ТРУДНОГОРЮЧИЙ АЭРОЗОЛЬНЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области обращения с газообразными радиоактивными отходами в атомной промышленности, а именно к очистному оборудованию по улавливанию радиоактивных аэрозолей, и может быть использовано в радиоэлектронной, химической, медицинской и биотехнической промышленностях.
Известны фильтры Д-23; Д-13; Д-6,5 с фильтрующим материалом Фильтр Петрянова (ФП), которые широко используются на предприятиях атомной отрасли [ТУ 952314-98. Фильтры аэрозольные с фильтрующим материалом ФП]. Фильтрующий элемент в них представляет собой складчатый пакет в виде параллелепипеда. Наряду с высокими техническими показателями фильтры ФП имеют ряд недостатков:
- относительно низкая термическая устойчивость фильтрующего материала - не более 60°C;
- фильтрующий материал горюч, при горении выделяются токсичные вещества;
- в течение эксплуатации фильтра наблюдается снижение эффективности очистки при повышенном влагосодержании очищаемой среды или под действием ионизирующего излучения.
Известны высокоэффективные пожаробезопасные фильтры тонкой очистки воздуха типа НЕРА и ULPA, где в качестве фильтрующего материала используется стеклобумага на основе микротонкого стекловолокна [Air Filters For Use At Nuclear Facilities // Technical Reports Series. - №122, International Atomic Energy Agency, Vienna. - 1970; Testing And Monitoring of Off-Gas Cleanup Systems At Nuclear Facilities // Technical Reports Series. - №243, International Atomic Energy Agency, Vienna. - 1984; Design And Operation Of Off-Gas Cleaning Systems And High Level Liquid Waste Conditioning Facilities // Technical Reports Series. - №291, International Atomic Energy Agency, Vienna. - 1988]. Фильтры представляют собой складчатый пакет из стеклобумаги, залитый в стенки с помощью герметика. Такой пакет, особенно если он больших размеров (600-1200 мм), имеет небольшую жесткость, и даже наличие сепараторов не может ее существенно повысить. Этот недостаток приводит к значительной деформации под действием воздушной нагрузки и собственного веса, что, в свою очередь, связано с появлением дефектов в фильтрующем слое. Конструкция данных фильтров препятствует их использованию в действующих системах вентиляции и газоочистки предприятий атомной отрасли без их модернизации и реконструкции. Последнее связано с огромными экономическими затратами, т.к. только на одном предприятии эксплуатируется до нескольких тысяч фильтров ФП.
Указанные выше недостатки устраняются применением фильтров типа ФТОВ-СБМ Л- или М-образной конфигурации на основе стеклобумаги и полиэстера, разработанных в габаритах штатных фильтров ФП [Патент РФ №65398]. Аэрозольные фильтры состоят из деревянного корпуса и фильтрующего элемента Л- или М-образной конфигурации, представляющего собой складчатый пакет из стеклобумаги с разделением складок сепараторами. Фильтрующие элементы соединены со стенками корпуса с помощью герметика. Они отличаются от фильтров ФП повышенной термо- и влагостойкостью, высокой эффективностью очистки в условиях влажной среды, повышенной пылеемкостью, повышенным коэффициентом использования объема фильтра за счет увеличения полезной площади фильтрации ступени тонкой очистки воздуха, а также негорючестью и безопасностью в пожарном отношении. Данные стеклобумажные фильтры устраняют также недостаток фильтров НЕРА и ULPA в части возможности их установки в действующие системы очистки без дополнительной переделки.
Но конструкция фильтров с М-образным и Л-образным размещением фильтрующих элементов ФТОВ, предложенная для увеличения полезной площади фильтрации, имеет тот же основной недостаток, что и конструкция фильтров НЕРА и ULPA, а именно:
- недостаточная жесткость из-за большого размера фильтрующих модулей (более 700 мм), входящих в состав фильтрующего элемента, что подтвердилось опытным путем. После проведения испытаний на аэродинамическом стенде обнаруживались смятия и разрывы стекловолокна по периметру фильтрующих модулей параллельно заделке в алюминиевый профиль рамки, что сильно снижало их эффективность. Многократные испытания показали, что фильтрующий материал на основе стекловолокна, более хрупкий и имеющий меньший коэффициент удлинения, чем материалы ФП, плохо сопротивляется сдвиговым деформациям, которые неизбежно воздействуют на фильтр, фильтрующий элемент и его составные части в процессе испытаний и эксплуатации.
Дополнительно, при сборке фильтров была отмечена специалистами сложность осуществления герметизации стыков модулей ФТОВ друг с другом и со стенками корпусов за счет необходимости использования для Л- или М-образной конфигурации длинных фильтрующих модулей и небольшого угла разворота между ними. Что приводило к дополнительному повреждению фильтрующего материала и усложняло визуальный контроль в процессе производства.
Технической задачей является устранение всех недостатков фильтров типа НЕРА, ULPA, Л- и М-образных фильтров ФТОВ-СБМ, а именно:
- повышение жесткости фильтра без уменьшения площади фильтрующей поверхности;
- увеличение коэффициента ремонтопригодности в процессе его сборки до проведения испытаний;
- увеличение площади фильтрующей поверхности, без изменения габаритных размеров фильтра.
Поставленная задача решается путем использования фильтрующего элемента тонкой очистки типа ФВА-НС (конфигурация «гармошка») в отдельном корпусе. В качестве составляющих фильтрующего элемента используются гофроматы со складчатым фильтрующим материалом из гофрированной фильтровальной бумаги на основе микротонкого стекловолокна, установленные под углом друг к другу в виде складок под углом не менее 10°. Фильтрующий элемент вставляется в корпус фильтра АФГ (аэрозольный фильтр Гордиенко). Для фильтра АФГ-Д-6,5 длина гофромата - 300 мм; для фильтра АФГ-Д-13 - 350 мм; для фильтра АФГ-Д-23 - 350 мм. Количество гофроматов назначается в зависимости от габаритных размеров и площади фильтрующей поверхности фильтра.
Схематичное изображение предлагаемых конструкций фильтров АФГ-Д-23-ФВА-НС; АФГ-Д-13-ФВА-НС; АФГ-Д-6,5-ФВА-НС изображено на фиг. 1, 2, 3 соответственно. Принцип работы всех трех предлагаемых фильтров одинаков: очищаемый воздух входит в корпус фильтра 1, затем проходит через фильтрующий элемент 2, оснащенный гофроматами со складчатым фильтрующим материалом на основе стекловолокна 3. После очистки воздух выходит из фильтра. Направление движения воздуха указано стрелкой.
Основные достоинства предлагаемой модели для данных фильтров:
- исключено повреждение стекловолокна при поджатии фильтра в испытательный стенд и вентсистему, поскольку негативное влияние от деформаций сдвига почти полностью возьмет на себя основной (штатный) корпус, в который установлен фильтрующий элемент ФВА-НС с гофроматами.
- увеличена жесткость и надежность фильтра;
- увеличен коэффициент ремонтопригодности фильтра;
- увеличена площадь фильтрующей поверхности, без изменения габаритных размеров фильтра;
- имеется возможность установки дополнительной ступени грубой очистки.
Типы разработанных фильтров АФГ-ФВА-НС конфигурации фильтрующих блоков в сравнении с аналогами приведены в таблице 1.
Корпуса фильтров могут быть выполнены из фанеры (тип Д). Для перевода в первую группу огнезащитной эффективности фанерные корпуса и деревянные конструкционные элементы фильтров АФГ-ФВА-НС при изготовлении пропитываются в три слоя огнебиозащитным составом «Терминус-11» [ТУ 2499-003-55171591-2005. Огнебиозащитный состав для древесины с антисептическим действием «Терминус-11»].
Результаты испытаний фильтров АФГ-ФВА на основе стеклобумаги представлены в таблице 2.
Благодаря предлагаемому техническому решению:
- существенно увеличивается жесткость и надежность изделия за счет использования фильтрующего элемента ФВА (глубиной не более 350 мм), установленного в корпусе штатного фильтра;
- исключается возможность повреждения стеклобумаги при герметизации стыка фильтрующего элемента с корпусом, т.к. герметизация стыков между корпусами будет заключаться в нанесении силиконового герметика по периметру фильтрующего элемента ФВА-НС;
- упрощается процесс сборки фильтра;
- появляется дополнительная возможность визуального контроля брака, появившегося в процесс изготовления фильтра;
- повышается номинальная производительность фильтра и снижаются энергозатраты за счет уменьшения аэродинамического сопротивления (использование в фильтре фильтрующих модулей тонкой очистки длиной менее 250 мм и более 400 мм нецелесообразно ввиду резкого роста аэродинамического сопротивления всего фильтра).