如何评价一款压缩空气过滤器好不好？

在压缩空气系统中，我们通常把空气压缩机列为主要设备，其他储气罐、冷干机、过滤器、吸干机等统统归为第二类设备，在压缩空气系统的设计、选型及运营过程，给予的关注没有空气压缩机那么高，也因此给很多企业在实际使用压缩空气过程中造成困扰。如：空压机产气量足，但末端用气量又不够；压缩空气的品质不达标，含水、油等污染物多，造成产品不合格，设备无故损环多；气压不稳定等等。尤其是压缩空气的品质问题，由其带来的很多问题也许是“无影无踪”的，如气味污染、油雾、水雾、微粒附着等。

 

那么一款压缩空气过滤器性能如何去评价呢？限于篇幅，我们仅从滤速、效率、阻力和容尘量四项特性指标进行理论上的简要分析。

 

一、滤速

滤速是衡量过滤器通过压缩空气流量的能力，是决定过滤器技术性能的重要参数，同时，其他衡量过滤器性能好坏的主要指标过滤效率、阻力等都与滤速有密切关系。对不同材质的滤芯，滤速有不同的计算方法。

 

 

1.纤维滤芯滤速的确定

在纤维滤芯中，滤速是指过滤器滤芯面上气流通过的速度（m/s）。根据理想气体状态方程式，滤芯流速的计算c:

 

Q-空压机排气的容积流量，也即是过滤器的“公称流量”，Nm3/min；

A--过滤器滤芯的展开面积，即垂直于气流运动方向的有效面积，m2。对于圆形滤芯：

（H--滤芯高度，m；di，d0--分别为滤芯的内径和外径，m）

P0--空压机的吸气压力，P0=0.1MPa

P--过滤器的工作压力（绝对压力），MPa

T0，T--分别为吸气温度与过滤器工作温度，K；

 

滤速反映了滤料的通过能力，特别是反映了滤料的过滤性能，设计采用的滤速愈低，能获得较好的过滤效率；而过滤器允许的滤速越低，则说明其滤料阻力较大。

 

在一定的结构条件下，滤速反映了过滤器的额定流通量，在过滤面积相同时，总希望允许的额定风量越大越好，这就需要低阻力滤料来保证。

 

1)粉末冶金滤材，滤速的确定：

式中：

B--粉末冶金滤材的渗透系数（m2），它取决于材料的常数，由实验确定。

η--空气的动力粘度，N·s/m2;

δ--滤层厚度，m

K--过滤陶瓷透气度，m2·mm-2·s-1·Pa-1;

△Р--空气透过过滤层产生的压力损失，Pa

2)陶瓷滤材，滤速的确定：

 

二、过滤效率

过滤效率是指过滤器对微粒的捕集效率，是指滤芯层所滤去的微粒数与未经过滤前微粒总数的比值，它是衡量过滤器过滤能力的重要指标。过滤效率主要与微粒的大小，过滤材质和种类与规格（如纤维直径）、填充密度、过滤层厚度以及气流速度等因素有关。

 

过滤效率以有几种表示方法：浓度效率、穿透率和净化系数。

 

1)浓度效率就是用过滤器进出口气流中的含尘浓度来表示。

2)穿透率经过过滤器后仍然有多少量的微粒穿透滤层，即“穿透率”或“穿透系数”来表示（用K来表示）：

式中：N1、N2--分别为过滤前后空气中微粒的含量（g/m3）。

 

特别说明：过滤效率通常是对某一粒径的微粒而言的。如美、日等国常用的“DOP效率”是专对粒径为0.3μm微粒的过滤效率，而不是对大于0.5μm微粒的过滤效率。实验表明，一只高效过滤器若对0.3μm微粒过滤效率为99.91%，则对0.5μm微粒的过滤效率可达99.994%，而对于大于0.5μm微粒的过滤效率更可高达99.999%。

 

3)净化系数：以穿透率的倒数表示，即Kc

；

 

 

三、过滤阻力

压缩空气流过过滤器时会遇到阻力，阻力越大，说明压损越大，这是我们不愿意看到的。阻力来自两部分，一是滤料阻力△Р0，二是过滤器的结构阻力，主要表现为滤料上粉尘层引起的阻力△Рd，至于过滤器壳体产生的流通阻力通常只有数Pa，常常忽略不计。

 

1)滤料阻力△Р0

是由于气流通过纤维层时纤维的迎面阻力所产生的，阻力引起的气流压力降△Р是一种能量损失。如何计算滤料的阻力，其与纤维层厚度、空气流速、空气密度、过滤介质的性质及填充情况的不同而变动。

式中：L--滤层厚度，m；

Ρ--空气密度，kg/m2；

α--滤料填充系数；

c--空气在滤料层中的实际流速，m/s；c=c0/（1－α）

c0--滤层迎面上的空气流速，m/s；

Df--纤维直径，m；

M--实验指数；

β--阻力系数，通过实验得出。

 

2)粉尘层阻力△Рd

随着使用时间的推移，滤料上粉尘堆积，负荷增重，气体的过滤速度将减小。

式中：N1--过滤器入口端空气含尘浓度，g/m3；

C--滤速，m/s；

t--过滤时间，min；

 s--与粉尘种类有关的系数；

 f--与滤料种类有关的系数；

 p--与滤料渗透率有关的系数；

df--粉尘的粒径，μm。

 

四、容尘量

过滤器的容尘量是和使用时间有直接关系的应用指标，它决定了过滤器或滤芯的使用寿命。通常将运行中的过滤器终了阻力达到起初阻力一倍时的数值，或者效率下降到初始效率85%时过滤器的积尘量，作为该过滤器的标准容尘量（用N表示）。容尘量与过滤器的工作寿命息息相关，如果积尘量达到规定的标准容尘量时，过滤滤芯寿命也应当终止。

式中：N--过滤器的积法量，g；

N1--过滤前空气的含尘浓度，mg/m3;

--额定状态下过滤器的空气有压流量，m3/h；

t--过滤器运行时间，h

η--过滤器的计重效率。

 

本文我们仅从滤速、效率、阻力和容尘量等四项特性指标的理论上，给出了评价压缩空气过滤器性能的计算方法，而影响这些特性指标的因素几乎全都与滤料有关，所以选择什么滤料（详见《浅析压缩空气过滤器滤材选择之过滤器技术系列》），是研制过滤器最重要的一环。除了滤料是决定过滤器特性的因素外，过滤器结构，例如滤芯形式也十分重要，因为不同形式的滤芯在阻力、容尘量等指标上有很大差异。

 

当然，对于过滤器的整体特性我们还要按照GB13277《压缩空气污染物净化等级》、GB/T30475《压缩空气过滤器 试验方法》及ISO8573或行业标准进行检测与测试；同时，还要对成品过滤器进行气密性、耐压性等物理特性的检测。