Selbstreinigender Automatikfilter garantiert feststofffreies Wasser

Für die kontinuierliche Filtration

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Der Einsatz von Wasser aus offenen Systemen stellt hohe Anforderungen an die Filtration in Bezug auf Abscheidequalität und Verfahrenssicherheit. Der nach dem Bernoulli-Prinzip abreinigende SAB-Automatik-Filter zeichnet sich durch seine einfache kompakte Bauart aus und ist in jeder Einbaulage montierbar. Die Verwendung korrosionsbeständiger Werkstoffe gewährleistet auch in Salzwassersystemen minimalen Wartungsaufwand und hohe Betriebssicherheit.

Dipl.-Ing. Alexander Matosovic

Der SAB-Filter Typ F 450 von Georg Schünemann (Abb. 1) wird je nach erforderlicher Filterfeinheit und zu erwartender Schmutzart mit einem Edelstahl-Filterelement aus perforiertem Lochblech oder als Spaltsieb (Kantenspaltrohr) eingesetzt. Der Filter wird axial vom Medium angeströmt. Die Filtration verläuft von innen nach außen. Das gereinigte Medium verlässt den Filter über den radial angeordneten Austrittsflansch.
Im Gehäuseoberteil gegenüber der Eintrittsöffnung ist eine axial verschiebbare Spülscheibe angeordnet, die während des Rückspülens mit Hilfe eines Pneumatikzylinders im Filterelement hin- und herbewegt wird. Ebenfalls im Gehäuseoberteil befindet sich oberhalb des Siebeinsatzes die Spülarmatur. Ein Differenzdruckmesssystem initiiert den Spülvorgang. Mit der Steuereinheit werden alle Betriebszustände überwacht. Die serielle Schnittstelle ermöglicht eine direkte Übertragung der aufgenommene Daten auf die ZLT.
Funktionsweise
Der SAB-Filter F 450 wird zur Filtration von Flüssigkeiten in unter Druck stehenden Systemen eingesetzt. Während des Filtrationsbetriebes ist die Spülarmatur geschlossen (Abb. 2, links). Der am Gehäusedeckel montierte Pneumatikkolben mit der Spülscheibe befindet sich in seiner Ausgangsstellung außerhalb des Filterelements. Die abgeschiedenen Feststoffe belegen die Innenseite des Filterelementes.
Nach Bernoulli ist das Produkt aus Geschwindigkeit und Druck in strömenden Flüssigkeiten konstant. Das bedeutet, bei Absenkung der Strömungsgeschwindigkeit steigt der statische Druck. Durch die spezielle Geometrie im SAB-Filter und die Anordnung der Flansche folgt die Anlagerung von Schmutzstoffen an der Siebinnenseite aufgrund der Druckverhältnisse einem definierten Verlauf. Das Sieb belegt sich nach einem Reinigungsvorgang zuerst am Ende des Siebeinsatzes und von dort, entlang der Innenseite des Siebes, bis zum Eintritt.
Während der Verschmutzung steigt der Druck im Sieb am Filtereintritt immer mehr an und übersteigt schließlich den Außendruck.
Die Rückspülung der belegten Filterfläche wird entweder durch Erreichen des am Druckmesssystems eingestellten Differenzdrucks oder nach einem voreingestellten Zeitintervall aktiviert und findet in zwei Phasen statt. Zunächst wird die Spülarmatur gegen Atmosphärendruck geöffnet und der Spülstrom freigegeben (Abb. 2, Mitte). Die leicht abspülbaren Grobpartikel heben sich dadurch von der Filterfläche ab, strömen in Richtung Schmutzausgang und verlassen das Filter über die Spülarmatur. Durch diese Maßnahme ergibt sich noch kein Reinigungseffekt in der perforierten Filterfläche. Die erste Spülphase erstreckt sich über einen Zeitraum von ca. 5 s. Die Spülmenge wird durch Anpassung des Querschnitt der Spülarmatur optimal auf die jeweiligen Betriebsbedingungen abgestimmt und gering gehalten.
Der Abreinigungsmechanismus der 2. Phase folgt ebenfalls dem Bernoulli-Prinzip (Abb. 2, rechts). Durch den Druckluftzylinder wird die besonders ausgeformte Spülscheibe an der Siebinnenfläche vorbeigeleitet. Die Spülscheibe reduziert den Strömungsquerschnitt im Siebinnern. Das bewirkt eine partielle Geschwindigkeitssteigerung zwischen Scheibe und Filtereinsatz. Der statische Druck wird in diesem Bereich durch die Geschwindigkeitserhöhung drastisch reduziert. Der hierbei entstehende örtliche Druckabfall hat ein innenseitiges Absaugen des Filtereinsatzes zur Folge.
Die Ablagerungen werden durch den Druckabfall bzw. die partielle Strömungsumkehr von der sauberen zur Schmutzseite aus den Spalten herausgelöst und über die Spülarmatur entsorgt. Die Spülscheibe bewegt sich zur vollständigen Abreinigung ggf. mehrfach an der verschmutzten Siebinnenseite entlang. Danach fährt der Pneumatikzylinder in seine Ruheposition zurück und die Spülarmatur wird wieder geschlossen.
Der Filter ist mit einem Überwachungssystem ausgerüstet, das den Verlauf des Spülens automatisch in Kraft treten lässt, ehe eventuelle Versetzungen des Filtereinsatzes zu Durchflussminderungen führen. Nach Erreichen des voreingestellten maximalen Differenzdruckes wird die Spülung durch die Steuerung ausgelöst. Während der Spülung wird der Filtratstrom nicht unterbrochen. Sollte der Kolben aufgrund von festgesetzten groben Verschmutzungen während des Spülvorgangs nicht seine definierte Strecke im Sieb abfahren können, erfolgt eine automatische Wiederholung der Spülung.
Druckverhältnisse im Filter
Durch die Geometrie des Filters und der dadurch hohen Strömungsgeschwindigkeit am Filtereintritt herrscht im Sieb ein geringerer Druck als außerhalb des Siebes. Erst mit nachlassender Strömungsgeschwindigkeit steigt der Druck im Sieb an und ist nach ca. 1/3 Sieblänge innen höher als außen. Durch diese Druckverhältnisse lagern sich die Verschmutzungen zuerst am Ende des Siebes ab. Das Sieb setzt sich von oben nach unten immer mehr zu. Während der Verschmutzung steigt der Druck im Sieb am Filtereintritt immer mehr an und wird größer als außerhalb des Siebes. Nach Erreichen eines Differenzdruckes von 0,11 bar wird durch den Differenzdruckschalter die Spülung ausgelöst. Der Differenzdruck ist erreicht, wenn ungefähr 2/3 des Siebes verschmutzt sind.
Die Spülscheibe bzw. Kolben wird so ausgelegt, dass sie diese 2/3 Sieblänge überstreicht, um nicht den gesamten Flüssigkeitsstrom zu unterbrechen. Die Abreinigung des nicht überstrichenen Bereiches ist durch die besonderen Druckverhältnisse und vorliegenden Strömungsgeschwindigkeiten gewährleistet. Nach der Abreinigung des Siebes verringert sich der statische Druck im nicht überstrichenen Bereich, was einen Rückspüleffekt auslöst.
Vorteile des Bernoulli-Filters
Die Filtergröße ist unabhängig von der Filterfeinheit und wird nur von der Durchflussleistung bestimmt. Mit Filterfeinheiten ab 200 µm bewältigt dieser robuste Filter Wassermengen von mehr als 4000 m³/h. Die einfache Konstruktion ermöglicht den Einbau in nahezu jedes vorhandene Rohrleitungssystem. Durch den minimalem Wartungsaufwand und die leichte Bauweise sind auch Montageorte an schwer zugänglichen Standorten möglich. Wenig bewegte Innenteile bedeuten geringen Verschleiß, hohe Betriebssicherheit und niedrige Wartungskosten. Die großen Durchflussleistungen bei niedrigen Spülverlusten machen den Filter besonders wirtschaftlich. Der SAB-Automatikfilter Typ F 450 ist deshalb auch preislich eine Alternative zu manuell bedienbaren und personalkostenintensiven Filtern.
Weiter Vorteile sind:
• Der Bernoulli-Filter F 450 ist für eine kontinuierliche, unterbrechungsfreie Filtration ausgelegt.
• Selbst bei großen Durchflussmengen entsteht nur ein äußerst geringer Druckabfall. Ein Betriebsdruck von nur 0,3 bar ist ausreichend.
• Der Filter kann platzsparend direkt in die Rohrleitung montiert werden – sowohl vertikal als auch horizontal und sogar kopfüber.
• Werkstoffe wie Edelstahl, Stahl beschichtet, GFK (Glasfaserkunststoff) oder PVC sorgen für Beständigkeit gegenüber aggressiven Inhaltstoffen.
Anwendungsbeispiel
Ein großer deutscher Chemiekonzern setzt zahlreiche der Automatikfilter F 450 zur Filtration von Flusswasser ein, das z. B. zum Kühlen von Wärmetauschern benötigt wird. Die Filtration soll ein Zusetzen der Wärmetauscher verhindern bzw. ihre Standzeit erhöhen. Die Wärmetauscher sind Teil einer Propionsäure-Anlage. Das Wasser wird direkt aus dem Rhein entnommen und enthält typische Verunreinigungen wie kleine Muscheln, Sand, Algen, Steine u.v.a.m.
Entsprechend diesen Voraussetzungen wählte man einen selbstreinigenden Automatikfilter Bernoulli F 450 DN 250 PN 16 mit folgenden technischen Merkmalen:
• Filterfeinheit: 200 µm/Kantenspaltsieb
• Gehäusewerkstoff: 1.4571/1.4435
• Nennweite: DN 250
• Durchfluss: 500 m3/h
• Betriebsdruck: 5 bar
• Temperatur: 40 °C
Die Spülung wird Zeit- und Differenzdruck-gesteuert (0,11 bar) eingeleitet. Das Zeitintervall beträgt 12 Stunden. Wenn der eingestellte Differenzdruck vor Ablauf dieser Zeit erreicht wird, beginnt der Spülvorgang automatisch schon vorher. Während der Abreinigung wird die Filtration nicht unterbrochen. Durch das geöffnete Spülventil werden die Partikel ausgetragen.
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