冷却塔給水システムの自動ろ過に関する考慮事項

廃棄物の削減とプロセスの効率化は、よりスムーズな業務運営を求める企業にとって重要です。 発電を含むさまざまな業界が運用効率を向上させる方法を模索する中、冷却水処理の実践も課題に対応するために進化してきました。

冷却塔は、発電所 (図 1)、化学プラント、石油精製所のシステムの廃熱を除去し、循環水を冷却します。 場合によっては毎分数万ガロンの水が冷却塔を継続的に流れるため、濾過はシステムを清潔、効率的、稼働状態に保つ上で重要な役割を果たします。

1. 自動濾過ソリューションは、発電所を含むあらゆる種類の産業企業の継続的な改善プログラムをサポートします。 提供: イートン/ゲッティイメージズ

冷却塔は常に水をカスケードして大気中の浮遊汚染物質を取り除き、冷却システムに運びます。 これらのシステムは、水の浸入や、腐食プロセスから生じる混入固形物によって汚染される可能性もあります。 多くの冷却水塔には、微生物の増殖と汚染に対抗するための化学処理体制も組み込まれています。

堆積物やその他の有害な粒子は、熱交換器やパイプライン機器などの冷却システムコンポーネントの効率を低下させる可能性があります。 効果的なプロセス熱の除去を可能にするために、冷却水、および冷却剤の流れで一般的に使用されるその他の作動流体を清潔に保つ必要があります。 スケールや汚染による熱交換器表面の汚れは、エネルギー効率を低下させ、他の冷却システム資産の性能や信頼性に悪影響を与える可能性があります。

工業用濾過は、冷却水システムの連続的な流れと安心の運用を保証します。 市場では、自動濾過を備えた多くの種類の手動および自動ソリューションが提供されており、多くの場合、逆洗や機械的洗浄技術に基づいています。 自動濾過は、適用時に労力がかかる手動濾過方法に比べて利点があります。 濾過の必要性を判断するための最初のステップは、次の質問を考慮することです。

■ どれくらいの汚れや粒子が捕集されていますか？ 実施されている濾過方法でメンテナンスが時々しか必要ない場合、つまり洗浄と交換が数週間ごとに行われる場合には、自動システムは必要ない可能性があります (一般に、50 ミクロン以下の粒子が含まれる重要ではない用途には、上流のストレーナが最適です)プロセスや装置に悪影響を与えることはありません）。 逆に、フィルターエレメントの負荷がすぐにかかる場合、または頻繁に手動での洗浄が必要な場合は、自動システムを優先する必要があります。

■どの程度の濾過が必要ですか？ 粒度分布 (PSD) 分析により、特定の冷却水システムを代表する粒子のサイズと範囲を決定できます。 粒子サイズの範囲を決定すると、最適な性能と信頼性を実現する濾過ソリューションの選択が容易になります。

■流量とは何ですか？ 望ましい効果を生み出すために、濾過溶液は最大流量を処理する必要があります。 濾過速度は通常、フィルター面積 1 平方フィートあたりのガロン/分 (gpm/ft 2) で表されます。 また、圧力と流量は一定ですか、それとも変動しますか?

■損失はどの程度まで許容できるのか？ 逆洗によりフィルターを洗浄し、蓄積した汚染物質を除去します。 一部のろ過ソリューションでは、かなり大量の逆洗流量が必要となり、水の消費量が増加し、メディアの損失が発生する可能性があります。 機械的に洗浄されたフィルターは通常、バックフラッシュの必要がなく、廃棄に必要な水の発生がはるかに少なくなります。

■ システムはどれくらいのスペースを占有しますか? 工業用濾過システムは、濾過要件と流量に応じてサイズとプロファイルが大きく異なります。 カスタマイズされた濾過ソリューションの設計と設置の経験を持つパートナーに相談することが賢明です。

■どれくらいの労力が必要ですか？ システムのソリューションが高性能フィルターであれ、耐久性がありメンテナンス不要のストレーナーであれ、あるいはその両方であれ、適切な工業用濾過ソリューションは何年にもわたって利益をもたらす可能性があるため、全範囲のオプションを検討するために時間を投資する価値はあります。

■投資収益率はどれくらいですか？ 適切なろ過ソリューションは、企業が規制を遵守し、責任ある水の消費と廃棄という目標を達成できるようにしながら、運営費と人件費を大幅に削減できます。

多くの場合、1 つ以上のフィルターが洗浄または交換のためにオフラインになっている間に、プロセス ストリームを処理するのに十分な追加容量を備えたマルチフィルター システムを採用するアプローチが取られます。 別のアプローチは、メンテナンスのためのダウンタイムを必要としない自己洗浄式の自動フィルターです。

自動ろ過の利点には、水の損失とエネルギー使用の削減、粒子の汚れと腐食の防止、プロセスの稼働時間の増加などが含まれます。 また、メンテナンスの必要性が減り、冷却システムのコンポーネントの寿命が延び、業界/環境のコンプライアンス対策の達成にも役立ちます。

工業用ストレーナーとフィルターは基本的に同じ機能を果たしますが、フィルターははるかに小さいサイズの粒子を除去できます。 一般的なルールは、「目に見えない場合は、負担をかけない」です。 これは、0.004 インチ (0.1 ミリメートル)、つまり 100 ミクロン、つまり 150 メッシュまでの粒子を、上流のストレーナで効果的に除去できることを意味します。 それより小さい場合はフィルターが必要になります。

ストレーナーまたはフィルターのどちらを使用するかに関係なく、フィルターエレメントに蓄積した粒子を定期的に除去する必要があります。 流れを止めてエレメントを手動で洗浄するということは、メンテナンス中にプロセスを停止するか、ストレーナ/フィルタをバイパスする必要があることを意味します。 どちらのシナリオも最適ではないため、多くの場合、自己洗浄フィルターの検索が始まります。 標準的な自動濾過設計には、自動逆洗と機械的に洗浄されるフィルターの 2 つがあります。

自動逆洗システムは、中断のない流れを提供する一体型逆洗機能によって洗浄を実現します。 これらは通常、回転する中空の内部アームを使用して、フィルター媒体に堆積した破片を収集します。 捕捉された粒子が蓄積すると、フィルタを通過する圧力降下が増加し、所定の値に達するとバルブが開き、流体と蓄積した破片が回転アームから排出されます。

上流のストレーナは、冷却水塔濾過システムへの貴重な追加物としても機能します。 粗い上流濾過は、冷却流から大きな不要な固形物を除去することにより、ポンプとより繊細な下流フィルターを保護します。 多くの場合、このソリューションはフィルター エレメントの寿命の延長、ダウンタイムの短縮、メンテナンスの必要性の軽減という点で元が取れます。

自動逆洗フィルターは、故障中および故障後に自己修正します。 異常状態になると、フィルターは継続的に逆洗を開始します。 プロセスが通常に戻ると、逆洗間隔時間も正常になります。 洗浄頻度は、時間、差圧、手動選択、またはその他のアプリケーション固有の基準に基づいて決定できます。

通常、このタイプのフィルターは 50 ミクロンを超える粒子を除去するために使用され、約 200 ppm (ppm) の破片負荷を処理できます。 自動フィルターは、洗浄中の総流量の最大 5% までの液体損失が許容される大量の状況で使用するのが最適です。

2 番目の自動濾過設計オプションでは、機械式クリーニング ディスクを使用して濾材から蓄積した破片を削り取ります (図 2)。 通常、事前に時間を設定した洗浄サイクルは、安定した流れの実行を保証するのに役立ちます。 さらに、捕捉された破片によってフィルター全体の圧力降下が増加した場合（その結果、異常状態が発生した場合）、スクレーパーを所定の値で作動させることができます（適切に機能する濾過システムには、信頼できる差圧オーバーライド機能が重要であることに注意してください）。 その後、破片はフィルターハウジングの底に堆積し、フィルターを通る流れを妨げることなく取り除くことができます。

2. この自動逆洗濾過の例では、流入流は内筒を通過します。 粒子はスクリーンチャンバーの内面に集まりますが、ろ過された液体はチャンバーから下方に流れ出ます。 逆洗フェーズは、差圧オーバーライドを使用して、時間指定されたサイクルで作動するように設定されています。 提供：イートン

この洗浄作用により、機械的洗浄フィルター (図 3) は直径 25 ミクロンを超える粒子の除去に適しています。 これらのフィルターの中には、従来の自動フィルターよりも高い破片負荷とより頻繁なパージ サイクルに対応できるものもあります。 ほとんどの場合、破片を運び去って処分するために、少量の濾過液のみが使用されます。

3. この機械的洗浄濾過の例では、洗浄ディスクを使用してフィルターエレメントから汚染物質を除去します。 センターコラムの上部と下部の圧縮空気は、クリーニングディスクが磁気的に結合されているチューブ内のマグネットブロックを駆動するために使用されます。 磁石が動くと、ディスクがフィルター媒体に密着して引き寄せられます。 この掻き取り動作により、破片がユニットの底部に集められるため、徹底的な洗浄サイクルがサポートされます。 処理される液体の量に対して排出量が少ないことも、製品廃棄物の削減に役立ちます。 提供：イートン

ストレーナまたはフィルタのいずれかによって圧力降下が発生し、流量制限も発生することに注意してください。 システムを設計するときは、両方の要素を考慮する必要があります。 どちらかを後付けで追加すると、適切な流量と圧力を維持するためにポンプの大型化が必要になる場合があります。

さらに細かいろ過が必要な場合は、バッグ フィルターまたはカートリッジ フィルターを検討することもできます。 バッグフィルターまたはカートリッジフィルターは使い捨て媒体を使用するため、より微細な保持と粒子の除去が可能になります。 フィルター交換時に濾過プロセスが中断されるシンプレックス システムを使用するか、デュプレックスまたはランアンドスタンバイ システムを選択してこれを回避するかを選択する必要があります。 この複数のフィルター ハウジング構成により、継続的な濾過が可能になり、片面を洗浄しながらもう一方の面をメンテナンスできるようになります。 バッグまたはカートリッジ システムには定期的なメンテナンスが必要であり、システム設計者は消耗品の購入と廃棄のコストも考慮する必要があります。

最適な工業用濾過ソリューションを選択することが簡単なプロセスであることはほとんどありません。 考慮すべき要素やアプローチは数多くあり、同様の機能を備えた施設であっても、化学的または生物学的処理の必要性など、設計要件が大きく異なる場合があります。 賢明な方法は、知識豊富な専門家またはソリューション プロバイダーとプロセス要件について話し合い、設計段階の早い段階から参加させることです。これにより、素人の目には明らかではない課題や機会を特定することができます。

自動濾過により、混入固形物や潜在的な堆積物が大幅に削減され、冷却水システムの動作効率が向上します。 たとえば、冷却水システムに自動セルフクリーニングフィルターを設置すると、熱交換器、ポンプ、バルブ、スプレーノズルを保護しながら、システムが逆洗されている間でも微粒子を継続的に除去し、連続的な流れを提供できます。

—ウルリッヒ・ラッツ彼は、ドイツのネッタースハイムにある Eaton Technologies GmbH の工業用濾過部門のグローバル プロダクト マネージャーです。ヴィム・カラアートベルギーのシントニクラスにある Eaton Technologies GmbH のシニア プロダクト マネージャーです。 詳細については、eaton.com/filtration をご覧ください。

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