Фильтровальная ткань: волокна, пропитки, ГОСТ, круглые и плоские рукава, расчёт площади и ресурс

Похожие темы:

В рукавном пылеуловителе фильтровальная ткань задерживает частицы в основном за счёт слоя осадка, который нарастает на её поверхности. От материала зависит, при какой температуре этот слой можно держать, насколько легко он сбрасывается при регенерации и сколько проработает рукав. Фильтровальная ткань для воздуха выбирается по своим правилам. Для фильтр-прессов и сит технические фильтровальные ткани оценивают по размеру пор и отдаче осадка, в газоочистке на первое место выходят термостойкость, воздухопроницаемость и стойкость к тысячам циклов продувки.

Иглопробивное фильтровальное полотно делают из штапельных волокон. Рыхлый холст многократно прокалывают иглами с зазубринами, волокна перепутываются и образуют войлок толщиной около 2 мм. Чтобы материал не растягивался, внутрь закладывают армирующую сетку. Частицы задерживаются в верхнем слое войлока, а после регенерации на поверхности остаётся тонкий слой осадка, который продолжает работать как дополнительный фильтр. За счёт этого иглопробивные материалы выдерживают скорость фильтрации до 2 м/мин и считаются стандартом для импульсной продувки. Нетканое иглопробивное полотно стоит и в рукавном фильтре «Вихрь» с ручным встряхиванием.

Третья группа — спанбонд и другие гофрируемые материалы для картриджей. Складки помещают в корпус больше площади, чем рукава того же объёма, зато липкие и волокнистые частицы застревают между ними.

Каждое фильтровальное волокно имеет две температурные границы: постоянную рабочую и пиковую, которую материал переносит короткое время. В карточке модульного фильтра Буран ФРИ Б-КМ3 для полиэстера указано до +150 °C постоянно и до +160 °C не дольше 5 минут. Помимо температуры ресурс определяют кислоты и щёлочи в газе, влажность (гидролиз) и окислители — кислород и оксиды азота.

Полиэстер фильтровальный закрывает большую часть задач аспирации при температуре до 130–150 °C: деревообработку, производство стройматериалов, металлообработку, переработку зерна. Его слабое место — гидролиз: при сочетании влаги и температуры выше 100 °C полиэфир быстро теряет прочность. В таких условиях берут полиакрилонитрил или PPS. Гомополимер полиакрилонитрила выдерживает 125 °C и почти не гидролизуется, его ставят, например, на сушилки с влажным отходящим газом. Полипропиленовая фильтровальная ткань переносит кислоты и щёлочи лучше полиэстера, но ограничена 90 °C. В газоочистке ей достаются холодные химически агрессивные потоки.

Полиамидная фильтровальная ткань из алифатического полиамида — это капрон (полиамид-6) и нейлон (полиамид-6,6). Материал прочен на истирание и стоек к щёлочам, однако разрушается кислотами и работает только до 100 °C, а нейлон фильтровальный в каталогах встречается в основном в виде сит и материалов для жидкостей. Мета-арамид тоже полиамид, только ароматический: он держит 190–200 °C и самозатухает, его традиционно применяют для горячих газов асфальтобетонных заводов.

Хлориновая фильтровальная ткань из перхлорвинилового волокна стойка к минеральным кислотам, но выше 70 °C теряет эластичность. Основная область её применения — фильтрация кислых суспензий в производстве фосфорной и серной кислоты. PPS выбирают для угольных котлов из-за стойкости к кислотам и влаге, при этом он окисляется, если кислорода в газе больше 12–15 %. Полиимид работает до 240 °C, его ставят на цементные печи и мусоросжигательные заводы. Фильтровальное стекловолокно выдерживает 260 °C и не горит, но его волокна ломаются при многократном изгибе.

Если в техническом задании указана негорючая фильтровальная ткань, подходят стекло, базальт и PTFE. Мета-арамид, PPS, полиимид и хлорин горение не поддерживают и гаснут вне пламени, однако под открытым огнём разрушаются. Фильтровальная ткань из полимерных волокон при перегреве даёт усадку: рукав сначала садится на каркас внатяг, потом рвётся по швам. Для горячих процессов на входе в фильтр ставят датчик температуры и предусматривают байпас или подмес холодного воздуха. В Буран Вибро Компакт материал рукавов подбирают по характеру пыли: полиэстер, мета-арамид, PPS или антистатическое исполнение.

От отделки зависит, как поверхность полотна отдаёт осадок. Опаливание пламенем убирает торчащие волоски, каландрирование горячими валами выглаживает и уплотняет лицевую сторону. Гладкая синтетическая фильтровальная ткань отдаёт осадок легче, и для регенерации хватает более слабого импульса.

PTFE-пропитка покрывает волокна тонкой плёнкой, снижает налипание и добавляет химической стойкости. Масловодоотталкивающая обработка нужна, когда в газе есть влажные или масляные аэрозоли: без неё капли замазывают поры. Для горючих пылей (мука, древесина, уголь, алюминий) в полотно вплетают антистатические нити из нержавеющей стали или углерода, а рукав заземляют через каркас.

Фильтровальная стеклоткань без отделки быстро перетирается. Её пропитывают составами на основе PTFE, графита или силикона: они снижают трение между волокнами и защищают их от кислот.

Мембрана из вспененного PTFE, наклеенная на лицевую сторону, переводит фильтрацию с объёмной на поверхностную. Частицы остаются на мембране и почти не проникают в войлок, а липкие и гигроскопичные пыли сбрасываются легче. Мембрана боится абразива и механических повреждений, поэтому такие рукава не перегибают при монтаже и не надевают на каркасы с заусенцами. Для ориентира: у Буран Б-КМ3 с рукавами из полиэстера концентрация на выходе составляет 5–10 мг/м³. Мембранный материал есть смысл закладывать, когда норматив выброса жёстче или пыль липкая и гигроскопичная.

Основные характеристики фильтровальной ткани берут из паспорта партии, и предложения разных поставщиков удобно сравнивать по одному набору показателей.

С 1993 года серия ГОСТ 29104 заменила для технических тканей ГОСТ 3811-72, 3812-72, 3813-72 и 20713-85, хотя старые обозначения до сих пор встречаются в стандартах на продукцию. Для иглопробивных полотен метод испытаний берут из документации на конкретный материал.

Слово «плотность» в паспортах означает две разные величины. В текстильной терминологии плотность фильтровальной ткани — это число нитей на 10 см по основе и утку, а масса квадратного метра называется поверхностной плотностью. При заказе стоит уточнять, о какой из них речь.

Воздухопроницаемость по ГОСТ 12088-77 по умолчанию определяют при разрежении 49 Па и выражают в дм³/(м²·с), но для фильтровальных тканей стандарт допускает другие параметры испытаний. Единицы пересчитываются напрямую: 1 дм³/(м²·с) = 0,6 л/(дм²·мин). Значения при разных перепадах давления так не сравнить, потому что зависимость расхода от перепада у каждого материала своя. Сравнивают результаты испытаний в одинаковых условиях.

Фильтровальная ткань по ГОСТ 26095-84 — это тканые материалы из полиэфирных комплексных нитей для угольной, химической, металлургической и пищевой промышленности: ТЛФ-5 (арт. 56190), термообработанная ТЛФТ-5 (арт. 56295), ТЛФ-6 и ТЛФ-300-2 (арт. 56244). Для полиэфирной фильтровальной ткани ТЛФ-5 стандарт задаёт поверхностную плотность 640 ± 30 г/м², 140 нитей по основе и 65 по утку на 10 см и усадку в горячем воздухе до 22 % по основе. Для рукава на каркасе такая усадка слишком велика, поэтому под горячий газ выбирают термообработанные материалы. Для ТЛФТ-5 стандарт нормирует и воздухопроницаемость — 0,075 ± 0,01 м³/(м²·с) при перепаде 1,55 кПа. Иглопробивные полотна выпускают по техническим условиям производителя, и их показатели проверяют по паспорту. К пылеулавливанию не относится ГОСТ 4403-91 на ткани для сит из шёлковых и синтетических нитей, где описан и капрон фильтровальный для мукомольных сит.

Ширина фильтровальной ткани определяет раскрой. Заготовка круглого рукава равна длине окружности плюс припуск на шов: для Ø135 мм это 3,14 × 135 ≈ 424 мм. При припуске 15 мм из рулона шириной 2,2 м выходит пять полос, из рулона 2,0 м — четыре и почти 250 мм отхода.

Виброочистке сжатый воздух не нужен. В Буран Вибро Компакт круглые рукава стоят на проволочных каркасах, вибратор встряхивает их по таймеру без остановки очистки, а запылённость на входе допускается до 120 г/м³. В Буран Б‑КМ4 встряхивание длится 2–3 с при остановленном вентиляторе и повторяется не чаще раза в 10 минут: если трясти рукава на работающем потоке, полотно изнашивается. Температура газа для этой модели ограничена +80 °C.

Ручной механизм встряхивания стоит в «Вихре» производительностью 500–3000 м³/ч: иглопробивное полотно там работает до +150 °C, концентрация на выходе — не более 20 мг/м³. В картриджных фильтрах гофрированный материал очищают импульсом сжатого воздуха или вибрацией. Они компактнее рукавных и подходят для сухой мелкой пыли при умеренной запылённости.

Ещё один способ — обратная продувка. Секцию фильтра отключают и пропускают через рукава очищенный газ в обратном направлении. Регенерация получается мягкой, поэтому её применяют для рукавов из стеклоткани и других материалов, которые плохо переносят изгиб.

Силосные фильтры работают с пиковыми нагрузками: при пневмозагрузке цемента через фильтр за короткое время уходит весь транспортирующий воздух. Для силосов завод выпускает рукавные Буран Б-КМ2, Бриз 10 и Бриз 20 и картриджные Бриз 12, 24 и 36 с виброочисткой.

Под импульсную продувку круглый рукав надевают на проволочный каркас из продольных прутков и колец. В Буран ФРИ Б-КМ3 это рукав Ø135 × 3400 мм, один модуль вмещает 120 рукавов общей площадью 170 м². Стандартный материал для них — фильтровальная ткань из полиэстера, для высоких температур её меняют на мета-арамид. Каркас не даёт рукаву схлопнуться под разрежением. Посадка нужна плотная, но без натяга: свободный рукав хлопает о прутки и перетирается, тесный плохо раздувается при импульсе.

Продольный шов прошивают трёхрядной строчкой, нить подбирают под материал рукава, для горячих и химически агрессивных газов — из PTFE. Рукава из полипропилена и полиэстера можно сваривать термически. Дно усиливают дополнительным слоем, верх часто фиксируют в отверстии рукавной решётки пружинным кольцом.

Чем длиннее рукав, тем больше площади на тот же участок решётки, но тем труднее импульсу дойти до нижней части. На длинных рукавах нижняя часть обычно чистится хуже и раньше изнашивается, поэтому длину увязывают с давлением сжатого воздуха и конструкцией сопла.

Без каркаса круглый рукав работает при встряхивании и обратной продувке. В Буран Вибро Н рукав из полиэстера Ø220 × 2000 мм держит форму за счёт натяжения между виброплитой и рукавной плитой. При обратной продувке в натянутые рукава вшивают кольца, чтобы они не схлопывались полностью. Изнашиваются круглые рукава в предсказуемых местах: внизу, где они касаются соседей или дна каркаса, под соплом и напротив входного патрубка.

Плоский рукав — это конверт из полотна на плоской рамке. Такие элементы ставят в корпус плотнее круглых и получают больше площади фильтрации в том же объёме. В Буран 15 доступны оба варианта, и, по опыту завода, заказчики чаще выбирают плоские вертикальные рукава. Для их продувки установлено плоское сопло Вентури, которое распределяет воздух по ширине конверта, давление сжатого воздуха — 7 бар, температура газа для модели — от 40 до 280 °C.

Ограничения связаны с геометрией. Между конвертами остаются узкие зазоры, которые липкая или волокнистая пыль может перекрыть, а равномерность продувки по ширине конверта целиком зависит от сопла. Для сухих сыпучих пылей и компактных корпусов зазоры проблемой не становятся.

Площадь фильтрации считают по расходу газа и скорости фильтрации. Скорость в м/мин численно равна удельной газовой нагрузке в м³/(м²·мин):
S = Q / (60 · v),
где S — площадь, м²; Q — расход газа, м³/ч; v — скорость фильтрации, м/мин.

Расход берут при рабочих условиях. Если он задан при 0 °C, а давление и состав газа не меняются, пересчёт такой: Q(t) = Q₀ · (273 + t) / 273. Если абсолютное давление в фильтре отличается от исходного, добавляют множитель p₀ / p.

Ориентиры по скорости из карточек фильтров «Факел»: 0,5–2,0 м/мин для импульсной продувки, 1–2 м/мин для виброочистки при газоочистке и 2–6 м/мин для очень крупной пыли. Нижнюю часть диапазона выбирают для тонких, липких и горячих частиц и при высокой запылённости, верхнюю — для крупных сухих частиц и мембранных материалов.

Пример. Нужно очистить 12 000 м³/ч при скорости 1,2 м/мин: S = 12 000 / (60 × 1,2) ≈ 167 м². Рукав Ø135 × 3400 мм имеет площадь 3,14 × 0,135 × 3,4 ≈ 1,44 м², значит, потребуется 116 рукавов. Это один модуль Буран ФРИ Б-КМ3 на 120 рукавов и 170 м². Если те же 12 000 м³/ч заданы при 0 °C, а газ приходит при 120 °C и том же давлении, фактический расход составит 12 000 × 393 / 273 ≈ 17 270 м³/ч, и площадь вырастет до 240 м², то есть до двух модулей.

В многомодульной батарее площадь проверяют ещё в одном режиме: когда один модуль отключён на обслуживание или замену рукавов, весь расход проходит через оставшиеся, и скорость фильтрации в них растёт. Если при этом она выходит за верхнюю границу диапазона, добавляют резервный модуль. Отдельно сверяют запылённость на входе с допустимой для модели: у Буран Вибро Компакт это до 120 г/м³. При более высокой концентрации перед рукавами ставят циклон.

Состояние полотна в работе отслеживают по перепаду давления. У иглопробивных материалов рабочий перепад обычно держат в пределах 1–1,5 кПа. Регенерацию запускают по таймеру или по достижении заданного перепада. Второй вариант экономит сжатый воздух и продлевает жизнь полотна: каждый лишний импульс — это дополнительный изгиб волокон о каркас. Остаточный перепад сразу после продувки показывает, насколько забиты поры. Если при сопоставимых расходе и запылённости он растёт от месяца к месяцу, сначала проверяют регенерацию: давление сжатого воздуха, клапаны, настройки контроллера. Необратимое засорение полотна подтверждают, когда эти причины исключены и рукава обследованы.

Стирка возвращает иглопробивному войлоку проницаемость лишь частично: мелкие частицы остаются в глубине, а пропитки и мембрана при стирке повреждаются. Рукава фильтров с импульсной продувкой обычно заменяют. Решение о замене принимают по анализу рукава, снятого из фильтра: в лаборатории сравнивают его воздухопроницаемость и разрывную нагрузку с паспортом нового материала. Менять рукава лучше секцией целиком. Новые рукава с низким сопротивлением забирают больший расход, чем запылённые соседи, и изнашиваются быстрее. Чтобы найти единичный прорыв, в газоход перед фильтром подают флуоресцентный порошок и осматривают рукавную решётку со стороны чистого газа в ультрафиолетовом свете: дефектный рукав или неплотное кольцо выдаёт свечение.

Фильтровальная ткань для вентиляции очищает приточный воздух, где концентрация частиц измеряется миллиграммами на кубометр, тогда как рукавный фильтр принимает граммы и десятки граммов. Регенерации у таких фильтров нет: материал меняют, когда сопротивление дорастает до конечного значения. Скорость воздуха в сечении приточного фильтра считают в метрах в секунду, у рукавов — в метрах в минуту.

Характерный пример — материал ФРНК-1 из смеси лавсана (25 %) и нитрона (75 %) поверхностной плотностью около 290 г/м². По структуре это нетканое фильтровальное полотно ФРНК-1, хотя в продаже его обычно называют тканью. Фильтровальную ткань ФРНК продавцы относят к классу G3 — это обозначение из ГОСТ Р ЕН 779-2014. Этот стандарт отменён, классы фильтров общего назначения теперь устанавливает ГОСТ Р 71490-2024.

Фильтровальная ткань для воздушных фильтров вентиляции не рассчитана на импульсную продувку и высокую запылённость, и в рукавные фильтры её не ставят. В промышленном оборудовании воздушная фильтровальная ткань такого типа работает в многоступенчатых установках при низкой запылённости. В передвижной установке Пассат ФВУ 1 после искрогасящей решётки и ячейкового фильтра грубой очистки стоит карманный фильтр тонкой очистки площадью 7 м².