CC BY
25
УДК 662.75; 62-732
НОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ РЕСУРСА ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Ф.Е. Шарыкин
Проведен анализ способов контроля целостности и оценки ресурса фильтрующих элементов, рассмотрены материалы по обоснованию применения нового метода контроля ресурса бумажных фильтрующих элементов, представлена принципиальная схема установки, реализующей данный метод.
Ключевые слова: фильтрующий элемент, ресурс, герметичность, нефтепродукт, чистота, перепад давления, поверхностное натяжение.
Одним из важных эксплуатационных показателей фильтрующих элементов (далее - ФЭ) является ресурс их работы, за который принимается количество жидкости определенной загрязненности, прошедшей через фильтрующую перегородку до достижения допустимого перепада давления [1]. Он устанавливается производителями с учетом анализа номинальных показателей фильтрования, при этом номинальная тонкость фильтрования должна быть не менее установленного уровня.
Согласно ГОСТ Р 18.12.02 [2] отечественные изготовители ФЭ уточняют ограничения по их применению в технических условиях в зависимости от предельных значений концентрации загрязнений в нефтепродукте на входе в фильтр. В то же время в эксплуатационных документах (паспорт, этикетка) на ФЭ представлены только данные по перепаду давления и температуре эксплуатации, то есть не учитывается возможное изменение фильтрационных показателей пористой перегородки в процессе эксплуатации. Прежде всего это относится к бумажным ФЭ, которые имеют относительно низкие физико-механические свойства материала (прочность, влагостойкость, вымываемость волокон) [3].
Как правило, при эксплуатации не всегда обеспечивается допустимая концентрация загрязнений нефтепродуктов (в том числе воды) на входе в фильтр (фильтр-водоотделитель), что особо важно в процессах обеспечения авиационным топливом. На входной поверхности пористой перегородки ФЭ из потока нефтепродукта задерживаются капли воды размером, более размера (условного диаметра) порового канала, то есть ФЭ работает в режиме сепаратора. При снижении расхода нефтепродукта удерживающая гидравлическая сила снижается и капли воды скатываются в нижнюю часть ФЭ, где увеличение концентрации воды приводит к намоканию и разрушению фильтрующего материала.
В соответствии с требованиями нормативных документов [2, 4] допустимый параметр вымываемости волокон составляет 10 шт./л. При прокачке значительного количества нефтепродукта суммарное (допустимое) количество вымываемых волокон может достигать больших значений (до 10000 шт. на 1 м3) и приводить к деградации порового пространства. Такой процесс происходит более интенсивно при достижении перепада давления более 1,1 кг/см2 (при максимально допустимом 1,5 кг/см2), так как частичная закупорка пористой перегородки приводит к увеличению перепада давления на всей ее поверхности, в том числе в оставшихся поровых каналах, которые в свою очередь разрушаются, увеличивая условные диаметры в 5-8 раз. При разрушении поро-вых каналов уменьшается герметичность ФЭ и, как следствие, ухудшается номинальная тонкость фильтрования, при этом рост перепада давления на ФЭ прекращается [3].
За рубежом требования по предельным концентрациям загрязнений в нефтепродукте на входе в фильтр регламентированы АРМР 1581 [5] и являются более высокими по отношению к отечественным, что исключает использование целлюлозных фильтрующих бумаг при производстве ФЭ.
551
Указанные параметры фактической концентраций загрязнений и продолжительности их воздействия в эксплуатации практически невозможно отследить. А такие показатели, как объем отфильтрованного нефтепродукта и предельный перепад давления являются косвенными показателями ресурса и не отражают фактическое состояние ФЭ [6-7].
По данным исследований фирмы PALL [8] количество пропущенных частиц размером более 5 мкм с момента достижения перепада давления от 2,5 % до 80 % предельно допустимого (90 % временного ресурса), увеличивается в 100-1000 раз. При этом герметичность ФЭ снижается с 300 мм водного столба (для размера максимальных пор 5 мкм) до значений 100 мм водного столба (для размера максимальных пор 25 мкм).
Показателем герметичности ФЭ является величина давления воздуха, прошедшего через ФЭ, при котором наблюдается появление первого пузырька воздуха [9]. По своей физической сути он является функцией двух показателей: поверхностного натяжения используемой жидкости и диаметра максимальной поры (канала) фильтрующего материала. Таким образом, при очистке нефтепродуктов от загрязнений необходимо учитывать не только косвенные показатели ресурса ФЭ, но и герметичность [3]. Это наиболее удобный и простой параметр контроля граничного состояния ФЭ, который характеризует максимальный диаметр порового канала. Его снижение в процессе эксплуатации ФЭ на недопустимый уровень приводит к пропуску загрязнений большего размера и является параметром потери работоспособности ФЭ.
Цель контроля ресурса ФЭ - определение момента потери заявленных значений номинальной тонкости фильтрования в рабочем процессе очистки нефтепродуктов и своевременная замена ФЭ.
Известные способы контроля целостности и определения ресурса ФЭ [10-13] имеют различные недостатки: значительную погрешность, обусловленную тем, что не учитывается процесс разрушения поровых каналов; отсутствием возможности определения момента потери работоспособности ФЭ и его фактического ресурса; низкую точность, обусловленную использованием гидравлического удара, способствующего интенсивному разрушению поровых каналов; применением в качестве рабочего агента дополнительных сред, усложняющих и удорожающих процесс. Кроме того, не учитывается возможная потеря работоспособности ФЭ с невысокой степенью загрязненности.
В связи с изложенным предлагается новый метод контроля ресурса ФЭ [14], позволяющий повысить точность определения данного показателя. На рис. 1 представлена принципиальная схема установки, реализующей метод контроля.
Для определения ресурса работы ФЭ был использован образец марки ФЭ-100-5-1-М производства ООО «Элион-2» со следующими характеристиками:
3
ресурс ФЭ - не менее 550 м (2 года);
материал ФЭ - бумага целлюлозная 882/2 VH 206 производства Hollingsworth&Vose с эпоксидной пропиткой;
номинальная тонкость фильтрования (5 мкм) достигнута в изделии путем сочетания трех слоев целлюлозной бумаги;
герметичность - 300 мм водного столба;
2
предельно допустимый перепад давления - 1,5 кг/см .
В качестве используемого нефтепродукта брали топливо для реактивных двигателей марки ТС-1. По справочнику определяли величины поверхностного натяжения топлива и изопропанола при 20 оС. В емкости с ТС-1 добавлялся стандартный искусственный загрязнитель с известным распределением частиц по размерам (кварцевая пыль 1050 м2/кг) [15].
Рис. 1. Принципиальная схема установки, реализующей метод контроля: 1 — фильтрующий элемент; 2 — герметичная камера; 3 — цилиндрический прозрачный корпус; 4 — магистраль подвода жидкости; 5 — магистраль отвода жидкости; 6, 7, 9,12 — запорные вентили; 8 — магистраль подачи воздуха; 10 — манометр; 11 — магистраль отвода воздуха; 13 — дифференциальный манометр; 14 — емкость для подготовки нефтепродукта
Вертикально закрепляли в прозрачной камере полностью погруженный в топливо ФЭ и осуществляли прокачку смешанного с искусственным загрязнителем топлива снаружи-внутрь ФЭ. При прокачке топлива фиксировали перепад давления на ФЭ через равные величины его прироста. После каждого прироста перепада давления на величину, равную 10 % предельно допустимого значения, прокачку прекращали и подавали под давлением воздух изнутри-наружу ФЭ до момента появления на его поверхности первого пузырька воздуха. Фиксируя величину давления воздуха (показание манометра) в этот момент, замеряли расстояние (Н, мм) от точки появления первого пузырька воздуха до уровня топлива над ФЭ. Сущность данных измерений сводилась к определению гидростатического давления в точке А, которое зависело от плотности топлива. После рассчитывали герметичность ФЭ по следующей зависимости:
Г =^\рв -Н-рн 10-3)
5И
где Г - герметичность ФЭ, мм водного столба; 8Н - поверхностное натяжение нефтепродукта, мН/м; 8И - поверхностное натяжение изопропанола, мН/м; РВ - давление воздуха в момент появления первого пузырька, мм водного столба; рН - плотность нефтепродукта, кг/м3.
При величине герметичности не менее 300 мм водного столба несколько раз последовательно повторяли процесс загрязнения ФЭ и определяли данный показатель до достижения предельного перепада давления или до получения его величины менее 300 мм водного столба.
Результаты испытаний ФЭ представлены в таблице.
Результаты испытаний ФЭ марки ФЭ-100-5-1-М
№ измерения Рн , кг/см3 d, мН/м d , мН/м рв , мм. вод. ст. DP, кг/см3 Н, мм Г , мм. вод. ст.
1 780 24,53 24,00 355 0,15 66 310,2
2 780 24,53 24,00 367 0,27 83 308,9
3 780 24,53 24,00 371 0,44 92 305,8
4 780 24,53 24,00 379 0,63 105 303,6
5 780 24,53 24,00 385 0,75 130 283,8
Из данных таблицы видно, что при пятом измерении и достижении перепада давления 0,75 кг/см2 герметичность соответствует 283,84 мм водного столба (не превышает 300 мм водного столба), следовательно, ресурс испытуемого ФЭ исчерпан. Фактический объем прокаченного топлива составил при этом 470 м3. По результатам испытания ФЭ марки ФЭ-100-5-1 рекомендуется его использование до достижения перепада давления не более 0,75 кг/см2, несмотря на то, что паспортные показатели предельного перепада давления - 1,5 кг/см2 и ресурса - не менее 550 м3 не достигнуты.
Относительная сходимость и воспроизвродимость полученных результатов с доверительной вероятностью 0,95 свидетельствует о приемлемости метода контроля ресурса ФЭ для оценки его герметичности.
Учитывая относительно невысокие ресурсные показатели традиционных фильтров (фильтров-сепараторов) с ФЭ из целлюлозных бумаг, применение разработанного метода контроля ресурса ФЭ позволит более эффективно определять момент потери заявленных значений номинальной тонкости фильтрования при очистке нефтепродуктов и своевременно осуществлять замену ФЭ. Метод может быть рекомендован к использованию в процессах топливоподготовки на предприятиях нефтепродуктообеспе-чения.
Список литературы
1. Коваленко В.П., Ильинский А. А. Основы техники очистки жидкости от механических загрязнений. М.: Химия, 1982. 340 с.
2. ГОСТ Р 18.12.02-2017 Технологии авиатопливообеспечения. Оборудование типовых схем авиатопливообеспечения. Общие технические требования. М.: Стандар-тинформ, 2018. 50 с.
3. Галко С.А., Шарыкин Ф.Е., Смульский А.В., Смульская М.А. Оценка ресурса фильтроэлементов // Нефтепереработка и нефтехимия, 2013. № 9. С. 47-50.
4. ГОСТ 28912-91 Фильтры складские и фильтры сепараторы. Технические условия. М.: Стандартинформ, 1991. 19 с.
5. Спецификация API/IP 1581. Технические требования и порядок квалификационной оценки топливных фильтров-водоотделителей. 5-е. издание, 2002. 44 с.
6. Браилко А.А. Метод непрерывного мониторинга чистоты авиатоплива в технологической схеме топливообеспечения воздушных судов: дисс. канд. техн. наук: 05.22.14. М., 2018. 134 с.
7. Бродский Г.С. Фильтры и системы фильтрации для мобильных машин. М.: Горная Промышленность, 2004. 360 с.
8. Проспект фирмы PALL. Фильтры Ultipleat SRT. Революция в фильтрации. Reorder Code. RFB - P211 russ. 28.02.2006. 10 с.
9. ГОСТ Р 50554-93 Промышленная чистота. Фильтры и фильтрующие элементы. Методы испытаний. М.: Госстандарт, 1993. 37 с.
10. Патент 2035967 РФ. Способ определения ресурса работы фильтроэлементов / А.С. Поляков, А.П. Белкин, Н.А. Димитров, Б.С. Квашнин, С.А. Карпекин, А.А. Хайров, Ю.П. Знаменский, С.Б. Самсонов, Опубл. 27.05.1995. Бюл. № 15.
11. Патент 2050934 РФ. Способ определения ресурса фильтров для очистки жидкостей / С. А. Карпекин, А.С. Поляков, А. А. Хайров, Опубл. 27.12.1995. Бюл. № 36.
12. Патент 2113706 РФ. Способ контроля целостности фильтрующего элемента и фильтрационный блок / Х. Фогельманн, Опубл. 20.06.1998. Бюл. № 17.
13. Патент 2261423 РФ. Способ оценки герметичности фильтрующих материалов, элементов фильтрующих и элементов коагулирующих / Б.И. Булынко, В.С. Антонов. Опубл. 27.09.2005. Бюл. № 27.
14. Патент 2520488 РФ. Способ контроля ресурса фильтроэлемента / А.В. Смульский, С.А. Галко, Ф.Е. Шарыкин. Опубл. 27.06.2014. Бюл. № 18.
15. ГОСТ 14146-88 Фильтры очистки топлива дизелей. Общие технические условия. М.: Госстандарт, 1988. 18 с.
Шарыкин Федор Евгеньевич, старший научный сотрудник, fedor_rf@mail.ru, Россия, Москва, ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»
NEW QUALITY MONITORING OF THE RESOURCE FILTERING ELEMENTS
F.E. Sharykin
The article presents the analysis of ways of the control of integrity and an estimation of a resource of filtering elements is carried out, materials on a substantiation of application of a new quality monitoring of a resource ofpaper filtering elements are considered, the basic scheme of the installation realising the given method is presented.
Key words: filtering element, a resource, tightness, mineral oil, cleanliness, pressure difference, a superficial tension.
Sharykin Fedor Evgenevich, the senior scientific employee, fedor_rf@,mail.ru, Russia, Moscow, FAE «The 25-th State Research Institute of Himmotology, Ministry of Defence of Russian Federation»
УДК 623.4
МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ВОЗДУШНОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОБСТАНОВКИ В ИНТЕРЕСАХ ОБНАРУЖЕНИЯ ТАКТИЧЕСКИХ БЛА
С.Ю. Козлов
Статья посвящена вопросам оценки радиоэлектронной обстановки тактического звена управления для обнаружения тактических беспилотных летательных аппаратов по излучениям их радиоэлектронного оборудования. Разработана и предложена модель оценки радиоэлектронной обстановки, учитывающая траектории полета беспилотных летательных аппаратов, параметры радиоизлучений и условия распространения радиоволн на дальности прямой видимости.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, радиоэлектронная обстановка, распространение радиоволн.
Динамичное развитие радиоэлектроники и информационных технологий способствует активному внедрению в вооруженные силы различных стран автоматизированных систем управления и связи, радиоэлектронных средств разведки, наведения,
555
