bedrijfsnieuws over Wanneer moet u een filterpatroon vervangen?

In veel industriële filtratiesystemen worden filterpatronen volgens een vast schema vervangen: elke week, elke maand of na een bepaald aantal productiebatches.

Deze aanpak is handig, maar technisch niet altijd juist.

De werkelijke levensduur van een filterpatroon is afhankelijk van de concentratie van verontreinigingen, het debiet, de viscositeit van de vloeistof, het filteroppervlak, de micronwaarde, de bedrijfsdruk en de structuur van het filtermedium. Zelfs twee identieke patronen die in vergelijkbare productielijnen zijn geïnstalleerd, kunnen een heel verschillende levensduur hebben.

Een praktischer indicator is drukverschil, vaak geschreven als ΔP.

Drukverschil is het verschil in druk tussen de inlaat en de uitlaat van een filterhuis.

Als de inlaatdruk bijvoorbeeld 3,0 bar is en de uitlaatdruk 2,8 bar, is het drukverschil:

ΔP = 3,0 - 2,8 = 0,2 bar

Wanneer een nieuw patroon wordt geïnstalleerd, is het drukverschil normaal gesproken relatief laag. Naarmate deeltjes zich ophopen in of op het oppervlak van het filtermedium, neemt de stromingsweerstand toe en stijgt het drukverschil geleidelijk.

Dit maakt ΔP een van de nuttigste indicatoren voor filterbelasting.

Neem een drankenfabriek die een polypropyleen patroon van 5 μm gebruikt na een actiefkooltank.

Direct na installatie van nieuwe patronen kan het systeem werken bij:

• Inlaatdruk: 2,8 bar
• Uitlaatdruk: 2,6 bar
• Drukverschil: 0,2 bar

Na enkele dagen in bedrijf te zijn geweest, beginnen fijne actievekooldeeltjes en zwevende stoffen zich op te hopen in de patronen.

De meetwaarden kunnen veranderen naar:

• Inlaatdruk: 3,0 bar
• Uitlaatdruk: 2,3 bar
• Drukverschil: 0,7 bar

Enkele dagen later kan het drukverschil oplopen tot 1,2 bar of hoger.

In dit stadium lijken de patronen structureel misschien nog intact, maar het filtratiesysteem ondervindt al aanzienlijk meer weerstand. Het debiet kan afnemen, pompen moeten harder werken en de productiecapaciteit kan worden beïnvloed.

Daarom biedt louter naar het patroon kijken of het aantal werkdagen tellen niet voldoende informatie.

Naarmate het drukverschil blijft toenemen, kunnen er verschillende problemen ontstaan.

Ten eerste kan het systeemdebiet onder de vereiste productiesnelheid zakken. Dit is met name belangrijk in dranken-, chemische en waterbehandelingssystemen waar een stabiel debiet noodzakelijk is voor nageschakelde apparatuur.

Ten tweede kan een overmatig drukverschil het filterpatroon mechanisch belasten. Geplooide media kunnen vervormen, steunlagen kunnen inklappen of afdichtingen kunnen beschadigd raken als het patroon buiten de aanbevolen limieten wordt gebruikt.

Ten derde kan een hogere weerstand het energieverbruik verhogen doordat de pomp meer druk moet opbouwen om hetzelfde debiet te behouden.

Daarom moet een zwaar belast filter niet als “efficiënter” worden beschouwd enkel omdat het meer vuil opvangt. Op een gegeven moment wordt voortzetting van het bedrijf economisch en mechanisch inefficiënt.

Er is geen universeel drukverschil voor vervanging dat voor elk patroon geschikt is.

De juiste limiet is afhankelijk van het filterontwerp, het mediamateriaal, de configuratie van de behuizing, de bedrijfstemperatuur en de aanbevelingen van de fabrikant.

In veel vloeistoffiltratietoepassingen beginnen operators vervanging te overwegen wanneer het drukverschil ongeveer 1,0 tot 2,0 bar bereikt, maar dit mag nooit als een universele regel worden beschouwd.

Voor membraanpatronen die worden gebruikt in kritische farmaceutische of eindfiltratietoepassingen kunnen de acceptabele bedrijfsomstandigheden heel anders zijn dan die van polypropyleen dieptefilters die worden gebruikt voor algemene watervoorbehandeling.

Controleer altijd het maximaal aanbevolen drukverschil voor het specifieke patroon.

Ingenieurs richten zich vaak alleen op de uiteindelijke vervangingsdruk, maar de initiële ΔP van een schoon filter is net zo belangrijk.

Stel dat twee patronen van 1 μm worden getest bij hetzelfde debiet.

Patroon A heeft een initieel drukverschil van 0,15 bar.

Patroon B heeft een initieel drukverschil van 0,55 bar.

Als beide patronen worden vervangen bij een drukverschil van 1,5 bar, heeft patroon A veel meer bruikbare drukvalcapaciteit voordat het vervangingspunt wordt bereikt.

Dit betekent doorgaans een langere levensduur, aangenomen dat de filtratie-efficiëntie en de vuilopname-eigenschappen vergelijkbaar zijn.

Een lager drukverschil in schone toestand is daarom vaak een teken van betere hydraulische prestaties.

Een andere praktische oplossing voor frequente patroonvervanging is het vergroten van het totale filtratieoppervlak.

Stel u een systeem voor dat 20 m³/u water verwerkt via vijf patronen van 40 inch. Elk patroon verwerkt effectief ongeveer 4 m³/u.

Als hetzelfde debiet wordt verdeeld over tien patronen, daalt het debiet per patroon tot ongeveer 2 m³/u.

Een lagere stroomsnelheid vermindert doorgaans de drukval en kan de vuilopnamecapaciteit verbeteren. Bij toepassingen met een hoge deeltjesbelasting kan dit het vervangingsinterval van de patronen aanzienlijk verlengen.

Het verhogen van het aantal patronen vereist echter ook een groter filterhuis en een hogere initiële investering. Een goed ontwerp van een filtersysteem betekent dan ook het afwegen van investeringskosten tegen patroonverbruik, onderhoudsfrequentie en stilstandtijd.

Drukverschil kan ook helpen bij het diagnosticeren van procesproblemen.

Als patronen bijvoorbeeld normaal gesproken vier weken meegaan, maar plotseling binnen drie dagen de vervangingsdruk bereiken, lost het vervangen van alleen de patronen het werkelijke probleem mogelijk niet op.

Mogelijke oorzaken kunnen zijn:

• Actieve kool die ontsnapt uit een stroomopwaarts koolstofvat
• Buitengewoon veel sediment dat de watertoevoer binnendringt
• Defect in het voorbehandelingsfilter
• Procesverontreiniging
• Onjuiste klepbediening
• Een plotselinge toename van het productiedebiet
• Het gebruik van een fijnere micronwaarde dan noodzakelijk

In dergelijke gevallen fungeert het filterpatroon als een vroegtijdig waarschuwingssysteem.

Het monitoren van de toenamesnelheid van het drukverschil kan waardevolle informatie opleveren over de toestand van het gehele filtratiesysteem.

Een professionele vervangingsstrategie voor patronen moet rekening houden met meer dan alleen de bedrijfstijd.

Nuttige indicatoren zijn onder meer drukverschil, actueel debiet, productkwaliteit, microbiologische vereisten, integriteit van het patroon, productieschema en de door de fabrikant gespecificeerde maximaal toelaatbare druk.

Voor niet-kritische deeltjesfiltratie zijn drukverschil en debiet vaak de belangrijkste indicatoren.

Voor farmaceutische, voedingsmiddelen- en dranken- en ultrazuivere toepassingen kunnen vervangingsbeslissingen ook afhangen van reinigingscycli, batchrecords, validatie-eisen of microbiële controle.

Het te vroeg vervangen van patronen verspilt filtercapaciteit en verhoogt de operationele kosten. Het te laat vervangen ervan kan het productiedebiet verlagen, het energieverbruik verhogen of het filterelement beschadigen.

De meest economische aanpak is begrijpen hoe het filter zich gedraagt onder reële bedrijfsomstandigheden en een vervangingspunt vaststellen op basis van meetbare gegevens.