Эксплуатации фильтров

2.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ФИЛЬТРОВ

Фильтр служит для очистки рабочей среды через слой загруженного в него сорбента.

При классификации фильтров используют различные признаки.

По характеру загруженного сорбента, образующего фильтрующий слой, и роли фильтра в конкретной технологической схеме все фильтры подразделяются на:

- механические;

- катионитные;

- анионитные.

По способу создания напора воды, который необходим для преодоления гидравлических сопротивлений, возникающих в процессе фильтрования, фильтры являются напорными аппаратами.

По способу выполнения технологических операций регенерации ионообменные фильтры подразделяются на:

- параллельноточные;

- противоточные;

- ступенчато-противоточные;

- фильтры с выносной регенерацией.

Способ выносной регенерации базируется на применении специальной аппаратуры для регенерации; фильтрующий слой из ионитного фильтра при этом удаляется. Остальные способы регенерации предусматривают выполнение регенерации слоя отработанного ионита в корпусе ионитного фильтра.

В параллельноточных фильтрах предусмотрен пропуск воды и регенерационного раствора через слой ионита в одном и том же направлении.

В противоточных фильтрах вода и регенерационный раствор пропускаются через слой ионита в противоположных направлениях.

В ступенчато-противоточных фильтрах, содержащих два слоя загрузки, вода и регенерационный раствор пропускаются через слои загрузки в обратной последовательности.

По расположению в пространстве продольной оси аппарата фильтры подразделяются на:

- вертикальные;

- горизонтальные.

В подавляющем большинстве на АЭС используют вертикальные фильтры.

Кроме вышеупомянутых механических и ионообменных фильтров широкое применение находят фильтры-ловушки, которые часто называют ловушками зернистых материалов (ЛЗМ). Данный вид оборудования служит для предупреждения поступления фильтрующего материала в очищенную воду при нарушении целостности внутрикорпусных устройств фильтра, после которого устанавливается ЛЗМ.

2.2. СХЕМЫ ОБВЯЗКИ МЕХАНИЧЕСКОГО, ИОНООБМЕННОГО ФИЛЬТРОВ

выход рабочей среды

нижний дренаж

пробоотбор

гидровыгрузка

съемная глушка

сжатый воздух

пром. вода

пробоотбор

верхний дренаж

вход рабочей среды

механический фильтр

загрузка сорбента

сдувка

На рис.2.1 приводится типовая схема обвязки механического фильтра, на рис. 2.2 - ионообменного фильтра.

Рис. 2.1 Схема обвязки механического фильтра

Рис. 2.2 Схема обвязки ионообменного фильтра

Исходная вода насосами подается в верхнюю часть фильтра, где происходит равномерное распределение рабочей среды по площади сорбента. Очищенная вода отводится с нижней части фильтра.

2.3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ТРУБОПРОВОДЫ,

ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ЭКСПЛУАТАЦИЮ ФИЛЬТРА

Система промывочной воды предназначена для проведения взрыхления и последующей отмывки, а также для обеспечения гидровыгрузки фильтрующего материала. Данные операции производятся обратным током воды по отношению к потоку рабочей среды.

Система сжатого воздуха служит для взрыхления сорбента и транспортировки фильтрующего материала при его гидровыгрузке из фильтра.

Система промежуточного хранения жидких радиоактивных отходов предназначена для приема фильтрующего материала при его гидровыгрузке из фильтра. Выдача сорбента при гидровыгрузке осуществляется с нижней части фильтра. Во избежание ошибочной гидровыгрузки, на данном трубопроводе сразу после арматуры смонтирован фланцевый разъем с глушкой внутри. На период гидровыгрузки глушка снимается, после окончания операции устанавливается на прежнее место.

Система реагентов служит для подачи регенерационных растворов азотной (серной) кислоты на катионитовый фильтр, едкого натра или едкого кали - на анионитовый.

Система пробоотбора предназначена для проведения химического и радиохимического контроля технологических сред. При несколько последовательно установленных фильтрах, начиная со второго и далее, пробоотбор непосредственно перед фильтром может отсутствовать, а анализ, характеризующий состояние рабочей среды, производится из отобранной пробы после предыдущего фильтра.

Трубопровод нижнего дренажа служит для опорожнения рабочей среды из фильтра, а также для отвода с фильтра регенерационного раствора и воды при послерегенерационной отмывке.

Трубопровод верхнего дренажа предназначен для отвода рабочей среды при проведении взрыхляющей отмывки фильтра.

Трубопроводы нижнего и верхнего дренажей объединяются в один коллектор, с которого рабочий поток можно направить:

- в трап спецканализации;

- в бак отстойник системы СВО-3;

- в баки осветленных трапных вод системы СВО-3.

- в баки отмывочных вод СВО-5 и т.д.

Рассмотрение различных операций с фильтрами и, соответственно, куда при этом направляются потоки будет рассмотрено в последующих главах.

Трубопровод сдувки служит для удаления воздуха при заполнении и пропуске через фильтр рабочей среды, а также для заполнения фильтра воздухом при дренировании его от рабочей среды.

Трубопровод загрузки сорбента предназначен для загрузки через него фильтрующего материала, а также для замера высоты сорбента фильтра. В верхней части данного трубопровода монтируется глушка.

2.4. СХЕМА ОБВЯЗКИ ЛОВУШКИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

На рис.2.3 показана схема обвязки ловушки зернистых материалов. В ловушке рабочая среда проходит через фильтрующие патроны, в которых задерживаются механические частицы размером более 0,25 мм.

К вспомогательные системам и трубопроводам, обеспечивающим эксплуатацию ловушки зернистых материалов относятся:

- система промывочной воды, предназначенная для промывки ЛЗМ с целью удаления из нее крупно и среднедисперсных частиц и фильтрующего материала;

- система промежуточного хранения жидких радиоактивных отходов, служащая для приема сорбента при удалении его из ЛЗМ;

- трубопровод дренажа, предназначенный для опорожнения ловушки зернистых материалов, а также для удаления через данный трубопровод крупно и среднедисперсных частиц при промывке фильтра-ловушки;

- трубопровод сдувки, служащий для удаления воздуха при пропуске через ловушку рабочей среды и для заполнения ЛЗМ воздухом при дренировании ее от рабочей среды.

Рис.2.3 Схема обвязки ловушки зернистых материалов

2.5. КОНСТРУКЦИЯ ФИЛЬТРОВ И ЛОВУШКИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Все фильтры - цилиндрические сосуды вертикального расположения со сферическими крышкой и днищем. Фильтр устанавливается на фундамент с помощью трех опор, либо фильтр опирается на цилиндрический корпус биологической защиты.

На рис.2.4 приводится конструкция наиболее распространенного фильтра блока ХВО (СВО).

Исходя из данного рисунка, основные элементы фильтра следующие:

- цилиндрический кожух;

- верхнее глубоковыпуклое днище;

- нижнее глубоковыпуклое днище;

- верхняя водораспределительная система;

- нижняя водосборная система.

Для обеспечения доступа к внутрикорпусным устройствам аппарата с целью их осмотра, ремонта и монтажа имеется фланцевый разъем, соединяющий между собой цилиндрический кожух и верхнее глубоковыпуклое днище. Для фильтров большого диаметра (Æ 1600 мм и Æ 2500 мм) аналогичный фланцевый разъем отсутствует и для этой цели служит лаз, устанавливаемый в верхней части цилиндрического кожуха.

Кроме того, в верхней части кожуха располагаются смотровые окна, позволяющие контролировать состояние сорбента без вскрытия фильтра.

В корпусе фильтра (рис 2.4) имеются следующие штуцеры:

- вход воды (А);

- выход очищенной воды (Б);

- воздушник (В);

- загрузка сорбента (Г). К данному штуцеру приваривается фланец с глушкой, которая снимается для загрузки фильтрующего материала. Если фильтр очищает радиоактивную среду, к штуцеру приваривается вертикальный трубопровод, второй конец которого, с фланцем и глушкой, подводится к верхнему съемному перекрытию помещения. На период загрузки перекрытие демонтируется, после окончании данной операции устанавливается на прежнее место;

- выгрузка сорбента (Д);

- опорожнение фильтра (Е).

Внутри фильтра смонтированы верхняя водораспределительная и нижняя водосборная системы.

В унифицированных фильтрах верхняя водораспределительная система состоит из небольшого по длине вертикального коллектора с заглушенным концом. К отверстиям, имеющимся у коллектора, присоединены в одной горизонтальной плоскости перфорированные (т.е. имеющие отверстия) трубы. Эти трубы обращены отверстиями вверх, свободные концы труб заглушены и крепятся к верхнему днищу с помощью консольных опор. В плане такая конструкция имеет вид лучей, расходящихся из одного центра, в связи с чем ее называют звездной. Число лучей в «звезде» для всех фильтров, имеющих данный тип верхней водораспределительной системы, составляет 6.

При ударе струй воды, выходящих из отверстий распределительной системы, о верхнее днище и изменении направления движения происходит гашение кинетической энергии потока, поступающего из трубопровода в фильтр. Разделение общего потока на множество струй способствует выравниванию скоростей по сечению аппарата на подходе к слою сорбента. Пространство между верхним распределительным устройством и поверхностью фильтрующего материала, заполненное водой, носит название водяной подушки. Оно необходимо для выполнения операции взрыхления, предшествующей, в частности, операции регенерации ионита, т. е. пропуску через отработанный слой регенерационного раствора. Соотношение высот водяной подушки и слоя сорбента выбирают, исходя из условий расширения слоя при взрыхлении на величину от 40 до 60 %. Удаляемая при взрыхлении вода отводится из фильтра через верхнюю распределительную систему. Через эту же систему во время регенерации поступает регенерационный раствор требуемой концентрации.

Подводя итог вышесказанному, отметим, что верхняя водораспределительная система предназначена для:

- распределения очищаемой воды;

- сбора взрыхляющей воды;

- распределения регенерационного раствора (для ионитного фильтра).

Под слоем фильтрующего материала находится нижняя водосборная система (нижнее распределительное устройство), предназначенная так же, как и верхняя водораспределительная система, для равномерного распределения общего потока воды по сечению аппарата, а также для предотвращения выноса частиц ионита в трубопровод обработанной воды. Первая задача разрешается созданием больших местных сопротивлений в отверстиях и щелях распределительного устройства, существенно превышающих все прочие сопротивления по ходу движения воды в фильтре. Устранение попадания зерен сорбента в фильтрат достигается созданием проходных сечений в дренажном устройстве размером меньше размера частиц фильтрующей среды.

Итак, нижнее распределительное устройство предназначено для:

- отвода очищенной в фильтре воды;

- отвода послерегенерационного раствора (для ионитного фильтра);

- подвода воды для взрыхления и последующей промывки сорбента;

- подвода сжатого воздуха для взрыхления сорбента;

- подвода воды и сжатого воздуха для выгрузки фильтрующего материала из фильтра.

Нижняя водосборная система (рис.2.5) состоит из центрального коллектора (нижней трубы), к которому присоединены четыре сборные трубы с одним заглушенным концом. В свою очередь к сборным трубам приварены фильтрующие элементы (рис.2.6), которые по всей длине имеют отверстия, перекрытые общим перфорированным желобком с щелями размером 0,25 мм. Как отверстия в фильтрующих трубах, так и поперечные щели в желобках обращены вниз.

Вся нижняя водосборная система в целом является съемной и монтируется на направляющей трубе нижнего днища с помощью штифта.

Все элементы нижнего и верхнего распределительных устройств изготавливаются из нержавеющей стали.

Кроме описанной выше конструкции аппарата на блоке СВО находят применение фильтры со следующими особенностями:

- при установке в обслуживаемых помещениях для очистки малоактивных вод фильтры снабжаются защитным кожухом, в который засыпается чугунная дробь с целью создания биологической защиты (рис.2.7);

- при наличии в исходной воде нефтепродуктов внутри фильтра имеется маслосепарационная вставка, служащая для концентрирования находящихся в рабочей среде нефтепродуктов и являющаяся одновременно верхней водораспределительной системой.

Ловушка зернистых материалов (рис.2.8) представляет собой аппарат вертикального расположения, опирающийся на две опоры, и состоит из следующих основных элементов:

- цилиндрический кожух;

- глубоковыпуклая крышка;

- глубоковыпуклое днище;

- фильтрующие патроны.

Верхняя крышка крепится к кожуху с помощью фланцевого разъема и является съемной. Внутри ЛЗМ установлена съемная трубная доска, в которой с помощью гаек крепятся фильтрующие патроны. Для жесткости фильтрующие патроны скреплены между собой с помощью ребер. В зависимости от требуемого максимального расхода через фильтр-ловушку рассчитывается соответствующее необходимое количество фильтрующих патронов. На АЭС находят применение два вида ловушек зернистых материалов:

- максимальной производительностью 65 м³/ч с количеством фильтрующих патронов 13;

- максимальной производительностью 10 м³/ч с количеством фильтрующих патронов 3.

Фильтрующий патрон (рис.2.9) представляет собой перфорированную трубу внешним диаметром 50 мм с заглушенным нижним концом и просверленными по всей ее длине шестью вертикальными рядами отверстий диаметром 6 мм. Эти отверстия перекрыты шестью фильтрующими желобками, каждый из которых снабжен щелями размером 0,25 мм с шагом между ними 2 мм.

Исходная вода, поступающая в нижнюю часть ЛЗМ, проходит очистку на фильтрующих патронах от возможных взвешенных частиц и фильтрующего материала, затем через перфорированные трубы поступает в верхнюю часть фильтра-ловушки и далее - выходит из аппарата.

Сопротивление всей фильтрующей системы при максимально возможном расходе через ЛЗМ для обоих их видов составляет 0,3 кгс/см².

2.6. ОБЪЕМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФИЛЬТРА И

ЛОВУШКИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Контрольно-измерительные приборы (КИП) обеспечивают контроль эксплуатационных параметров.

Измеряемые с помощью приборов параметры технологических процессов используются также при реализации защит, блокировок и сигнализации.

Расшифровка условных обозначений КИП, применяемая в технологических схемах оборудования ХВО и СВО, следующая:

- (окружность в общем виде) контрольно-измерительный прибор;

- установка вторичного прибора на щите ХВО (СВО);

- установка прибора по месту;

I - (индикация) - вывод сигнала на показывающий прибор;

В - (блокировка) - вывод сигнала на блокировку;

С- (сигнализация) - вывод сигнала на технологическую сигнализацию щита ХВО (СВО);

R - (регистрация) - Вывод сигнала на прибор регистрирующий параметр;

А - (автомат) - вывод сигнала на элемент выполняющий автоматическое регулирование;

L - датчик по замеру уровня;

F - датчик по замеру расхода;

Р - датчик по замеру давления;

Т - датчик по замеру температуры;

Н,Q - датчик по замеру химического параметра (рН, Х концентрация).

Буквы «I», «B» и «C» указываются в верхней части окружности, а «L», «F», «P», «T», «Q» - в нижней.

Одним из основных контролируемых теплотехнических параметров работы фильтра является перепад давления на нем. Перепад давления характеризует степень спрессованности сорбента, при большой степени которой уменьшается эффективность работы фильтра. Для обеспечения данного контроля, как правило, устанавливаются манометры на трубопроводе основного потока до и после фильтра (рис. 2.10) и по разности показаний обслуживающий персонал определяет перепад.

	вход рабочей среды

Рис.2.10 Схема размещения КИП по замеру давления

до и после фильтра

В случае, когда удельная активность очищаемой через фильтр рабочей среды высокая (например, для СВО-4 и «грязного» борного концентрата СВО-6), для уменьшения дозовых нагрузок оперативного персонала датчики КИП обеспечивают вывод показания непосредственно уже перепада давления на панель щита СВО (рис. 2.11).

	J

∆P

выход рабочей среды

Рис.2.11 Схема размещения КИП по замеру перепада

давления на фильтре

Номинальные значения перепада давления для фильтров каждой системы различны и зависят от геометрических размеров фильтра, высоты загрузки сорбента, расхода рабочей среды и времени работы фильтра с момента последней взрыхляющей промывки. Предельные значения перепадов фильтров каждой из систем блока ХВО (СВО) указывается в соответствующих инструкциях по эксплуатации.

При наличии в технологической системе ионообменных фильтров обязательно осуществляется контроль температуры рабочей среды перед всей цепочкой фильтров либо непосредственно перед ионообменными фильтрами (рис.2.12). Как правило номинальная температура 40⁰ С, а предельное значение всегда 60⁰ С.

В некоторых технологических системах предусматривается автоматический химический контроль показателей рабочей среды до и после цепочки фильтров. Например, в системе СВО-5 (рис.2.13) контролируются:

- электропроводность до фильтров;

- электропроводность после фильтров;

- значение рН после фильтров.

Рис.2.12 Схема размещения КИП по замеру температуры

перед фильтром

Рис.2.13 Схема размещения приборов химконтроля

системы СВО-5

Рис.2.14 иллюстрирует КИП на трубопроводах вспомогательных систем обвязки фильтра.

Исходя из данного рисунка, контролируются следующие параметры:

- расход промывочной воды при проведении взрыхляющей отмывки либо гидровыгрузки фильтрующего материала;

- расход сжатого воздуха при проведении взрыхляющей отмывки либо гидровыгрузки фильтрующего материала;

- расход промывочной воды на смеситель реагента при проведении регенерации и послерегенерационной отмывки фильтра;

- концентрация реагента после смесителя при проведении регенерации фильтра.

Номинальное значение концентрации регенерационного раствора для всех фильтров вне зависимости от реагента составляет 5 %. Остальные номинальные значения вышеперечисленных параметров различны для разных типов фильтров и приводятся в соответствующих учебных пособиях и инструкциях по эксплуатации.

		F

Q

СМЕСИТЕЛЬ

J

НАСОСЫ ДЕГАЗАТОРЫ

пром. вода

сжатый воздух

вход рабочей среды

		J
		J

F

выход рабочей среды

Рис. 2.14 Схема размещения КИП на трубопроводах

вспомогательных систем обвязки фильтра

Основным контролируемым тепломеханическим параметром работы ЛЗМ является перепад давления на ней. Данный контроль осуществляется по разности показаний давления на трубопроводе основного потока до и после ловушки (рис.2.15). Для некоторых технологических систем предусмотрен вывод на панель щита ХВО (СВО) значения уже непосредственно перепада на фильтре-ловушке.

J

J

	вход рабочей среды

Рис.2.15 Схема размещения КИП на трубопроводах основного потока

и вспомогательных систем обвязки фильтра-ловушки

Предельным значением перепада давления на ловушке зернистых материалов для всех технологических систем ХВО (СВО) является 0,3 кгс/см² (за исключением СВО-1).

Кроме данного параметра возможен контроль за расходом промывочной воды при промывке ЛЗМ. Величина расхода промводы на ловушку для различных технологических систем не нормируется.

2.7 РЕЖИМЫ НОРМАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФИЛЬТРА