尤麗霞

(上海閏銘精密技術(shù)有限公司)

0 引言

近代工業(yè)高度發(fā)達(dá)，但隨之而來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題卻異常嚴(yán)峻。固液分離技術(shù)及其設(shè)備已經(jīng)滲透到能源、環(huán)境、生物、新材料、信息等高技術(shù)領(lǐng)域以及新興工業(yè)領(lǐng)域，并已成為這些領(lǐng)域以及許多工業(yè)部門(mén)，包括現(xiàn)代化工、石油化工、制藥、輕工、食品、礦產(chǎn)品加工、農(nóng)副產(chǎn)品加工、水資源開(kāi)發(fā)與再生利用等工業(yè)不可或缺的技術(shù)[1]。全球水資源急劇短缺，生存環(huán)境日益惡化，人們因此對(duì)固液分離工藝也提出了更高的要求[2]。過(guò)濾元件是過(guò)濾系統(tǒng)的核心組成部分，從某種意義上來(lái)說(shuō)對(duì)整個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)的成敗起決定性的作用，因此對(duì)過(guò)濾元件的檢測(cè)顯得至關(guān)重要。

ISO 16889：1999闡述了以液壓油過(guò)濾器多次通過(guò)法評(píng)定液壓油濾芯過(guò)濾元件的性能，其中包括過(guò)濾芯壓降、納污量等參數(shù)的測(cè)定。但以水作為試驗(yàn)液體來(lái)評(píng)定過(guò)濾元件的性能，不論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)際上都尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依。掌握過(guò)濾元件各項(xiàng)性能參數(shù)是過(guò)濾器及其元件生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新所必需的。目前國(guó)內(nèi)很多過(guò)濾元件都缺乏數(shù)據(jù)支持。本文介紹了一套通水過(guò)濾元件綜合測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是應(yīng)用單次通過(guò)法測(cè)試常規(guī)過(guò)濾原件的流量壓差特性、過(guò)濾效率、容塵量和極限壓差等性能參數(shù)，可為過(guò)濾元件的自主研發(fā)和選型提供定量的數(shù)據(jù)支持。

1 測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造

1.1 測(cè)試系統(tǒng)介紹

對(duì)于過(guò)濾元件的測(cè)試，常用的方法有多次通過(guò)法和單次通過(guò)法。多次通過(guò)法由標(biāo)準(zhǔn)ISO 16889：1999《液壓傳動(dòng)過(guò)濾器——評(píng)定濾芯過(guò)濾性能的多次通過(guò)方法》作了詳細(xì)的規(guī)定，內(nèi)容包括模擬液壓油和潤(rùn)滑油的工作環(huán)境，對(duì)過(guò)濾元件進(jìn)行評(píng)估測(cè)試，以及評(píng)定液壓過(guò)濾器的各項(xiàng)性能等。

單次通過(guò)法強(qiáng)調(diào)的是粉塵顆粒組分注入的一致性，更接近于大多數(shù)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)濾工藝過(guò)程。單次通過(guò)法可以較容易地考察一些重要變量對(duì)過(guò)濾器性能的影響，例如過(guò)濾材料搭配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝等。容塵量的測(cè)試在該測(cè)試設(shè)備上實(shí)施起來(lái)也很簡(jiǎn)單[3]。

本文所述的單次通過(guò)法測(cè)試系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 過(guò)濾元件綜合測(cè)試系統(tǒng)流程

1.2 供水模塊

圖1中模塊A為供水模塊，由純水制造設(shè)備和一個(gè)水量1 m3的儲(chǔ)水罐組成。

1.3 水處理模塊

圖1中模塊B為水處理模塊，使用變頻離心泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。容塵量測(cè)試時(shí)，濾后液經(jīng)過(guò)多級(jí)凈化過(guò)濾，可保證儲(chǔ)水罐中水的潔凈度，實(shí)現(xiàn)單次過(guò)濾。

1.4 顆粒注入模塊

圖1中模塊C為顆粒注入模塊，測(cè)試時(shí)一般選用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)粉塵Arizona實(shí)驗(yàn)粉末，粉塵在攪拌池中充分分散。高精度的計(jì)量泵以穩(wěn)定的流速把分散好的粉塵注入測(cè)試系統(tǒng)。

1.5 測(cè)試、取樣模塊

測(cè)試過(guò)濾元件安裝于測(cè)試過(guò)濾器中，包括各種濾芯和濾袋。讀取測(cè)試過(guò)濾器前后壓力表和微壓差表，獲得過(guò)濾元件壓差值。通過(guò)分別在測(cè)試過(guò)濾器前后取液體樣品，利用微粒檢測(cè)儀檢測(cè)，計(jì)算過(guò)濾效率。

1.6 過(guò)濾元件電氣控制模塊

該系統(tǒng)電氣控制部分集中在控制柜中，采用西門(mén)子PLC S7-200作為主控單元，聯(lián)想計(jì)算機(jī)作為工程師站。具有友好的人機(jī)界面，可方便地顯示操作現(xiàn)場(chǎng)泵、閥門(mén)等設(shè)備的參數(shù)以及設(shè)定的采樣點(diǎn)壓差值、采樣次數(shù)、采樣時(shí)間等參數(shù)，也可顯示設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、數(shù)據(jù)報(bào)表等，還可選擇測(cè)試模式、趨勢(shì)圖等，方便研發(fā)人員根據(jù)不同的過(guò)濾器及測(cè)試結(jié)果隨時(shí)調(diào)整采樣點(diǎn)壓差參數(shù)、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

該系統(tǒng)具有五種測(cè)試模式，模式變量mode值0～4分別對(duì)應(yīng)五種不同的測(cè)試模式：

手動(dòng)模式 mode=0

過(guò)濾器極限測(cè)試模式 mode=1

過(guò)濾器流量與壓差測(cè)試模式 mode=2

過(guò)濾器過(guò)濾效果測(cè)試模式 mode=3

過(guò)濾器納污量測(cè)試模式 mode=4

在PLC及上位計(jì)算機(jī)的控制下，測(cè)試控制系統(tǒng)可自動(dòng)完成以上模式的自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)采樣，并自動(dòng)記錄測(cè)試參數(shù)到數(shù)據(jù)庫(kù)；操作者可啟動(dòng)、停止數(shù)據(jù)記錄，可查詢(xún)歷史記錄，可選擇性地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并出具測(cè)試報(bào)表。

2 試驗(yàn)方法討論

2.1 流量壓差曲線(xiàn)

流量壓差曲線(xiàn)是過(guò)濾元件的主要參數(shù)之一，該曲線(xiàn)描述的是過(guò)濾元件潔靜壓差隨流量的變化規(guī)律。目前，在許多行業(yè)中過(guò)濾元件的使用壽命大多是通過(guò)終止壓差來(lái)判定的，所以過(guò)濾元件的初始?jí)翰顓?shù)就顯得至關(guān)重要。本文以濾芯J為例，用該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得流量壓差曲線(xiàn)，如圖2所示。圖2所示的濾芯流量壓差曲線(xiàn)幾乎呈線(xiàn)性，與理論值相符，這也間接說(shuō)明該測(cè)試系統(tǒng)的可靠性。此項(xiàng)參數(shù)可為過(guò)濾元件的研發(fā)和選型提供重要的數(shù)據(jù)支持。

圖2 J濾芯流量壓差曲線(xiàn)

2.2 過(guò)濾效率和容塵量測(cè)試

過(guò)濾效率即過(guò)濾元件對(duì)指定粒徑顆粒的攔截效率。確定過(guò)濾效率通常需要測(cè)試過(guò)濾元件的初始效率，初始效率為過(guò)濾元件在潔凈狀態(tài)下的起始攔截效率。對(duì)于非絕對(duì)攔截的過(guò)濾元件而言，特別是實(shí)際應(yīng)用為采用單次通過(guò)法的場(chǎng)合，初始效率值是選型的關(guān)鍵參數(shù)。HB 7669—2000航空液壓過(guò)濾器標(biāo)準(zhǔn)中用單次通過(guò)法測(cè)得初始過(guò)濾比[4]。圖3是J濾芯初始效率的測(cè)試結(jié)果。

圖3 J濾芯過(guò)濾效率

過(guò)濾效率計(jì)算公式：

式中 ηi——對(duì)特定粒徑di顆粒的過(guò)濾效率；

Ai——上游特定粒徑di顆粒的個(gè)數(shù)；

Bi——下游特定粒徑di顆粒的個(gè)數(shù)。

上下游粒子個(gè)數(shù)由實(shí)驗(yàn)室微粒檢測(cè)儀測(cè)試，該儀器半年校準(zhǔn)一次。

容塵量測(cè)試通常采用烘干稱(chēng)重法。容塵量就是達(dá)到某一壓差值時(shí)，過(guò)濾元件能夠承載雜質(zhì)的質(zhì)量。容塵量越大，過(guò)濾元件的使用壽命就越長(zhǎng)。過(guò)濾效率和容塵量測(cè)試通常同時(shí)進(jìn)行。

2.3 極限壓差

極限壓差為過(guò)濾元件能承受的最大壓差，超過(guò)極限壓差繼續(xù)使用的話(huà)，過(guò)濾元件會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的破壞。一般建議，達(dá)到更換壓差時(shí)即應(yīng)更換過(guò)濾元件，以免過(guò)濾元件在超過(guò)極限壓差時(shí)損壞而影響過(guò)濾效果。

3 結(jié)論

（1）過(guò)濾元件測(cè)試系統(tǒng)由四大測(cè)試模塊和電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制，能有效控制和操作各測(cè)試模塊，為測(cè)試帶來(lái)高效和便利。

（2）測(cè)試系統(tǒng)能測(cè)試不同過(guò)濾元件的流量壓差特性、過(guò)濾效率、容塵量和極限壓差等性能參數(shù)，為過(guò)濾器的研發(fā)和實(shí)際應(yīng)用選型提供有力依據(jù)。

[1] 拉什頓，等.固液兩相過(guò)濾及分離技術(shù) [M].第2版.朱企新譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 姚公弼.固液分離的應(yīng)用和發(fā)展概況 [J].過(guò)濾與分離,1994 （2） ：1-4.

[3] Ken Sutherland.Filters and filtration handbook[M].2008：45-46.

[4] HB 7669—2000航空液壓過(guò)濾器單次通過(guò)試驗(yàn)方法[S].