[发明专利]气体过滤系统

说明书

本发明涉及对以低速通过一层过滤介质的气态流体的过滤，更具体地说就是对大质量单位流量气态流体的过滤。

众所周知，过滤效率主要取决于所用过滤介质的性质和颗粒粒度，以及由过滤介质构成的水平或其它种滤床的厚度。

在对某些充满颗粒的气体排出到大气中之前进行过滤的应用中，始终保持滤床的厚度是很关键的。滤床厚度的减少可能导致过滤效率的降低，还会导致所用过滤器特性的不利变化，这些现象对过滤系统的周围环境产生了不容忽视的有害作用。

对安全装置中装有加压水类型的核反应堆来讲，情况尤其是这样。虽然发生严重事故的或然率极小，但人们仍然试图避免使密封性能产生可能由于内部压力过高所引起的无法逆转的有害作用，所以必须配备与反应堆密封容器连接的装置，目的是使产生的气体膨胀并过滤，以消除破坏密封容器的任何危险。

应当记住，在上述的这类应用中，操作条件是特别恶劣的。待过滤的气体混合物（含有空气、二氧化碳、水蒸汽、一氧化碳和带有悬浮粒的气体）在发生事故时，将以140℃的温度、5巴的绝对压力和高达3.5kg/s的质量单位流量冲出容器。进入过滤系统的大质量单位流量气体混合物首先进行膨胀（达到1.1巴绝对压力），然后由过滤介质进行过滤，在过滤介质层的进口和出口侧，气体混合物的速度较高，但在通过过滤床时速度较低。

我们已在实验室中以较小的规模进行了多次实验，以便对这些情况进行评估。

1985年10月底在美国俄亥州哥伦布举行的一次国际学术会议的一份出版物报导过一特别有趣的实验室实验。

作为PITEAS研究和开发计划的一部分，该实验室研制了一种砂质过滤器，并对它进行了许多实验，其中的待过滤气体的特性是变化的。

通过在过滤系统的进口和出口侧取样的办法，这些实验即能说明实验室中的一种砂质过滤介质〔其平均砂粒粒度（大约为0.7mm）和深度（大约800mm）与所要求的特性是适合的〕的效率。

所使用的过滤系统包括一圆柱形玻璃外壳，其直径大约为1m，外壳的顶部有一进气管，底部有一出气管。这些垂直管与外壳主体是同心的。外壳中有一层细砂，构成一深度为800mm的水平砂床。当然，必须有过滤介质的支承物和收集已过滤气体并将其送至出口处的装置。

置于砂层下的支承物按顺序排列有：

-一个50mm深的“支承”砂层，砂粒平均粒度大大超过过滤介质的平均粒度（大约为2mm），

-一个金属筛，筛孔尺寸小于支承层中砂粒的平均粒度，

-一电镀的钢篦，由商业上常见的轧制型材以机械方式支承。

回收的手段是在外壳底部，在钢篦和底壁之间形成一个自由空间。自底壁处伸出一过滤气体出口。

然而，试图将这种砂质过滤器的设计扩展成实际大小的过滤系统将会出现许多不足之处。

首先，由于有支承砂层，将会使过滤器填料有关的操作变得复杂起来，因为要保证过滤介质具有恒定的厚度，无疑意味着要保证支承层具有恒定的厚度。此外，在添入过滤介质之后，不可能检查此厚度（只能局部地核查出支承层的厚度）。这是一个最主要的缺陷，因为没有准确厚度的支承层是不行的。

其次，由于在底部需要有回收滤过的气体的自由空间，将会带来毁坏过滤介质支承系统的不容忽视的危险，这是因为不能保证支承构件的金属件不会最终由于过滤介质的沉积现象或化学相互作用而受到腐蚀。尽管这种腐蚀并非一定发生，但不得不予以考虑，因为这种腐蚀会带来使过滤介质的支承构件在中期或长期使用后毁坏，从而导致过滤器损坏。

可以考虑在底部的自由空间中填充砂粒以消除毁坏的危险，但这将对气体的回收（压力头损失，在出口处的速度增加不够多），构件的重量（大约增加70吨重），当然还有成本（砂本身的成本，以及必要的加强机械支承物的成本）带来的不良后果。

还可以考虑采用并修改水过滤器中使用的技术，某些这类过滤器装有一种类似于上述砂粒的粒状材料的过滤介质。

然而，这些过滤器总是含有一固体支承板，其底部有一自由空间，不论这些过滤器是逆流过滤器（在一板上有顺序安置的几层，其中有一粗砂砾支承层，一粗过滤砂砾层和一粒度减少一倍的砂过滤层）或简单的水回流冲洗过滤器，如惠勒过滤器（内有一混凝土底板，其中有许多充满陶瓷球的棱锥形的小穴，它的上面按顺序放置有许多层，各层中的砂粒粒度是逐渐减小的，最上面一层是细砂）。因此，这些技术并未提供有关消除过滤介质支承构件毁坏危险的任何启示。另外，如果在预定的应用中采用这类过滤器的话，必将采用极高的操作压力，目的是在过滤介质的出气口处获得高速，这样便需要有庞大的构件来适应这些条件。