过滤器

过滤器拦截管道中的碎屑，如水垢、锈蚀、密封胶和焊接金属，保护设备和工艺过程。本教程考虑了正在使用的过滤器和滤网类型范围，以及如何为不同应用选型和选择。

过滤器

随着市场竞争日益激烈，减少设备停机时间和维护受到了更多重视。在蒸汽和冷凝水系统中，设备损坏经常由管道碎屑引起，如水垢、锈蚀、密封胶、焊接金属和其他可能进入管道系统的固体。过滤器是截留流动液体或气体中这些固体的装置，保护设备免受其有害影响，从而减少停机时间和维护。应在每个蒸汽疏水阀、流量计和控制阀的上游安装过滤器。 过滤器可以根据其阀体配置分为两种主要类型；即Y型和篮式。这些类型过滤器的典型示例可以在图12.4.1中看到。

Y型过滤器

对于蒸汽，Y型过滤器是通常的标准，几乎普遍使用。其阀体具有紧凑的圆柱形，非常坚固，可以承受高压。它实际上是一个压力容器，Y型过滤器能承受高达400 bar g的压力并不少见。然而，在这些压力下使用过滤器因与该压力下蒸汽相关的高温而变得复杂；因此必须使用铬钼钢等特殊材料。 虽然有例外，但就尺寸而言，Y型过滤器的容垢能力低于篮式过滤器，这意味着它们需要更频繁的清洁。在蒸汽系统中，这通常不是问题，除非存在高水平的锈蚀，或在调试后立即可能引入大量碎屑。在预期有大量碎屑的应用中，通常可以在过滤器盖上安装排污阀，使过滤器能够利用蒸汽的压力进行清洁，而无需关闭设备。 水平蒸汽或气体管线中的Y型过滤器应安装为集污腔处于水平面（图12.4.2(a)）。这防止水在集污腔中积聚，有助于防止水滴被夹带，这可能导致侵蚀并影响热传递过程。 然而，在液体系统中，集污腔应垂直向下（图12.4.2(b)），这确保在低流量条件下已清除的碎屑不会被吸回上游管道。 虽然建议在水平管线中安装过滤器，但这并非总是可能的，如果流动方向向下，可以安装在垂直管道中，在这种情况下碎屑自然被引导到集污腔中（图12.4.2(c)）。向上流动时无法安装，因为过滤器必须安装为集污腔开口向下，碎屑会落回管道。

直通式和角式过滤器

除了Y型过滤器外，蒸汽系统中还使用几种不同的阀体配置，即直通式和角式过滤器。如图12.4.3所示。这些类型的过滤器与Y型过滤器功能类似，性能相似。当蒸汽管道的几何形状不适合使用Y型过滤器时使用。

篮式过滤器

篮式或罐式过滤器的特点是垂直定向的腔室，通常比Y型过滤器更大。就尺寸而言，篮式过滤器的压力降比Y型小，因为它具有更大的自由过滤面积，这使篮式过滤器成为液体应用的首选类型。由于容垢能力也比Y型过滤器大，篮式过滤器也用于较大直径的蒸汽管道。 篮式过滤器只能安装在水平管道中，对于较大、较重的篮式过滤器，需要支撑过滤器底部。 当篮式过滤器用于蒸汽系统时，可能会形成大量冷凝水。因此，为蒸汽系统设计的过滤器通常有一个排污塞，可以安装蒸汽疏水阀来排出冷凝水。 篮式过滤器通常以双联式布置。第二个过滤器与主过滤器并联放置，流量可以通过两个过滤器中的任何一个转向。这便于在流体系统仍在运行时清洁过滤器单元，减少维护停机时间。

精密滤网

虽然过滤器可以去除蒸汽中所有可见的颗粒，但有时需要去除更小的颗粒，例如在以下应用中：

• 当蒸汽直接注入工艺过程时，可能污染产品。示例：食品工业，以及制药工业中工艺设备的灭菌。
• 当不洁蒸汽可能因着色或可见颗粒残留而导致产品或工艺批次被拒收。示例：灭菌器和纸张/纸板机。
• 当蒸汽加湿器需要最少的颗粒排放时。示例：在”洁净”环境中使用的加湿器。
• 用于降低蒸汽含水量，确保干燥、饱和的供应。 在此类”洁净蒸汽”应用中，过滤器不合适，必须使用精密滤网。蒸汽系统中使用的精密滤网通常由烧结不锈钢滤芯组成。烧结工艺在不锈钢中产生精细的多孔结构，可以去除通过它的流体中的任何颗粒。能够去除小至1 μm颗粒的精密滤网可供使用，符合烹饪蒸汽的良好实践要求。

滤芯的精细多孔性质将在精密滤网两端产生比相同尺寸过滤器更大的压力降；在为这类精密滤网选型时必须仔细考虑。此外，精密滤网容易因过大流量而损坏，不应超过制造商规定的限制。

当精密滤网用于蒸汽或气体应用时，应在精密滤网上游安装汽水分离器，以去除悬浮的冷凝水滴。除了提高蒸汽质量外，这还将延长精密滤网的使用寿命。还应在精密滤网上游安装Y型过滤器，以去除所有较大的颗粒，否则这些颗粒会迅速堵塞精密滤网，增加清洁次数并降低滤芯寿命。通过在精密滤网两侧安装压力表，可以测量通过精密滤网的压力降，然后可用于确定精密滤网何时需要清洁。替代方案是在精密滤网的下游侧安装压力开关。当下游压力降至设定水平以下时，控制室中的报警灯会亮起，提醒操作员清洁精密滤网。

过滤器滤网

过滤器中使用的滤网有两种类型：

• 穿孔滤网—— 这些是通过使用多头冲床在所需材料的平板上冲出大量孔形成的。然后将穿孔板卷成管状并点焊在一起。 这些是相对粗糙的滤网，孔径通常在0.8 mm到3.2 mm之间。因此，穿孔滤网仅适用于去除一般的管道碎屑。
• 丝网滤网—— 细丝被制成网格或网状排列。然后通常将其层压在穿孔滤网上，穿孔滤网用作丝网的支撑笼。 通过使用丝网滤网，可以产生比穿孔滤网小得多的孔径。可以实现小至0.07 mm的孔径。因此，它们用于去除更小的颗粒，这些颗粒会穿过穿孔滤网。丝网滤网通常以”目”来指定；这代表每线性英寸滤网的开口数，从丝的中心线测量。图12.4.6显示了一个3目滤网。

丝网滤网中相应的孔径由丝径和目数确定；通常由制造商指定。允许通过滤网的最大颗粒尺寸可以使用几何方法确定。例如，如果指定200目滤网且制造商规格说明孔径为0.076 mm，则可以通过勾股定理找到通过滤网的最大颗粒尺寸：

这个尺寸的问题在于滤网是二维的，颗粒必须以特定方向到达孔口。因此，如果一个细长的颗粒以”正面”方式到达过滤器，它可能被允许通过滤网。但是，如果它以”侧面”方式撞击孔口，它将被阻止。如果这可能成为问题，应使用更细的滤网。

过滤面积是可用于去除碎屑的面积。更大的过滤面积意味着清洁滤网的排污频率大大降低。 自由面积是孔口总面积占过滤总面积的比例，通常以百分比表示。这直接影响过滤器的流量能力。自由面积越大（滤网越粗糙），流量能力越高，最终通过过滤器的压力降越低。由于大多数过滤器滤网具有非常大的过滤面积和自由面积，当用于蒸汽或气体系统时，通过过滤器的压力降非常低（见示例12.4.1）。然而，在泵送水或粘性流体系统中，压力降可能很显著。过滤器应以容量指数或Kvs值来表示流量能力。

示例12.4.1

DN40过滤器的Kvs值为29，安装在直径40 mm的蒸汽管道系统上，该系统在8 bar g压力下通过500 kg/h的饱和蒸汽。通过过滤器的压力降是多少？ 使用公式3.21.2中的经验公式：

这相当于刚刚超过0.5%的压力降。

通过过滤器的压力降可以通过Kv值或压力损失图来确定。蒸汽流的方法在模块12.2中显示，水流在模块6.3中显示。 滤网通常有多种不同材料可供选择；蒸汽应用中最常用的是奥氏体不锈钢，因为其强度和耐腐蚀性。当过滤器用于专业化学品或海上应用时，应使用蒙乃尔合金滤网。

过滤器选项

除标准过滤器外，还有其他几种选择可用。

磁性插入件

磁性插入件可以放置在篮式过滤器中，以去除小型铁或钢碎屑。在铁或钢部件磨损的流体中可能存在小型铁或钢颗粒。这些颗粒甚至会穿过最细的丝网滤网，有必要使用磁性插入件。插入件的设计使所有流体以相对较低的速度通过磁铁，磁性元件足够强大以捕获和保持所有存在的金属颗粒。磁性材料通常封装在不锈钢等惰性材料中以防止腐蚀。

自清洁过滤器

有多种不同类型的自清洁过滤器，可以在不停机的情况下去除滤网上积聚的碎屑。清洁过程可以手动或自动启动；此外，自动清洁的过滤器通常可以设置为按周期清洁，或在通过过滤器的压力降增加时清洁。

• 机械式自清洁过滤器—— 使用某种形式的机械刮板或刷子，耙过滤网表面。它清除被困在滤网中的任何碎屑，使其落入过滤器底部的收集区域。
• 反冲洗式过滤器—— 反转通过滤网的流动方向。一组阀门切换，使水以反向方向引导通过滤网，并通过冲洗阀排出。流体清除被困在滤网中的任何碎屑，并将其携带到反冲洗流体中排入废水排水口。 除了机械式和反冲洗式过滤器外，还有几种独特设计的过滤器滤网。较常见的类型之一是金属圆盘、正边型过滤器（见图12.4.8）。过滤元件由一组圆盘组成，通过在带拉杆的主轴上安装的隔圈分开。隔圈或间隔件的厚度提供所需的过滤程度。被过滤流体的流动方向是从元件外部到空心核心，空心核心由主圆盘之间的空间形成。这意味着任何碎屑都被捕获在圆盘的外表面上。 为了清洁过滤器，通过外部手柄使整个过滤器盘组相对于一组与主盘组交错的固定清洁刀片旋转。在此旋转过程中，积聚的碎屑在清洁刀片的前缘积聚，并沉积到由特殊填料件在过滤器元件外表面形成的实心垂直凹槽中。由于流体不流过元件的这一部分，没有力将积聚的污垢保持在元件上，它落入过滤器底部的集污槽中。

临时过滤器

临时过滤器设计用于在启动期间保护设备和仪器。过滤器通常在新设备安装后的初始期间安装在一组法兰之间。建议安装等于或大于过滤器长度的管段，以便于安装或拆卸。 临时过滤器有三种基本配置，即锥形、篮式和板式。标准结构为穿孔滤网或单层重型丝网。可以在过滤器内部或外部添加丝网内衬以获得更精细的过滤能力。如果使用丝网，必须注意确保流动方向是朝向丝网的，穿孔金属作为备份。