АЭРОЗОЛЬНЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области обращения с газообразными 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 аэрозольные с фильтрующим материалом ФП, которые широко используются на предприятиях Росатома [ТУ 95 2314-98. Фильтры аэрозольные с фильтрующим материалом ФП; ОСТ 95 4-80. Фильтры аэрозольные с фильтрующим материалом ФП; Фильтры аэрозольные с фильтрующим материалом ФП. Каталог]. Фильтрующий блок в них представляет собой складчатый пакет панельного типа. Наряду с высокими техническими показателями фильтры ФП имеют ряд недостатков:
- низкая термическая устойчивость фильтрующего материала, при горении которого выделяются токсичные вещества. В то же время, согласно требованиям НП-021-2000, аэрозольные фильтры и материалы, используемые при их изготовлении не должны поддерживать горения;
- снижение эффективности очистки при повышенном влагосодержании очищаемой среды и под действием ионизирующего излучения.
Известны высокоэффективные пожаробезопасные фильтры тонкой очистки воздуха типа ПЕРА 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, как правило, представляют собой складчатый пакет из стеклобумага, 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 и самопылением. Конструкция данных фильтров препятствует их использованию в действующих системах вентиляции и газоочистки предприятий Росатома 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 типов ФАС и ФАСТ на основе стеклобумаги и полиэстера, разработанных в габаритах штатных фильтров ФП типа Д-23, А-17 и Д-9 [Ядерная и радиационная безопасность России // Информационный бюллетень. - Вып.2 (5), М. - 2005. - с.22-35; Патент РФ №2200615]. Они отличаются от фильтров ФП повышенной термо- и влагостойкостью, высокой эффективностью очистки в условиях влажной среды, повышенной пылеем-костью, 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. Однако, разработано всего три аналога фильтрам ФП, что крайне недостаточно для удовлетворения потребностей на предприятиях в трудногорючих фильтрах всех типоразмеров. Кроме этого, недостаточно полно используется объем фильтра для увеличения площади фильтрации ступени тонкой очистки, т.к. в конструкции заложены фильтрующие блоки панельного типа.
Фильтры типов ФАС и ФАСТ изготавливаются в двух исполнениях одно- и двухступенчатые. Достоинство двухступенчатых фильтров [Патент РФ №2200615] в части наличия секции предварительной очистки в условиях реакторного, радиохимического и химико-технологических производств, как правило, не требуется из-за низкой весовой концентрации аэрозолей, т.е. объем фильтра, занимаемый предфильром можно также использовать для фильтрующего блока тонкой очистки.
Наиболее близким аналогом является конструкция фильтра ФАС-3000 [Ядерная и радиационная безопасность России // Информационный бюллетень. - Вып.2 (5), М. - 2005. - с.22-35]. Аэрозольный фильтр состоит из деревянного корпуса и фильтрующего блока панельного типа, представляющего собой складчатый пакет из стеклобумаги с разделением складок сепараторами. Фильтрующий блок соединен со стенками корпуса с помощью герметика. Основным недостатком прототипа является
низкий коэффициент использования объема корпуса фильтра из-за применения фильтрующего блока панельного типа.
Задачей технического решения является повышение коэффициента использования объема стеклобумажного фильтра типа ФАС за счет увеличения полезной площади фильтрации ступени тонкой очистки воздуха, а также обеспечению производств Росатома трудногорючими фильтрами основных типоразмеров в габаритах фильтров ФП, позволяющих их использование без переделки в штатных системах вентиляции.
Поставленная задача решается путем изменения конструкции фильтрующего блока панельного типа на Л- или М-образную конфигурацию (фильтры ФТОВ-СБМ). В качестве составляющих фильтрующего блока используются модули со складчатым фильтрующим материалом на основе стеклобумаги с разделением складок сепараторами.
Схематичное изображение предлагаемых конструкций фильтров ФТОВ-СБМ изображено на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 представлена Л-образная конфигурация фильтрующего блока фильтра типа Д-13УМ (чертеж ФТОВ-СБМ 100). На фиг.2, на примере фильтра типа Д-28УМ (чертеж ФТОВ-СБМ 300), показана М-образная конфигурация предлагаемых фильтров.
Поток воздуха, поступает в полость корпуса и проходит через фильтрующую поверхность модулей 1 (фиг.1) и 1, 2 (фиг.2). Угол разворота между модулями должен составлять не менее 10°. Свободное пространство между фильтрующими модулями, а также между фильтрующими моделями и внутренними стенками корпуса фильтра есть свободное пространство фильтра на входе 3 и свободное пространство на выходе 4. Свободное пространство на входе воздуха расширяется в направлении, противоположном потоку воздуха и сужается по направлению потока, а свободное пространство на выходе расширяется по направлению воздушного потока и сужается в противоположном потоку направлении, что улучшает аэродинамические характеристики фильтра и распределение потока воздуха по фильтрующему блоку.
Типы разработанных фильтров ФТОВ-СБМ, номера чертежей и конфигурации фильтрующих блоков в сравнении с аналогами приведены в таблице 1.
Таблица 1Характеристика фильтров
Тип фильтра ФТОВ-СБМ
Площадь фильтрующей поверхности, м<sup>2</sup>
Номер чертежа
Конфигурация фильтрующего блока
Штатный аналог предлагаемому фильтру
Тип фильтра
Площадь фильтрующей поверхности, м<sup>2</sup>
Д-13УМ
19,0
ФТОВ-СБМ 100СБ
Л-образная
Д-13У
13,0
Д-19М
22,0
ФТОВ-СБМ 200СБ
Л-образная
Д-19
19,0
Д-28УМ
31,4
ФТОВ-СБМ 300СБ
М-образная
Д-28
28,0
Д-12УМ
20,0
ФТОВ-СБМ 400СБ
Л-образная
Д-12У
12,0
Д-6,5М
9,0
ФТОВ-СБМ 500СБ
Л-образная
Д-6,5
6,5
А-5,3М
8,0
ФТОВ-СБМ 800СБ
Л-образная
А-5,3
5,3
Д-13,5УМ
22,4
ФТОВ-СБМ 900СБ
Л-образная
Д-13,5У
13,5
Д-14УМ
14,0
ФТОВ-СБМ 1000СБ
М-образная
Д-14У
14,0
Д-15УМ
23,0
ФТОВ-СБМ 1100СБ
Л-образная
Д-15У
15,0
Д-23М
30,0
ФТОВ-СБМ 1200СБ
М-образная
Д-23
23,0
ФАС-3000
23,0
Д-33М
41,2
ФТОВ-СБМ 1300СБ
М-образная
Д-33
33,0
А-17М
30,0
ФТОВ-СБМ 1400СБ
М-образная
А-17
17,0
ФАСТ-2000
17,0
Корпуса фильтров могут быть выполнены из фанеры (тип Д) или углеродистой стали (тип А). Для перевода в первую группу огнезащитной эффективности фанерные корпуса и деревянные конструкционные элементы фильтров ФТОВ-СБМ при изготовлении пропитываются в три слоя составом биопирена «Пирилакс» [ТУ 2499-021-24505934-03. Биопирен (антипирен- антисептик) Пирилакс 3000.].
Результаты приемо-сдаточных испытаний фильтров ФТОВ-СБМ на основе стеклобумаги, изготовленных на ФГУП «ПО «Маяк», представлены в таблице 2.
Таблица 2Результаты приемо-сдаточных испытаний фильтров ФТОВ-СБМ
Тип фильтра ФТОВ-СБМ
Эффективность очистки, %
Коэффициент проскока, %
Аэродинамическое сопротивление, Па
Д-6,5М
99,970
0,030
80
Д-6,5М
99,980
0,020
120
Д-12УМ
99,980
0,020
100
Д-12УМ
99,970
0,030
100
Д-13УМ
99,992
0,008
110
Д-13УМ
99,980
0,020
100
Д-19М
99,994
0,006
200
Д-19М
99,997
0,003
180
Д-28УМ
99,980
0,020
160
Примечания1 Эффективность очистки прототипа составляет 99,95%2. Эффективность очистки измерялась при скорости фильтрации 1 см/с
Благодаря данному техническому решению существенно увеличивается площадь фильтрации, повышается номинальная производительность фильтра или снижаются энергозатраты (аэродинамическое сопротивление, и т.д.) при прежней производительности.