Bộ lọc sơ cấp lưới kim loại và sợi thủy tinh: Tại sao kim loại thắng

Hiểu vai trò của bộ lọc sơ cấp lưới kim loại

A bộ lọc sơ cấp lưới kim loại là tuyến phòng thủ đầu tiên trong bất kỳ hệ thống lọc không khí hoặc chất lỏng nào. Được đặt ở giai đoạn tiếp nhận của hệ thống HVAC, thiết bị thông gió công nghiệp, buồng phun, nhà bếp thương mại và thiết bị sản xuất, bộ lọc sơ cấp thu giữ các hạt vật chất lớn trước khi nó đạt đến các giai đoạn lọc mịn hơn ở cuối dòng. Bằng cách chặn bụi, xơ vải, hạt dầu mỡ và mảnh vụn ở thời điểm ban đầu này, bộ lọc chính bảo vệ các bộ lọc thứ cấp và cấp ba đắt tiền hơn khỏi bị tải nhanh, nếu không sẽ làm tăng chi phí vận hành và giảm hiệu quả hệ thống.

Bộ lọc sơ cấp bằng lưới kim loại được chế tạo từ kim loại dệt hoặc giãn nở - phổ biến nhất là nhôm, thép mạ kẽm hoặc thép không gỉ - được tạo thành một tấm cứng hoặc bán cứng với kích thước lỗ lưới xác định. Khẩu độ, được đo bằng micron hoặc milimét, xác định kích thước hạt của mục tiêu lọc. Không giống như vật liệu sợi dùng một lần giữ các hạt thông qua việc chặn cơ học và tải sâu, bộ lọc lưới kim loại hoạt động chủ yếu thông qua lực tác động quán tính và lực căng, trong đó các hạt lớn hơn lỗ lưới bị dừng lại ở bề mặt. Cơ chế tải bề mặt này là yếu tố mang lại cho bộ lọc kim loại đặc tính đặc biệt có thể giặt được, có thể tái sử dụng, giúp phân biệt cơ bản nó với các lựa chọn thay thế bằng sợi thủy tinh.

Sự khác biệt về cấu trúc cốt lõi giữa bộ lọc lưới kim loại và sợi thủy tinh

Bộ lọc sợi thủy tinh được sản xuất bằng cách liên kết các sợi thủy tinh định hướng ngẫu nhiên vào một tấm thảm hoặc chăn bằng chất kết dính nhựa. Cấu trúc thu được là xốp nhưng dễ vỡ—dễ bị hư hại do độ ẩm, bong tróc sợi và sụp đổ cấu trúc dưới tốc độ luồng không khí cao hoặc khi bộ lọc trở nên bão hòa với các hạt bị giữ lại. Bản thân các sợi không có độ cứng cố hữu, có nghĩa là bộ lọc phụ thuộc vào bìa cứng, dây hoặc khung nhựa để duy trì hình dạng của nó. Khi khung đó mềm đi do độ ẩm hoặc nhiệt, toàn bộ bảng điều khiển có thể bị cong, hở hoặc sụp đổ, cho phép không khí chưa được lọc hoàn toàn đi qua vật liệu.

Ngược lại, bộ lọc lưới kim loại là cấu trúc tự hỗ trợ. Ma trận kim loại dệt hoặc mở rộng mang lại sự ổn định về kích thước trong mọi điều kiện vận hành gặp phải trong môi trường công nghiệp và thương mại điển hình. Một tấm lưới thép không gỉ được chỉ định phù hợp sẽ duy trì hình dạng của nó ở nhiệt độ trên 500°C, trong môi trường có độ ẩm cao và dưới vận tốc luồng không khí có thể làm biến dạng tấm sợi thủy tinh. Tính toàn vẹn về cấu trúc này không phải là một tiện ích nhỏ—nó là nền tảng của mọi lợi thế về hiệu suất mà bộ lọc kim loại có được so với bộ lọc sợi thủy tinh của nó.

Sức cản của luồng không khí: Lưới kim loại giữ áp suất giảm thấp hơn như thế nào

Một trong những khác biệt về hiệu suất có thể định lượng được nhất giữa lưới kim loại và bộ lọc sơ cấp bằng sợi thủy tinh là giảm áp suất - giảm áp suất không khí qua bộ lọc khi không khí chảy qua nó. Giảm áp suất cao có nghĩa là quạt hoặc quạt gió của hệ thống phải làm việc nhiều hơn để di chuyển cùng một lượng không khí, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và tạo ra nhiều nhiệt hơn trong động cơ. Vật liệu sợi thủy tinh, với cấu trúc sợi rối, dày đặc, tạo ra mức giảm áp suất ban đầu cao hơn đáng kể so với lưới kim loại ở tốc độ luồng khí tương đương và mức giảm áp suất này tăng nhanh khi bộ lọc tải các hạt bị giữ lại.

Bộ lọc lưới kim loại duy trì mức giảm áp suất thấp liên tục trong suốt chu kỳ sử dụng của chúng vì hình học mở, đều đặn của các khe lưới không bị sập hoặc lấp đầy theo cách tăng dần như tải độ sâu của sợi. Các hạt tích tụ trên bề mặt có thể lấp đầy một phần các lỗ hở, nhưng lưới cứng ngăn chặn sự tắc nghẽn hoàn toàn cho đến khi tải trọng quá lớn. Trong các ứng dụng buồng phun và hệ thống xả nhà bếp thương mại, nơi lưu lượng luồng không khí cao rất quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất, mức giảm áp suất vận hành thấp hơn của bộ lọc sơ cấp bằng lưới kim loại sẽ chuyển trực tiếp thành mức tiết kiệm năng lượng có thể đo được trong suốt một năm.

Khả năng giặt và tái sử dụng: Lợi thế chi phí dài hạn

Lập luận thực tế hấp dẫn nhất đối với các bộ lọc sơ cấp bằng lưới kim loại thay vì sợi thủy tinh là khả năng làm sạch và tái sử dụng chúng vô thời hạn. Bộ lọc sợi thủy tinh là vật tư tiêu hao sử dụng một lần. Sau khi được chất lên, chúng phải được đóng gói và xử lý, tạo ra chi phí vật liệu định kỳ, hậu cần xử lý chất thải và thời gian lao động để thay thế theo lịch trình. Trong các cơ sở lớn có hàng chục hoặc hàng trăm vị trí bộ lọc, chu kỳ thay thế này tiêu tốn một khoản chi phí vận hành đáng kể và không thể tránh khỏi.

Bộ lọc lưới kim loại có thể được làm sạch bằng khí nén, nước rửa, bể làm sạch siêu âm hoặc dung dịch tẩy dầu mỡ tùy thuộc vào loại chất gây ô nhiễm. Trong các ứng dụng lọc dầu mỡ như máy hút mùi nhà bếp thương mại, các tấm lưới thép không gỉ có thể được chạy qua máy rửa bát thương mại nhiều lần mà không làm suy giảm hiệu suất lọc hoặc tính toàn vẹn của cấu trúc. Một tấm lưới kim loại duy nhất có giá cao gấp ba đến năm lần so với tấm sợi thủy tinh dùng một lần tương đương thường sẽ được sử dụng từ 5 đến 15 năm, giảm đáng kể tổng chi phí sở hữu khi tính theo tuổi thọ hoạt động của bộ lọc.

Khả năng chịu nhiệt độ và hóa chất trong môi trường đòi hỏi khắt khe

Bộ lọc sợi thủy tinh có giới hạn nhiệt độ trên thực tế được áp đặt bởi chất kết dính nhựa giữ các sợi thủy tinh lại với nhau. Khi nhiệt độ vượt quá khoảng 120°C đến 150°C, các chất kết dính này bắt đầu mềm đi, khiến thảm sợi bị bong ra, chảy xệ và bong ra các mảnh ở phía hạ lưu. Trong các lò công nghiệp, hệ thống xả, hệ thống thông gió của xưởng đúc và các ứng dụng phun nhiệt độ cao, tính dễ vỡ do nhiệt này khiến sợi thủy tinh về cơ bản không phù hợp làm vật liệu lọc chính bất kể lợi thế về chi phí ban đầu của nó.

Bộ lọc sơ cấp bằng lưới kim loại bằng thép không gỉ được đánh giá để hoạt động liên tục ở nhiệt độ trên 500°C và một số loại hợp kim cao nhất định có thể hoạt động đáng tin cậy ở nhiệt độ duy trì cao hơn nữa. Điều quan trọng không kém trong nhiều bối cảnh công nghiệp là khả năng kháng hóa chất. Lưới mạ kẽm hoặc nhôm phù hợp với môi trường ăn mòn nhẹ, trong khi lưới thép không gỉ 304 và 316 chịu được sự tiếp xúc với axit, kiềm, dung môi và hợp chất clo sẽ nhanh chóng phá hủy hệ thống chất kết dính sợi thủy tinh. Tính trơ hóa học này cũng có nghĩa là các bộ lọc lưới kim loại không đóng góp các hợp chất dễ bay hơi hoặc các mảnh sợi vào luồng không khí được lọc—một yếu tố ngày càng được quan tâm trong chế biến thực phẩm, sản xuất dược phẩm và môi trường hỗ trợ phòng sạch.

An toàn cháy nổ: Ưu điểm quan trọng của lưới kim loại trong lọc sơ cấp

Trong các ứng dụng mà luồng không khí được lọc mang theo các hạt dễ cháy, hơi hoặc không khí chứa đầy dầu mỡ, khả năng chống cháy của vật liệu lọc sơ cấp không phải là ưu tiên—đó là yêu cầu bắt buộc về an toàn. Hệ thống tán ống xả nhà bếp thương mại là ví dụ quen thuộc nhất. Quá trình nấu nướng tạo ra các hạt mỡ bay hơi ngưng tụ trên bất kỳ bề mặt nào chúng tiếp xúc. Bộ lọc sơ cấp bằng sợi thủy tinh trong ứng dụng này sẽ tích tụ cặn dầu mỡ nặng gây nguy cơ hỏa hoạn nghiêm trọng. Nếu ngọn lửa bùng lên từ bề mặt nấu khiến ngọn lửa lan vào dòng khí thải, tấm sợi thủy tinh bão hòa dầu mỡ có thể đốt cháy và duy trì quá trình đốt cháy, làm lan lửa vào đường ống.

Bộ lọc mỡ bằng lưới kim loại, được yêu cầu bởi hầu hết các quy định xây dựng và phòng cháy cho các ứng dụng nhà bếp thương mại, là loại không cháy. Dầu mỡ tích tụ trên tấm lưới kim loại không hỗ trợ sự lan truyền ngọn lửa giống như vật liệu sợi hữu cơ. Cấu trúc kim loại còn đóng vai trò như một vách ngăn, khiến các giọt dầu mỡ tiếp xúc với bề mặt lưới thông qua quá trình phân tách quán tính và thoát ra nhờ trọng lực vào kênh thu gom bên dưới tấm lọc. Đặc tính tự thoát nước này làm giảm lượng vật liệu dễ cháy được giữ lại trong bộ lọc tại bất kỳ thời điểm nào, giảm hơn nữa nguy cơ hỏa hoạn so với bất kỳ giải pháp thay thế dạng sợi nào giữ lại dầu mỡ thu được trong độ sâu của vật liệu lọc.

Chọn bộ lọc chính lưới kim loại phù hợp cho ứng dụng của bạn

Việc chọn đúng thông số kỹ thuật của lưới kim loại đòi hỏi phải kết hợp các đặc tính vật lý và hiệu suất của bộ lọc với nhu cầu cụ thể của ứng dụng. Các thông số sau đây cần được đánh giá một cách có hệ thống trước khi chỉ định bảng lọc kim loại.

Kích thước khẩu độ lưới và đường kính dây

Kích thước khẩu độ—kích thước mở giữa các dây—xác định kích thước hạt tối thiểu mà bộ lọc sẽ thu được một cách đáng tin cậy thông qua quá trình căng. Đối với quá trình lọc sơ cấp thô đối với các mảnh vụn lớn như côn trùng, lá cây và các khối bụi lớn, khẩu độ từ 1 mm đến 3 mm là phù hợp. Để lọc dầu mỡ trong các ứng dụng tán nhà bếp, lưới nhôm mở rộng nhiều lớp với các lỗ mở hiệu quả nhỏ hơn là tiêu chuẩn. Đường kính dây ảnh hưởng đến cả độ cứng kết cấu của bảng điều khiển và tỷ lệ phần trăm diện tích mở, từ đó quyết định sức cản của luồng không khí. Dây dày hơn tạo ra bảng điều khiển chắc chắn hơn nhưng làm giảm diện tích mở và tăng độ giảm áp suất một chút. Đối với hầu hết các ứng dụng bộ lọc sơ cấp HVAC, dây dệt có diện tích mở 60% đến 75% mang lại sự cân bằng hiệu quả giữa khả năng thu giữ hạt và khả năng cản luồng khí thấp.

Chất liệu khung và đặc điểm kỹ thuật đệm

Khung bao quanh tấm lưới kim loại phải có khả năng chịu được môi trường hoạt động như nhau. Khung nhôm có trọng lượng nhẹ và chống ăn mòn cho các ứng dụng HVAC tiêu chuẩn. Khung thép không gỉ được chỉ định khi áp dụng các yêu cầu tiếp xúc với hóa chất, độ ẩm cao hoặc vệ sinh cấp thực phẩm. Khung phải kết hợp vật liệu đệm phù hợp—thường là bọt xốp kín, silicon hoặc cao su EPDM—để bịt kín vỏ bộ lọc và ngăn không khí lọt qua chu vi bảng điều khiển. Lưới kim loại có đặc tính lọc hoàn hảo sẽ bị phá hủy hoàn toàn bởi khung bịt kín không đủ cho phép không khí chưa được lọc đi qua bảng lọc.

Cấu hình phân lớp và độ sâu bộ lọc

Lưới kim loại một lớp cung cấp khả năng lọc sơ cấp cơ bản đầy đủ cho nhiều ứng dụng tiêu chuẩn. Để lọc sơ cấp hiệu quả cao hơn—chẳng hạn như trong các khu vực hút sơn của buồng phun, nơi phải thu hồi sơn phun quá mức trước khi đến bộ lọc khí thải phía sau—các cấu hình lưới nhiều lớp hoặc dạng lưới được gấp nếp được sử dụng. Bằng cách xếp lớp các tấm lưới có hướng dệt lệch, hiệu quả lọc hiệu quả sẽ tăng lên do các hạt phải di chuyển theo đường quanh co hơn qua độ sâu của bộ lọc. Lưới uốn, trong đó dây được tạo thành dạng sóng trước khi dệt, tạo ra các bề mặt chịu lực bổ sung trong độ sâu của bộ lọc mà không làm tăng đáng kể độ sụt áp. Hiểu được ứng dụng của bạn yêu cầu lực kéo quán tính một lớp hay lực quán tính nhiều lớp sẽ giúp thu hẹp thông số kỹ thuật chính xác của sản phẩm ngay từ đầu.

Các phương pháp bảo trì tốt nhất cho bộ lọc chính dạng lưới kim loại

Tuổi thọ lâu dài của bộ lọc sơ cấp bằng lưới kim loại phụ thuộc vào việc tuân theo lịch trình kiểm tra và vệ sinh thích hợp. Việc bỏ qua việc bảo trì cho phép tải hạt quá mức làm tăng độ sụt áp của hệ thống, giảm thể tích luồng không khí và trong các ứng dụng lọc dầu mỡ, tạo ra nguy cơ hỏa hoạn mà bộ lọc kim loại đã được chọn đặc biệt để giảm thiểu.

• Thiết lập khoảng thời gian vệ sinh dựa trên điều kiện hoạt động: Các ứng dụng nhà bếp có hàm lượng dầu mỡ cao thường yêu cầu vệ sinh hàng tuần. Môi trường công nghiệp bụi bặm có thể cần được vệ sinh hai đến bốn tuần một lần. Bộ lọc chính HVAC tiêu chuẩn trong môi trường văn phòng có thể chỉ yêu cầu vệ sinh hàng tháng hoặc hàng quý. Theo dõi độ giảm áp suất qua bộ lọc bằng áp kế và làm sạch khi độ sụt áp vượt quá giới hạn thiết kế từ 20% đến 25%.
• Sử dụng phương pháp làm sạch đúng cho loại chất gây ô nhiễm: Các cặn bụi khô phản ứng tốt với luồng khí nén thổi từ phía sạch sang phía bẩn. Cặn dầu mỡ cần có nước nóng với chất tẩy rửa tẩy dầu mỡ, bằng cách chà bằng tay, rửa bằng áp lực hoặc dùng máy rửa chén thương mại cho các tấm có kích thước phù hợp. Tránh sử dụng bàn chải sắt trên lưới dệt vì điều này có thể làm biến dạng hoặc làm đứt từng sợi dây riêng lẻ và tạo ra các lỗ lọt qua quá trình lọc.
• Kiểm tra lưới và khung sau mỗi lần vệ sinh: Tìm kiếm các dây bị cong hoặc đứt, các khe hở bị biến dạng, các điểm ăn mòn và sự xuống cấp của vòng đệm khung. Một dây bị đứt thường không phải là lý do để thay thế ngay lập tức, nhưng nhiều dây bị đứt ở một khu vực sẽ tạo ra một lỗ rẽ nhánh lớn không thể chấp nhận được. Thay thế bất kỳ bảng điều khiển nào mà vòng đệm khung không còn cung cấp bề mặt tiếp xúc ổn định, có thể nén được với vỏ bộ lọc.
• Để các tấm khô hoàn toàn trước khi lắp đặt lại: Việc lắp đặt lại tấm lưới kim loại ướt vào ứng dụng luồng khí khô có thể thúc đẩy sự ăn mòn ở khớp khung và đưa hơi ẩm vào các giai đoạn lọc phía sau. Trong các ứng dụng cấp thực phẩm hoặc phòng sạch, việc sấy khô không hoàn toàn cũng gây ra nguy cơ phát triển vi sinh vật trên bất kỳ vật liệu hữu cơ còn sót lại nào bị mắc kẹt trong lưới.
• Xoay một bảng điều khiển dự phòng: Đối với các ứng dụng quan trọng mà luồng không khí không thể bị gián đoạn trong quá trình vệ sinh, việc duy trì bảng điều khiển thứ hai có cùng thông số kỹ thuật cho phép hoán đổi ngay lập tức vào thời điểm vệ sinh. Sau đó, bảng đã tháo sẽ được làm sạch, sấy khô và sẵn sàng cho chu kỳ bảo trì tiếp theo, loại bỏ hoàn toàn thời gian ngừng hoạt động.

Khi được đánh giá trên mọi hạng mục hiệu suất có ý nghĩa—tính toàn vẹn của cấu trúc, độ giảm áp suất, khả năng chịu nhiệt độ, an toàn cháy nổ, khả năng kháng hóa chất, tổng chi phí sở hữu và tác động đến môi trường—bộ lọc sơ cấp bằng lưới kim loại luôn hoạt động tốt hơn các lựa chọn thay thế bằng sợi thủy tinh. Khoản đầu tư ban đầu cao hơn sẽ được thu hồi nhanh chóng nhờ loại bỏ chi phí thay thế và giảm mức tiêu thụ năng lượng, trong khi lợi thế về an toàn và độ tin cậy của lọc kim loại vẫn tồn tại và cộng dồn trong toàn bộ thời gian vận hành của hệ thống.