РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ И ПОДГОТОВКА К ЕГО ПРОИЗВОДСТВУ

Головной исполнитель: ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ»

Соисполнители: ООО «ОЦНТ», МЭИ, РНЦ КИ, ИАТЭ, ИФХЭ РАН, ЗАО «Фильтр».

13.11.2008 г., г. Москва

Госконтракт № 02.526.11.6001 от 16.05.07 (лот №1)Шифр темы 2007-6-2.6-08-01-005

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ–

ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТимени А.И. Лейпунского

Результаты работ по комплексному проекту:

Докладчик: Начальник лаборатории фильтрации жидкостей и газов Ягодкин Иван Васильевич

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТА

ЦЕЛИ

Подготовка производства:• бессепараторных аэрозольных фильтров;• фильтров-адсорберов с выемным сорбционным модулем;• высокотемпературных сорбентов;• фильтроэлементов для очистки жидких и газовых сред;• систем очистки широкого класса технических жидкостей.

ОКР • создание мембранных фильтроэлементов, работоспособных в агрессивных средах, при повышенных температурах (до 600°С и выше);• разработка систем комплексной очистки газовых сред для ТЭС и АЭС.

НИР• выполнение комплекса НИР по обоснованию методов очистки основанных на: - электрофизическом и фотокаталитическом воздействии на примеси очищаемой среды, - тангенциальном разделении дисперсной среды • разработка систем удаления водорода для высокотемпературных паротурбинных установок и технологических помещений

Индикаторы проекта:• участие в выполнении работ ведущих научных центров страны РНЦ «Курчатовский институт», ИФХЭ РАН; высших учебных заведений МЭИ, ИАТЭ; профильных промышленных предприятий ЗАО «Фильтр», ЗАО «Сорбент», ФГУП «Красная звезда», завод «Точмаш» и др.;• участие молодежных коллективов (студенты, аспиранты, молодые ученые и специалисты);• введение пособий в учебные программы по результатам выполненных работ Госконтракта;• патенты, публикации, диссертации и др.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ

1. Аэрозольный фильтр 2. Фильтр-сорбер 3. Сорбент 4. Фильтроэлемент

Преимущества :- снижение себестоимости на 30%: -высокая химическая стойкость:-повышенный ресурс (более 2 лет); -низкое аэродинамические сопротивление (до 400 Па)

Преимущества:-работоспособность в -условиях повышенной влажности (до 95%);-обеспечена ремонтопригодность за счет выемной секции

Преимущества:

• высокая термостойкость до 3000С;

• трудногорючесть;

• возможность работы в условиях повышенной влажности (до 95% для гидрофобизированного угля);

Преимущества:•высокая тонкость фильтрации (до 0,1 мкм)•механическая прочность в широком интервале температур и давлений;•высокая износостойкость мембран;

ЗАО «Фильтр» ГНЦ ФР-ФЭИ ГНЦ ФР-ФЭИ ГНЦ ФР-ФЭИ

Производство аэрозольных фильтров

Линия сборки аэрозольных фильтров

гибочный пресс для изготовления корпусов фильтров

Испытательный стенд для контроля основных параметров аэрозольных фильтров

АЭРОЗОЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ ФАС-В-3500

Технические характеристикиТехнические характеристики

НаименованиеВеличина

по ТУ

Результаты квалиф.

испытаний

1 Номинальная производительность фильтра по воздуху, м3/ч

3 500±50 3500

2 Эффективность очистки по наиболее проникающим частицам (0,3 мкм), %

не менее99,95

99,96

3 Сопротивление потоку воздуха при номинальной производительности, не более, Па 450 410

4 Устойчивость к максимально допустимым внешним воздействующим факторам (климатическим и механическим) с сохранением эффективности очистки,%

не менее99,95 99,96

5 Ресурс, год, не менее 2 -

6 Габариты, мм 636×610×572 636×610×572

7 Масса фильтра кг, не более 20 19,5

Промышленная партия

Заключен договор на поставку 200 фильтров на Игналинскую АЭС

СТЕНД ГНЦ РФ-ФЭИ «СИАФ-1» ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СТЕНД ГНЦ РФ-ФЭИ «СИАФ-1» ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ И ФИЛЬТРОМАТЕРИАЛОВАЭРОЗОЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ И ФИЛЬТРОМАТЕРИАЛОВ

ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

В ГНЦ РФ-ФЭИ 1. Выбор площадки для подготовки производства.2. Проектно-сметная документация

производственного участка на каждый вид продукции.

3. Техпроцесс.4. Реконструкция и ремонт помещений

производственных участков.5. Закупка оборудования.6. Монтаж, пуско-наладка.7. Изготовление установочной партии.8. Квалификационные испытания.9. Сертификация продукции.

Заводское оборудование по производству фильтров-адсорберов АУИ-1500-ВМ

Вибрационный станокКарусельный станок

Сварочный пост Гибочный станок

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ФИЛЬТРА-АДСОРБЕРА АУИ-1500 ВМ

Выемной модуль фильтра-адсорбераУстановка выемного модуля с сорбентом в

корпус фильтра

Фильтр-адсорбер в сборе

ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЛЬТРА-АДСОРБЕРА АУИ-1500-ВМ

№

п/пНаименование параметра Величина

1.Номинальная производительность фильтра-адсорбера по воздуху, м3 /ч

1500

2.Аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, Па, не более

2700

3.

Эффективность, %

- по молекулярному йоду 99,9

- по органическим соединениям йода (проверяется по йодистому метилу)

99,0

4. Температура рабочая очищаемого воздуха, ОС, не более + 90

5. Относительная влажность очищаемого воздуха, %, не более 90

6. Ресурс фильтра-адсорбера, лет, не менее 2

7. Сорбент - активированный уголь -

8. Высота слоя сорбента, мм 360

9. Масса сорбента, кг, не менее 155

10. Масса фильтра-адсорбера, кг, не более 430

Фильтр-адсорбер

АУИ-1500-ВМ

Для очистки воздуха от радиоактивного йода

СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОРБЕНТА

3600

Вход

Складированиеисходных материалов

Складирование хим. реактивов

Складирование готовогосорбента

Участокупаковкисорбента

Участок подготовки растворов

Участок просеивания силикагеля и фракционирования сорбента

Участок сушки сорбента

Участок перемешивания

Просеивание и засыпка силикагеля в бак, емкостью 26л.

Подготовка растворов

Пропитка и перемешивание

Изготовление

Фракционирование сорбентов

Контроль

Упаковка

Складирование

Последовательность выполнения

операций

Разработаны технологические режимы серийного производства сорбента при односменной работе - 20 т. в год. Разработана КД на установку

ПОМЕЩЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРБЕНТА

Помещение изготовления сорбента Виброоборудование сортировки сорбента

Сушка сорбента Шкаф для подготовки модификации сорбента импрегнантами

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СОРБЕНТЫДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА

Силикагель (импрегнант Ag, Ni+Ag)

Свойства:• высокая термостойкость - до 3000С (не имеет аналогов);• трудногорючесть;• возможность работы в условиях повышенной влажности - до 95%;• эффективность очистки по йоду:

молекулярная форма - 99,9%

метилиодид - 99,0 %

Исходное сырье

Склад сырьяЗаполнение форм Спекание

пористых подложек

Выталкивание подложек из форм

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ПРОИЗВОДСТВА ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ МЕМБРАНАМИ

Торцевание подложек в

размерПриварка адаптеров

Цикл нанесения мембран на пористые

подложки

Охлаждение и упаковка

фильтроэлементовСкладирование

Потребителю

ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА МЕМБРАННЫХ ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ПОДЛОЖЕК

Для изготовления пористой подложки используется порошок

сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Р

Т, t

Р

Исходный порошок

полиэтилена

Загрузка формы

Спекание

Выталкивание пористой подложки

Т, t

Т, t

ПРОИЗВОДСТВО ПОРИСТОЙ ПОДЛОЖКИ ДЛЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ МЕМБРАНАМИ

Загрузка порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена в формы для спекания Спекание пористых подложек в сушильных

шкафах, типа Binder

Выталкивание пористой подложки из формы

Присоединение адаптеров к пористой

подложке

Пористые подложки готовые

к нанесению наноструктурных

мембран

НАНЕСЕНИЕ НАНОСТРУКТУРНЫХ МЕМБРАН НА ПОРИСТУЮ ПОДЛОЖКУ

Установка «Булат-6», вакуумного нанесения наноструктурных мембран

Установка «Булат-6» с загруженными подложками из

спеченного полиэтилена

Изготовлена установочная партия (200 шт.) фильтрующих элементов МФЭ – 0.1

наноструктурная мембрана – (TiN,AlN)

пористая подложка – спеченный сверхвысокомолекулярный полиэтилен низкого давления

Заключены первые договора на поставку

фильтрующих элементов МФЭ – 0.1

АНАЛИЗ РЫНКА ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЕНТСИСТЕМ ДЕЙСТВУЮЩИХ АЭС И РАДИОХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

блоков Шт. на 1 блок

Цена, тыс. руб, (без НДС)

Цена, $

Сумма, тыс. руб.

Сумма, тыс. $

Россия (АЭС) 30 100 19,5 722 58 500 2 166

Украина (АЭС) 15 100 19,5 722 29 250 1 083

Восточная Европа (АЭС)

800 19,5 722 15 600 577,6

Радиохимия 500 19,5 722 9 750 361

ИТОГО 113 100 4 187,6

блоков Шт. Цена, тыс. руб, (без НДС)

Цена, $ Сумма, тыс. руб.

Сумма, тыс. $

Россия (АЭС) 30 100 300 11,111 900 000 33 333

Украина (АЭС) 15 100 300 11,111 450 000 16 666,5

ИТОГО 1 350 000 49 999,5

ФАС-3500 (в год)

блоков Число заменяемых выемных блоков в АУИ в год, ш.

Цена выемного блока , тыс. руб, (без НДС)

Цена, $

Сумма, тыс. руб.

Сумма, тыс. $

Россия (АЭС) 30 120 130 4815 15 600 577,777

Украина (АЭС) 15 60 130 4815 7 800 288,888

Радиохимия 2000 кг/год 2 600 96,296

ИТОГО 26 000 962,961

АУИ-1500ВМ (одноразования замена на всех блоках АЭС

Замена угольного сорбента физхимином в выемном модуле АУИ-1500 ВМ (1 раз в 5 лет, 1/3 от общей загрузки угольного сорбента)

ОЦЕНКА РЫНКА СИСТЕМ ОЧИСТКИ ВОДЫ НА ОСНОВЕ ФИЛЬТРОЭЛЕМЕНТОВ

Система очистки Цена Количество Сумма

1. Фильтроэлемент 1 000 руб./шт. 100 000 шт. в год 100 млн. руб./год

2. Фильтры бытовые 5 000 руб./шт. 100 000 шт. в год 500 млн. руб./год

3. Система безреагентной очистки для детских садов 100 т.руб./шт. 13 000 шт. 1.3 трлн. руб.

4. Система безреагентной очистки для школ и вузов 100 т.руб./шт. 14 000 шт. 1.4 трлн. руб.

ИТОГО 600 млн. руб./год

2.7 трлн. руб.

Опытные образцы Государственные

приемочные испытания

МЕМБРАННЫЙ САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР МСФ – 0.1

Внешний вид фильтра

НаименованиеТребования

ТЗ

Результат приемочных испытаний

Производительность ~ 100 л/ч 110 л/ч

Допустимый перепад давления 0,2 – 0,7 МПа 0,2 – 0,7 МПа

Максимальная рабочая температура ≤ 80º С 80º С

Масса без заполнения водой 3,5 кг 3,4 кг

Фильтрующий элемент:– тонкость очистки;– эффективность очистки от взвесей;– объемная пористость мембраны;– материал мембраны

МФЭ – 0.10,1 – 0,25 мкм

не менее 99,95 %10 – 13 об.%

AlN, TiN

МФЭ – 0.10,2 мкм99,97 %12 об.%AlN, TiN

Корпус фильтра выполнен из нержавеющей стали 1Х18Н10Т

Ресурс корпусных изделий фильтра – не менее 10 лет

Конструкция фильтра позволяет проводить многократную регенерацию (очистку) фильтрующего элемента от загрязнений обратным гидроимпульсным ударом

Опытный образец №1

Результаты приемочных испытаний

МОДУЛЬ ИОННО-ФИЛЬТРОВАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ

№п/п

Наименование характеристики Требования по ТЗ

Результаты испытаний

1 Номинальный расход фильтруемой среды ( приведенный к нормальным условиям Т=20°С, P=0,1 МПа), м3/ч

1500 1520

2 Эффективность очистки от частиц диаметром 1.0 мкм при номинальном расходе фильтруемой среды, %, не менее

90,0 91,6

3 Перепад давления при номинальном расходе фильтруемой среды, Па, не более 100 52

4 Максимальное напряжение подаваемое на секцию коронирующих электродов, кВ до 20,0 16

5 Сопротивление изоляции цепей электропитания относительно корпуса, не менее, МОм

20 106

6 Потребляемая мощность при напряжении питании 220 В/ 50 Гц, кВт, не более, кВт

1 0,03

7 Массогабаритные характеристики:-габаритные размеры, мм, не более-масса, кг, не более

602х636х34015

602х636х34012

Опытный образец №2

Результаты приемочных испытаний

МОДУЛЬ СОРБЦИОННО-УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОЧИСТКИ

№п/п

Наименование характеристики Требования по ТЗ Результаты испытаний

1 Номинальный расход фильтруемой среды (приведенный к нормальным условиям Т=20°С, P=0,1 МПа), м3/ч

1500 1520

2 Степень очистки при номинальном расходе фильтруемой среды, %, не менее *: -по молекулярному йоду-по органическим соединениям йода (йодистому метилу)

99,9599,5

-99,9

3 Перепад давления при номинальном расходе фильтруемой среды, Па, не более

250 110

4 Потребляемая мощность при напряжении питании 220 В/ 50 Гц, кВт, не более 1,0 0,6

5 Массогабаритные характеристики **:-габаритные размеры, мм, не более

-масса, кг, не более765х765х1200

100765х765х1080

58

Опытный образец №3

Примечания:- для секции сорбционной очистки и модуля сорбционно-ультрафиолетовой очистки в сборе;** - массогабаритные характеристики модуля сорбционно-ультрафиолетовой очистки без корпусов.

Результаты приемочных испытаний

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СОРБЕНТЫДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА

Силикагель (импрегнант Ni+Ag)

Силикагель (импрегнант Ag)

Свойства:• высокая термостойкость - до 3000С (не имеет аналогов);• трудногорючесть;• возможность работы в условиях повышенной влажности - до 95%;• эффективность очистки по йоду:

молекулярная форма - 99,9%

метилиодид - 99,0 %

Опытный образец №4

НИР НА ПЕРСПЕКТИВУ И РАЗВИТИЕ

НОВЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗО-ВОЗДУШНЫХ СРЕД

05

101520253035404550556065707580859095

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Напряжение, кВ

Эф

фе

кти

вн

ос

ть, Е

%

1 Электрофизический метод

Зависимость эффективности очистки от частиц d=0,2-0,3 мкм от напряжения на электроде

2 Каталитический метод дожигания водорода на основе ВПЯМ

очищенный поток

отстойник

Неочищенный поток

(0,85 -0,9)G0

3 Метод очистки с тангенциальным направлением потока

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100t, мин

С, %

Наноструктурные мембраны и гранулированные сорбенты

Наноструктурный материалОднослойный

однокомпонентный

Ti Zr Al TiN TiO2 AlN

Ni Sn Bi BiO2 SnN и др.

Однослойный многокомпонентный

Ti, Zr NiN, AlN TiO2, SnO2, AlO2

Zr, Al TiO2, BiO2 NiN, AlN, SnN

Al, Ni BiN, NiN и др.

Многослойный

Ti + Al TiN, AlN + Ni Cu, Ti + Zr

Cu + TiO2 , AlO2 Ti + Zr + NiN, AlN

TiN + Zr,Al + Cu,Ti Ti + NiN + TiO2

BiN, NiN + TiO2 и др.

Толщина подложки 1–30 мм

Толщина мембраны 5-15 мкм

Толщина подложки 1–30 мм

ПрименениеПереработка жидких

радиоактивных отходов

Очистка воды первого контура на АЭС

Очистка спецпрачечных и трапных вод

Получение питьевой воды повышенного качества

Высокотемпературная фильтрация паро-газовой смеси

Глубокая очистка технической воды

Очистка агрессивных жидкостей

Опреснение морской воды

Очистка теплоносителей в бытовых системах

Утилизация моющих растворов

Очистка гальванических растворов

Очистка газов

Очистка масел и топлив

Очистка жидких сред при высоких давлениях

и др.

ПодложкаФильтрующие

элементы

Сорбенты

Керамика

Металлы и сплавы

Полимеры

Цеолиты, трепела, полимеры и др.

Очистка теплоносителей, в т.ч. в бытовых отопительных

системах

Утилизация моющих

растворов

Очистка конденсатов в опреснителях

Системы очистки

Области применения фильтрующих элементов и систем очистки на их основе

Очистка технических масел, топлива

Очистка гальванических растворов

Другие применения

Очистка жидких металлов

Очистка газов

Опреснение морской воды

Технические жидкости

Пищевые жидкости

Производство питьевой воды

Переработка жидких радиоактивных отходов

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РАБОТ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГОСКОНТРАКТА

1. Развитие производства фильтроэлементов и выход на проектную мощность 100 000 шт/год.

- (необходимы дополнительные инвестиции).2. Расширение области применения и номенклатуры изделий с

использованием нового класса фильтрующих материалов и сорбентов:

- разработка новой технологии и оборудования безреагентной очистки для получения воды высокого качества;

- разработка технологии и получение термостойких наноструктурных фильтроэлементов и оборудования на их основе.

3. Развитие работ по созданию систем для очистки газовых сред от вредных органических и неорганических примесей на основе использования разработанных ионно-волокнистых и сорбционно-ультрафиолетовых модулей и освоение их серийного производства.

4. Развитие работ по созданию систем каталитического дожигания водорода для взрывоопасных производств, систем комплексной очистки газовых сред с использованием тангенциального метода.

План размещения оборудования производства фильтрующих элементов для развития производства и выхода на проектную мощность 100 000 шт./ год

Инженерная комната

Загрузка форм порошком

полиэтилена

Присоединение адаптеров

Подготовка форм

Раздевалка

Чистка формСпекание пористых

подложекВыталкивание

пористых подложек

Нанесение наноструктурны

х мембран

Обрезка подложек в размер

Контроль качества фильтрующих

элементов

Достижение заданных значений программных индикаторов выполнения работ

ИндикаторКол-во,

(требование ТЗ)

Кол-во,(достигнут

о)

И2.6.1. Планируемое число передовых технологий, внедряемых в экономику

5 5

И2.6.3. Число патентов на результаты интеллектуальной деятельности, планируемое для защиты (в том числе международной) в рамках выполнения проектов

7 7

И2.6.6. Планируемое число публикаций, содержащих результаты интеллектуальной деятельности, полученные в рамках выполнения проектов

25 25

И2.6.5. Число диссертаций на соискание ученых степеней, защищенных в рамках выполнения комплексного проекта

4 4

И2.6.4. Число молодых специалистов, привлеченных к проведению исследований комплексных проектов*

60 72

Перспективные технологии XXI века,

Роснаука,

Москва, 2008 г.

Награды, дипломы и патент

Инновационный форум Росатома,

Москва, 2007 г.

Патент на мембранный фильтрующий элемент МФЭ – 0.1

Резюме:1. В соответствии с техническим заданием и календарным планом Госконтракта

освоено производство и получены сертификаты на следующие виды продукции: - высокоэффективный двухступенчатый бессепараторный фильтр;- фильтр-сорбер АУИ-1500;- сорбционный материал «Физхимин»;- наноструктурный мембранный фильтроэлемент МФЭ.

2. Завершен НИОКР, изготовлены опытные образцы и проведены Государственные приемочные испытания: - мембранный фильтроэлемент 0,1 м3/ч;

- ионно-фильтровальный модуль; - модуль сорбционно-ультрафиолетовой очистки.

3. Выполнен НИР на перспективу:- каталитический метод дожигания водорода на основе высокопористых ячеистых материалов;- электрофизический метод очистки;- метод очистки на основе тангенциального разделения потока.

4. Определены дальнейшие работы по результатам Госконтракта.

Благодарю за внимание