DE4325660A1 - In situ Filterreinigungssystem für Gasströme - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Filtrationsvor­ richtungen und insbesondere auf ein Filtrationssystem zum Reinigen von Partikelmaterie aus in Gasströmen verwendeten Filtern.

Filtrationssysteme sind benutzt worden, um Gasströme in zahlreichen Anwendungen zu reinigen. Typische Filtrationssysteme wenden ein modu­ lares Konzept an, in dem eine Vielzahl von kurzen Filterelementen End­ zu-End-verbunden sind, um einen Stapel von Filterelementen zu bilden und dann in einem Filtergehäuse installiert zu werden. Die einfließenden Gasströme werden in das Gehäuse gepumpt und gereinigt, indem man es ihnen ermöglicht, durch die Filterelemente zu strömen.

Da das Freiwerden von jeglicher luftgetragener radioaktiver Partikel­ materie in der Nuklearindustrie unzulässig ist, ist die Reinigung von Abgasströmen und Ventilationsluft in nuklearen Anwendungen eine besonders kritische Filtrationsanwendung, die Gasfilter hoher Effizienz einschließlich Filter hoher Effizienz für partikelbeladene Luft (high efficiency particulate air filters, HEPA) und Filter mit ultraniedriger Lufteindringung (ultra low penetration air filter; ULPA) erfordert. Die Gasfilter hoher Effizienz sind ausgelegt, um eine ausreichende Medium­ dicke und feine Fasern zu haben und sind für einen geeigneten Volu­ menstrom pro Einheit Filterfläche dimensioniert, um effektiv virtuell alle Partikelmaterie in der Gasströmen zurückzuhalten. Gemäß einer Spezifi­ kation haben HEPA-klassifizierte Filter eine Partikelentfernungsgüte von 99,97%, wenn sie durch thermisch erzeugte monodisperse DOP-Rauch­ partikel mit einem Durchmesser von 0,3 µm beauschlagt sind. In ähn­ licher Weise haben ULPA-klassifizierte Filter eine Partikelentfernungsgüte von 99,999%, wenn sie durch thermisch erzeugte monodisperse DOP- Rauchpartikel mit einem Durchmesser von 0,3 µm beaufschlagt werden.

Typische Gasfilter hoher Effizienz, einschließlich z. B. Glasfaserfilter, sind mechanisch schwach und zerbrechlich, so daß sie strukturell beschädigt werden können, wenn sie hohen Luftströmungen, einer hohen Tempera­ tur, einer hohen Feuchtigkeit, starker Staubbelastung oder Kombinationen dieser Faktoren ausgesetzt sind.

Kürzlich ist ein neuartiger Metallfilter hoher Effizienz, genannt Pall UltraMet Air Filter, hergestellt durch die Pall Corporation, zur Ver­ wendung in der Reinigung von Gasströmen entwickelt worden. Das Metallfiltermaterial ist ein zerfurchtes, faseriges sinterbondiertes Medium, das relativ dünn ist und so gefaltet ist, daß hohe Strömungen bei niedri­ gen Druckdifferenzen in kompakten Baugruppen gehandhabt werden können. Die Metallfaserfilter hoher Effizienz haben eine hohe Ober­ flächenfläche, ein Medium mit hohem Porenvolumen, eine außergewöhn­ liche Schmutzrückhaltekapazität und eine hohe mechanische Festigkeit.

Während des Filtrationsbetriebes führt das direkte Abfangen der Partikel durch das Filtermedium typischerweise zu der Bildung eines durchlässigen Kuchens der größervolumigen Feststoffe an der Oberfläche des Filterme­ diums. Die Schmutzkapazität des Filters wird auch aufgebraucht, wenn Mengen von Partikelmaterie, die typischerweise kleiner als die Poren­ größe des Mediums und des Filterkuchens sind, im Inneren des Filterme­ diums durch die van der Waals′schen Kräfte und die elektrostatischen Kräfte zwischen der Mediumoberfläche und der Partikelmaterie gefangen. Die Partikelmaterie verstopft effektiv die Filterelemente, erhöht den Druckverlust über den Filter und behindert den Filtrationsbetrieb. In einem typischen Ventilationsstrom ist z. B. der Zirkulationsdruck etwa 20 Inch Wassersäule, so daß sogar die kleinen Erhöhungen im Differenz­ druck über dem Filtermedium, die durch die kleinen Partikel verursacht sind, den Systembetrieb negativ beeinflussen werden.

Die konventionellen Glasfaserfilter und Sandbettfilter sind größtenteils vom Wegwerftyp gewesen, weil Versuche, die Filter zu reinigen ein­ schließlich der Verwendung von teuren und kaustischen Chemikalien oder Säurebädern, die ein Freisetzen und Handhaben von radioaktivem Abfall­ material erfordern, in großem Maße nicht erfolgreich gewesen sind. Im Gegensatz zu diesen konventionellen Filtern hoher Effizienz ist es un­ praktisch und nicht wünschenswert, die Metallfilter hoher Effizienz wegzu­ werfen, wenn sie verstopft sind, weil sie relativ teuer sind und der Umweltvorteil eines regenerierbaren Systems verlorengeht. Unglücklicher­ weise sind Versuche, die Metallfilter zu reinigen, indem ein Rückspül- Reinigungsverfahren verwendet wird, indem eine Rückströmung von Luft durch das Filterelement gedrückt wird, nicht vollständig effektiv gewesen, da das Rückspülverfahren nicht in der Lage ist, die kleinere Partikelma­ terie, die innerhalb der Matrix des Filters gefangen ist, herauszudrücken.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Filtrationssystem bereitzu­ stellen, das Gasfilter reinigen kann.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Filtrationssystem bereitzustellen, das Metallfilter hoher Effizienz reinigen kam Es ist ein verwandtes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Filtrations­ system bereitzustellen, und zwar zum Entfernen von Mengen von Parti­ kelmaterie innerhalb der Matrix der Filter. Ein weiteres Ziel der vor­ liegenden Erfindung ist, ein Filtrationssystem bereitzustellen, das Filter in situ reinigen kann, ohne daß das Bedienpersonal oder die Umwelt dem - kontaminierten Material ausgesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Filtrationssystem bereit, das minde­ stens einen Rückhaltebehälter aufweist, der mindestens einen Filter zum Reinigen von Gasströmen enthält. Der Rückhaltebehälter hat eine Aus­ laßöffnung und eine Einlaßöffnung zum Empfangen des kontaminierten Gasstromes, so daß der Gasstrom in eine Richtung durch den Filter und die Auslaßöffnung strömen kann. Eine Quelle von Rückspülflüssigkeit kann in den Rückhaltebehälter eingeführt werden und durch den Filter in die entgegengesetzte Richtung des Gasstromes geleitet werden, um den Filter zu reinigen. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Reinigen des Filtrationssystems bereit. Das Reinigungsverfahren weist ein Beenden der Strömung von Einströmgas in den Rückhaltebehälter und ein Leiten der Rückspülflüssigkeit durch die Filter in die entgegen­ gesetzte Richtung des Einströmgases zum Reinigen der Filter auf. Eine bevorzugte Ausführungsform des Filtrationssystems kann einen Rückhalte­ behälter und eine Vielzahl von Filterelementen aufweisen, die kontami­ nierte Einströmgasströme durch Leiten des Stromes durch die Filter­ elemente reinigen. Der Rückhaltebehälter ist ein zylindrischer Behälter mit einer zylindrischen Seite, einer Basis und einem entfernbaren Deckel, der an der Behälterseite befestigt sein kann. Eine Vielzahl von Beinen, die fest an der Behälterseite angebracht sind, stützt den Rückhaltebehäl­ ter. Der Rückhaltebehälter hat eine Einlaßöffnung in der Basis oder der Seite und eine Auslaßöffnung in dem Deckel. Die Einlaßöffnung steht in Verbindung mit einer Einlaßleitung zum Aufnehmen des zu filternden Einströmgases. Eine Ablaßleitung kann auch in der Basis zum Ablassen des Behälters vorgesehen sein. Die Auslaßöffnung steht in Verbindung mit einer Auslaßleitung zum Annehmen des sauberen Ausflusses zur weiteren Bearbeitung.

Die individuellen Filterelemente können ein gefaltetes Medium oder eine hohle, zylindrische Masse von Fasern sein, die an einem zylindri­ schen Kern montiert sind. Das bevorzugte Filterelement ist ein Metall­ filter hoher Effizienz. Die Filterelemente können End-zu-End-verbunden sein, um einen abgedichteten Stapel von Filterelementen zu bilden. Jeder Filterstapel ist in einem Rückhaltebehälter durch Abdichten des Filter­ stapels in der Basis des Rückhaltebehälters und durch Abdichten des Gehäusedeckels über den Filterstapeln installiert.

Während des Filtrationsprozesses liefert die Einlaßleitung das kontami­ nierte Einströmgas zu der Einlaßöffnung in der Basis des Rückhaltebe­ hälters, wodurch der Rückhaltebehälter gefüllt wird. Das Einströmgas fließt von außen nach innen durch das Filterelement und tritt durch die Auslaßöffnung in dem Deckel des Rückhaltebehälters aus. Die Auslaßlei­ tung liefert das saubere Abflußgas zur weiteren Verarbeitung.

Gemäß einem der Ziele der vorliegenden Erfindung wird der Rückspül- Reinigungszyklus in Gang gesetzt, wenn die Partikelmaterie die Filter­ elemente verstopft, wodurch der Differenzdruck über die Filterelemente ansteigt, so daß er den normalen Filterbetrieb verhindert. Wenn der Rückspülzyklus in Gang gesetzt ist, wird der Strom von Einströmgas in den Rückhaltebehälter beendet.

Die Partikelmaterie wird von den Filterelementen abgereinigt, indem eine Flüssigkeit in den Rückhaltebehälter eingeführt wird und indem dann die Flüssigkeit rückgespült wird, so daß sie durch den Rückhaltebehälter und durch die Filterelemente in die entgegengesetzte Richtung des Einström­ gases fließt. Der Druck, der erzeugt wird, wenn die Flüssigkeit heftig und kraftvoll von dem Rückhaltebehälter rückgespült wird, löst und entfernt die Schicht von Feststoffpartikelmaterie an der Filteroberfläche und die Menge von Feststoffpartikelmaterie, die im Inneren des Filterme­ diums gefangen ist. Es wird anerkannt werden, daß die Rückspülflüssig­ keit die Effektivität der van der Waals′schen Kräfte und der elektro­ statischen Anziehungskräfte zwischen der Filteroberfläche und der Parti­ kelmaterie reduziert, so daß die Feststoffe von dem Inneren des Filter­ mediums leichter gelöst werden können. In ähnlicher Weise löst die Flüssigkeit die Kuchenschicht der größeren Feststoffpartikel an der Oberfläche des Filtermediums. Um die van der Waals′schen Kräfte und die elektrostatischen Kräfte zwischen der Filteroberfläche und den Fest­ stoffpartikeln zu reduzieren, muß die Flüssigkeit im wesentlichen die gesamte Fläche des Filtermediums sättigen. Es wird anerkannt werden, daß die Menge der benötigten Rückspülflüssigkeit, um das Filtermedium zu sättigen, von dem speziellen Filtrationssystem einschließlich der Größe des Rückhaltebehälters und der Anzahl der Filterelemente abhängen wird, jedoch sollte typischerweise der Flüssigkeitspegel hoch genug sein, um die Filterstapel innerhalb des Rückhaltebehälters abzudecken. Jede Flüssigkeit, die kompatibel mit den Komponenten des Filtrationssystems und den Filterelementen ist, kann verwendet werden, Wasser ist jedoch im allgemeinen bevorzugt. Andere geeignete Flüssigkeiten würden auch Flüssigkeiten einschließen, die besser das Medium und die Feststoff­ partikel benetzen oder teilweise die Feststoffpartikel auflösen oder in anderer Weise das Anhaften der Feststoffpartikel an dem Filtermedium reduzieren, sowie jede andere einschließlich z. B. Wasser enthaltende oberflächenaktive Substanzen, - Salpetersäurelösungen, Ätznatron-Lösungen oder organische Substanzen, die Lösungsmittel für alle oder einige der Feststoffpartikel sind. Um sicherzustellen, daß die Rückspülflüssigkeit die Filterelemente nicht weiter kontaminiert, wird die Rückspülflüssigkeit vorgefiltert auf mindestens die Klasse bzw. den Nennwert der Filterele­ mente.

Wenn das Filtermedium einmal mit der Rückspülflüssigkeit gesättigt ist, wird die Flüssigkeit mit einer genügenden Kraft rückgespült, so daß die Partikelmaterie, insbesondere die in dem Inneren der Filterelemente eingeschlossene Partikelmaterie, von den Filterelementen gelöst und von dem Rückhaltebehälter entfernt werden wird.

In einer Ausführungsform kann die unter Druck gesetzte Flüssigkeit in die stromabwärtige Seite des Rückhaltebehälters eingeführt werden, um die Flüssigkeit zu zwingen, durch den Rückhaltebehälter, wie durch die Richtung der Gasströmung definiert, und die Filterelemente mit einer relativ hohen Geschwindigkeit rückzuspülen. In einer bevorzugten Aus­ führungsform wird eine gesteuerte Menge eines Druckgases in die strom­ abwärtige Seite des Behälters eingeführt, und die Ablaßöffnung wird schnell geöffnet, was zu einem hydraulischen Impuls führt, der die Flüssigkeit zwingt, durch die Filterelemente in die entgegengesetzte Richtung der Gasströmung zu strömen und die gesammelten Feststoffe von dem Filter abzusprengen. Wenn der Gashohlraum expandiert, werden die Feststoffe und die in dem Behälter verbleibende Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung oder die Ablaßleitung zur weiteren Verarbeitung gezwun­ gen. Es wird anerkannt werden, daß, wenn der Gasdruck expandiert, eine Spitzenflüssigkeitsgeschwindigkeit erzeugt wird, die sich ständig verringert und ausgleicht. Es ist wünschenswert, die höchste Spitzengeschwindigkeit zu schaffen, um zu sichern, daß die innerhalb des Filtermediums einge­ schlossenen Feststoffe und jene, die an der Filteroberfläche angeordnet sind, gelöst werden. Die Spitzenflüssigkeitsgeschwindigkeit und die Druck­ grenze werden von dem Filtrationssystem und dem Filtermedium ab­ hängen jedes Gas, das kompatibel mit den Komponenten des Filtrations­ systems ist, kann verwendet werden, einschließlich z. B. Stickstoff oder Luft. Instrumententrockene Luft ist das bevorzugte Gas. Das Gas sollte vorgefiltert auf wenigstens die Klasse der Filterelemente sein, um zu sichern, daß das Gas die Filterelemente nicht kontaminiert Mehrfache Rückspülzyklen mit wechselnden Fluiden können wünschenswert sein, um die Elemente vollständiger zu reinigen.

Nachdem die Flüssigkeit und das Gas aus dem Rückhaltebehälter ver­ drängt worden sind, wird der Rückhaltebehälter dann durch Hindurch­ leiten von warmer trockener Luft in die entgegengesetzte Richtung der normalen Gasströmung getrocknet. Eine Vorwärtsströmung wird zu dem Rückhaltebehälter hergestellt, wenn der Rückhaltebehälter trocken ist. Der Rest der Filterbehälter in dem Filtrationssystem kann sequentiell rückgespült werden.

Gemäß einem der Ziele erlaubt das vorliegende Filtrationssystem den Filterelementen, in situ gereinigt zu werden, ohne die Filterelemente aus dem Rückhaltebehälter zu entfernen. Somit sind das Bedienpersonal oder die Umwelt nicht der kontaminierten Partikelmaterie ausgesetzt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen­ den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnungsseite.

Fig. 1 ist ein schematisches Flußdiagramm eines Filtrationssystems, das einen Rückhaltebehälter und eine Vielzahl von Filterelementen aufweist, die kontaminierte Einström-Gasströme reinigen, indem der Strom durch die Filterelemente gemäß der vorliegenden Erfindung geleitet wird.

Während die Erfindung beschrieben und offenbart werden wird in Ver­ bindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsbeispielen und Abläufen, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese spezifischen Ausfüh­ rungsformen zu beschränken. Es ist vielmehr beabsichtigt, all jene alter­ nativen Ausführungsformen und Modifikationen abzudecken, die innerhalb des Geistes und des Umfanges der Erfindung fallen.

In der Zeichnung illustriert Fig. 1 ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Filtrationssystems, das mindestens einen Rückhalte­ behälter 10 aufweist, wobei jeder Rückhaltebehälter 10 mindestens ein Filterelement 11 enthält, das kontaminierte einströmende Gasströme reinigt, indem der Strom durch das Filterelement 11 geleitet wird. Nur ein Rückhaltebehälter 10 ist dargestellt, um die Figur zu vereinfachen, es wird jedoch anerkannt werden, daß das Filtrationssystem eine Vielzahl von ähnlichen Rückhaltebehältern 10 aufweisen kann, die unabhängig voneinander arbeiten können. Z.B. werden Vielfach-Behältersysteme verwendet, wenn Prozeßvolumenströme hoch sind oder eine kontinuierli­ che ununterbrochene Strömung benötigt wird.

Der dargestellte Rückhaltebehälter 10 ist ein zylindrischer Behälter mit einer zylindrischen Seite 12, einer Basis 13 und einem abnehmbaren Deckel 14, der an der Behälterseite 12 befestigt werden kann. Der Rückhaltebehälter 10 ist durch eine Vielzahl von Beinen 15 gestützt, die fest an der Behälterseite 12 angebracht sind. Der abnehmbare Deckel 14 kann an dem Rückhaltebehälter 10 durch jegliche konventionelle Ein­ richtung angebracht sein. Der typische Rückhaltebehälter 10 hat eine Gaseinlaßöffnung 16 in der Basis 13 und eine Auslaßöffnung 17 in dem Deckel 14. Alternative Anordnungen eines Rückhaltebehälters können verwendet werden. Die Einlaßöffnung 16 steht in Verbindung mit einer Einlaßleitung 18 zum Aufnehmen des zu filternden Einströmgases und einer Ablaßleitung 19 zum Entleeren des Behälters 10. Die Auslaßöff­ nung 17 steht in Verbindung mit einer Auslaßleitung 21 zum Liefern des sauberen Abflusses zum weiteren Verarbeiten.

Die individuellen Filterelemente 11 können ein gefaltetes Medium oder eine hohle, zylindrische Masse von Fasern sein, die an einem zylindri­ schen Kern montiert sind. Zusätzlich kann das Filtermedium ein Metall­ medium sein, das aus einem pulverförmigen Metall oder gewebten Draht gebildet ist. Das bevorzugte Filterelement 11 ist ein neuartiges Metall­ fasermedium hoher Effizienz, das als Pall UltraMet Air Filters, verfügbar von der Pall Corporation, bezeichnet wird, und das kürzlich zur Ver­ wendung in der Reinigung von Gasströmen entwickelt wurde. Das Medi­ um, das eine sinterbondierte Metallfaser aufweist, kann relativ dünn sein und so gefaltet sein, daß hohe Strömungen bei niedrigen Druckdifferen­ zen in kompakten Baugruppen gehandhabt werden können. Diese Metall­ faser-Sinterelemente hoher Effizienz sind sehr zerklüftet und haben eine hohe Oberflächenfläche, ein Medium mit hohem Porenvolumen, eine außergewöhnliche Schmutzrückhaltekapazität und eine hohe mechanische Festigkeit. Die Porengrößenklasse für diese Gasfilter hoher Effizienz ist etwa 0,3 µm im Gasbetrieb, wie gemessen wurde, indem thermisch erzeugte monodisperse DOP-Rauchpartikel mit einem Durchmesser von 0,3 µm verwendet wurden.

In dem dargestellten Filtrationssystem können die Filterelemente 11 End­ zu-End-verbunden sein, um einen abgedichteten Stapel von Filterelemen­ ten 11 zu bilden. Jeder Filterstapel ist in dem Rückhaltebehälter 10 durch Abdichten des Filterstapels zwischen einer oberen Rohrplatte und einer Bodenstützplatte (nicht gezeigt) installiert. Um zu verhindern, daß das Einströmgas an dem Filterelement 11 vorbeiströmt und die strom­ abwärtige Seite, die den sauberen Abfluß enthält, - kontaminiert, wird verstanden werden, daß eine gasdichte Dichtung zwischen den individuel­ len Filterelementen 11 und dem Filterstapel und der Rohrplatte durch irgendeine konventionelle Einrichtung geschaffen ist.

Während des Filtrationsprozesses liefert die Einlaßleitung 18 das kon­ taminierte Einströmgas zu der Einlaßöffnung 16 in der Basis 13 des Rückhaltebehälters 10, wodurch der Rückhaltebehälter 10 gefüllt wird. Das Einströmgas fließt radial von außen nach innen durch das Filterme­ dium und dann axial durch die Mitte der Filterelemente 11, um sie durch die Auslaßöffnung 17 in dem Deckel 14 des Rückhaltebehälters 10 zu verlassen. Die Auslaßleitung 21 liefert das saubere Abflußgas zur weiteren Verarbeitung. Während des Filtrationsbetriebes wird es aner­ kannt werden, daß die Filterelemente 11 Partikelmaterie aus dem ein­ strömenden Gasstrom filtern, der Differenzdruck über die Filterelemente 11 ansteigt, wenn die Partikelmaterie durch die Filterelemente 11 einge­ schlossen ist. Ein durchlässiger Feststoffkuchen kann an der Filterober­ fläche gebildet werden, wenn die größeren Partikel, typischerweise größer als 1 µm, durch direktes Abfangen eingeschlossen werden. Kleinere Partikel, die typischerweise kleiner als die Filterporenklasse sind, sind in dem Inneren des Filtermediums durch die van der Waals′schen Kräfte oder die elektrostatischen Anziehungskräfte der Filteroberfläche einge­ schlossen. Der Differenzdruck über die Filterelemente 11 kann durch jede konventionelle Einrichtung gemessen werden, die dem Stand der Technik bekannt ist. Typischerweise wird der Differenzdruck über die Einlaßöffnung 16 und die Auslaßöffnung 17 in dem Rückhaltebehälter 10 gemessen.

Gemäß einem der Ziele der vorliegenden Erfindung wird der Rückspülrei­ nigungszyklus in Gang gesetzt, wenn die Partikelmaterie die Filterelemen­ te 11 verstopft hat und der Differenzdruck über die Filterelemente 11 sich so vergrößert hat, daß sie den normalen Filtrationsbetrieb behindert Die spezifische Druckdifferenz, bei der die Effizienz des Filtrationsbetrie­ bes beginnt, sich zu verschlechtern, so daß der Rückspülzyklus in Gang gesetzt werden sollte, wird von dem speziellen Filtrationssystem abhängen und wird dem Fachmann bekannt sein. In einem typischen Ventilations­ gasstrom z. B. kann das System einen Zirkulationsdruck von etwa 20 Inch Wassersäule und einen Differenzdruck über die sauberen Filterelemente 11 von etwa 3 bis 4 Inch Wassersäule haben. Im Hinblick auf diese relativ niedrigen Betriebsdruckdifferenzen wird es anerkannt werden, daß selbst die kleinen Erhöhungen im Differenzdruck über die Filterelemente 11, die durch Mengen von Partikelmaterie verursacht werden, den Sy­ stembetrieb negativ beeinflussen werden. In so einem System wurde das Rückspülreinigungssystem typischerweise in Gang gesetzt werden, wenn der Differenzdruck in der Größenordnung von 8 bis 10 Inch Wassersäule ist.

Wenn der Rückspülzyklus in Gang gesetzt ist, wird die Strömung von Einströmgas in den Rückhaltebehälter 10 unterbrochen, z. B. durch Schlie­ ßen eines Einlaßventils V1 und eines Auslaßventils V2 in der dargestell­ ten Ausführungsform. Es wird auch anerkannt werden, daß der Rückhal­ tebehälter 10 von dem anderen Behälter 10 in einem Mehrfachbehälter- System isoliert sein wird.

Gemäß einem der Ziele der Erfindung wird die Partikelmaterie von den Filterelementen 11 durch Sättigen der Filterelemente 11 mit einer Flüs­ sigkeit und dann durch Rückspülen der Flüssigkeit gesäubert, so daß sie durch den Rückspülbehälter 10 und die Filterelemente 11 in der ent­ gegengesetzten Richtung des Einströmgases strömt, z. B. radial von innen nach außen durch das Medium. Rückspülen der Flüssigkeit von dem Rückhaltebehälter 10 löst und entfernt die Schicht von Feststoffpartikel­ materie an der Filteroberfläche und die Mengen von Feststoffpartikelma­ terie, die im Inneren der Filterelemente 11 eingeschlossen ist.

In der dargestellten Ausführungsform wird Wasser in den Rückhaltetank 10 durch Öffnen eines Wasserventils V3 und durch Zulassen, daß das Wasser durch die Wassereinlaßleitung 40 fließt, eingeführt. Das Ein­ strömgas in dem Rückhaltebehälter 10 wird durch die Entlüftungsleitun­ gen 49 oder 50 entlüftet. Es wird anerkannt werden, daß das Vorhanden­ sein einer Flüssigkeit in dem Inneren der Filterelemente 11 die Effekivi­ tät der van der Waals′schen Kräfte und der elektrostatischen Anziehungs­ kräfte zwischen der Oberfläche und dem Filtermedium und der Partikel­ materie und zwischen den Partikeln reduziert, so daß die Partikelmaterie von den Filterelementen 11 sehr effektiv gelöst werden kann. In ähn­ licher Weise löst das Leiten der Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung der Gasströmung die Kuchenschicht der größeren Feststoff­ partikel an der Oberfläche der Filterelemente 11. Um die van der Waals′schen Kräfte und die elektrostatischen Kräfte zwischen der Filt­ eroberfläche und den Feststoffpartikeln und zwischen den Feststoffpartikeln zu reduzieren, muß die Flüssigkeit im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Filterelementes 11 sättigen. Es wird anerkannt werden, daß die Menge der Rückspülflüssigkeit, die benötigt wird, um die Filter­ elemente 11 zu sättigen, von dem speziellen Filtrationssystem einschließ­ lich der Größe des Rückhaltebehälters 10 und der Anzahl der Filter­ elemente 11 abhängen wird, jedoch sollte typischerweise der Flüssigkeits­ pegel hoch genug sein, um die Filterelemente innerhalb des Rückhaltebe­ hälters 10 abzudecken und im wesentlichen den Deckel 14 zu füllen. Da die volumetrische Kapazität des Rückhaltebehälters 10 und des Deckels 14 typischerweise bekannt sind, kann eine vorbestimmte Menge einer Flüssigkeit zu dem Rückhaltebehälter 10 und dem Deckel 14 geliefert werden, um sie zu füllen. In ähnlicher Weise kann ein konventioneller Wasserpegelmonitor den Wasserpegel in dem Rückhaltebehälter 10 und dem Deckel 14 steuern. Jede Flüssigkeit, die kompatibel mit den Kom­ ponenten des Filtrationssystems und den Filterelementen 11 ist, kann verwendet werden, jedoch ist Wasser im allgemeinen bevorzugt. Andere geeignete Flüssigkeiten schließen Flüssigkeiten ein, die besser das Medi­ um und die Feststoffpartikel benetzen oder die teilweise die Feststoff­ partikel auflösen oder in anderer Weise das Haften der Feststoffpartikel an dem Filtermedium lösen, sowie jede andere, die z. B. einschließt Wasser enthaltende oberflächenaktive Substanzen, Salpetersäurelösungen, Ätznatron-Lösungen oder organische Stoffe, die Lösungen für alle oder einige der Feststoffpartikel sind. Um sicherzustellen, daß die Rückspül­ flüssigkeit die Filterelemente 11 nicht weiter kontaminieren wird, kann die Rückspülflüssigkeit auf mindestens die Klasse der Filterelemente 11 vorgeführt sein. In der bevorzugten Ausfühungsform z. B. ist Wasser durch einen Filter 41 mit einer Porenklasse von mindestens 1 µm vor­ gefiltert, was die Klasse der Metallfilterelemente 11 im Flüssigkeitsbetrieb ist.

Wenn die Filterelemente 11 einmal mit der Rückspülflüssigkeit gesättigt worden sind, muß die Flüssigkeit mit ausreichender Kraft rückgespült werden, so daß die Partikelmaterie, insbesondere die Partikelmaterie, die im Inneren der Filterelemente 11 eingeschlossen ist, von den Filterele­ menten 11 gelöst und von dem Rückhaltebehälter 10 entfernt werden wird. In einer Ausführungsform kann eine unter Druck gesetzte Flüssig­ keit in die stromabwärtige Seite des Rückhaltebehälters 10 eingeführt werden, um die Flüssigkeit zu zwingen, durch den Rückhaltebehälter 10 und die Filterelemente 11 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit rückzuspülen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine gesteuerte Menge eines Druckgases in die stromabwärtige Seite des Behälters 10 durch eine Gaseinlaßleitung 43 durch Öffnen eines Gasventils V4 und schnelles Öffnen eines Ventils V6 eingeführt, um einen hydraulischen Impuls zu erzeugen, der die Flüssigkeit zwingt, die Strömung durch die Filterelemente 11 umzukehren und die angesammelten Feststoffe von dem Filter zu sprengen. Wenn der Gasraum expandiert, werden die Feststoffe und die verbleibende Flüssigkeit in dem Behälter 10 durch die Einlaßöffnung 16 und die Ablaßleitung 19 zur weiteren Verarbeitung drückt. Es wird anerkannt werden, daß, wenn der Gasdruck expandiert, eine Spitzenflüssigkeitsgeschwindigkeit geschaffen wird, die sich ständig verringert und ausgleicht. Es ist wünschenswert, eine höchste Spitzenge­ schwindigkeit zu schaffen, um zu sichern, daß Feststoffe, die innerhalb der Filterelemente eingeschlossen sind, und jene, die an der Filterober­ fläche 11 angeordnet sind, gelöst werden. Die Spitzenflüssigkeitsgeschwin­ digkeit und die Druckgrenze werden von der Größe des Filtrationssy­ stems und der Filtermediumporösität abhängen. Jedes Gas, das kom­ patibel mit den Komponenten des Filtrationssystems ist, kann verwendet werden, einschließlich z. B. Stickstoff oder Luft. Instrumententrockene Luft ist das bevorzugte Gas. Das Gas sollte auf mindestens die Klasse der Filterelemente 11 vorgefiltert sein und sichern, daß das Gas die Filter­ elemente 11 nicht kontaminiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Luft z. B. durch einen Filter 44 mit mindestens einer 0,3 µm-Klasse vorgefiltert, da die Metallfilterelemente 11 eine Porenklasse von 0,3 µm für einen Gasbetrieb haben.

Der Rückhaltetank 10 kann unter Druck gesetzt werden, indem jede konventionelle Technik verwendet wird. In einer dargestellten Ausfüh­ rungsform wird das Druckgas von einem Hilfsgasreservoir 45 geliefert, das auf ein vorbestimmtes Niveau durch einen Kompressor C1 durch Öffnen eines Druckventils V5 unter Druck gesetzt wurde. Das Hilfs­ gasreservoir 45 ermöglicht es dem Rückhaltebehälter 10, schnell bei Ingangsetzen des Rückspülreinigungszyklusses unter Druck gesetzt zu werden. Ein Druckventil V5 bleibt offen, bis der Rückhaltebehälter 10 auf das vorbestimmte Niveau unter Druck gesetzt worden ist, wobei bei diesem Punkt das Druckventil V5 geschlossen wird; oder wahlweise offen gelassen wird.

Es wird anerkannt werden, daß das Wasser mit einer Kraft rückgespült werden muß, die ausreichend ist, um die Schicht von Feststoffpartikeln an der Filteroberfläche und den innerhalb der Filterelemente 11 einge­ schlossenen Partikel zu lösen. In der bevorzugten Ausführungsform z. B. ist gefunden worden, daß eine Spitzenflüssigkeitsgeschwindigkeit im Bereich von etwa 2 bis 3 gal/min/ft² Filtermedium ausreichend ist, um die Partikelmaterie von den Metallfiltern 11 hoher Effizienz zu entfernen Um diese Wassergeschwindigkeit zu erzeugen, wird der Gasdruck typi­ scherweise im Bereich von etwa 20 bis 150 psig; vorzugsweise 80 bis 100 psig sein müssen. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Metall­ filterelemente 11 einen äußeren Stützkäfig, der typischerweise ein Draht ist, der spiralförmig um das Äußere der Filterelemente 11 für eine zusätzliche Abstützung gewickelt ist, um zu verhindern, daß die Kraft der Flüssigkeit die Filterelemente 11 aufreißt.

Nachdem der Rückhaltebehälter 10 unter Druck gesetzt worden ist auf das gewünschte Niveau, werden die Filterelemente 11 durch Öffnen des Ablaßventils V6 rückgespült, was es dem Druckgas erlaubt, zu expandie­ ren und die Flüssigkeit zu zwingen, durch die Filterelemente 11 in die entgegengesetzte Richtung der anfänglichen Gasströmung zu strömen. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Rückspülwasser, das die Partikelmaterie enthält, an einen Rückspülauffangtank 46 zur weiteren Verarbeitung geliefert. In den nuklearen Anwendungen wird das Wasser z. B. für eine radioaktive Abfallentsorgung behandelt. Mehrfache Zyklen von Rückspülen mit wechselnden Flüssigkeiten können wünschenswert sein, um die Elemente vollständiger zu säubern.

Nachdem die Flüssigkeit und das Gas aus dem Rückhaltebehälter 10 entfernt worden sind, wird der Rückhaltebehälter dann - durch Hindurch­ leiten von warmer trockener Luft in die entgegengesetzte Richtung der anfänglichen Gasströmung getrocknet. Eine Vorwärtsströmung der Einströ­ mung kann zu diesem Behälter wieder hergestellt werden, und zwar durch Öffnen der Ventile V1 und V2. Die verbleibenden Filterbehälter in dem Filtrationssystem können sequentiell rückgespült werden.

Es sollte nun anerkannt werden, daß gemäß einem der Ziele das vor­ liegende Filtrationssystem es erlaubt, daß die Filterelemente in situ gereinigt werden, ohne die Filterelemente von dem Rückhaltebehälter zu entfernen. Somit sind das Bedienpersonal und die Umgebung nicht der kontaminierten Partikelmaterie ausgesetzt.

Claims (35)

1. Verfahren zum Reinigen eines Gasfiltrationssystems, wobei das Filtrationssystem mindestens einen Rückhaltebehälter hat, der minde­ stens einen Gasfilter zum Filtern eines einströmenden Gasstromes enthält, der durch den Filter in eine Richtung strömt, wobei das Reinigungsverfahren aufweist:

• - Beenden der Strömung des einströmenden Gases in den Rück­ haltebehälter; und
• - Leiten einer Rückspülflüssigkeit durch den Filter in die ent­ gegengesetzte Richtung des einströmenden Gases zum Reinigen des Filters.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Filtrationssystem mehr als einen Rückhaltebehälter hat und wobei das Reinigungsverfahren weiterhin ein Isolieren von wenigstens einem Rückhaltebehälter von den anderen Rückhaltebehältern in dem Filtrationssystem aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin aufweist: Ein Füllen des Rückhaltebehälters mit Rückspülflüssigkeit, ein Unter-Druck-Setzen des Rückhaltebehälters mit einem Druckgas, nachdem der Rückhalte­ behälter mit der Flüssigkeit gefüllt ist, und Expandieren des Druck­ gases, um die Flüssigkeit durch die Filter zu leiten.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Expandieren des Druckga­ ses ein Öffnen einer Ablaßöffnung in dem Rückhaltebehälter ein­ schließt, um schnell das Druckgas zu expandieren.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Druck des Druckgases von etwa 20 psig bis etwa 150 psig ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Druck des Druckgases von etwa 80 psig bis etwa 100 psig ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 3, das ein Liefern des Druckgases von einem Gasreservoir aufweist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 3, das ein Vorfiltern des Druckgases auf wenigstens die Klasse des Filters beim Gasbetrieb aufweist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Druckgas Luft ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ein Vorfiltern der Flüssigkeit auf wenigstens die Klasse des Filters im Flüssigkeitsbetrieb aufweist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Filter wenigstens eine HEPA-Klasse ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Filter ein Metallfilter ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der Metallfilter wenigstens eine HEPA-Klasse hat.

14. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Flüssigkeit Wasser ist.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Wasser eine oberflä­ chenaktive Substanz enthält.

16. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Flüssigkeit die Anzie­ hungskräfte zwischen dem Filtermedium und den Feststoffpartikeln oder zwischen den Feststoffpartikeln reduziert.

17. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Flüssigkeit teilweise die Partikelmaterie, die durch den Filter eingefangen ist, auflöst.

18. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ein Entleeren der Rückspülflüssig­ keit in einen Rückspültank zur Abfallentsorgung aufweist.

19. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ein Füllen des Rückhaltebehälters mit Flüssigkeit aufweist, so daß die Flüssigkeit im wesentlichen die Filter zum Lösen der im Inneren des Filtermediums eingefangenen Partikelmaterie sättigt.

20. Filtrationssystem zum Reinigen von Filtern, die beim Reinigen von Gasströmen verwendet werden, wobei das Filtrationssystem aufweist:
Mindestens einen Rückhaltebehälter, der mindestens ein Filterele­ ment zum Reinigen von Gasströmen, eine Auslaßöffnung und eine Einlaßöffnung zum Aufnehmen des kontaminierten Gasstromes auf­ weist, so daß der Gasstrom in eine Richtung durch die Filterelemen­ te und die Auslaßöffnung strömen kann; und
eine Quelle von Rückspülflüssigkeit in Kommunikation mit dem Rückhaltebehälter zum Leiten der Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung des Gasstromes durch die Filter; um die Filter zu reinigen.

21. Erfindung gemäß Anspruch 20, die eine Quelle von Druckgas auf­ weist, um den Rückhaltebehälter unter Druck zu setzen und die Flüssigkeit zu zwingen, in die entgegengesetzte Richtung des ein­ strömenden Gases zu fließen.

22. Erfindung gemäß Anspruch 20, die einen Vorfilter zum Vorfiltern des Gases auf wenigstens die Klasse des Filters im Gasbetrieb aufweist.

23. Erfindung gemäß Anspruch 21, bei dem der Gasdruck von etwa 20 psig bis etwa 150 psig ist.

24. Erfindung gemäß Anspruch 21, bei dem der Gasdruck von etwa 80 psig bis etwa 100 psig ist.

25. Erfindung gemäß Anspruch 21, die ein Gasreservoir zum Liefern von Druckgas an den Rückhaltebehälter aufweist.

26. Erfindung gemäß Anspruch 20, die einen Vorfilter zum Vorfiltern der Flüssigkeit auf mindestens die Klasse des Filters im Flüssigkeits­ betrieb aufweist.

27. Erfindung gemäß Anspruch 22, bei der die Flüssigkeit Wasser ist.

28. Erfindung gemäß Anspruch 27, wobei das Wasser eine oberflächen­ aktive Substanz enthält.

29. Erfindung gemäß Anspruch 20, bei der die Flüssigkeit die Anzie­ hungskräfte zwischen dem Filtermedium und den Feststoffpartikeln oder zwischen den Feststoffpartikeln reduziert.

30. Erfindung gemäß Anspruch 20, bei der die Flüssigkeit teilweise die Partikelmaterie, die von dem Filter eingefangen ist, auflöst.

31. Erfindung gemäß Anspruch 20, die einen Rückspültank zum Auf­ nehmen der Rückspülflüssigkeit für eine Abfallentsorgung aufweist.

32. Erfindung gemäß Anspruch 20, bei der die Flüssigkeitsquelle im wesentlichen die Filterelemente zum Lösen der Partikelmaterie, die im Inneren des Filtermediums eingefangen ist, aufweist.

33. Erfindung gemäß Anspruch 20, bei der die Einlaß- und die Auslaß­ öffnung geschlossen sein kann, damit der Rückhaltebehälter mit Flüssigkeit gefüllt werden kann und mit Gas unter Druck gesetzt werden kann und schnell geöffnet werden kann zum Expandieren des Druckgases und zum Schaffen einer hohen Flüssigkeitsströmung in die entgegengesetzte Richtung des einströmenden Gases zum Reinigen der Filterelemente.

34. Filtersystem zur Verwendung beim Reinigen von Gasströmen in Verarbeitungsanlagen für radioaktiven Abfall, das wenigstens einen Rückhaltebehälter aufweist, der mindestens ein Filterelement zum Filtern von Gasströmen, eine Auslaßöffnung und eine Einlaßöffnung zum Aufnehmen des kontaminierten Gasstromes aufweist, so daß der Gasstrom in eine Richtung durch die Filterelemente und die Auslaß­ öffnung fließen kann; und
eine Quelle von Rückspülflüssigkeit in Kommunikation mit dem Rückhaltebehälter zum Leiten der Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung des Gasstromes durch die Filter, um die Filter zu reinigen.

35. Filtersystem zur Verwendung in Entlüftungen von Verarbeitungs­ anlagen für radioaktiven Abfall gemäß Anspruch 34, das eine Quelle von Druckluft aufweist, um den Rückhaltebehälter unter Druck zu setzten und die Flüssigkeit zu zwingen, in die entgegengesetzte Richtung des einströmenden Gases zu fließen.