ตะแกรงกรอง

ตะแกรงกรองดักจับสิ่งปนเปื้อนในท่อ เช่น ตะกรัน สนิม สารประกอบรอยต่อ และโลหะเชื่อมในระบบท่อ ปกป้องอุปกรณ์และกระบวนการ บทเรียนนี้พิจารณาช่วงของประเภทตะแกรงกรองและตัวกรองที่ใช้ รวมถึงวิธีการกำหนดขนาดและเลือกใช้สำหรับงานต่างๆ

ตะแกรงกรอง

ในขณะที่ตลาดมีการแข่งขันเพิ่มขึ้น มีการให้ความสำคัญมากขึ้นกับการลดเวลาหยุดทำงานและการบำรุงรักษาโรงงาน ในระบบไอน้ำและคอนเดนเสท ความเสียหายต่อโรงงานมักเกิดจากสิ่งปนเปื้อนในท่อ เช่น ตะกรัน สนิม สารประกอบรอยต่อ โลหะเชื่อม และของแข็งอื่นๆ ที่อาจเข้าไปในระบบท่อ ตะแกรงกรองเป็นอุปกรณ์ที่ดักจับของแข็งเหล่านี้ในของเหลวหรือก๊าซที่ไหลอยู่ และปกป้องอุปกรณ์จากผลกระทบที่เป็นอันตราย จึงลดเวลาหยุดทำงานและการบำรุงรักษา ควรติดตั้งตะแกรงกรองต้นน้ำของกับดักไอน้ำ มาตรวัดอัตราการไหล และวาล์วควบคุมทุกตัว ตะแกรงกรองสามารถจำแนกเป็นสองประเภทหลักตามรูปร่างตัวเรือน ได้แก่ แบบ Y และแบบตะกร้า ตัวอย่างทั่วไปของตะแกรงกรองประเภทเหล่านี้แสดงในรูป 12.4.1

ตะแกรงกรองแบบ Y

สำหรับไอน้ำ ตะแกรงกรองแบบ Y เป็นมาตรฐานทั่วไปและใช้เกือบทุกที่ ตัวเรือนมีรูปทรงกระบอกกะทัดรัดที่แข็งแรงมากและสามารถรับแรงดันสูง แท้จริงเป็นภาชนะรับแรงดัน และไม่ใช่เรื่องแปลกที่ตะแกรงกรองแบบ Y จะสามารถรับแรงดันได้ถึง 400 bar g อย่างไรก็ตาม การใช้ตะแกรงกรองที่แรงดันเหล่านี้ซับซ้อนเนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องกับไอน้ำที่แรงดันนี้ ดังนั้นจึงต้องใช้วัสดุพิเศษ เช่น เหล็กโครมโมลิบดีนัม แม้ว่าจะมีข้อยกเว้น ขนาดเท่ากัน ตะแกรงกรองแบบ Y มีความสามารถในการเก็บสิ่งสกปรกน้อยกว่าตะแกรงกรองแบบตะกร้า ซึ่งหมายความว่าต้องทำความสะอาดบ่อยกว่า ในระบบไอน้ำ โดยทั่วไปไม่เป็นปัญหา ยกเว้นเมื่อมีสนิมจำนวนมาก หรือทันทีหลังจากการ commissioning เมื่อมีสิ่งปนเปื้อนจำนวนมากเข้ามา ในงานที่คาดว่าจะมีสิ่งปนเปื้อนจำนวนมาก สามารถติดตั้งวาล์วเป่าล้างในฝาครอบตะแกรงกรอง ซึ่งช่วยให้ตะแกรงกรองใช้แรงดันไอน้ำในการทำความสะอาด โดยไม่ต้องหยุดโรงงาน ตะแกรงกรองแบบ Y ในท่อไอน้ำหรือก๊าซแนวนอนควรติดตั้งเพื่อให้กระเป๋าอยู่ในระนาบแนวนอน (รูป 12.4.2(a)) ซึ่งป้องกันน้ำสะสมในกระเป๋า ช่วยป้องกันหยดน้ำถูก carried over ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนและส่งผลต่อกระบวนการถ่ายเทความร้อน อย่างไรก็ตามในระบบของเหลว กระเป๋าควรชี้ลงด้านล่างในแนวตั้ง (รูป 12.4.2(b)) ซึ่งรับประกันว่าสิ่งปนเปื้อนที่ถูกขจัดออกจะไม่ถูกดึงกลับเข้าไปในท่อต้นน้ำในสภาวะการไหลต่ำ แม้ว่าจะแนะนำให้ติดตั้งตะแกรงกรองในท่อแนวนอน แต่ไม่สามารถทำได้เสมอไป และสามารถติดตั้งในท่อแนวตั้งได้หากการไหลลงด้านล่าง ซึ่งในกรณีนี้สิ่งปนเปื้อนจะถูก directed เข้ากระเป๋าโดยธรรมชาติ (รูป 12.4.2(c)) ไม่สามารถติดตั้งกับการไหลขึ้นด้านบนได้ เนื่องจากตะแกรงกรองต้องติดตั้งโดยเปิดกระเป๋าลงด้านล่างและสิ่งปนเปื้อนจะตกลงกลับไปในท่อ

ตะแกรงกรองแบบตรงและแบบมุม

นอกเหนือจากตะแกรงกรองแบบ Y ยังมีรูปร่างตัวเรือนหลายแบบที่ใช้ในระบบไอน้ำ ได้แก่ แบบตรงและแบบมุม แสดงในรูป 12.4.3 ตะแกรงกรองเหล่านี้ทำงานในลักษณะคล้ายกับตะแกรงกรองแบบ Y และมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกัน ใช้เมื่อเรขาคณิตของท่อไอน้ำไม่เหมาะกับการใช้ตะแกรงกรองแบบ Y

หน่วยตะแกรงกรองแบบตะกร้า

ตะแกรงกรองแบบตะกร้าหรือแบบหม้อมีลักษณะเฉพาะด้วยห้องแนวตั้ง ซึ่งโดยทั่วไปใหญ่กว่าตะแกรงกรองแบบ Y ขนาดเท่ากัน แรงดันตกคร่อมตะแกรงกรองแบบตะกร้าน้อยกว่าแบบ Y เนื่องจากมีพื้นที่กรองอิสระมากกว่า ซึ่งทำให้ตะแกรงกรองแบบตะกร้าเป็นประเภทที่ต้องการสำหรับงานของเหลว เนื่องจากความสามารถในการเก็บสิ่งสกปรกยังมากกว่าตะแกรงกรองแบบ Y ตะแกรงกรองแบบตะกร้ายังใช้ในท่อไอน้ำขนาดใหญ่กว่า ตะแกรงกรองแบบตะกร้าสามารถติดตั้งได้เฉพาะในท่อแนวนอนเท่านั้น และสำหรับตะแกรงกรองแบบตะกร้าที่ใหญ่กว่าและหนักกว่า ฐานของตะแกรงกรองต้องได้รับการ support เมื่อใช้ตะแกรงกรองแบบตะกร้าในระบบไอน้ำ อาจมีคอนเดนเสทเกิดขึ้นจำนวนมาก ดังนั้น ตะแกรงกรองที่ออกแบบมาสำหรับใช้ในระบบไอน้ำมักมีปลั๊กระบาย ซึ่งสามารถติดตั้งกับดักไอน้ำเพื่อขจัดคอนเดนเสท ตะแกรงกรองแบบตะกร้ามักพบในรูปแบบดูเพล็กซ์ ตะแกรงกรองตัวที่สองถูกวางคู่ขนานกับตะแกรงกรองหลัก และการไหลสามารถเปลี่ยนเส้นทางผ่านตะแกรงกรองตัวใดตัวหนึ่ง ซึ่งอำนวยความสะดวกในการทำความสะอาดหน่วยตะแกรงกรองในขณะที่ระบบของไหลยังคงทำงาน ลดเวลาหยุดทำงานสำหรับการบำรุงรักษา

ตัวกรอง

ในขณะที่ตะแกรงกรองขจัดอนุภาคที่มองเห็นได้ทั้งหมดในไอน้ำ บางครั้งจำเป็นต้องขจัดอนุภาคที่เล็กกว่า ตัวอย่างเช่น ในงานต่อไปนี้:

• เมื่อมีการฉีดไอน้ำโดยตรงเข้าไปในกระบวนการ ซึ่งอาจทำให้ผลิตภัณฑ์ปนเปื้อน ตัวอย่าง: ในอุตสาหกรรมอาหาร และสำหรับการฆ่าเชื้ออุปกรณ์กระบวนการในอุตสาหกรรมยา
• เมื่อไอน้ำสกปรกอาจทำให้ผลิตภัณฑ์หรือชุดกระบวนการถูกปฏิเสธเนื่องจากการเปื้อนหรือการคงอนุภาคที่มองเห็นได้ ตัวอย่าง: เครื่องฆ่าเชื้อและเครื่องกระดาษ/แผ่น
• เมื่อต้องการการปล่อยอนุภาคขั้นต่ำจากเครื่องเพิ่มความชื้นไอน้ำ ตัวอย่าง: เครื่องเพิ่มความชื้นที่ใช้ในสภาพแวดล้อม ‘สะอาด’
• สำหรับการลดปริมาณน้ำในไอน้ำ รับประกันแหล่งจ่ายไอน้ำแห้งอิ่มตัว ในงาน ‘ไอน้ำสะอาด’ ดังกล่าว ตะแกรงกรองไม่เหมาะสมและต้องใช้ตัวกรอง ตัวกรองที่ใช้ในระบบไอน้ำมักประกอบด้วยตัวกรองสแตนเลสแบบ sintered กระบวนการ sintering สร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนละเอียดในสแตนเลส ซึ่งขจัดอนุภาคใดๆ จากของไหลที่ผ่าน ตัวกรองที่สามารถขจัดอนุภาคเล็กถึง 1 μm มีจำหน่าย ตรงตามความต้องการแนวปฏิบัติที่ดีของไอน้ำสำหรับอาหาร

ธรรมชาติที่ละเอียดและมีรูพรุนของตัวกรองจะสร้างแรงดันตกที่มากกว่าคร่อมตัวกรองเมื่อเทียบกับตะแกรงกรองขนาดเดียวกัน ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเมื่อกำหนดขนาดตัวกรองดังกล่าว นอกจากนี้ ตัวกรองเสียหายง่ายจากอัตราการไหลที่สูงเกินไป และไม่ควรเกินขีดจำกัดที่ผู้ผลิตกำหนด

เมื่อใช้ตัวกรองในงานไอน้ำหรือก๊าซ ควรติดตั้งเครื่องแยกต้นน้ำของตัวกรองเพื่อขจัดหยดคอนเดนเสทที่ลอยอยู่ในการแขวนลอย นอกจากการปรับปรุงคุณภาพไอน้ำแล้ว ยังจะยืดอายุการใช้งานของตัวกรอง ควรติดตั้งตะแกรงกรองแบบ Y ต้นน้ำของตัวกรองด้วยเพื่อขจัดอนุภาคขนาดใหญ่ที่จะอุดตันตัวกรองอย่างรวดเร็ว เพิ่มปริมาณการทำความสะอาดที่ต้องการ และลดอายุการใช้งานของตัวกรอง โดยการติดตั้งมาตรวัดแรงดันทั้งสองด้านของตัวกรอง สามารถวัดแรงดันตกคร่อมตัวกรอง ซึ่งสามารถใช้ระบุเมื่อตัวกรองต้องทำความสะอาด ทางเลือกคือการติดตั้งสวิตช์แรงดันที่ด้าน downstream ของตัวกรอง เมื่อแรงดัน downstream ลดลงต่ำกว่าระดับที่กำหนด ไฟเตือนสามารถเปิดในห้องควบคุมเพื่อเตือนผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งสามารถทำความสะอาดตัวกรองได้

ตะแกรงกรอง

มีตะแกรงสองประเภทที่ใช้ในตะแกรงกรอง:

• ตะแกรงเจาะรู - สร้างขึ้นโดยการเจาะรูจำนวนมากในแผ่นแบนของวัสดุที่ต้องการโดยใช้เครื่องเจาะหลายหัว แผ่นเจาะรูจะถูกม้วนเป็นท่อและเชื่อมจุด เป็นตะแกรงค่อนข้างหยาบและขนาดรูมักอยู่ในช่วง 0.8 mm ถึง 3.2 mm ดังนั้น ตะแกรงเจาะรูเหมาะสมสำหรับการขจัดสิ่งปนเปื้อนทั่วไปในท่อเท่านั้น
• ตะแกรงตาข่าย - ลวดละเอียดถูกขึ้นรูปเป็นตารางหรือตาข่าย จากนั้นมักวางเป็นชั้นบนตะแกรงเจาะรู ซึ่งทำหน้าที่เป็นกรง support สำหรับตาข่าย โดยใช้ตะแกรงตาข่าย สามารถผลิตขนาดรูที่เล็กกว่าตะแกรงเจาะรูได้มาก ขนาดรูเล็กถึง 0.07 mm สามารถทำได้ ดังนั้นจึงใช้ขจัดอนุภาคที่เล็กกว่าซึ่งจะผ่านตะแกรงเจาะรู ตะแกรงตาข่ายมักกำหนดในแง่ของ ‘mesh’ ซึ่งแทนจำนวนช่องเปิดต่อความยาวหนึ่งนิ้วของตะแกรง วัดจากเส้นกึ่งกลางของลวด รูป 12.4.6 แสดงตะแกรง 3 mesh

ขนาดรูที่สอดคล้องกันในตะแกรงตาข่ายถูกกำหนดจากความรู้เกี่ยวกับเส้นผ่านศูนย์กลางลวดและขนาด mesh โดยปกติผู้ผลิตเป็นผู้กำหนด ขนาดอนุภาคสูงสุดที่จะได้รับอนุญาตให้ผ่านตะแกรงสามารถกำหนดได้โดยใช้เรขาคณิต หากตัวอย่างเช่น ระบุตะแกรง 200 mesh และข้อมูลจำเพาะของผู้ผลิตระบุว่าขนาดรูคือ 0.076 mm ขนาดอนุภาคสูงสุดที่จะผ่านตะแกรงสามารถหาได้โดยใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัส:

ปัญหาของมิตินี้คือตะแกรงเป็นแบบสองมิติและอนุภาคต้องไปถึงรูในทิศทางเฉพาะ ดังนั้น หากอนุภาคยาวบางไปถึงตะแกรง ‘face on’ อาจได้รับอนุญาตให้ผ่าน อย่างไรก็ตาม หากกระทบรู ‘side on’ จะถูกหยุด หากนี่อาจเป็นปัญหา ควรใช้ mesh ที่ละเอียดกว่า

พื้นที่กรองคือพื้นที่ที่พร้อมสำหรับการขจัดสิ่งปนเปื้อน พื้นที่กรองใหญ่กว่าหมายความว่าความถี่ในการเป่าล้างเพื่อทำความสะอาดตะแกรงลดลงอย่างมาก พื้นที่อิสระคือสัดส่วนของพื้นที่รูทั้งหมดต่อพื้นที่กรองทั้งหมด โดยปกติแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการไหลของตะแกรงกรอง พื้นที่อิสระยิ่งมาก (และตะแกรงยิ่งหยาบ) ความสามารถในการไหลยิ่งสูง และแรงดันตกคร่อมตะแกรงกรองยิ่งต่ำ เนื่องจากตะแกรงกรองส่วนใหญ่มีพื้นที่กรองและพื้นที่อิสระขนาดใหญ่มาก แรงดันตกคร่อมตะแกรงกรองต่ำมากเมื่อใช้ในระบบไอน้ำหรือก๊าซ (ดูตัวอย่าง 12.4.1) อย่างไรก็ตาม ในระบบน้ำที่สูบหรือของไหลที่มีความหนืด แรงดันตกอาจมีนัยสำคัญ ตะแกรงกรองควรมีความสามารถในการไหลอ้างอิงในแง่ของดัชนีความสามารถหรือค่า Kvs

ตัวอย่าง 12.4.1

ตะแกรงกรอง DN40 ที่มีค่า Kvs 29 ติดตั้งบนระบบท่อไอน้ำขนาด 40 mm ซึ่งส่งไอน้ำอิ่มตัว 500 kg/h ที่ 8 bar g แรงดันตกคร่อมตะแกรงกรองเป็นเท่าใด? โดยใช้สูตรเชิงประจักษ์ในสมการ 3.21.2:

เท่ากับแรงดันตกเพียง 0.5% กว่า

แรงดันตกคร่อมตะแกรงกรองอาจกำหนดจากค่า Kv หรือจากแผนภูมิแรงดันตก วิธีการทำเช่นนี้สำหรับการไหลของไอน้ำแสดงใน Module 12.2 และสำหรับการไหลของน้ำใน Module 6.3 ตะแกรงมักมีจำหน่ายในวัสดุหลายชนิด สแตนเลสแบบออสเทนนิติกใช้บ่อยที่สุดในงานไอน้ำ เนื่องจากความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน เมื่อตะแกรงกรองใช้กับสารเคมีเฉพาะหรือในงาน offshore ควรใช้ตะแกรง monel

ตัวเลือกตะแกรงกรอง

นอกเหนือจากตะแกรงกรองมาตรฐาน มีตัวเลือกเพิ่มเติมหลายอย่าง

แทรกแม่เหล็ก

แทรกแม่เหล็กอาจถูกวางในตะแกรงกรองแบบตะกร้าเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนเหล็กหรือเหล็กกล้าขนาดเล็ก อนุภาคเหล็กหรือเหล็กกล้าขนาดเล็กอาจมีอยู่ในของไหลเมื่อมีการสึกหรอของชิ้นส่วนเหล็กหรือเหล็กกล้า อนุภาคเหล่านี้จะผ่านแม้แต่ตะแกรงตาข่ายที่ละเอียดที่สุด และจำเป็นต้องใช้แทรกแม่เหล็ก แทรกถูกออกแบบเพื่อให้ของไหลทั้งหมดผ่านแม่เหล็กด้วยความเร็วค่อนข้างต่ำ และองค์ประกอบแม่เหล็กมีพลังเพียงพอที่จะจับและยึดอนุภาคโลหะทั้งหมด วัสดุแม่เหล็กมักถูกหุ้มด้วยวัสดุเฉื่อย เช่น สแตนเลส เพื่อป้องกันการกัดกร่อน

ตะแกรงกรองทำความสะอาดตัวเอง

มีตะแกรงกรองทำความสะอาดตัวเองหลายประเภท ซึ่งช่วยให้การสะสมของสิ่งปนเปื้อนบนตะแกรงถูกขจัดออกโดยไม่ต้องหยุดโรงงาน กระบวนการทำความสะอาดสามารถเริ่มต้นด้วยตนเองหรืออัตโนมัติ นอกจากนี้ ตะแกรงกรองที่ทำความสะอาดอัตโนมัติมักสามารถตั้งค่าให้ทำความสะอาดเป็นประจำ หรือเมื่อแรงดันตกคร่อมตะแกรงกรองเพิ่มขึ้น

• ตะแกรงกรองทำความสะอาดตัวเองแบบกลไก - ใช้รูปแบบของ scraper หรือแปรงกลไก ซึ่งถูกกวาดผ่านพื้นผิวตะแกรง ขจัดสิ่งปนเปื้อนที่ติดอยู่ในตะแกรง ทำให้ตกลงไปในพื้นที่เก็บที่ก้นตะแกรงกรอง
• ตะแกรงกรองแบบ backwashing - ย้อนทิศทางการไหลผ่านตะแกรง วาล์วชุดหนึ่งถูกเปลี่ยนเพื่อให้น้ำ directed ผ่านตะแกรงในทิศทางตรงกันข้ามและออกผ่านวาล์วล้าง ของไหลขจัดสิ่งปนเปื้อนที่ trapped ในตะแกรงและ carries ออกในของเหลวล้าง backwash ไปยังท่อระบายน้ำเสีย นอกจากตะแกรงกรองแบบกลไกและแบบ backwashing แล้ว ยังมีตะแกรงกรองที่ออกแบบเฉพาะหลายประเภท หนึ่งในประเภทที่พบบ่อยกว่าคือตะแกรงกรองแบบจานโลหะ positive edge (ดูรูป 12.4.8) องค์ประกอบกรองสร้างจากชุดจานวงกลม คั่นด้วยแหวนรองระยะห่าง built on a main shaft with tie rods ความหนาของแหวนรองหรือตัวระยะห่างให้ระดับการกรองที่ต้องการ ทิศทางการไหลของของไหลที่ถูกกรองคือจากด้านนอกขององค์ประกอบไปยังแกนกลางกลวง ซึ่งเกิดจากช่องว่างระหว่างจานหลัก ซึ่งหมายความว่าสิ่งปนเปื้อนจะถูกดักที่พื้นผิวด้านนอกของจาน เพื่อทำความสะอาดตะแกรงกรอง ชุดตะแกรงกรองทั้งหมดถูกหมุนโดยคันบังคับภายนอกกับชุดมีดทำความสะอาดที่อยู่นิ่ง interleaved with the main pack ในระหว่างการหมุนนี้ สิ่งปนเปื้อนที่สะสมจะ buildup ที่ขอบนำของมีดทำความสะอาด และจะถูก deposited ในร่องแนวตั้งทึบที่เกิดจากชิ้นส่วนบรรจุพิเศษบนพื้นผิวนอกขององค์ประกอบตะแกรงกรอง เนื่องจากไม่มีการไหลผ่านส่วนนี้ขององค์ประกอบ จึงไม่มีแรงยึดสิ่งสกปรกที่สะสมกับองค์ประกอบ และตกลงไปในบ่อที่ก้นตะแกรงกรอง

ตะแกรงกรองชั่วคราว

ตะแกรงกรองชั่วคราวถูกออกแบบมาเพื่อปกป้องอุปกรณ์และเครื่องมือวัดในช่วงเริ่มต้น ตะแกรงกรองมักติดตั้งระหว่างหน้าแปลนคู่หนึ่งสำหรับช่วงเริ่มต้นหลังจากโรงงานใหม่ถูกติดตั้ง แนะนำให้ติดตั้งชิ้นส่วน spool ที่มีความยาวเท่ากับหรือมากกว่าความยาวของตะแกรงกรองเพื่อความสะดวกในการติดตั้งหรือถอดออก มีรูปร่างพื้นฐานสามแบบของตะแกรงกรองชั่วคราว ได้แก่ แบบกรวย แบบตะกร้า และแบบแผ่น การก่อสร้างมาตรฐานเป็นตะแกรงเจาะรูหรือตาข่ายลวดชั้นเดียวหนา ซับตาข่ายลวดสามารถเพิ่มด้านในหรือนอกตะแกรงกรองสำหรับความสามารถกรองที่ละเอียดกว่า หากใช้ตาข่ายลวด ต้องระวังให้แน่ใจว่าทิศทางการไหล opposes ตาข่ายลวดโดยมีโลหะเจาะรูเป็น backup