут быть весьма существенными, если не будут наложены вполне определенные огра­ ничения на значения к и о. Очевидно, из двух предельных значений коэффициента отфильтровывания за критерий должно быть принято уравнение (201), тогда фильтрующие свойства фильтра будут оце­ нены с некоторым запасом по качеству. Между тем последнее обстоя­ тельство не всегда учитывается. Так, ГОСТ 14146—69 допускает для параллельных анализов расхождение величин коэффициентов пропускания до ± 10 %. Однако величину тонкости отсева устанавли­ вает по размеру частиц, для которых к ^ 5 %. Таким образом, при испытании фильтра в двух независимых организациях (при прочих одинаковых условиях) может быть получено

^min = к ~ А к И Хтах = к + Ак,

что для рассматриваемого примера составит Я,тіп = 4,698 %; A.max = = 5,742 %. Следовательно, не исключена возможность оценки фильтра

по Ä'min' т- е- как трехмикронного вместо 5 мкм по Jtmax. Фактиче­ ски расхождения могут оказаться значительно больше, поскольку ГОСТ не накладывает ограничений на необходимое количество опы­ тов и точность метода дисперсного анализа загрязнений.

Принимая во внимание точность методов дисперсного анализа загрязнений и зависимость результатов от количества эксперимен­

Как следует из уравнений (201)—(204), достоверные значения коэффициента отфильтровывания будут уменьшаться с увеличением ошибки в подсчете частиц, что особенно характерно для частиц боль­ ших размеров, содержащихся в незначительных количествах. Про­ веденные расчеты показывают, что для частиц размером от 1 до 10 мкм достоверные значения коэффициента не превышают 0,97. Это значе­ ние и может быть рекомендовано в качестве критерия для определе­ ния величины номинальной тонкости фильтрования топлив совре­ менными фильтровальными материалами.

В настоящее время известно большое количество фильтровальных материалов, которые можно классифицировать по различным при­ знакам (рис. 59).

На поверхностных фильтровальных перегородках (бумага, вой­ лок, ткани, металлические сетки и др.) твердые частицы задержи­ ваются на поверхности, а в поры фильтрующего элемента не прони­ кают. В глубинных фильтровальных перегородках твердые частицы

207

задерживаются в глубине фильтрующего элемента. Это явление на­ блюдается в том случае, когда частицы примесей значительно мень­ ше отверстий фильтровальных материалов, а концентрация загрязне­ ний не настолько высока, чтобы образовать своды над входами в поры.

В практике приходится фильтровать различные продукты с раз­ ной степенью загрязненности. Требования к качеству фильтрата тоже не всегда одинаковы. Поэтому для исправления качества нефте­ продуктов применяют разнообразные материалы с различной фильт­ рующей способностью (рис. 59).

Рис. 59. Классификация фильтровальных материалов.

Гибкие фильтровальные перегородки могут быть изготовлены из различных материалов. Негибкие перегородки могут быть жест­ кими и нежесткими. Негибкие жесткие фильтровальные перегородки изготавливают в виде довольно толстых дисков, плиток, цилиндров из частиц твердых материалов путем их спекания. Негибкие нежест­ кие перегородки состоят из твердых частиц, которые жестко не свя­ заны друг с другом и представляют собой слои частиц каменного, древесного, животного углей, кокса, глины, песка, некоторых не­ органических солей, диатомита. Их применение возможно только в том случае, если имеется горизонтальная опорная перегородка. Преимуществом этих перегородок является возможность ихподдер-

208

жания в чистом состоянии путем промывки, в результате которой изменяется взаимное расположение твердых частиц фильтрующего элемента.

Для исправления качества нефтепродуктов наиболее широко применяют металлические сетки, тканые и нетканые натуральные и синтетические материалы, металлокерамику и другие фильтроваль­ ные перегородки. Хотя из металла фильтровальные перегородки мо­ гут быть изготовлены в виде перфорированных листов, сеток и тканей, практически на нефтебазах применяют только металлические сетки различного плетения.

малоуглеродистой стали делают сетки саржевого плетения по ГОСТ 3187—65. Сетки такого же плетения изготавливают из нержавеющей стали, меди, латуни, фосфористой бронзы, никеля и монель-металла. Наиболее часто применяемые сетки квадратного плетения имеют размеры отверстий 40—100 мкм. Размер отверстий сеток квадратного плетения 40 мкм является минимальным, в то время как сетки сар­ жевого плетения часто применяются с размерами отверстий 20 мкм и менее. Например, для фильтрации топлив широко применяют сетки саржевого плетения из стали 1Х18Н9Т с размерами отверстий 20 мкм (ТУ МУ МОС 7047—59), а также никелевые сетки с разме­ рами отверстий 12—16 мкм (ТУ 1—61).

Металлокерамические фильтры изготавливают из металлических порошков прессованием, прокаткой и спеканием [53]. В качестве порошков обычно используют бронзу, нержавеющие и малоуглеро­ дистые стали, которые могут быть хромированы для повышения коррозионной стойкости. Физические свойства, химический состав, структура, пористость и прочность металлокерамических фильтров весьма разнообразные. Размер отверстий в таких перегородках мо­ жет быть в пределах 1—75 мкм, а пористость достигает 50%. Проч­ ность на растяжение достигает 7 • ІО3 н/см2.

Металлокерамические фильтровальные перегородки целесообраз­ но применять в процессах с закупориванием пор и образованием осадка. Установлено, что для металлокерамических фильтров, из­ готовленных из металлических частиц размером 63 мкм, увеличение толщины перегородки с 1 до 3 мм на тонкость фильтрации сущест­ венного влияния не оказывает, однако гидравлические характери­ стики фильтрующих элементов при этом ухудшаются. С увеличением тонкости фильтрации пропускная способность фильтров, естест­ венно, уменьшается. Так, по данным Я. Б. Черткова с соавторами [53], после 90 сек фильтрации топлива TG-1 через элемент толщиной 3 мм пропускная способность перегородок из порошка с частицами 600, 300, 200, 100 и 63 мкм уменьшилась соответственно на 50, 60, 80, 82 и 86%.

Фильтры из порошков металлов целесообразно изготавливать двухслойными: верхний слой из более крупных частиц, а нижний — из более мелких. Тонкость фильтрации в этом случае практически

равна тонкости фильтрации через фильтр, изготовленный из мелких частиц той же толщины. Отмечается, что в двухслойных фильтро­ вальных перегородках, изготовленных из порошков металлов соот­ ветственно 200 и 63 и 300 и 63 мкм, оба слоя работают практически равномерно [53]. В двухслойных металлокерамических фильтрах поток лучше всего направлять в сторону уменьшения отверстий. В этом случае высокая пропускная способность фильтрующих эле­ ментов сохраняется в течение более длительного времени. С увели­ чением диаметра загрязнений верхний слой фильтрующего элемента должен быть изготовлен из более крупных частиц.

Для удаления загрязнений из нефтяных топлив кроме металли­ ческих фильтров довольно часто применяют синтетические и нату­ ральные ткани. По сравнению с другими тканями хлопчатобумажные используют наиболее широко. Для фильтрования применяют бязь, миткаль, диагональ, бельтинг. Например, в фильтрах ФГТ в виде однослойных чехлов для фильтрования бензина и дизельного топ­ лива применяют диагональ. Двух- и трехслойные чехлы из этого же материала используют для фильтрования реактивного топлива. Под тонкие ткани часто в виде подкладки используют парусину. Харак­ теристики тканей: степень кручения нитей, число нитей на единице длины, способ их переплетения, толщина и др. — определяют их свойства, применительно к процессам фильтрования. Очень важны и такие свойства тканей, как прочность на растяжение, способность задерживать загрязнения и отделяться от осадка, склонность к за­ купориванию отверстий твердыми частицами загрязнений, проницае­ мость по отношению к фильтрату, стойкость в среде нефтепродуктов.

Поскольку все ткани имеют в той или иной степени шероховатую поверхность, то способность тканей возможно полнее отделяться от осадка приобретает важное значение. Выступающие волокна, придающие шероховатость тканям, могут быть удалены обработкой аммиачным раствором окиси меди. Наиболее гладкая поверхность получается у тканей (мерсеризованных), которые были кратковре­ менно погружены в охлажденный концентрированный раствор ед­ кого натра.

Для фильтрации топлив применяют также шерстяные ткани, которые значительно уступают по задерживающей способности и прочности хлопчатобумажным. Однако шерстяные ткани значительно превосходят хлопчатобумажные по упругим свойствам. Шерстяные ткани промывают холодными промывными жидкостями, после чего

ровальных перегородок используют шелковые ткани. Шелковые фильтровальные ткани характеризуются высокой прочностью, удо­ влетворительно задерживают твердые частицы и имеют достаточную проницаемость по отношению к жидкой фазе. Однако шелковые ткани довольно дороги. Кроме того, они не задерживают мелкие частицы загрязнений, поскольку поверхность тканей довольно глад­

210

кая. Шелковые ткани в настоящее время заменяют синтетическими материалами. Ткани из синтетических материалов по многим характе­ ристикам превосходят ткани из естественных волокон. Очень боль­ шим преимуществом синтетических тканей является их высокая ме­ ханическая прочность, термическая, химическая и биологическая устойчивость. У этих тканей нет усадки при контакте с жидкостями.

В качестве синтетических фильтровальных перегородок использу­ ются полихлорвиниловые, поливинилхлоридные, виньоновые, совиденовые, нитроновые, полиамидные, лавсановые, полипропиленовые, фторлоновые и другие ткани. Почти все синтетические ткани устой­ чивы к действию кислот и щелочей. Однако при повышенных тем­ пературах работают далеко не все ткани. Высокую температуру (выше 100° С) выдерживают нитроновые, полиамидные, лавсановые, фторлоновые ткани. Поливинилхлоридные, перхлорвиниловые, совиденовые ткани имеют невысокую теплостойкость (не выше 60— 75° С). Полипропиленовые ткани растворяются в уайт-спирите, дихлорэтане и некоторых других полярных растворителях [21 ].

Во всех тканевых фильтрах загрязнения топлив задерживаются в основном в отверстиях, образованных нитями. В переплетениях волокон нитей задерживается лишь 5—15% загрязнений.

Фильтродиагональ и фильтросванбой — наиболее распростра­ ненные хлопчатобумажные ткани для фильтрования — имеют тон­ кость фильтрации 30—40 мкм в 1 слое и 10—20 мкм в 3 слоях. Про­ пускная способность однослойных перегородок из фильтродиагонали и фильтросванбоя составляет 606 и 855 мл/(мин-см2). Для трехслой­ ных фильтров пропускная способность снижается соответственно до

216 и 300 мл/(мин-см2) (табл. 100).

Пропускная способность фторлоновых тканей весьма различна и зависит от их плотности и других физико-химических характери­ стик. Например, фторлон арт. 22391/1 при одинаковой тонкости фильтрации имеет в 5 раз меньшую пропускную способность, чем фторлон арт. 22152/2. Наибольшую пропускную способность имеют фторлон с ацетохлорином, капрон и нитрон (табл. 100). Однако ткань из фторлона с ацетохлорином может быть использована при темпе­ ратуре не выше 18° С. При более высокой температуре происходит разрушение ацетохлорина.

Наряду с тканями в качестве фильтровальных перегородок для очистки нефтепродуктов широко используют нетканые материалы, которые изготавливают в виде лент, листов из синтетических, шерстя­ ных (фетр, войлок), льняных, хлопчатобумажных волокон, бумажной массы и др. Отдельные волокна в нетканых перегородках связаны между собой в результате механической обработки или добавления некоторых связующих веществ. В отдельных случаях нетканые пере­ городки защищают редкой тканью. Например, фильтровальный нетканый материал для горючего состоит из волокон капрона и хлопка, которые склеиваются синтетическим карбоксилсодержащим латексом СКН-40-1ГП. Для повышения водо- и термостойкости к латексу добавляют термореактивную смолу — метазин.

1 4 *

Таблица 100

Фильтрационные характеристики тканей [53]

Фильтровальный материал приготавливают следующим образом. Сначала аэродинамическим способом получают слой волокнистой массы, затем его пропитывают латексом до привеса 270—300 % по отношению к весу исходного волокнистого материала. Затем материал просушивают при 70° С до влажности 15 % и термически обрабаты­ вают в течение 10—15 мин при 120—150° С. Для уплотнения полу­ ченный материал пропускают через вальцы. Объемная пористость при изменении состава волокнистого слоя меняется незначительно и лежит в пределах 53—79 %. Средняя величина пор зависит от со­ става волокнистого материала и в целом растет с увеличением со- - держания капрона. Тонкость фильтрации в 1 слой составляет 20— 30 мкм, а в 3 слоя фильтровального материала из хлопка и капрона № 4000 достигает 10 мкм (табл. 101).

212

Таблица 101

Фильтрационные свойства нетканых материалов, пропитанных латексом СКН-40-1ГП |53]

Нетканые перегородки могут быть изготовлены и так, что размеры их пор будут уменьшаться в направлении потока жидкости. Это по­ нижает гидравлическое сопротивление перегородки и улучшает ее фильтровальные характеристики. Такую структуру фильтроваль­ ной перегородки можно получить последовательным нанесением на сетку в вакууме слоев мелких, смеси мелких и крупных и, нако­ нец, крупных волокон с дальнейшим прессованием. Фильтровальные нетканые перегородки из механически связанных синтетических во­ локон получают прокалыванием 150—200 отверстий на 1 см2 с после­ дующей обработкой жидкостью для уменьшения отверстий.

В последнее время для фильтрования-стали широко применять, фторлон, фторлон с ацетохлорином и фторопласт в качестве пори­ стых перегородок. Фильтровальный материал из пористого фторо­ пласта (ФЭП — фильтроэлемент пористый) можно применять для фильтрования не только нефтепродуктов, но и агрессивных жидко­ стей. Фильтровальные перегородки из ФЭП применяют в фильтрах централизованных систем заправки самолетов.

Пористый фторопласт изготавливают путем спекания порошка фторопласта-4 с хлористым натрием в соотношении 1 : 3. Смесь прессуется в два этапа: вначале при давлении 100—200 кгс/см2, а затем при 800—900 кгс/см2. После этого смесь подвергается терми­ ческой обработке при 370—390° С в течение 2 ч с последующим охла­ ждением на воздухе. С целью получения пористого материала из;

2 1 3

элемента удаляют хлористый натрий путем кипячения в дистилли­ рованной воде с последующей сушкой при 110—140° С. Размеры пор в ФЭП зависят от размера частиц хлористого натрия. С уменьшением частиц хлористого натрия размеры пор и их количество на единицу объема увеличиваются.

Пористый фторопласт в зависимости от размеров частиц поварен­ ной соли можно разделить на шесть композиций (табл. 102). Экспе­ риментальными исследованиями, проведенными на топливе ТС-1, установлено, что пористые элементы различной композиции по тон­ кости фильтрования характеризуются следующим образом: А — 5,

Б — 10, В — 15, Г — 20, Д — 30 и Е — 40 мкм.

Пористые элементы из фторопласта изготавливают постоянной пористости. Их фильтрационные свойства приведены в табл. 103. Из данных таблицы видно, что механические частицы задерживаются только верхним слоем глубиной 2—4 мм. Последующие слои в ра­ боте практически не участвуют, но в значительной степени снижают удельную пропускную способность. Исходя из условий прочности, пористые элементы изготавливают толщиной не менее 6—8 мм.

Более перспективными следует считать ФЭП переменной пори­ стости. Размеры пор в таких элементах должны уменьшаться в на­ правлении потока фильтрования. В этом случае в работе участвуют наружный и внутренний слои. Экспериментально установлено, что при одинаковой тонкости фильтрования пропускная способность элемента с переменной пористостью почти на 40% выше, чем элемента

спостоянной пористостью.

Вполноразмерных фильтрах при начальном перепаде давления Ю,5 кгс/см2 элементы из ФЭП имеют следующую пропускную способ­ ность (табл. 104). При испытании фильтрационных элементов в ре­ жиме постоянного перепада давления 2,3 кгс/см2 установлено, что

214

Таблица 103

Фильтрационные свойства однослойных элементов ФЭП постоянной пористости (топливо ТС-1)

после фильтрации 20 м3 топлива TG-1 с 0,003 % загрязнений пропуск­

после фильтрации того же топлива через такой же фильтр пропуск­

имеют максимальную пропускную способность (по ТС-1) — около 0,56 м3/(сек • м2). Эти перегородки допускают перепад давления до 3,07 кгс/см2. Фильтровальные перегородки из пористого фторопласта можно промывать обратным потоком чистого топлива, что является важным преимуществом этих перегородок.

Известны фильтровальные перегородки, которые изготавливают путем нанесения металла на нетканые материалы. Эти перегородки устойчивы до 200° С и выше и характеризуются хорошими фильтру­ ющими свойствами [21].

Фильтровальная бумага применяется в настоящее время в основ­ ном в фильтрах автотопливозаправщиков. Она представляет собой непроклеенную бумагу высокой степени чистоты. Чаще всего в каче­ стве фильтровальных перегородок применяется бумага марок АФБ-Ік, АФБ-5 и др., представляющая собой плотный картон толщиной 0,5 мм. Для улучшения механических свойств бумагу пропитывают спиртовым раствором бакелитового лака марки А с 23% смолы. Затем бумагу сушат при 25—30° С и нагревают для полимеризации лака в течение 30—90 мин при 60—200° С. Фильтропакеты из бумаги характеризуются высокими фильтровальными свойствами: тонкостью фильтрации до 5 мкм и коэффициентом полноты очистки 0,98— 0,99.

Для очистки топлив применяют также керамику, элементы щеле­ вого типа, каркасно-проволочные и другие фильтрационные мате­ риалы. Керамические фильтровальные перегородки изготавливают из предварительно измельченного кварца или шамота, которые тща­ тельно смешивают со связующим веществом, например тонкодисперс­

2 і б ;