Analyse van de hoofdoorzaak: instorting van filterelement - drukdaling, bypassklep en vervuilingspieken

1. Inleiding: Het symptoom dat aanleiding geeft tot het onderzoek

In industriële systemen zoals hydrauliek, smering of brandstof spelen filterelementen een cruciale rol bij het handhaven van de vloeistofzuiverheid en het beschermen van componenten tegen schurende slijtage. Het instorten van een filterelement is een ernstig defect dat kan leiden tot catastrofale gevolgen voor de apparatuur, waaronder defecten aan pompen, kleppen en lagers. Deze gebeurtenis manifesteert zich vaak door een onverwachte afname van de systeemprestaties, meer ruis en soms het uitschakelen van beveiligingsapparatuur zoals Siemens 3RB2056-1FW2 thermische overbelastingsrelais die pompmotoren beschermen.

Wanneer het 3RB2056-1FW2-relais, dat de motorstroom regelt die de hydraulische pomp aandrijft, uitschakelt, is de eerste reactie het zoeken naar een elektrische fout. Uit zorgvuldig onderzoek blijkt echter vaak dat het verhoogde motorstroomverbruik werd veroorzaakt door overmatige weerstand in het hydraulische systeem die rechtstreeks verband hield met een geblokkeerd of kapot filterelement. In dit artikel worden de mechanismen voor het instorten van filters, diagnostische kenmerken en preventiestrategieën in detail onderzocht.

2. Componentenoverzicht: Industriële filterelementen

Industriële filterelementen zijn de belangrijkste componenten van vloeistofzuiveringssystemen. Hun functie is het verwijderen van vaste deeltjes en andere onzuiverheden uit de werkvloeistof. Ze worden geplaatst in filters die druk-, afvoer-, zuig- of in circulatieleidingen kunnen worden ingebouwd.

Structuur en werkingsprincipe:

• Filtermateriaal: Het kan papier, glasvezel, metaalgaas of synthetische vezels zijn. De materiaalkeuze hangt af van de vereiste filtratiefijnheid (nominaal of absoluut), bedrijfstemperatuur en chemische compatibiliteit met de vloeistof.
• Frame: Ondersteunt het filtermateriaal en waarborgt de structurele integriteit ervan onder drukval. Het is meestal gemaakt van metaal of een sterk polymeer.
• Afdichtingen: Zorg voor een afdichting tussen het element en de filterbehuizing, waardoor de bypass van onbehandelde vloeistof wordt voorkomen.

De belangrijkste parameter van het filter is het vermogen om drukval te weerstaan. Nieuwe, schone elementen hebben een minimaal drukverlies (meestal minder dan 0,1 bar bij nominaal debiet). Met de opeenhoping van onzuiverheden neemt de drukval toe, wat aangeeft dat vervanging nodig is. Filterfabrikanten zoals Hydac, Donaldson en Parker specificeren de maximaal toegestane drukval bij bezwijken, die kan variëren van 5 tot 10 bar, afhankelijk van het ontwerp en het materiaal van het element.

Omleidingsklep:

De meeste industriële filters zijn uitgerust met een geïntegreerde bypassklep. Het doel ervan is om een ​​continue vloeistofstroom door het systeem te garanderen in geval van overmatige vervuiling van het filterelement, wat leidt tot een hoge drukval. Dit voorkomt dat de pomp of andere kritische componenten ‘uitgehongerd’ raken. Typische triggerinstellingen voor de bypassklep zijn 1,5 - 2,5 bar. Hoewel de klep het systeem beschermt tegen volledige verstopping, zorgt deze er ook voor dat onbehandelde vloeistof het systeem binnendringt, wat de slijtage van onderdelen kan versnellen.

3. Bewijs van storing: visuele en instrumentele signalen

Detectie van het bezwijken van filterelementen vereist een systematische aanpak. Bewijs kan worden onderverdeeld in visueel, instrumenteel en systemisch.

Visuele tekenen:

• Vervorming/vernietiging van het element: Bij het demonteren van het element is het instorten duidelijk. Het filtermateriaal wordt verpletterd, gescheurd of gescheiden van het frame. Metalen frames kunnen verbogen of gebroken zijn.
• Verontreinigingsdeeltjes: De aanwezigheid van een groot aantal besmettingsdeeltjes in de vloeistof of op de bodem van het filterhuis, die langs het vernietigde element zijn gepasseerd.
• Frameschade: Tekenen van slijtage of erosie op het binnenoppervlak van het filterhuis veroorzaakt door vloeistofstroom met hoge snelheid door het beschadigde element.

Instrumentele gegevens:

• Drukvalmeterwaarden: Vóór het instorten is de inlaatdruk van het filter aanzienlijk hoger dan de uitlaatdruk (bijv. ΔP > 4 bar), en na het instorten kan ΔP onverwacht dalen omdat vloeistof vrij door het beschadigde element begint te stromen.
• Gegevens van sensoren: Moderne systemen zijn uitgerust met drukvalsensoren met elektrische uitgang (bijvoorbeeld 4-20 mA), die zijn geïntegreerd in het automatische regelsysteem. Een plotselinge sprong en vervolgens een daling van het ΔP-signaal is een alarmerend teken.
• Vloeistofanalyse: Vloeistofmonsters die na de instorting zijn genomen, zullen een aanzienlijke verslechtering van de ISO 4406-zuiverheidsklasse vertonen (bijvoorbeeld van 16/18/13 tot 20/22/2017), wat de penetratie van verontreinigende stoffen bevestigt. Ook het vinden van fragmenten filtermateriaal in de vloeistof is direct bewijs.
• Trillingsanalyse: Verhoogde trillingen van de pomp of motor voordat het Siemens 3RB2056-1FW2-relais wordt geactiveerd, kan duiden op een verhoogde belasting veroorzaakt door weerstand in het filter. Spectraalanalyse kan afwijkingen aan het licht brengen.

Systeemsymptomen:

• Uitschakeling motorbeveiliging: Zoals reeds vermeld is het uitschakeling van een thermisch overbelastingsrelais (bijv. Siemens 3RB2056-1FW2 met een instelbereik van 45-56A voor een motor van 30 kW) een belangrijke indicator voor pompoverbelasting veroorzaakt door filterweerstand.
• Verlaging van de systeemproductiviteit: Drukval in de hydraulische leiding, vermindering van de snelheid van uitvoerende mechanismen, vermindering van de doorvoer.
• Vloeistoftemperatuurstijging: Een stijging van de temperatuur van de werkvloeistof (bijvoorbeeld van typisch 45°C naar 70°C) als gevolg van verhoogde wrijving en energie die wordt gedissipeerd in een verstopt filter of als gevolg van het omzeilen ervan door verontreinigde vloeistof.

4. Onderzoek naar de hoofdoorzaak: systeemanalyse

Om het probleem effectief te elimineren, is het noodzakelijk om een systematische analyse van de grondoorzaken uit te voeren. Het gebruik van methoden als de 5 Whys of het Ishikawa-diagram (visgraatdiagram) is effectief.

De ‘5 Waarom’-methode:

1. Waarom stortte het filterelement in?
   • Als gevolg van een overmatige drukval die de mechanische sterkte overschreed.
2. Waarom vond de overmatige drukval plaats?
   • Door de opeenhoping van verontreinigingen blokkeerde het element, werkte de omloopklep niet/was niet goed afgesteld, of vond er een oncontroleerbare piek in de verontreiniging plaats.
3. Waarom is het filterelement geblokkeerd of waarom werkte de bypassklep niet/vervuilingspiek?
   • Verstopping: Het niet volgen van het vervangingsschema, onvoldoende filtercapaciteit, abnormaal hoge mate van vervuiling.
   • Bypassklep: Klep zit vast in gesloten positie, onjuiste instelling van de bedieningsdruk, slijtage of beschadiging van veer/afdichting, niet-naleving van de DSTU EN ISO 3968-norm.
   • Verontreinigingssprong: Storing stroomopwaarts onderdeel (bijv. pomp of lager), slechte kwaliteit batch nieuwe vloeistof, open systeem blootgesteld aan de omgeving, defect tankluchtfilter.
4. Waarom werd het vervangingsschema niet gevolgd / was het filter onvoldoende / was er een abnormale vervuilingspiek / zat de klep vast / was deze niet goed afgesteld?
   • Vervangingsschema: Gebrek aan regelmatige controle van ΔP, onervaren personeel, gebrek aan standaard operationele procedures (SOP's) voor onderhoud volgens ISO 17361.
   • Onvoldoende filtratie: Onjuiste filterselectie in de ontwerpfase (bijvoorbeeld onvoldoende filtratiegebied of filtratiefijnheid volgens ISO 16889 voor een bepaald systeem).
   • Abnormale sprong: Onvoldoende controle van de vloeistofinlaat, gebruik van incompatibele afdichtingen/afbrekende slangen.
   • Klep: Geen regelmatige tests, geen fabriekskalibratie, defecte verontreinigingsindicator.
5. Waarom geen ΔP-monitoring / verkeerde montage / geen inputcontrole / geen kleptesten?
   • Gebrek aan systematische aanpak van onderhoudsbeheer, onvoldoende opleiding van personeel, niet-geoptimaliseerd onderhoudsbudget.

5. Geïdentificeerde hoofdoorzaken: gerangschikte lijst

Op basis van een systemische analyse kunnen de grondoorzaken van het instorten van filterelementen worden gerangschikt op basis van waarschijnlijkheid en ondersteunend bewijsmateriaal:

1. Overmatig drukverlies als gevolg van langere levensduur:
   • Waarschijnlijkheid: Hoog (45%).
   • Bewijs: Geen vervangingsrecords, visueel zwaar vervuild element, ΔP-sensor of vervuilingsindicator die uitviel voordat het instortte, maar er werd geen actie ondernomen. Het is mogelijk dat het Siemens 3RB2056-1FW2-relais wordt geactiveerd vanwege de verhoogde belasting van de pomp totdat het element volledig is geblokkeerd.
2. Defect of verkeerde afstelling van de bypassklep:
   • Waarschijnlijkheid: gemiddeld (30%).
   • Bewijs: Klep zit vast, vervormde veer, sporen van mechanische schade. ΔP overschrijdt de drempel van de klep (bijvoorbeeld 2,5 bar), maar het element faalt nog steeds.
3. Verontreinigingsgolf:
   • Waarschijnlijkheid: gemiddeld (15%).
   • Bewijs: Recentelijk vloeistof bijgevuld, systeemreparatie, stroomopwaartse componentstoring, upgrade van ISO 4406-vloeistofreinheidsklasse. Het element was mogelijk relatief schoon, maar kon de plotselinge belasting niet weerstaan.
4. Onjuiste selectie van filterelementen:
   • Waarschijnlijkheid: Laag (10%).
   • Bewijs: Ondanks tijdige vervanging gaat het element regelmatig kapot. De elementspecificaties voldoen niet aan de maximale bedrijfsdruk of piekstroom van het systeem.

6. Corrigerende maatregelen: onmiddellijke correctie en preventie op lange termijn

Effectieve corrigerende maatregelen moeten gericht zijn op zowel de onmiddellijke eliminatie van de huidige storing als het voorkomen van herhaling ervan.

1. Overmatig drukverlies als gevolg van langere levensduur:
   • Onmiddellijk: Vervang het beschadigde filterelement door een nieuw exemplaar dat voldoet aan de oorspronkelijke specificaties, volgens de aanbevelingen van de fabrikant. Het filterhuis reinigen en indien nodig het systeem doorspoelen.
   • Lange termijn: Implementatie van een preventief onderhoudssysteem (PPO) met vaste intervallen voor het vervangen van elementen (bijvoorbeeld elke 2000-4000 motoruren of volgens ΔP-monitoringgegevens). Installatie van visuele of elektrische indicatoren voor filtervervuiling, die een signaal geven bij het bereiken van ΔP 2,0 bar. Opleiding van het personeel over toezicht- en vervangingsregels. Naleving van de vereisten van DSTU EN 15423 voor monitoringsystemen.
2. Defect of verkeerde afstelling van de bypassklep:
   • Onmiddellijk: Controleer de bypassklep op mechanische schade, vervuiling en veerslijtage. Vervanging of reparatie van kleppen. Kalibratie van de bedieningsdruk volgens de paspoortgegevens (bijvoorbeeld 1,7 bar ± 0,1 bar).
   • Lange termijn: Het opnemen van de inspectie en kalibratie van bypasskleppen in het PPO-schema (bijvoorbeeld één keer per jaar). Gebruik van door UkrSEPRO gecertificeerde kleppen.
3. Plotselinge vervuilingspiek:
   • Onmiddellijk: Vervanging van alle filterelementen in het systeem, volledige spoeling van het systeem met behulp van dieptereinigingsfilters. Bepaling van de bron van vervuiling en de eliminatie ervan. Ververs de vloeistof als het vervuilingsniveau kritiek is.
   • Lange termijn: Implementatie van vloeistofzuiverheidscontrole (smeermiddelanalyse) volgens ISO 4406 of DSTU ISO 4406 op regelmatige basis. Verbetering van systeemafdichting, gebruik van hoogwaardige beademingsfilters op tanks. Inkomende kwaliteitscontrole van nieuwe vloeistof.
4. Onjuiste selectie van het filterelement:
   • Onmiddellijk: Vervanging door een element met de juiste kenmerken (fijnheid van filtratie, oppervlakte, mechanische sterkte, framemateriaal).
   • Lange termijn: beoordeling en herberekening van het filtersysteem, rekening houdend met reële bedrijfsomstandigheden (maximaal debiet, piekdruk, niveau van omgevingsverontreiniging). Overleg met UNITEC-D specialisten over optimale selectie. Garanderen dat filterelementen voldoen aan de vereisten van DSTU EN ISO 2941.

7. Snelle diagnostische checklist voor technici

Deze checklist is bedoeld voor onmiddellijk gebruik door veldtechnici die tablets gebruiken.

8. Preventiestrategie: monitoring, onderhoud en ontwerp

Een proactieve strategie om het instorten van filters te voorkomen moet gebaseerd zijn op een alomvattende aanpak:

• Gepland onderhoud en conditiebewaking:
  • ΔP-bewaking: Continue bewaking van de drukval door het filter met behulp van analoge manometers of digitale sensoren met gegevensoverdracht naar het automatische besturingssysteem. Instellen van het noodsignaal bij ΔP = 2,0 bar en stoppen van het systeem bij ΔP = 3,0 bar.
  • Smeermiddelanalyse: Regelmatige vloeistofanalyse volgens ISO 4406 (microscopische analyse van deeltjes) en spectrale analyse (aanwezigheid van slijtagemetalen). Frequentie – eenmaal per 500-1000 motoruren of per kwartaal.
  • Bypasskleptesten: Controle van de druk van de bypassklepwerking tijdens gepland onderhoud, in overeenstemming met DSTU EN ISO 3968.
  • Vervangingsschema: Stel een vervangingsschema voor filterelementen op, gebaseerd op aanbevelingen van de fabrikant en feitelijke ΔP-bewakingsgegevens, en houd u hier strikt aan.
• Optimalisatie van systeemontwerp:
  • Juiste selectie van filters: Garanderen van naleving van filters met maximale bedrijfsparameters (stroom, druk, vloeistofviscositeit). Selectie van elementen met voldoende mechanische sterkte van het frame (bijvoorbeeld 10 bar voor drukfilters).
  • Redundantie: Installatie van duplicerende filters (duplex) of bypass-lijnen om elementen te vervangen zonder het systeem te stoppen.
  • Filters bij de inlaat: Gebruik van inlaatfilters op de tanks en zeepfilters die voldoen aan de DSTU EN ISO 2943 norm.
  • Materialen: Waarborgen van de compatibiliteit van alle systeemmaterialen (afdichtingen, slangen) met de werkvloeistof, volgens ISO 2943.
• Training van personeel:
  • Het verzorgen van regelmatige trainingen voor servicepersoneel over het belang van vloeistofreinheid, de juiste procedure voor het vervangen van filters, interpretatie van manometerwaarden en de werking van verontreinigingsindicatoren.

9. Conclusie

Het instorten van filterelementen is een indicator van systemische problemen in industriële apparatuur. Het kan niet alleen tot dure reparaties leiden, maar ook tot aanzienlijke productiestilstand. Een gedetailleerd inzicht in de oorzaken, zoals overmatig drukverlies, falen van de bypassklep en oncontroleerbare besmettingspieken, maakt het mogelijk effectieve preventiestrategieën te ontwikkelen. Implementatie van systematische monitoring, gepland onderhoud en ontwerpoptimalisatie van filtersystemen is van cruciaal belang om de betrouwbaarheid en levensduur van de apparatuur te garanderen.

Voor meer informatie over hoogwaardige filterelementen, vervangingsonderdelen en componenten voor filtersystemen, bezoek de UNITEC-D E-Catalog.

10. Koppelingen

• DSTU EN ISO 16889: Volumetrische hydrauliek. Filters. Meerdere testmethoden voor het bepalen van filtereigenschappen.
• ISO 2943: Hydraulische vloeistofkracht – Filterelementen – Verificatie van materiaalcompatibiliteit met vloeistoffen.
• DSTU EN ISO 3968: Volumetrische hydrauliek. Filters. Bepaling van de kenmerken van de "drukval - debiet".
• DSTU ISO 4406: Volumetrische hydrauliek. vloeistoffen De methode voor het coderen van de mate van vervuiling door vaste deeltjes.
• DSTU EN 15423: Volumetrische hydrauliek. Systemen voor monitoring van vervuiling. Bepaling van functiekenmerken.
• Onderhoudshandleidingen van filterfabrikanten (Hydac, Donaldson, Parker).
• Technische documentatie voor thermische overbelastingsrelais Siemens 3RB2056-1FW2.