PVC生產(chǎn)中空氣過濾系統(tǒng)的優(yōu)化

李芳，尹建平，劉建明

(天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000)

雜質(zhì)粒子數(shù)是PVC樹脂的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，也是影響眾多PVC廠家優(yōu)等品率的主要因素之一，它對(duì)塑料制品性能，尤其是電纜質(zhì)量有很大的影響，也影響透明料的外觀。國(guó)內(nèi)PVC生產(chǎn)廠家多采用旋風(fēng)干燥工藝對(duì)樹脂進(jìn)行干燥，然而在PVC干燥過程中，由于空氣中灰塵較多，極易將雜質(zhì)帶入，導(dǎo)致PVC產(chǎn)品雜質(zhì)粒子數(shù)偏高。多數(shù)廠家采用空氣過濾系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行過濾后使用，然而多數(shù)空氣過濾系統(tǒng)在用于大型鼓風(fēng)機(jī)過濾時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)過濾不徹底、空氣流量小、濾芯更換不方便、過濾器無法循環(huán)使用、高效過濾器使用時(shí)間短等諸多問題。

天偉化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱天偉化工)經(jīng)過多年的探索和改進(jìn)，對(duì)目前使用的空氣過濾系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了空氣過濾系統(tǒng)的能力。

1 空氣過濾系統(tǒng)能力下降的原因

(1)過濾器工作阻力大。

新安裝過濾器的阻力稱為“初阻力”，過濾器報(bào)廢時(shí)或不能再發(fā)揮過濾能力時(shí)的阻力稱為“終阻力”?？諝膺^濾器的積灰越多，阻力越高，當(dāng)阻力增大到某一值時(shí)，過濾器報(bào)廢，需要及時(shí)更換。高效過濾器濾網(wǎng)一般由玻璃纖維、聚丙烯等材料制成，屬于一次性使用濾網(wǎng)，不能清洗后重復(fù)利用，更換費(fèi)用較高，如何增加其使用壽命是PVC 企業(yè)要面對(duì)的問題。

當(dāng)過濾器阻力過大時(shí)，過濾器濾網(wǎng)受到的拉扯力變大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)造成過濾器破損或變形。

(2)初效過濾器的過濾效率下降。

初效過濾器的過濾效率低，造成末端高效過濾器處理負(fù)荷增加，使用壽命變短。

(3)過濾系統(tǒng)中不同過濾器阻力相差較大。

阻力不一致的過濾器安裝到同一系統(tǒng)當(dāng)中，過濾空氣會(huì)優(yōu)先通過阻力低的過濾器，造成阻力低的過濾器風(fēng)速偏高，這些過濾器的過濾效率會(huì)因過濾風(fēng)速的增加而降低。承受了較大通風(fēng)負(fù)荷的過濾器也會(huì)因?yàn)榉e塵速度太快而很快達(dá)到壽命，而不得不提前更換，而此時(shí)其他的過濾器還沒有得到充分的利用。

(4)過濾系統(tǒng)中過濾器的容塵能力太小。

空氣過濾器在工作時(shí)，捕捉到的粉塵大都集中在過濾材料的迎風(fēng)面上，過濾器的有效過濾面積大，能容納的粉塵就多，過濾器的使用壽命就長(zhǎng)。有效面積大，穿過單位面積的風(fēng)速就低，過濾器的阻力就小。經(jīng)驗(yàn)表明：濾料面積增加50%，過濾器的使用壽命會(huì)延長(zhǎng)70%～80%。

(5)有效過濾面積不足造成過濾風(fēng)速高。

空氣過濾器有效過濾面積不足將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量不足，空氣過濾層內(nèi)外壓差增大，使得干燥效率變低，如要保持進(jìn)風(fēng)量就須提高過濾系統(tǒng)風(fēng)速。一般情況下，過濾系統(tǒng)風(fēng)速越低，過濾器的使用效果越好。過濾系統(tǒng)風(fēng)速越高，阻力就越大。如果過濾器的使用壽命以終阻力為依據(jù)，那么過濾系統(tǒng)風(fēng)速越高，過濾器的使用壽命就越短。

對(duì)于高效過濾器，氣流穿過濾網(wǎng)的速度一般在0.01～0.04 m/s，在這個(gè)范圍內(nèi)，過濾器的阻力與過濾風(fēng)量成正比關(guān)系。也就是說，在小于額定風(fēng)量的情況下，初阻力與風(fēng)量成線性正比關(guān)系。如果超過額定風(fēng)量，初阻力和風(fēng)量將不再是線性關(guān)系，而是一條上揚(yáng)的弧線。

(6)周邊環(huán)境的灰塵含量。

過濾空氣中的灰塵含量對(duì)過濾器的使用壽命有直接影響，降低待過濾空氣中的灰塵含量可提升過濾器的使用壽命。

2 提高過濾系統(tǒng)過濾能力的措施

(1)選用阻力在線監(jiān)測(cè)裝置。

終阻力要靠?jī)x表來判定，不能靠操作人員檢查得出結(jié)論。過濾器出風(fēng)口應(yīng)安裝阻力監(jiān)測(cè)裝置，通過DCS進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并設(shè)定報(bào)警值，當(dāng)過濾器阻力達(dá)到設(shè)計(jì)終點(diǎn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行更換，防止造成濾網(wǎng)或框體結(jié)構(gòu)變形。

(2)過濾系統(tǒng)中初效過濾器的優(yōu)化。

初效過濾器存在容塵量小、有效過濾面積低等問題，是導(dǎo)致過濾系統(tǒng)過濾能力下降的直接因素。因此選用過濾效率較高的G4金屬網(wǎng)來替代聚酯纖維棉來提高初效過濾器的效率，多采用金屬絲網(wǎng)材質(zhì)的濾網(wǎng)，可重復(fù)清洗使用。

(3)嚴(yán)格管控過濾器更換流程。

制定操作規(guī)范和過濾器使用臺(tái)賬，更換過濾器時(shí)盡量使用同一批次的過濾器，嚴(yán)格管控更換流程，不采用新舊過濾器結(jié)合的方式組合使用。如不屬于同一批次的過濾器，應(yīng)根據(jù)過濾器阻力的實(shí)測(cè)值將阻力相近的過濾器安裝在一起。

(4)提高過濾器容塵量。

在空氣過濾器運(yùn)行過程中，隨著過濾器濾網(wǎng)攔截灰塵量的增加，灰塵駐留在過濾器的濾網(wǎng)上，并不斷增加其阻力，結(jié)果在同樣的吸入氣流速度條件下，在過濾器內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)不斷增加的下游真空部分。如果更多的灰塵聚集在過濾器上，那么過濾器的流動(dòng)阻力將增加，風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣量將會(huì)減少。當(dāng)阻力增加到一定程度時(shí)，過濾器上的積灰會(huì)再被氣流帶走，此時(shí)雖然阻力不再升高，但過濾效率急劇下降。想要提高過濾器容塵量，只能選擇容塵量高的過濾器或增加過濾器數(shù)量。容塵量高的高效過濾器價(jià)格比較昂貴，性價(jià)比低，因此天偉化工選擇增加過濾器數(shù)量來提高過濾器整體容塵量。

天偉化工所使用過濾器的各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

表1 天偉化工所使用過濾器各項(xiàng)參數(shù)Table 1 Parameters of filters used in Tianwei Chemical

改造前,初效過濾系統(tǒng)選用的聚酯纖維棉以平面安裝方式進(jìn)行固定，迎風(fēng)面較小，天偉化工初效過濾系統(tǒng)安裝有22個(gè)初效過濾器，高效過濾系統(tǒng)安裝有55個(gè)高效過濾器，過濾系統(tǒng)的容塵量分別如下。

初效過濾器容塵量：430×22=9 460 (g)。

高效過濾器容塵量：1 520×55=83 600 (g)。

改進(jìn)后，天偉化工空氣過濾系統(tǒng)聯(lián)合使用初效G4金屬網(wǎng)過濾器和高效F8過濾器，初效過濾系統(tǒng)共安裝有48個(gè)初效過濾器，高效過濾系統(tǒng)共安裝有70個(gè)高效過濾器，過濾系統(tǒng)的容塵量分別如下。

初效過濾器容塵量：1 660×48=79 680 (g)。

高效過濾器容塵量：1 520×70=106 400 (g)。

(5)降低過濾風(fēng)速。

增加空氣過濾器有效過濾面積可以降低單位時(shí)間通過過濾器的風(fēng)速。降低風(fēng)速更有利于提高過濾器過濾效率。在同等條件下，降低通過過濾器中的過濾空氣流速，空氣在過濾網(wǎng)中停留的時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，空氣中的灰塵撞擊濾網(wǎng)障礙物的概率增加，因此過濾效率就會(huì)得到提高。為了能夠精確地計(jì)算出通過過濾器的風(fēng)速和風(fēng)量，天偉化工對(duì)目前系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表2 干燥系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)口流量Table 1 Inlet flow rate of fan for drying system

通過對(duì)干燥工序4條生產(chǎn)線的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)過程中，過濾空氣流量只有風(fēng)機(jī)額定流量的65%。

改造前過濾系統(tǒng)的有效過濾面積如下。

初效過濾面積：22×1=22 (m2)。

高效過濾面積：55×22=1 210 (m2)。

改造前通過各過濾器的風(fēng)速和風(fēng)量如下。

過濾空氣通過初效過濾器濾網(wǎng)的風(fēng)速V初：

過濾空氣通過初效過濾器的風(fēng)量Q初：

Q初=70 888÷22=3222.2 (m3/h)。

過濾空氣通過高效過濾器濾網(wǎng)的風(fēng)速V高：

過濾空氣通過單個(gè)高效過濾器的風(fēng)量Q高：

Q高=70 888÷55=1 288.9 (m3/h)。

改進(jìn)后的空氣過濾系統(tǒng)增加了過濾器數(shù)量，兩種過濾器的有效過濾面積分別如下。

初效過濾面積：48×1.05=50.4 (m2)。

高效過濾面積：70×22=1 540 (m2)。

改進(jìn)后，通過各過濾器的風(fēng)速和分量分別如下。

過濾空氣通過初效過濾器濾網(wǎng)的風(fēng)速V初：

過濾空氣通過單個(gè)初效過濾器的風(fēng)量Q初：

Q初=70 888÷48=1 476.8 (m3/h)。

過濾空氣通過高效過濾器濾網(wǎng)的風(fēng)速V高：

過濾空氣通過單個(gè)高效過濾器的風(fēng)量Q高：

Q高=70 888÷70=1 012.7 (m3/h)。

由計(jì)算可知：兩種過濾器的各項(xiàng)參數(shù)均低于其設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)于提高過濾器的使用壽命極有幫助。

(6)控制周圍環(huán)境灰塵含量。

周邊環(huán)境中灰塵含量對(duì)過濾器的使用壽命有直接影響，天偉化工采取對(duì)風(fēng)房?jī)?nèi)的地面和墻面定期進(jìn)行清潔，并進(jìn)行灑水和拖地等措施，最重要的是在風(fēng)房空氣進(jìn)風(fēng)口加裝一道165 μm(100目)金屬網(wǎng)進(jìn)行粗過濾，濾除空氣中的灰塵和其他雜質(zhì)，防止進(jìn)入室內(nèi)。

3 改進(jìn)前后過濾器的使用壽命

3.1 改進(jìn)前過濾器的使用壽命

(1)初效過濾器使用壽命。

系統(tǒng)改進(jìn)前，初效過濾器過濾空氣的含塵量按1.2 mg/m3進(jìn)行計(jì)算，則初效過濾器吸附灰塵至飽和點(diǎn)的使用時(shí)間為：

初效過濾系統(tǒng)在改進(jìn)前，連續(xù)使用5天后其容塵量就達(dá)到飽和點(diǎn)，如不及時(shí)對(duì)初效過濾器進(jìn)行更換，則會(huì)造成干燥系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量減少和部分灰塵進(jìn)入后續(xù)高效過濾系統(tǒng)，增加高效過濾系統(tǒng)的除塵負(fù)荷。

(2)高效過濾器使用壽命。

系統(tǒng)改進(jìn)前，經(jīng)初效過濾器過濾后進(jìn)入高效過濾器的空氣含塵量按0.2 mg/m3計(jì)算，則高效過濾器吸附灰塵至飽和點(diǎn)的使用時(shí)間為：

由計(jì)算可知：在初效過濾系統(tǒng)容塵量未達(dá)飽和時(shí)，高效過濾系統(tǒng)在使用245天后其容塵量將達(dá)到飽和狀態(tài)。如果未能及時(shí)進(jìn)行更換初效過濾器，高效過濾系統(tǒng)的使用時(shí)間將會(huì)相應(yīng)的縮短。

3.2 改進(jìn)后過濾器的使用壽命

(1)初效過濾器使用壽命。

空氣過濾系統(tǒng)改進(jìn)后，假設(shè)過濾空氣的含塵量與改造前一樣按1.2 mg/m3進(jìn)行計(jì)算，則初效過濾器吸附灰塵至飽和點(diǎn)的使用時(shí)間為:

由計(jì)算可知：由于增加了初級(jí)過濾系統(tǒng)的過濾面積和容塵量，初效過濾器的有效使用時(shí)間延長(zhǎng)至39天。初效過濾器使用39天左右其容塵量將達(dá)到飽和狀態(tài)，初效過濾器中吸附的固體灰塵量可達(dá)79.6 kg。

(2)高效過濾器使用壽命。

初效過濾器容塵量的增加在一定程度上會(huì)緩解高效過濾器的過濾強(qiáng)度。經(jīng)初效過濾器過濾后進(jìn)入高效過濾器的空氣含塵量按0.2 mg/m3計(jì)算，則高效過濾器吸附灰塵至飽和點(diǎn)的使用時(shí)間為：

由計(jì)算可知：理論上，高效過濾器連續(xù)使用312天后，過濾器中將會(huì)產(chǎn)生106.4 kg的固體灰塵。由于改造后初效過濾系統(tǒng)的過濾精度增加及當(dāng)前過濾系統(tǒng)的過濾風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)參數(shù)，因此過濾器的使用時(shí)間還可延長(zhǎng)。

4 結(jié)語

想要延長(zhǎng)空氣過濾系統(tǒng)的使用壽命，必須從增加容塵量、降低過濾風(fēng)速等方面入手。在生產(chǎn)過程中,必須定時(shí)監(jiān)測(cè)過濾器阻力，保持風(fēng)房干凈、無積塵，提高初效過濾器的過濾效率，及時(shí)更換、清洗初效過濾器，以保證高效過濾器能夠獲得良好的使用壽命。