ФИЛЬТРУЮЩИЙ ВОДООТДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1995 года по МПК B01D17/22 

Изобретение относится к устройствам для очистки углеводородных жидкостей, преимущественно углеводородных топлив от свободной воды и механических загрязнений, и может быть применено в авиации, автомобильном и водном транспорте, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Известным является фильтр-сепаратор, содержащий корпус, в котором последовательно по ходу топливного потока размещены фильтрующий слой, коагулирующий слой, слой для укрупнения капель воды (эластичный пенополиуретан) и водоотталкивающий слой. Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к изобретению.

Недостатком устройства является высокая вымываемость волокон коагулирующего слоя из открытопористого эластичного пенополиуретана, установленного сразу за коагулирующим слоем. (Волокном считается твердая частица, у которой длина больше ширины или диаметра в 10 и более раз). Результаты многочисленных испытаний показали, что содержание волокон в пробах топлива (независимо от скорости потока) превышает предельно допустимую величину (11 шт/литр), оговоренную соответствующими нормативными документами и международными спецификациями.

Целью изобретения является предотвращение попадания волокон коагулирующего слоя в очищенное от механических загрязнений и свободной воды топливо после прохождения эластичного пенополиуретана.

Это достигается тем, что в фильтрующем водоотделяющем элементе, содержащем последовательно размещенные в направлении топливного потока фильтрующий слой, коагулирующий слой, эластичный пенополиуретан, дренажный и водоотталкивающий слой, между коагулирующим слоем и эластичным пенополиуретаном устанавливается дополнительный волокноулавливающий слой.

На чертеже показан фильтрующий водоотделяющий элемент. Перегородка фильтрующего водоотделяющего элемента состоит (по направлению топливного потока) из фильтрующего слоя 1, коагулирующего слоя 2, волокноулавливающего слоя 3, эластичного пенополиуретана 4, дренажного слоя 5 и водоотталкивающего слоя 6. Фильтрующий слой 1 представляет собой гофрированную по высоте штору, выполненную из фильтровальной бумаги соответствующей тонкости в зависимости от предъявляемых требований к очистке топлива. Коагулирующий слой представляет собой многослойную (не менее двух) стекловолокнистую перегородку с изменяющимся по направлению топливного потока диаметром волокна (например, от 0,5 до 10-11 мкм) и изменяющейся величиной его поверхностных свойств (от гидрофильных и гидрофильногидрофобных).

В качестве волокноулавливающего слоя 3 может быть использован любой пористый материал тонкостью 40-60 мкм, не оказывающий влияния на процесс коалесценции капель воды после коагулирующего слоя либо улучшающий его и незагрязняющий очищенное топливо собственными волокнами.

Открытопористый эластичный пенополиуретан 4 служит для последующего укрупнения капель воды после коагулирующего 2 и волокноулавливающего 3 слоев. Дренажный слой 5 служит для отвода капель воды в отстойник фильтра-сепаратора. Водоотталкивающий слой 6 предназначен для задержания и отвода мелких капель воды в отстойник фильтра-сепаратора по какой-либо причине нескоагулировавшихся в предыдущих водоотделяющих слоях.

Пористая перегородка фильтрующего водоотделяющего элемента работает следующим образом.

Загрязненная эмульсионной водой и механическими примесями углеводородная жидкость последовательно проходит фильтрующий слой 1, коагулирующий слой 2, волокноулавливающий слой 3, эластичный пенополиуретан 4, дренажный 5 и водоотталкивающий 6 слои. В фильтрующем слое 1 из жидкости удаляются механические загрязнения. При прохождении коагулирующего слоя происходит укрупнение микрокапель воды. После выхода из коагулирующего слоя 2 топливо проходит волокноулавливающий слой 3, где задерживаются стекловолокна, вымываемые топливным потоком из коагулирующего слоя. Попадая в открытопористый эластичный пенополиуретан 4, имеющий высокоразвитую пористую структуру, капли воды накапливаются в его порах и по достижении определенного перепада давления периодически выталкиваются наружу гидродинамическими силами потока в виде капель, но гораздо большей величины. Капли воды из эластичного пенополиуретана 4 за счет разности плотностей воды и топлива стекают по дренажному слою 5 вниз или свободно опускаются в отстойник фильтра-сепаратора. Те капли, размеры которых не позволили им стечь по дренажному слою 5 в отстойник, уносятся на водоотталкивающий слой 6, поверхность которого обладает сильными гидрофобными свойствами, коалесцируются на ней с другими каплями и затем также стекают вниз в отстойник фильтра-сепаратора.

Таким образом, очищенное и обезвоженное топливо фильтрующим водоотделяющим элементом удаляется из фильтра-сепаратора.

Были проведены экспериментальные исследовательские испытания по выявлению материала, пригодного для использования в качестве волокноулавливающего слоя. Работа проводилась на стенде, предназначенном для исследования водоотделяющих материалов, состоящем из системы подготовки и подачи водотопливной эмульсии, модельного водоотделителя и комплекта контрольно-измерительных приборов. Система подготовки и подачи эмульсии включает резервуар, насос с электроприводом, сливной бак, трубопроводные коммуникации и запорную арматуру. Основной частью модельного водоотделителя является корпус со стеклянными боковыми стенками, позволяющими визуально или с помощью фото- или киносъемки определять размер капель, выходящих из коагулирующего и волокноулавливающего слоев; коагулирующего слоя и эластичного пенополиуретана, т.е. всей коагулирующей ступени в целом. Конструкция модельного водоотделителя позволяет отбирать пробы топлива до и после испытываемых слоев. Измерение давлений и их перепад осуществляется образцовыми манометрами, а расход жидкости ротаметром.

Испытывались серийно выпускаемые отечественной промышленностью материалы: нетканый материал НКФМ-3 ТУ 17-14-124-80, ткань электроизоляционная ЭЗ-100 ГОСТ 19907-83 и ткань электроизоляционная 33/1-100п ГОСТ 19907-83.

Исследования проводились на топливе ТС-1, содержащем 0,3% мас.свободной воды при скоростях потока от 0,2 до 2,9 см/с. В качестве коагулирующего слоя использовались два слоя стекловолокон, серийно выпускаемых отечественной промышленностью: мат без связующего СТВ с диаметром волокна 1,5 - 2,0 мкм ТУ10-04-16-50-87 и теплоизоляционная прокладка СТВ 3,0-4,0 мкм ТУ 21-РСФСР-459-75, расположенные последовательно друг за другом в направлении топливного потока.

В качестве эластичного пенополиуретана использовался поролон ППУ-ЭО-130 и ТУ 6-05-221-710-83.

В процессе исследований визуально определялся максимальный размер капель после вышеуказанных слоев и всей коагулирующей ступени в целом.

Содержание стекловолокон, вымываемых из коагулирующего слоя определялось путем проливания 1 литра обезвоженного топлива через металлическую сетку саржевого плетения тонкостью 15-20 мкм с последующим высушиванием и определением количества волокон на ней с помощью микроскопа в отраженном свете.

Результаты исследовательских испытаний представлены в таблице.

Приведенные результаты показывают, что лучшей композицией коагулирующей ступени является композиции N 3, в которой количество вымываемых волокон минимальное и колеблется от 2 до 5 шт/литр, что соответствует нормативным требованиям и международным стандартам. Перепад давления на перегородках исследуемых композиций коагулирующей ступени примерно одинаков и составляет в зависимости от скорости потока от 0,05 до 0,2 кгс/см².

Указанные выше волокноулавливающие материалы устанавливались и за эластичным пенополиуретаном (композиции NN 8-10). Испытания показывают, что введение последних сразу за эластичным пенополиуретаном резко ухудшают процесс коалесценции капель в коагулирующей ступени, что соответственно приводит к значительному снижению эффективности ее водоотделения.

Изобретение относится к устройствам для очистки углеводородных топлив от свободной воды и механических загрязнений, и может быть применено в авиации, автомобильном и водном транспорте, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Целью изобретения является предотвращение попадания волокон коагулирующего слоя в очищенное от механических примесей и свободной воды топливо после прохождения последним эластичного пенополиуретана. В фильтрующем водоотделяющем элементе, содержащем последовательно размещенные в направлении топливного потока фильтрующий слой, волокнистый, коагулирующий слой, эластичный пенополиуретан, дренажный и водооталкивающий слои, между коагулирующим слоем и эластичным пенополиуретаном устанавливается дополнительный волокноулавливающий слой. Экспериментально установлено, что в качестве волокноулавливающего слоя может быть использован любой пористый материал тонкостью 40 - 60 мкм, не оказывающий влияния на процесс коалесценции капель воды после прохождения коагулирующего слоя, либо улучшающий его и незагрязняющий очищенное топливо собственными волокнами. 1 ил., 1 табл.

ФИЛЬТРУЮЩИЙ ВОДООТДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий последовательно размещенные в направлении топливного потока фильтрующий слой, коагулирующий слой, эластичный пенополиуретан, дренажный и водоотталкивающий слои, отличающийся тем, что он снабжен волокноулавливающим слоем, расположенным между коагулирующим слоем и эластичным пенополиуретаном.