工业装置及管道中过滤器设计选型的基本方法

工业装置和管道中过滤器设计选型的基本方法过滤器是工业生产流程常见的设备，其作用是通过过滤介质阻挡物料中一定粒度大小范围内的杂质通过阀门、仪表、设备等，提高产品洁净度，满足产品的固含量要求或下游工艺要求，同时也可避免杂物卡阻机构动作、磨损间隙表面、从而保证这些设备安全运转。下面简单阐述过滤器设计选型的一般原则和基本方法。一、过滤器设计选型前应明确的工况条件同所有机械一样，设计选型前必须明确设备使用的工况条件，在相关流程中的工艺位置，就过滤而言，必须明确以下几点：1)过滤器上游和下游的设备类型，特别是要明确过滤器下游的设备或工艺对过滤后介质清洁程度的要求；2)被过滤介质的类别、物理性质、化学性质，特别要明确介质的粘度和其中可能的杂质的类别；3)过滤器使用的场所和环境、介质温度、工作压力；4)过滤器的工艺连接标准和形式二、过滤器设计选型的一般方法1.确定进出口通径过滤器的进出口通径不应小于其后端被保护设备的进口通径，一般应和设备通径一致。2.确定公称压力原则上应按过滤器所在的工艺管线可能出现的最高压力来确定过滤器的压力等级，但是，通常过滤器所保护的设备在设计和选型时已全面考虑了系统的压力界限，所以，可将过滤器的压力等级视为和被保护设备的压力等相同。对设计人员，设备承压的计算与校核必不可少，在此有必要给出过滤器最高压力的计算方法：首先应明确，金属材料的机械强度和其所受温度是关联的，随着温度的升高，金属材料的承压能力会下降，过滤器安全运行的最高压力与温度的关系可用下式计算：Pmax=Pn-K△T…………………式（1）Pmax—过滤器所能承受的最高工作压力MPa；Pn—过滤器的公称压力MPa；T—过滤器使用的最高工作温度℃；△T—温度差值℃；K—强度衰变系数MPa/℃；K值可按以下经验值选取：a)当温度≤200℃时K=0；b)当为铸铁过滤器，工作温度在200～300℃时K=0-0.004；c)当为碳钢过滤器，工作温度在200～400℃时K=0.0016-0.008；d)当为合金钢过滤器，工作温度在200～400℃K=0.0006-0.006；e)当为不锈钢过滤器，工作温度在200～400℃时，K=0.00018-0.006；温度在200-400℃之间可用内差值法确定K值，但在这个区间内K值变化很小，所以通常当温度较高时K值取上限，当温度较低时K值取下限。根据标准HG/T21637-2021，通过上面公式进行工艺计算，得出过滤器最大工作压力不应大于过滤器公称压力减去计算出的压力值（K△T）。​3.过滤面积的确定过滤面积的计算基本上不用公式计算，我们选型时主要依据的是实验数据。根据过滤器流量方面的基本特性，有效分析影响流量的相关因素，进而为系统设计人员提供过滤器选型的基本原则。确定过滤器自身流量的基本依据对于任一特定的过滤器而言，随着流量的增减，其自身产生的阻力将以过滤器进、出口间产生的压差的形式表示出来，过滤器的压差随着通过流量的加大而加大，呈现出二次曲线的变化规律。在实际应用中，由于滤芯强度和能量损失等原因，压差一般不允许过高，所以常规设计产品的压差-流量曲线，用户可以根据压差来选择各种尺寸的过滤器以满足流量要求。影响过滤器压差-流量特性主要有下面三个因素：1）过滤面积过滤器过滤面积的增大会使通过的流量成正比地增加。2）过滤精度过滤精度对过滤器所通过流量的影响是相当大的。由于受滤材结构、滤芯制作工艺等因素的影响，精度与流量之间没有固定的比例变化关系，但一般来说，过滤精度越高，其通过的流量越小。3）介质粘度介质粘度变化对于通过流量会发生影响，因为过滤器厂家提供的压差-流量特性曲线都是按同一个标准粘度做出的，因此在这种情况下选用过滤器时，一定要认真考虑粘度对流量产生的影响。因此，过滤有三大曲线：流量压差曲线（δp-q），粒径与过滤比曲线（μ-β），时间与压降曲线（t-δp）因此，计算过滤面积时要依据这三个曲线，其中最主要的是流量压差曲线。目前最权威的测试方法是ISO4572多次通过试验标准。表2额定流量100L/min下过滤系统的压降编号清洁过滤器压降过滤器空壳压降清净滤芯压降备注1#、2#、3-1#、4#0.11MPa0.11MPa0MPa第一次检测5#、6#0.08MPa0.07MPa0.01MPa第二次检测图1滤芯压降流量特性过滤面积计算步骤：①确定过滤精度，选择何种滤材；②根据给定压降，对滤材进行流量压差测试，得出合适流量（l/min）；③根据所得流量，除以试验滤材的面积，计算流速（l/min.m²）；④根据流速和实际应用的流量，确定过滤面积，流量/流速=过滤面积；⑤根据所选用的过滤面积和滤材确定滤芯结构形式；4.过滤器壳体材质的选用过滤器壳体的材质原则上应选择与工艺管道相同的材质，也要综合工况条件选择铸铁、碳钢、低合金钢或不锈钢材质的过滤器。附：工艺管道选材标准材料类别标准号标准名称管子GB/T3087低中压锅炉用无缝钢管GB/T3091低压流体输送用焊接钢管GB/T5310高压锅炉用无缝钢管GB/T6479高压化肥设备用无缝钢管GB/T8163输送流体用无缝钢普GB/T9711石油天然气工业管线输送系统用钢管GB/T9948石油裂化用无缝钢管GB/T12771流体输送用不锈钢焊接钢管GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管SY/T5037普通流体输送管道用埋弧焊钢管管件GB/T13401钢制对焊管件技术规范GB/T14383锻制承插焊和螺纹管件SH/T3408石油化工钢制对焊管件钢板GB/T713锅炉和压力容器用钢板GB/T3274碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢板和钢带GB/T3531低温压力容器用钢板GB/T24511承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带铸件GB/T12229通用阀门碳素钢铸件技术条件锻件N