На прошедшей III конференции «Новые топлива с присадками» мы докладывали о фильтроэлементах серии АПРИС [1]. Положительные результаты испытаний образцов фильтроэлементов позволили приступить к проведению межведомственных испытаний фильтра тонкой очистки – сепаратора топлива ФСТ 40/10 (изготовитель ООО «Винета»), оснащенного фильтроэлементами серии АПРИС (изготовитель ЗАО «Академия прикладных исследований»). Результаты испытаний фильтра ФСТ 40/10 представлены в данном докладе.
Фильтр тонкой очистки – сепаратор топлива спроектирован и изготовлен в соответствии с техническим заданием ФГУП ЦМКБ «Алмаз» при научно-техническом сопровождении 1 ЦНИИ МО РФ. Фильтр тонкой очистки – сепаратор топлива предназначен для использования в системах топливоподготовки кораблей нового поколения.
Перед началом стендовых испытаний были проведены испытания фильтра ФСТ 40/10 на вибро- и ударостойкость, которые показали полное соответствие фильтра требуемым параметрам.

Межведомственные испытания проводились на стенде ООО «Винета», схема стенда приведена на рис. 1. Внешний вид фильтра тонкой очистки - сепаратора топлива ФСТ 40/10, приведен на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 1. Схема испытательного стенда.
1 - расходная емкость; 2 - шестеренчатый насос; 3 - пробоотборники; 4 - испытуемый фильтр ФСТ 40/10; 5 - технологический фильтр ФСТ 40/10;
6 - бак-смеситель с мешалкой; 7 - диафрагменный насос; 8 - манометры; 9 - образцовые манометры; 10 - расходомер.

Сначала были проведены гидравлические испытания фильтра на прочность и плотность давлением 1,5 МПа, сняты гидравлические характеристики корпуса фильтра и фильтра в сборе. Результаты замеров приведены на рис. 4.

Рис. 2. Судовой фильтр ФСТ 40/10	Рис. 3. Расположение фильтрэлементов АПРИС в фильтре ФСТ 40/10

Рис. 4. Зависимость перепада давления на фильтре от производительности фильтра. 1 - перепад давления на фильтре в сборе, 2 - перепад давления на фильтре без фильтрующих элементов, 3 - перепад давления на блоке фильтрующих элементов.

Рис. 5. Измерительный блок испытательного стенда 1. - Расходомер 2. - Образцовые манометры

Расход топлива контролировался расходомером ППО-40-0,6СУ (погрешность ±0,7%; класс точности 0,5), а перепад давления образцовыми манометрами модель 1227 (класс точности 0,15), представленными на рис. 5. На чистых фильтрэлементах перепад давления на фильтре при расходе 3 м3/ч соответственно 0,0078 МПа.
Для определения полноты и тонкости отсева механических примесей в баке-смесителе (рис. 6) готовили концентрат искусственного загрязнителя - кварцевой пыли с удельной поверхностью 10500 см2/г. Диафрагменным насосом (рис. 7) концентрат подавался в поток дизельного топлива непосредственно перед входом
в фильтр.

Рис. 6. Бак-смеситель с мешалкой	Рис. 7. Пневматический диафрагменный насос

Испытания проводили в течение трех часов при расходе топлива 3 м3/ч и концентрации механических примесей 0,1-0,2%. Всего в фильтр было подано 2,55 кг механических примесей. Изменение перепада давления на фильтре за время испытаний приведено на рис. 8.

Рис. 8. Изменение перепада давления на фильтре за время испытаний.

Средняя полнота отсева примесей определялась путем анализа проб до и после фильтра для примесей до 5 мкм составила 89,2%.
Испытания фильтра-сепаратора на способность отделять воду были более сложными. С помощью диафрагменного насоса из бака-смесителя вода подавалась в поток дизельного топлива непосредственно перед входом в фильтр.
Способность отделять воду в потоке определялась по анализу содержания воды в дизельном топливе до и после фильтра. Во время испытаний расход топлива с температурой 6°С составил - 3 м3/ч. Вода вводилась в топливо в концентрации от 0,3 до 3% об.
При концентрации воды в топливе 3% определяли работоспособность фильтрэлементов при погружении их в отделенную воду на 50% объема фильтрэлемента. При концентрации воды в топливе 0,3% определяли работоспособность фильтра при периодических наклонах на угол ±30° с периодом 14 сек и статическом наклонении на 45° при погружении фильтрэлементов в отделенную воду на 50%. Конструкция крепления фильтра для проведения таких испытаний приведена на рис. 9. Содержание воды в отфильтрованном топливе колебалось от 0,01 до 0,03%, что вполне соответствует понятию «следы воды».

Рис. 9. установка фильтра ФСТ 40/10 на испытательном стенде 1. - Уровнемер для определения уровня воды в корпусе фильтра 2. - Устройство для имитации бортовой и килевой качки

Испытания по определению времени выхода фильтра тонкой очистки - сепаратора топлива ФСТ 40/10 на штатный режим при залповом поступлении воды в топливо (100% воды в корпусе фильтра) проводили при расходе топлива 4,2 м3/ч, температуре дизельного топлива (-18°С) и окружающей среды 15°С. Корпус фильтра предварительно заполняли водой, после чего подавали в него топливо. Опыты проводились с периодическим (2 раза за время испытаний) и постоянным сливом дренажа, а так же при постоянном сливе дренажа в условиях периодических наклонений в двух плоскостях ±30° с периодичностью около 14 секунд. Наличие воды в топливе определялись визуально по критерию «Чистое и прозрачное». Время выхода фильтра на штатный режим фильтрации при расходе топлива через фильтр 4,2 м3/ч составило при периодическом сливе воды 3 минуты, а при постоянном, как в статическом режиме работы, так и при периодических наклонениях - 1 мин.
При испытаниях фильтра ФСТ 40/10 при температуре топлива 6°С и температуре окружающего воздуха 58°С протечек через уплотнения, деформаций корпуса в процессе прокачки топлива при номинальном расходе 3000 л/час через испытуемый фильтр в течение 3 часов не зафиксировано.
Испытания работоспособности фильтрэлементов при работе с дизельным топливом нагретом до 70°С проводили на лабораторном стенде, представленном на рис. 10.
Для проведения лабораторных испытаний и обеспечения возможности приведения результатов к полноразмерному штатному элементу фильтрующему был подобран элемент фильтрующий серийный № 894 в геометрическом масштабе 1 : 3 по отношению к штатному.Производительность насоса - 0,64 л/мин., давление 0,03 кг/см2.Элемент фильтрующий серии «АПРИС», серийный № 894, обладающий следующими характеристиками:
Диаметр - 54 мм;
Высота - 98 мм;
Масса сухого ф/э - 21 г;
Масса сухого ф/э с крышкой - 74 г.

Рис. 10. Лабораторный стенд. 1. - Фильтрэлемент 2. - Термостат для нагрева топлива 3. - Электронный блок управления нагревом 4. - Насос 5. - Частотный регулятор

Перед началом испытаний фильтрэлемент вымачивался в дизельном топливе, после чего повторно замерялись его характеристики. Фильтр устанавливался на стенд и через него в течение трех часов прокачивалось дизельное топливо при температуре 70°С. После чего фильтр снимали со стенда, еще раз замеряли его характеристики и проводили визуальный осмотр. Результаты замеров приведены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики фильтра

	D, мм	Н, мм	Рф, г
Фильтр после вымачивания в дизельном топливе	54	99	205
Фильтр после проведения испытаний	54	98,5	206

 

На фильтрэлементе не обнаружено изменений структуры фильтрующего материала. Размеры фильтрэлементы по сравнению с исходным практически не изменились, т.е. элемент фильтрующий «АПРИС» является работоспособным после работы в течение трех часов на дизельном топливе, нагретом до 70°С.
На этом же стенде проводили испытания работоспособности регенерированных элементов фильтрующих «АПРИС» после насыщения механическими примесями.
Для проведения лабораторных испытаний и обеспечения возможности при-ведения результатов к полноразмерному штатному элементу фильтрующему был подобран элемент фильтрующий серийный № 899 в геометрическом масштабе 1 : 3 по отношению к штатному.

Элемент фильтрующий серии «АПРИС», серийный № 899, обладал следующими характеристиками:
Диаметр - 54 мм;
Высота - 102 мм;
Масса сухого ф/э - 23 г;
Масса сухого ф/э с крышкой - 72 г.

До начала испытаний испытуемый элемент фильтрующий был полностью насыщен топливом и сняты его характеристики приведенные в табл. 3.
Производительность насоса - 0,64 л/мин., давление - 0,035 кг/см2.
При испытаниях в качестве механических примесей в соответствии с ГОСТ 14146 «Фильтры. Очистки топлива дизелей» использовался искусственный загрязнитель – кварцевая пыль с удельной поверхностью 10500 см2/г, метод определения удельной поверхности по ГОСТ 8002. Примерный дисперсный состав кварцевой пыли приведен в табл. 2:

Таблица 2: Характеристика кварцевой пыли

По ГОСТ 8002		По факту
Интервал диаметров частиц, мкм	Содержание частиц по массе, %	Интервал диаметров частиц, мкм	Содержание частиц по массе, %
0-2	10	0-1,119	10
0-4	30	0-2,221	30
0-8	55	0-5,668	60
0-18	90	0-7,414	70
0-20	97	0-12,224	90
более 20	остальное	0-27,543	100

Фильтрэлемент устанавливали на стенд и насосом прокачивали через него топливо. Периодически порциями по 5 г добавляли искусственный загрязнитель. Общая масса введенного загрязнителя равнялась двум массам сухого фильтрэлемента и составляла 45 г.
На рис. 11 представлен объем разовой загрузки искусственного загрязнителя, сухой фильтрэлемент и общий объем введенного искусственного загрязнителя.
После ввода всего загрязнителя насос останавливали, демонтировали фильтрующий элемент, проводили его визуальный осмотр, замеряли геометрические параметры и массу. Результаты приведены в табл. 3.

Рис. 11. Объем разовой загрузки искусственного загрязнителя (1), сухой фильтрэлемент (2) и общий объем введенного искусственного загрязнителя (3).

Фильтрэлемент регенерировали промывкой в холодной водопроводной воде, проводили его визуальный осмотр, замеряли геометрические параметры и массу. Результаты измерений приведены в табл. 3.
Было проведено пять этапов испытаний.
На рисунке 12 представлена фотография сухого фильтрэлемента до испытаний и нерегенерированного фильтрэлемента после V этапа испытаний.

Таблица 3. Характеристики фильтра

№ п/п	D, мм	H, мм	Qф, г	P, атм.		T, °С	Qмех. пр., г	Результаты визуального осмотра
				Начало этапа	Конец этапа
1.	58	106	111	0,035	-	18	45	Нарушений структуры ф/э не обнаружено
2.	58	111	317	-	0,150	18
3.	58	107	117	0,032	-	20	45	Нарушений структуры ф/э не обнаружено. Наблюдается некоторая бочкообразность ф/э
4.	59	112	338	-	0,195	20
5.	58	111	119	0,030	-	20	45	После регенерации ф/э бочкообразность не наблюдается
6.	59	112	324	-	0,190	20		Заметная бочкообразность в нижней части ф/э. Нарушений структуры ф/э не обнаружено.
7.	58	111	117	0,041	-	21	45	После регенерации ф/э бочкообразность практически не наблюдается. Цвет ф/э слегка сероватый.
8.	60	112	318	-	0,115	21		Некоторая бочкообразность, но меньшая, чем на предыдущем этапе. Цвет ф/э серый. Нарушений структуры ф/э не обнаружено.
9.	58	111	117	0,025	-	21	45	После регенерации ф/э бочкообразность практически не наблюдается. Цвет ф/э светлосерый.
10.	59	111	319	-	0,150	21		Небольшая бочкообразность. Цвет ф/э серый. Нарушений структуры ф/э не обнаружено.

На рисунке 13 представлен разрезанный регенерированный фильтр после V этапа испытаний. Регенерация фильтров проводилась только водопроводной водой без применения мыла. Образец (1) регенерирован только водопроводной водой, образец (2) - водопроводной водой с хозяйственным мылом.

Рис. 12. Фильтрэлемент «АПРИС» до (2) и после (1) испытаний.

 

 

Рис. 13. Регенерированный фильтр после V этапа испытаний.
Образец (2) - регенерирован только водопроводной водой, образец (1) - водопроводной водой с хозяйственным мылом

На рисунке 14 представлены загрязнения, удаленные из фильтрэлемента в процессе регенерации.

Рис. 14. Загрязнения, удаленные из фильтрэлемента в процессе регенерации.

Приведенные результаты испытаний свидетельствуют о том, что лабораторный элемент фильтрующий АПРИС, остается работоспособным после пятой регенерации. На фильтрэлементе не обнаружено изменений структуры фильтрующего материала, размеры фильтрэлементы по сравнению с исходным практически не изменились.
Для определения возможного числа регенераций промышленного фильтрэлемента АПРИС, входящего в состав фильтра-сепаратора тонкой очистки топлива ФСТ 40/10 проводили испытания на стойкость к циклическим нагружениям сжимая влажный фильтрэлемент вдоль его продольной оси на 60-70% его исходной высоты. Результаты испытаний представлены в табл. 4.

Таблица 4.

Количество циклов нагружения	Результат
300	Целостность фильтрующего элемента не нарушена
1000	Наблюдается пористость клеевого соединения на ¼ окружности
2000	Появились отслоения клеевого соединения в 3-х местах, со следующими параметрами: ширина - 18 мм, 17 мм, 30 мм, глубина - 6 мм,3 мм, 6 мм.
3000	Отслоения клеевого соединения увеличились в размерах: ширина - 21 мм, 19 мм, 35 мм, глубина - 7 мм, 3 мм, 7 мм.
4000	Отслоения клеевого соединения увеличились в размерах: ширина - 37 мм, 26 мм, 45 мм, глубина - 8 мм, 6 мм, 8 мм.
5000	Отслоения клеевого соединения увеличились в размерах: ширина - 40 мм, 32 мм, 45 мм, 46 мм, глубина - 9 мм, 8 мм, 9 мм, 5 мм.
6000	Отслоения клеевого соединения увеличились в размерах: ширина - 42 мм, 33 мм, 45-мм, 47 мм, глубина - 10 мм, 9 мм, 9 мм, 7 мм.

 

Из данных таблицы видно, что в результате 6000 циклических нагружений появились отслоения клеевого соединения фильтрующего материала от основания фильтрующего элемента. Обнаруженные дефекты, тем не менее, не привели к окончательной утрате работоспособности фильтрующего элемента. Принятое количество нагружений за срок службы 3000, так как вследствии проведенных испытаний отслоение клеевого соединения от общей площади склейки составило не более 7%. За одну промывку фильтр подвергается 50 нагружениям.

Данные испытаний фильтров с элементами АПРИС из материала АПРИСОРБ хорошо согласуются с результатами промышленной эксплуатации фильтров АПРИС. Так, на НПЗ ООО «Нижневартовское нефтеперерабатывающее объединение» эксплуатируются фильтрэлементы «АПРИС-800/6ТД1-11», установленные в корпусы штатных фильтров СТ-2500, работающих на линии выдачи дизельного топлива из ректификационных колонн в резервуары. Производитсльносгь фильтром 60 м3/ч, перепад давления 0,03 МПа. Концентрация воды в топливе колеблется от 360 до 3300 ppm на входе и от 90 до 1800 ppm на выходе. Степень очистки топлива составляет от 35 до 93% (в среднем 70%) в зависимости от концентрации в исходном дизельном топливе воды, ПАВ, различных типов присадок и иных химических веществ с полярными функциональными группами, содержащихся в исходной нефти, не разложившихся при ее переработке и способствующих удержанию свободной и растворенной воды в нефтепродукте. Фильтрэлементы отработали непрерывно без регенерации и технического обслуживания год (гарантийный срок эксплуатации - 6 мес. при их регенерации). Поломок и отказов в работе фильтров не наблюдались [2].

Результатом работы по созданию фильтра тонкой очистки – сепаратора топлива ФСТ 40/10 явилось совместное решение Управления заказов и поставок кораблей, морского вооружения и военной техники, 1 ЦНИИ МО РФ, ФГУП ЦМКБ «АЛМАЗ», ООО «Винета», ЗАО «Академия прикладных исследований» о принятии этого изделия в серийное производство для использования в системах топливоподготовки кораблей и судов ВМФ. В настоящее время идет разработка фильтров большей производительности для систем топливоподготовки.

Литература
. Ленденский A.M. и др. III Международная научно-практическая конференции «Новые топлива с присадками»: Сборник трудов, Санкт-Петербург, 1-3 июня 2004 г. -СПб: Академия прикладных исследований, 2004.- С. 389-397.
2. Сердюк В.В., Климов А.В., Панов С.Б., Кудян А.А., Ашкинази Л.А. Мир нефтепродуктов, 2006, №1. С. 32-37.