Y lọc

Y lọc giữ lại các mảnh vụn đường ống như cặn bám, gỉ sét, hợp chất nối và kim loại hàn trong đường ống, bảo vệ thiết bị và quy trình. Hướng dẫn này xem xét phạm vi các loại y lọc và bộ lọc đang được sử dụng cũng như cách tính kích thước và lựa chọn chúng cho các ứng dụng khác nhau.

Y lọc

Khi thị trường ngày càng cạnh tranh, nhiều trọng tâm hơn được đặt vào giảm thời gian ngừng hoạt động và bảo trì nhà máy. Trong hệ thống hơi nước và ngưng tụ, hư hỏng nhà máy thường do mảnh vụn đường ống như cặn bám, gỉ sét, hợp chất nối, kim loại hàn và các chất rắn khác, có thể đi vào hệ thống đường ống. Y lọc là thiết bị giữ lại các chất rắn này trong chất lỏng hoặc khí đang chảy, và bảo vệ thiết bị khỏi các tác hại của chúng, từ đó giảm thời gian ngừng hoạt động và bảo trì. Y lọc nên được lắp phía trước mỗi bẫy hơi, đồng hồ đo lưu lượng và van điều khiển. Y lọc có thể được phân thành hai loại chính theo cấu hình thân: loại Y và loại giỏ. Các ví dụ điển hình của các loại y lọc này có thể thấy trong Hình 12.4.1.

Y lọc loại Y

Đối với hơi nước, y lọc loại Y là tiêu chuẩn thông thường và được sử dụng hầu như phổ biến. Thân có hình dạng hình trụ nhỏ gọn rất chắc chắn và có thể chịu được áp suất cao. Về cơ bản nó là một bình áp suất, và không hiếm khi y lọc loại Y có thể chịu được áp suất lên đến 400 bar g. Tuy nhiên, việc sử dụng y lọc ở những áp suất này bị phức tạp hóa bởi nhiệt độ cao liên quan đến hơi nước ở áp suất này; và do đó phải sử dụng các vật liệu đặc biệt như thép crom molypden. Mặc dù có ngoại lệ, so sánh cùng kích thước, y lọc loại Y có dung lượng chứa bụi bẩn thấp hơn y lọc loại giỏ, có nghĩa là chúng cần vệ sinh thường xuyên hơn. Trên hệ thống hơi nước, điều này thường không phải là vấn đề, ngoại trừ khi có mức độ gỉ sét cao, hoặc ngay sau khi vận hành khi lượng lớn mảnh vụn có thể được đưa vào. Trong các ứng dụng dự kiến có nhiều mảnh vụn, van xả thường có thể được lắp vào nắp y lọc, cho phép y lọc sử dụng áp suất hơi nước để vệ sinh mà không cần ngừng hoạt động nhà máy. Y lọc loại Y trong đường ống hơi nước hoặc khí ngang nên được lắp sao cho túi nằm trên mặt phẳng ngang (Hình 12.4.2(a)). Điều này ngăn nước tích tụ trong túi, giúp ngăn ngừa nước bị mang theo, có thể gây xói mòn và ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Tuy nhiên, trên hệ thống chất lỏng, túi nên hướng thẳng đứng xuống dưới (Hình 12.4.2(b)), điều này đảm bảo rằng mảnh vụn đã loại bỏ không bị hút trở lại đường ống phía trước trong điều kiện lưu lượng thấp. Mặc dù nên lắp y lọc trong đường ống ngang, điều này không phải lúc nào cũng khả thi, và chúng có thể được lắp trong đường ống dọc nếu dòng chảy đi xuống, trong trường hợp đó mảnh vụn được hướng tự nhiên vào túi (Hình 12.4.2(c)). Không thể lắp khi dòng chảy đi lên, vì y lọc sẽ phải lắp với miệng túi hướng xuống dưới và mảnh vụn sẽ rơi trở lại ống.

Y lọc thẳng và góc

Ngoài y lọc loại Y, nhiều cấu hình thân khác nhau được sử dụng trong hệ thống hơi nước, đó là y lọc thẳng và góc. Chúng được hiển thị trong Hình 12.4.3. Các loại y lọc này hoạt động tương tự y lọc loại Y và có hiệu suất tương tự. Chúng được sử dụng khi hình học đường ống hơi nước không phù hợp với y lọc loại Y.

Y lọc loại giỏ

Y lọc loại giỏ hoặc loại nồi được đặc trưng bởi buồng hướng dọc, thường lớn hơn y lọc loại Y. So sánh cùng kích thước, sụt áp qua y lọc loại giỏ thấp hơn y lọc loại Y vì nó có diện tích lọc tự do lớn hơn, khiến y lọc loại giỏ là loại ưa thích cho ứng dụng chất lỏng. Vì dung lượng chứa bụi bẩn cũng lớn hơn y lọc loại Y, y lọc loại giỏ cũng được sử dụng trên đường ống hơi nước đường kính lớn hơn. Y lọc loại giỏ chỉ có thể được lắp trong đường ống ngang, và đối với y lọc loại giỏ lớn hơn, nặng hơn, đáy y lọc cần được đỡ. Khi y lọc loại giỏ được sử dụng trên hệ thống hơi nước, lượng ngưng tụ đáng kể có thể được hình thành. Do đó, y lọc được thiết kế cho sử dụng trong hệ thống hơi nước thường có nút xả, có thể được lắp với bẫy hơi để loại bỏ ngưng tụ. Y lọc loại giỏ thường được thấy trong sắp xếp đôi. Y lọc thứ hai được đặt song song với y lọc chính, và dòng chảy có thể được chuyển qua một trong hai y lọc. Điều này tạo điều kiện vệ sinh đơn vị y lọc trong khi hệ thống chất lỏng vẫn đang hoạt động, giảm thời gian ngừng hoạt động cho bảo trì.

Bộ lọc

Trong khi y lọc loại bỏ tất cả các hạt nhìn thấy được trong hơi nước, đôi khi cần loại bỏ các hạt nhỏ hơn, ví dụ trong các ứng dụng sau:

• Khi có phun hơi trực tiếp vào quy trình, có thể gây ô nhiễm sản phẩm. Ví dụ: Trong ngành thực phẩm, và để tiệt trùng thiết bị quy trình trong ngành dược phẩm.
• Nơi hơi nước bẩn có thể gây loại bỏ sản phẩm hoặc lô quy trình do bám bẩn hoặc giữ hạt nhìn thấy được. Ví dụ: Máy tiệt trùng và máy giấy/bìa.
• Nơi yêu cầu phát thải hạt tối thiểu từ máy tạo ẩm hơi nước. Ví dụ: Máy tạo ẩm được sử dụng trong môi trường ‘sạch’.
• Để giảm hàm lượng nước trong hơi nước, đảm bảo cung cấp bão hòa khô. Trong các ứng dụng ‘hơi sạch’ như vậy, y lọc không phù hợp và bộ lọc phải được sử dụng. Bộ lọc được sử dụng trong hệ thống hơi nước thường bao gồm phần tử lọc thép không gỉ thiêu kết. Quá trình thiêu kết tạo ra cấu trúc xốp mịn trong thép không gỉ, loại bỏ bất kỳ hạt nào từ chất lỏng đi qua. Bộ lọc có khả năng loại bỏ hạt nhỏ đến 1 μm có sẵn, phù hợp với nhu cầu thực hành tốt của hơi nấu ăn.

Bản chất xốp mịn của phần tử lọc sẽ tạo ra sụt áp lớn hơn qua bộ lọc so với y lọc cùng kích thước; điều này phải được xem xét cẩn thận khi tính kích thước bộ lọc. Ngoài ra, bộ lọc dễ bị hư hỏng bởi lưu lượng quá cao, và giới hạn quy định của nhà sản xuất không nên bị vượt quá.

Khi bộ lọc được sử dụng trong ứng dụng hơi nước hoặc khí, bộ tách nên được lắp phía trước bộ lọc để loại bỏ bất kỳ giọt ngưng tụ nào lơ lửng. Ngoài việc cải thiện chất lượng hơi nước, điều này sẽ kéo dài tuổi thọ bộ lọc. Y lọc loại Y cũng nên được lắp phía trước bộ lọc để loại bỏ tất cả các hạt lớn hơn nếu không sẽ nhanh chóng làm tắc bộ lọc, tăng lượng vệ sinh cần thiết và giảm tuổi thọ phần tử lọc. Bằng cách lắp đồng hồ áp suất ở hai bên bộ lọc, sụt áp qua bộ lọc có thể được đo, sau đó được sử dụng để xác định khi nào bộ lọc cần vệ sinh. Giải pháp thay thế là lắp công tắc áp suất ở phía sau bộ lọc. Khi áp suất phía sau giảm dưới mức cài đặt, đèn cảnh báo có thể được bật trong phòng điều khiển cảnh báo người vận hành, người sau đó có thể vệ sinh bộ lọc.

Lưới y lọc

Có hai loại lưới được sử dụng trong y lọc:

• Lưới đục lỗ - Chúng được tạo hình bằng cách đục số lượng lớn lỗ trên tấm phẳng vật liệu yêu cầu sử dụng máy đục đa điểm. Tấm đục lỗ sau đó được cuộn thành ống và hàn điểm lại với nhau. Đây là lưới tương đối thô và kích thước lỗ thường từ 0.8 mm đến 3.2 mm. Do đó, lưới đục lỗ chỉ phù hợp để loại bỏ mảnh vụn đường ống thông thường.
• Lưới mắt cáo - Dây mịn được tạo thành dạng lưới hoặc mắt cáo. Sau đó thường được xếp lớp trên lưới đục lỗ, đóng vai trò như lồng đỡ cho lưới. Bằng cách sử dụng lưới mắt cáo, có thể tạo ra kích thước lỗ nhỏ hơn nhiều so với lưới đục lỗ. Kích thước lỗ nhỏ đến 0.07 mm có thể đạt được. Do đó, chúng được sử dụng để loại bỏ các hạt nhỏ hơn nếu không sẽ đi qua lưới đục lỗ. Lưới mắt cáo thường được chỉ định theo ‘mesh’; đại diện cho số lượng lỗ mỗi inch tuyến tính của lưới, đo từ tâm dây. Hình 12.4.6 cho thấy lưới 3 mesh.

Kích thước lỗ tương ứng trong lưới mắt cáo được xác định từ kiến thức về đường kính dây và kích thước mesh; nó thường được nhà sản xuất quy định. Kích thước hạt tối đa được phép đi qua lưới có thể được xác định bằng hình học. Nếu, ví dụ, lưới 200 mesh được chỉ định và thông số kỹ thuật nhà sản xuất cho biết kích thước lỗ là 0.076 mm, thì kích thước hạt tối đa đi qua lưới có thể được tìm thấy bằng định lý Pythagoras:

Vấn đề với kích thước này là lưới là hai chiều và hạt phải đạt đến lỗ theo hướng nhất định. Do đó, nếu hạt dài mỏng đạt đến y lọc ‘đối diện’, nó có thể được phép đi qua lưới. Tuy nhiên, nếu nó chạm lỗ ‘bên hông’ nó sẽ bị chặn. Nếu đây có thể là vấn đề, nên sử dụng lưới mịn hơn.

Diện tích lọc là diện tích có sẵn để loại bỏ mảnh vụn. Diện tích lọc lớn hơn có nghĩa là tần suất xả để vệ sinh lưới giảm đáng kể. Diện tích tự do là tỷ lệ tổng diện tích lỗ trên tổng diện tích lọc, thường được biểu thị bằng phần trăm. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng lưu lượng của y lọc. Diện tích tự do càng lớn (và lưới càng thô), dung lượng lưu lượng càng cao và cuối cùng sụt áp qua y lọc càng thấp. Vì hầu hết lưới y lọc có diện tích lọc và tự do rất lớn, sụt áp qua y lọc rất thấp khi sử dụng trên hệ thống hơi nước hoặc khí (xem Ví dụ 12.4.1). Tuy nhiên, trong hệ thống nước bơm hoặc chất lỏng nhớt, sụt áp có thể đáng kể. Y lọc nên có dung lượng lưu lượng được trích dẫn theo chỉ số dung lượng hoặc giá trị Kvs.

Ví dụ 12.4.1

Y lọc DN40 với giá trị Kvs 29, được lắp trên hệ thống đường ống hơi nước đường kính 40 mm, dẫn 500 kg/h hơi bão hòa ở 8 bar g. Sụt áp qua y lọc là bao nhiêu? Sử dụng công thức thực nghiệm trong Phương trình 3.21.2:

Điều này tương đương với sụt áp chỉ hơn 0.5%.

Sụt áp qua y lọc có thể được xác định từ giá trị Kv hoặc từ biểu đồ tổn thất áp suất. Phương pháp thực hiện cho dòng hơi nước được trình bày trong Mô-đun 12.2, và cho dòng nước trong Mô-đun 6.3. Lưới thường có sẵn trong nhiều vật liệu khác nhau; phổ biến nhất là thép không gỉ austenit được sử dụng trong ứng dụng hơi nước, nhờ độ bền và khả năng chống ăn mòn. Nơi y lọc được sử dụng với hóa chất chuyên dụng hoặc trong ứng dụng ngoài khơi, lưới monel nên được sử dụng.

Tùy chọn y lọc

Ngoài y lọc tiêu chuẩn, có nhiều tùy chọn khác có sẵn.

Phần chèn từ tính

Phần chèn từ tính có thể được đặt trong y lọc loại giỏ để loại bỏ mảnh vụn sắt hoặc thép nhỏ. Các hạt nhỏ sắt hoặc thép có thể có trong chất lỏng nơi có mòn bộ phận sắt hoặc thép. Các hạt này sẽ đi qua ngay cả lưới mắt cáo mịn nhất, và cần sử dụng phần chèn từ tính. Phần chèn được thiết kế sao cho tất cả chất lỏng đi qua nam châm ở tốc độ tương đối thấp và phần tử từ đủ mạnh để bắt và giữ tất cả các hạt kim loại có mặt. Vật liệu từ thường được bọc trong vật liệu trơ như thép không gỉ để ngăn ăn mòn.

Y lọc tự làm sạch

Có nhiều loại y lọc tự làm sạch khác nhau, cho phép loại bỏ sự tích tụ mảnh vụn trên lưới mà không cần ngừng hoạt động nhà máy. Quá trình vệ sinh có thể được khởi động thủ công hoặc tự động; hơn nữa, y lọc được làm sạch tự động thường có thể được cài đặt để vệ sinh theo chu kỳ, hoặc khi sụt áp qua y lọc tăng lên.

• Y lọc tự làm sạch loại cơ học - sử dụng dạng cạo cơ học hoặc bàn chải, được cào qua bề mặt lưới. Nó loại bỏ bất kỳ mảnh vụn nào bị giữ trong lưới, khiến nó rơi xuống khu vực thu gom ở đáy y lọc.
• Y lọc loại rửa ngược - đảo ngược hướng dòng chảy qua lưới. Một bộ van được chuyển đổi để nước được hướng qua lưới theo hướng ngược và ra ngoài qua van xả. Chất lỏng loại bỏ bất kỳ mảnh vụn nào giữ trong lưới và mang ra ngoài trong chất lỏng rửa ngược ra cống thải. Ngoài y lọc loại cơ học và rửa ngược, có nhiều loại lưới y lọc được thiết kế độc đáo. Một trong những loại phổ biến hơn là loại đĩa kim loại, loại cạnh dương (xem Hình 12.4.8). Phần tử lọc được cấu tạo từ bộ đĩa tròn, được ngăn cách bởi vòng đệm cách được xây dựng trên trục chính với thanh buộc. Độ dày của vòng đệm hoặc khoảng cách cho mức lọc yêu cầu. Hướng dòng chảy của chất lỏng được lọc là từ bên ngoài phần tử đến lõi rỗng, được tạo thành bởi khoảng trống giữa các đĩa chính. Điều này có nghĩa là bất kỳ mảnh vụn nào bị giữ trên bề mặt ngoài của đĩa. Để vệ sinh y lọc, toàn bộ bộ lọc được quay bằng tay cầm bên ngoài so với bộ dao vệ sinh cố định xen kẽ với bộ chính. Trong quá trình quay này, mảnh vụn tích tụ trên cạnh dẫn của dao vệ sinh, và nó được đặt vào rãnh thẳng đứng rắn được tạo trên bề mặt ngoài của phần tử y lọc bằng các miếng đệm đặc biệt. Vì không có dòng chảy qua phần này của phần tử, không có lực giữ bụi bẩn tích tụ vào phần tử, và nó rơi vào bể chứa ở đáy y lọc.

Y lọc tạm thời

Y lọc tạm thời được thiết kế để bảo vệ thiết bị và thiết bị đo lường trong thời gian khởi động. Y lọc thường được lắp giữa một cặp mặt bích trong giai đoạn đầu sau khi nhà máy mới được lắp đặt. Lắp đặt đoạn ống bằng hoặc lớn hơn chiều dài y lọc được khuyến nghị để dễ dàng lắp đặt hoặc tháo dỡ. Có ba cấu hình cơ bản của y lọc tạm thời, đó là loại hình nón, loại giỏ và loại tấm. Cấu tạo tiêu chuẩn là lưới đục lỗ hoặc lưới dây nặng đơn lớp. Lót lưới dây có thể được thêm vào bên trong hoặc bên ngoài y lọc cho khả năng lọc mịn hơn. Nếu sử dụng lưới dây, phải cẩn thận đảm bảo hướng dòng chảy ngược lại với lưới dây với kim loại đục lỗ làm phần đỡ.