УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к испытательной технике, в частности к устройствам по испытаниям средств очистки жидкостей от твердых частиц загрязнений и свободной воды, преимущественно фильтров и фильтров-водоотделителей и может быть использовано как при выпуске новых изделий так и при замене используемых в химической и нефтехимической, автомобильной и авиационной промышленности.
Анализ требований к чистоте жидких рабочих сред, в том числе нефтепродуктов, моторных, трансмиссионных, индустриальных, компрессорных и других масел, а также гидравлических жидкостей и других рабочих сред, применяемых в различных отраслях промышленности, показывает [Коваленко В.П., Турчанинов В.Е., Очистка нефтепродуктов от загрязнений - М. «Нефра», 1990 г. стр.37-43], что очистка рабочих сред от твердых частиц загрязнений и эмульсионной (свободной) воды, является проблемой и актуальной задачей. В соответствии с современными требованиями системы промышленной чистоты разрабатываются мероприятия по обеспечению чистоты жидких рабочих сред с использованием средств очистки нового поколения. Важным является как разработка современных средств очистки (фильтров и фильтров-водоотделителей) с новыми фильтрующими материалами, так и методов их испытаний.
Известно, например, устройство для испытаний складских фильтров для очистки светлых нефтепродуктов (бензин, керосин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей) от твердых частиц механических загрязнений, низкотемпературных образований и свободной (нерастворенной) воды [ГОСТ 28912-91. Фильтры складские и фильтры-сепараторы. Общие технические требования.]. Устройство содержит емкость для нефтепродуктов, насос регулируемой подачи, фильтр-сепаратор предварительной очистки нефтепродукта, клапаны для отбора проб, в том числе до и после испытываемого объекта и средства предварительной очистки, счетчик жидкости, емкость для вводимых искусственных загрязнителей (твердых частиц и капелек воды), дозатор вводимых загрязнителей, охладитель (нагреватель) продукта и другое оборудование. Для проведения испытаний устройство предварительно промывают путем циркуляции жидкости по контуру, содержащему технологический фильтр, как средство предварительной очистки, напрямую соединяют места включения испытываемого объекта (фильтра или фильтра-сепаратора) в гидравлическую схему [ГОСТ 28912-91. Фильтры складские и фильтры-сепараторы. Общие технические требования, с.4]. Циркуляция должна производиться до полного трехкратного опорожнения расходного и вспомогательного баков. После промывки в схему включают испытываемый объект.
Недостатком этого устройства является наличие остаточного загрязнения твердыми частицами или водой гидравлической системы, что снижает эффективность оценки качества очистки жидкостей испытываемых средств (фильтров, фильтров-водоотделителей и их элементов, в том числе фильтроэлементов фильтрокоагулирующих элементов), приводит к необходимости подключения дополнительных средств очистки, а также повышению затрат на испытания, в том числе трудозатрат.
Наиболее близким по технической сущности и взятой за прототип является устройство для испытаний средств очистки жидкостей от твердых частиц механических загрязнений и свободной воды наземных средств очистки горючего [Типовая методика испытания фильтров и фильтров-сепараторов наземных средств очистки горючего. М. Воениздат, 1984 г., фиг.6], с.43 - прототип]. Устройство содержит расходную емкость, подключенную через запорный клапан к всасывающей линии насоса регулируемой подачи, емкость для загрязнений, выходной патрубок которой соединен с всасывающей линией насоса нерегулируемой подачи, напорная линия которого подключена через запорный клапан и ротаметр «на кольцо», а через запорный клапан и ротаметр - к всасывающей линии насоса регулируемой подачи, в напорной линии которого последовательно по потоку жидкости установлены теплообменник и датчик температуры жидкости, за которым напорная линия через индивидуальные запорные клапаны подключена к средству предварительной очистки жидкости, к емкости для загрязнений и к испытываемому средству, выходной патрубок которого через счетчик-расходомер и запорный клапан подключен к приемной емкости, связанной через запорный клапан с выходом средства предварительной очистки, соединенным через соответствующий запорный клапан с входом испытываемого средства.
2
3
Известное устройство (прототип) обладает низкой эффективностью при очистке загрязненной жидкости с кинематической вязкостью от 8 до 30 мм/с, т.е. масел, гидравлических и других жидкостей [Чулков П.В., Чулков И. П. Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономия, экология. - М. Политехника. 1996 г., с.119, 126], т.к. жидкости с вязкостью 8-30 мм/с при прокачке через испытываемое изделие оставляют загрязнения во внутренних полостях устройства, в том числе в исследуемых объектах, что приводит к искажению результатов испытаний. Это основной недостаток прототипа, который влечет за собой затраты на дополнительную очистку трубопроводной (гидравлической) системы, приводящих к общему увеличению трудозатрат, а также к увеличению времени на проведение испытаний.
2
Технический результат - повышение эффективности устройства за счет создания условий испытаний средств очистки жидкостей с кинематической вязкостью более 5,0 мм/с.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство, содержащее расходную емкость, подключенную через запорный клапан к всасывающей линии насоса регулируемой подачи, емкость для загрязнений, выходной патрубок которой соединен с всасывающей линией насоса нерегулируемой подачи, напорная линия которого подключена через запорный клапан и ротаметр «на кольцо», а через другой запорный клапан и ротаметр к всасывающей линии насоса регулируемой подачи, в напорной линии которого последовательно по потоку жидкости установлены теплообменник и датчик температуры, за которым напорная линия через индивидуальные запорные клапаны подключена к средству предварительной очистки жидкости, к емкости для загрязнений и к испытываемому средству, выходной патрубок которого через счетчик-расходомер и запорный клапан подключен к приемной емкости, связанной через запорный клапан с средством предварительной очистки, согласно полезной модели, дополнительно содержит пневматическую систему для периодической очистки коммуникаций, в которой установлены по потоку воздушный редуктор, воздушный фильтр, датчик давления воздуха, счетчик расхода воздуха и воздухораспределитель, выходы которого подключены через обратные клапаны или к испытываемому средству очистки, или через теплообменник к напорной линии насоса регулируемой подачи, или к емкости для загрязнений, или к средству предварительной очистки, при этом выход средства предварительной очистки дополнительно соединенных через запорный клапан с расходной емкостью, а приемная емкость дополнительно подключена к всасывающей линии насоса регулируемой подачи.
На фигуре приведена блок-схема установки для испытаний средств очистки жидкостей. Установка включает следующее оборудование: расходную 1 и приемную 2 емкости для жидкостей, насос 3 регулируемой подачи жидкости, теплообменник 4, датчик 5 температуры жидкости, средство 6 предварительной очистки жидкости, насос 7 нерегулируемой подачи жидкости, ротаметры 8 и 9, емкость 10 для загрязнений, испытываемое средство 11 очистки жидкостей (фильтроэлементы, фильтрокоагулирующие элементы, коагулирующие элементы, сепарирующие элементы и т.п.), счетчик-расходомер 12.
Установка содержит также пневмосистему периодической очистки коммуникаций (далее ПСПОК), которая состоит из серийно выпускаемых средств, как вариант
воздушного редуктора 13(№669400А), регулирующего давление сжатого воздуха в системе;
воздушного фильтра 14 (№442);
датчика 15 давления воздуха (ДЕ-57-40);
счетчика 16 расхода воздуха (ФШ 0061);
воздухораспределителя 17 (Н5810-200);
обратных клапанов 42, 43, 44 и 45 (Н6151-128).
Комплектация средствами предлагаемой системы ПСПОК может быть реализована, например, изделиями завода авиационной промышленности для воздушных систем (см. Каталог серийных изделий завода, - М.; Оборонгид, 1987 с.11, 27, 54, 73, 74).
Воздухораспределитель 17 представляет собой устройство из золотниковых клапанов 17а, 17б, 17в, 17г, подключенных соответствующими трубопроводами к обратному клапану 42 на средстве 6 предварительной очистки, к обратному клапану 43 на емкости 10 для загрязнений, к обратному клапану 44 в напорной лини насоса 3 регулируемой подачи, к обратному клапану 45 на испытываемом средстве.
Средство 6 предварительной очистки и испытываемое средство 11 оснащены пробоотборниками 18, 19, 20 и 21, соответственно. Перепад давления на средстве 6 предварительной очистки контролируется манометрами 22 и 23, перепад давления жидкости на испытываемом средстве 11 контролируют манометрами 24 и 25. Испытываемое средство 11 подключают к установке разъемными соединениями (на рис.не обозначены).
Последовательность операций испытаний средств очистки жидкостей достигается за счет наличия в трубопроводных коммуникациях установки соответствующих запорных клапанов, которые могут быть любыми из серийновыпускаемых, в том числе с автоматическим дистанционным управлением или, например, как вариант - шаровые краны:
26, 27, 28, 29 и 30 - на всасывающей и напорной магистралях насоса 3 регулируемой подачи жидкости;
31 и 32 - на напорной линии насоса 7 нерегулируемой подачи жидкости;
33 - в трубопроводе, соединяющем испытываемое средство 6 со сливной емкостью (после счетчика-расходомера 12);
34, 35 и 36 - в трубопроводе, соединяющем средство 6 предварительной очистки с патрубками расходной емкости 1, испытываемого средства 11, и приемной емкости 2 соответственно;
37, 38, 39, 40 и 41 - в сливных патрубках расходной 1, приемной 2 емкостях, емкости 10 для загрязнений, в средстве 6 предварительной очистки и испытываемого средства 11, соответственно;
Воздух по соответствующим каналам воздухораспределителя 17 и трубопроводам поступает через обратные клапаны 42, 43, 44 и 45 соответственно в средство 6 предварительной очистки, в емкость 10 для загрязнений, через теплообменник 4 к напорной линии насоса 3 регулируемой подачи и к испытываемому средству 12. В исходном положении воздухораспределителя воздух к перечисленным элементам оборудования установки не поступает.
Количество жидкости, находящейся в расходной 1, приемной 2 емкостях и емкости 10 для загрязнений контролируют по уровнемерам 46, 47 и 48, соответственно.
Емкости 1, 2 и 10 оснащены также заливными горловинами 49, 50 и 51, соответственно. Емкости 1 и 2 одинаковы и превышают емкость 10 в 2-3 раза по объему.
Эксплуатация установки для испытаний средств очистки жидкостей предусматривает выполнение следующих технологических операций:
(Испытания средств очистки производится с использованием в качестве рабочей жидкости любого нефтепродукта, для которого испытывается соответствующее средство очистки 11).
А - очистки (промывки) внутренних полостей узлов и трубопроводных коммуникаций;
Б - приготовление суспензии (или эмульсии) - смеси рабочей жидкости с искусственным загрязнителем (или водой) в зависимости от назначения испытываемого средства (маслофильтр, фильтр-водоотделитель и т.п.);
В - проведение испытаний средств очистки при вводе загрязненной (мехпримесями) рабочей жидкости;
Г - подготовка установки для повторного применения;
Д - проведение испытаний средств очистки при вводе загрязненной (водой) рабочей жидкости;
Е - полная замена рабочей жидкости в установке.
(Рабочей жидкостью является конкретный используемый нефтепродукт, используемый в установке для испытания соответствующего средства очистки 11).
При выполнении операции А в приемную емкость 1, как в прототипе, через горловину 49 заливают предварительно профильтрованную жидкость, проверенную на содержание в ней твердых частиц механических загрязнений и свободной воды (согласно ГОСТ 10977 для светлых нефтепродуктов и ГОСТ 6370 для масел).
Открывают краны 26, 29, 33 и 35, включают насос 3 и после вывода его на заданный режим, установив требуемое значение подачи, прокачивают жидкость из расходной емкости 1 через средство 6 предварительной очистки и испытываемое средство 11 со сливом жидкости в приемную емкость 2. При прокачке жидкости проводят промывку пробоотборников 18, 19, 20 и 21 со сливом жидкости в дополнительную емкость (на фиг. не приведена). Операцию А заканчивают после анализа проб, отобранных через пробоотборники на содержание в жидкости загрязнений (твердых частиц, капель воды и др.). Убедившись в надлежащем качестве жидкости, закрывают краны 29, 33 и 35, отключают насос 3.
Открывают кран 30 и, включив насос 3 регулируемой подачи, перекачивают оставшуюся жидкость из емкости 1 в емкость 10 до заданного уровня (контроль по уровнемерам 46 и 48). Затем отключают насос 3 регулируемой подачи, закрывают кран 30, открывают кран 39 и отбирают пробу жидкости из емкости 10 для контроля качества жидкости, закрывают кран 39. По результатам лабораторного анализа чистота жидкости не должна отличаться от чистоты жидкости в пробах, отобранных из пробоотборников 18, 19, 20 и 21. Далее открывают кран 31 и включают насос 7 нерегулируемой подачи и перекачивают жидкость «на кольцо».
После не менее 3-хкратной прокачки «на кольцо», отключают насос 7, закрывают кран 31, повторно отбирают пробу через кран 39, проверяют качество рабочей жидкости для испытания. Содержание твердых частиц механических загрязнений и свободной воды, как и в пробах отобранных ранее, не должно превышать 0,0001 и 0,00015% по массе соответственно. В этом случае коммуникации установки считаются подготовленными для последующих операций.
Операция Б - приготовление суспензии (смеси жидкости с искусственным загрязнителем) выполняют следующим образом:
Открывают краны 26 и 30, включают насос 3 и на заданном режиме подачи из емкости 1 перекачивают жидкость в емкость 10 до заданного объема, контролируемого по уровнемеру 48, выключают насос 3, закрывают краны 26 и 30. При необходимости если испытываемое средство очистки для нефтепродуктов с вязкостью >5 включают теплообменник на режиме подогрева.
Готовят навеску искусственного загрязнителя (или цинковой пыли, или карбонильного железа, или стиракрила), вносят ее в емкость 10 установки через горловину 51. Время работы установки должно соответствовать нормативному для конкретного испытываемого средства, задаваемого в ТУ.
Открывают кран 31, включают насос 7 нерегулируемой подачи «на кольцо» для обеспечения однородности смеси. Кратность прокачки «на кольцо» должна быть не менее двадцати объемов жидкости в емкости 10 (контроль по ротаметру 8).
Добившись однородности смеси (контроль по отобранным пробам через пробоотборник 39), переходят к операции В.
Операция В - при прокачке исходной (чистой) рабочей жидкости фиксируют на испытываемом средстве 11 перепад давления по манометрам 24 и 25 на прокачке исходной (чистой) жидкости.
Открывают краны 26, 28 и 33, включают насос 3 и после вывода его на заданный режим подачи прокачивают жидкость из емкости 1 через испытываемую установку 11 в емкость 2 (контроль по счетчику-расходомеру 12). Открывают кран 32, включают насос 7, который подает во всасывающую магистраль насоса 3 смесь рабочей жидкости с искусственным загрязнителем заданной концентрации (контроль по ротаметру 9).
При прокачке загрязненной рабочей жидкости через испытываемое средство 11 в сливную емкость 2 до достижения предельного перепада давления на испытуемом средстве 11 (контроль по манометрам 24 и 25) через 1 мин, 2 мин и 5 мин от начала испытания и после достижения предельного перепада давления отбирают пробы жидкости в заданном объеме из пробоотборников 20 и 21, определяют гранулометрический состав частиц механических загрязнений в жидкости.
Заданная температура жидкости обеспечивается теплообменником 4, контроль за которой осуществляется по датчику 5 температуры.
Вывод: По перепаду давления и гранулометрическому составу частиц механических примесей в рабочей жидкости делают вывод о качестве очистки конкретным средством очистки конкретного продукта.
Переходят к операции Г - очистка оборудования установки для повторного применения, которая выполняется в следующей последовательности:
Открывают краны 27, 32 и 33. На подключенном к воздушному редуктору 13 источнике сжатого воздуха открывают кран (на фиг. не приведен) и по манометру 15 устанавливают заданное давление продувки оборудования установки и затем устанавливают поочередно воздухораспределитель в положения 17а, б, в, г.
В начале устанавливается положение 17а (для продувки испытываемого средства 11), закрывают кран 28, запускают воздух из пневмосистемы, при этом воздух через воздухоочиститель 14, счетчик расхода 16 воздуха через обратный клапан 45 поступает в корпус испытываемого средства 11, вытесняя жидкость из него в трубопровод и далее через счетчик 12 и открытый кран 33 в приемную емкость 2. (контроль по уровнемеру 47). Затем поочередно открывают пробоотборники 20 и 21, шаровой кран 41 слива отстоя из испытываемого устройства 11, продувая трубопроводы и краны и вытесняя из них жидкость во вспомогательную емкость (на фиг. не приведена). Процедуру завершают по выходу чистого воздуха из пробоотборников 20 и 21 и крана 41.
По завершении процедуры продувки магистрали и испытываемого средства 11 воздухораспределитель 17 устанавливают в положение 17б. При этом сухой воздух поступая через обратный клапан 44 в напорную магистраль, последовательно вытесняет жидкость из теплообменника 4 и насоса 3 через открытый кран 27 в приемную емкость 2. Закрывают краны 26 и 29. Контроль поступления жидкости проводят по уровнемеру 47 (объем жидкости в магистралях и оборудовании определяют заранее и вносят в паспорт устройства). Процедуру завершают по выходу чистого воздуха из горловины 50 емкости 2.
Для продувки магистралей и оборудования средства 6 предварительной очистки устанавливают воздухораспределители 17 в положение 17г. Закрывают краны 26, 29, 34 и 52. При этом сухой воздух, поступая через обратный клапан 42 в емкость 10, вытесняет из нее суспензию, которая по трубопроводам и далее через ротаметры 8 и 9, насос 7 (при открытых кранах 27, 28, 30, 31, 32 и 35) через кран 27 поступает в емкость 2. Контроль по уровнемеру 47 и выходу чистого воздуха из приоткрытой горловины 50. Затем закрывают краны 31, 32 и 27, открывают кран 39 слива отстоя из емкости 10 и продувают ее со сбором остатков жидкости в дополнительную емкость (на фиг. не приведена). Процедуру завершают по выходу чистого (без жидкости) воздуха из шарового крана 39 в дополнительную емкость. Закрывают кран 39.
Открывают краны 27, 29 и 34, закрывают кран 35, включают насос 3 и, выводят его на заданный режим подачи, перекачивают загрязненную жидкость из емкости 2 в емкость 1 через средство 6 предварительной очистки с установленным в его корпусе соответствующего по тонкости фильтрования технологического фильтра для очистки жидкости от искусственного загрязнителя (цинковой пыли, карбонильного железа или стиракрила). При необходимости проводят подогрев жидкости (например, масла) изменив настройку теплообменника 4. Контроль завершения процесса по уровнемеру 46 емкости 1. В ходе перекачки проводят отбор проб жидкости до и после средства 6 через пробоотборники 18 и 19, а также из крана 37 емкости 1 для последующего лабораторного контроля и принятии решения о готовности к повторным испытаниям.
Для очистки магистрали устанавливают воздухораспределитель 17 в положении 17б и, открывают краны 27, 29, и 36, закрывают краны 26, 34 и 35, проводят процедуру дополнительной продувки магистрали, насоса 3 и теплообменника, и средства предварительной очистки 6 с вытеснением из них жидкости в емкости 2. Далее устанавливают воздухораспределитель 17 в положение 17г, открывают кран 36, закрывают краны 29, 34 и 35. При этом воздух через открытый обратный клапан 42 вытесняет жидкость из средства 6 и трубопроводов через открытый кран 36 в емкость 2.
Открывают кран 38 при этом воздухом продувается емкость 2 с вытеснением жидкости в дополнительную емкость (на фиг. не указана). Закрывают краны 29, 34 и 35. Затем поочередно открывая кран 40 и пробоотборников 18 и 19 продувают их, вытесняя жидкость в дополнительную емкость. Таким образом все магистрали установки очищены продувкой воздухом от загрязненной жидкости.
Определение качества очистки жидкости в испытываемом средстве 11 от свободной воды на заявленном устройстве выполняется согласно технологической операции Д в следующей последовательности:
Открывают краны 26 и 30, закрывают кран 28, включают насос 3 и на заданном режиме подачи из емкости 1 перекачивают чистую жидкость в емкость 10 до заданного объема, необходимого для испытаний. Контроль заполнения по уровнемерам 46 и 48 на емкостях 1 и 10, соответственно, выключают насос 3 и закрывают краны 26 и 30.
Исходя из условий обеспечения испытаний по непрерывности работы и нормируемого в ТУ на испытываемое средство 11 содержания воды, готовят навеску воды и вводят ее через горловину 51 в емкость 10. Открывают кран 31 и включают насос 7 нерегулируемой подачи для работы «на кольцо» в режиме перемешивания жидкости (например, масла) в емкости 10 с введенной навеской воды в водотопливную эмульсию с содержанием капель воды размером 7-8 мкм. Контроль величины глобул воды проводят в лаборатории путем предварительного просмотра пробы эмульсии взятой из крана 39 в специальную кювету. По готовности эмульсии в емкости 10 открывают краны 26, 28, 32, 33 и 52, закрывают краны 27, 30, 31 и 35, включают насос 3 и после вывода его на заданный режим подачи перекачивают жидкость из емкости 1 через испытываемое средство 11 в приемную емкость 2 (контроль режима по счетчику-литромеру 12). Затем включают насос 7 для ввода во входную магистраль насоса 3 эмульсии из емкости 10, обеспечивая режимом прокачки установленную концентрацию свободной воды (например, 0,05% по массе) в жидкость подаваемую к испытываемому средству 11 и через него в емкость 2. Контроль режима прокачки по счетчику-литромеру 12.
При прокачке через испытываемое средство 11 обводненной жидкости в емкость 2 с интервалом через 15. 30 и 60 минут от начала ввода эмульсии отбирают через пробоотборники 20 и 21 по три пробы жидкости до и после испытываемого средства 11 передают их для последующего лабораторного анализа.
Испытания по определению качества очистки жидкости (например, масла) от свободной воды завершают после часовой работы и приступают к очистке оборудования установки и жидкости от свободной воды. При этом повторяют процедуры по операции Г в полном объеме.
В отличие от устройства-прототипа на заявленной установке может быть произведена полная замена жидкости. Например, синтетического масла на гидравлическую жидкость для испытаний соответствующих средств очистки.
Вывод: По перепаду давления и содержанию частиц воды в рабочей жидкости делают вывод о качестве очистки конкретным средством очистки конкретного продукта.
Полная замена рабочей жидкости в установке после испытаний в соответствии с технологической операцией Е выполняется в следующей последовательности:
В вариантах после завершения операции Б по определению качества очистки от твердых частиц механических загрязнений или операции Д по определению качества очистки жидкости в испытываемом средстве 11 от свободной воды вначале в полном объеме выполняются операции Г (Г.1-Г.4) со сбором очищенной жидкости в емкости 1 установки и остатков жидкости из емкости 2, емкости 3, пробоотборников 18, 19, 20 и 21 в дополнительную емкость для отработанных жидкостей.
Открывают кран 37 и проводят слив отработанной жидкости самотеком в дополнительную емкость для возможности ее использования при необходимости. Контроль слива жидкости по уровнемеру 46.
По завершению слива жидкости из емкости 1, при подключенном источнике давления воздуха, например компрессора (на фиг. не приведен) к системе периодической очистки установки переключают воздухораспределитель 17 в положение 17б при этом воздух из источника сжатого воздуха, через воздушный редуктор 13 (контроль давления по манометру 15) воздух проходит через воздухоочиститель 14, счетчик 16 расхода воздуха, далее открывая обратный клапан 44, вытесняет жидкости, проходит теплообменник 4, насос 3 и поступает в емкость 1, при открытом кране 26 и закрытых кранах 27, 28, 30, выдавливая остатки жидкости в дополнительную емкость через кран 37. Операция завершается при проходе через кран 37 чистого (без капелек жидкости) воздуха. Установка готова к проведению новых испытательных работ на новой жидкости.
2
2
Таким образом установка в полном объеме обеспечивается выполнение всех операций по испытанию средств очистки жидкостей, для нефтепродуктов с удельной вязкостью от 3 до 4,5 мм/с, так и масел и других жидкостей с вязкостью от 8 до 30 мм/с.