PVC生产中空气过滤系统的优化
2018-07-05李芳尹建平刘建明
李芳，尹建平，刘建明
(天伟化工有限公司，新疆 石河子 832000)
杂质粒子数是PVC树脂的一项重要质量指标，也是影响众多PVC厂家优等品率的主要因素之一，它对塑料制品性能，尤其是电缆质量有很大的影响，也影响透明料的外观。国内PVC生产厂家多采用旋风干燥工艺对树脂进行干燥，然而在PVC干燥过程中，由于空气中灰尘较多，极易将杂质带入，导致PVC产品杂质粒子数偏高。多数厂家采用空气过滤系统对空气进行过滤后使用，然而多数空气过滤系统在用于大型鼓风机过滤时，常常会出现过滤不彻底、空气流量小、滤芯更换不方便、过滤器无法循环使用、高效过滤器使用时间短等诸多问题。
天伟化工有限公司(以下简称天伟化工)经过多年的探索和改进，对目前使用的空气过滤系统进行了优化，提高了空气过滤系统的能力。
1 空气过滤系统能力下降的原因
(1)过滤器工作阻力大。
新安装过滤器的阻力称为“初阻力”，过滤器报废时或不能再发挥过滤能力时的阻力称为“终阻力”。空气过滤器的积灰越多，阻力越高，当阻力增大到某一值时，过滤器报废，需要及时更换。高效过滤器滤网一般由玻璃纤维、聚丙烯等材料制成，属于一次性使用滤网，不能清洗后重复利用，更换费用较高，如何增加其使用寿命是PVC 企业要面对的问题。
当过滤器阻力过大时，过滤器滤网受到的拉扯力变大，长时间运行可能会造成过滤器破损或变形。
(2)初效过滤器的过滤效率下降。
初效过滤器的过滤效率低，造成末端高效过滤器处理负荷增加，使用寿命变短。
(3)过滤系统中不同过滤器阻力相差较大。
阻力不一致的过滤器安装到同一系统当中，过滤空气会优先通过阻力低的过滤器，造成阻力低的过滤器风速偏高，这些过滤器的过滤效率会因过滤风速的增加而降低。承受了较大通风负荷的过滤器也会因为积尘速度太快而很快达到寿命，而不得不提前更换，而此时其他的过滤器还没有得到充分的利用。
(4)过滤系统中过滤器的容尘能力太小。
空气过滤器在工作时，捕捉到的粉尘大都集中在过滤材料的迎风面上，过滤器的有效过滤面积大，能容纳的粉尘就多，过滤器的使用寿命就长。有效面积大，穿过单位面积的风速就低，过滤器的阻力就小。经验表明：滤料面积增加50%，过滤器的使用寿命会延长70%～80%。
(5)有效过滤面积不足造成过滤风速高。
空气过滤器有效过滤面积不足将会导致系统进风量不足，空气过滤层内外压差增大，使得干燥效率变低，如要保持进风量就须提高过滤系统风速。一般情况下，过滤系统风速越低，过滤器的使用效果越好。过滤系统风速越高，阻力就越大。如果过滤器的使用寿命以终阻力为依据，那么过滤系统风速越高，过滤器的使用寿命就越短。
对于高效过滤器，气流穿过滤网的速度一般在0.01～0.04 m/s，在这个范围内，过滤器的阻力与过滤风量成正比关系。也就是说，在小于额定风量的情况下，初阻力与风量成线性正比关系。如果超过额定风量，初阻力和风量将不再是线性关系，而是一条上扬的弧线。
(6)周边环境的灰尘含量。
过滤空气中的灰尘含量对过滤器的使用寿命有直接影响，降低待过滤空气中的灰尘含量可提升过滤器的使用寿命。
2 提高过滤系统过滤能力的措施
(1)选用阻力在线监测装置。
终阻力要靠仪表来判定，不能靠操作人员检查得出结论。过滤器出风口应安装阻力监测装置，通过DCS进行实时监控并设定报警值，当过滤器阻力达到设计终点时及时进行更换，防止造成滤网或框体结构变形。
(2)过滤系统中初效过滤器的优化。
初效过滤器存在容尘量小、有效过滤面积低等问题，是导致过滤系统过滤能力下降的直接因素。因此选用过滤效率较高的G4金属网来替代聚酯纤维棉来提高初效过滤器的效率，多采用金属丝网材质的滤网，可重复清洗使用。
(3)严格管控过滤器更换流程。
制定操作规范和过滤器使用台账，更换过滤器时尽量使用同一批次的过滤器，严格管控更换流程，不采用新旧过滤器结合的方式组合使用。如不属于同一批次的过滤器，应根据过滤器阻力的实测值将阻力相近的过滤器安装在一起。
(4)提高过滤器容尘量。
在空气过滤器运行过程中，随着过滤器滤网拦截灰尘量的增加，灰尘驻留在过滤器的滤网上，并不断增加其阻力，结果在同样的吸入气流速度条件下，在过滤器内产生一个不断增加的下游真空部分。如果更多的灰尘聚集在过滤器上，那么过滤器的流动阻力将增加，风机的进气量将会减少。当阻力增加到一定程度时，过滤器上的积灰会再被气流带走，此时虽然阻力不再升高，但过滤效率急剧下降。想要提高过滤器容尘量，只能选择容尘量高的过滤器或增加过滤器数量。容尘量高的高效过滤器价格比较昂贵，性价比低，因此天伟化工选择增加过滤器数量来提高过滤器整体容尘量。
天伟化工所使用过滤器的各项参数如表1所示。
表1 天伟化工所使用过滤器各项参数Table 1 Parameters of filters used in Tianwei Chemical
改造前,初效过滤系统选用的聚酯纤维棉以平面安装方式进行固定，迎风面较小，天伟化工初效过滤系统安装有22个初效过滤器，高效过滤系统安装有55个高效过滤器，过滤系统的容尘量分别如下。
初效过滤器容尘量：430×22=9 460 (g)。
高效过滤器容尘量：1 520×55=83 600 (g)。
改进后，天伟化工空气过滤系统联合使用初效G4金属网过滤器和高效F8过滤器，初效过滤系统共安装有48个初效过滤器，高效过滤系统共安装有70个高效过滤器，过滤系统的容尘量分别如下。
初效过滤器容尘量：1 660×48=79 680 (g)。
高效过滤器容尘量：1 520×70=106 400 (g)。
(5)降低过滤风速。
增加空气过滤器有效过滤面积可以降低单位时间通过过滤器的风速。降低风速更有利于提高过滤器过滤效率。在同等条件下，降低通过过滤器中的过滤空气流速，空气在过滤网中停留的时间就会延长，空气中的灰尘撞击滤网障碍物的概率增加，因此过滤效率就会得到提高。为了能够精确地计算出通过过滤器的风速和风量，天伟化工对目前系统的进风量进行了统计，结果如表2所示。
表2 干燥系统风机进口流量Table 1 Inlet flow rate of fan for drying system
通过对干燥工序4条生产线的调查，发现在当前实际生产过程中，过滤空气流量只有风机额定流量的65%。
改造前过滤系统的有效过滤面积如下。
初效过滤面积：22×1=22 (m2)。
高效过滤面积：55×22=1 210 (m2)。
改造前通过各过滤器的风速和风量如下。
过滤空气通过初效过滤器滤网的风速V初：
过滤空气通过初效过滤器的风量Q初：
Q初=70 888÷22=3222.2 (m3/h)。
过滤空气通过高效过滤器滤网的风速V高：
过滤空气通过单个高效过滤器的风量Q高：
Q高=70 888÷55=1 288.9 (m3/h)。
改进后的空气过滤系统增加了过滤器数量，两种过滤器的有效过滤面积分别如下。
初效过滤面积：48×1.05=50.4 (m2)。
高效过滤面积：70×22=1 540 (m2)。
改进后，通过各过滤器的风速和分量分别如下。
过滤空气通过初效过滤器滤网的风速V初：
过滤空气通过单个初效过滤器的风量Q初：
Q初=70 888÷48=1 476.8 (m3/h)。
过滤空气通过高效过滤器滤网的风速V高：
过滤空气通过单个高效过滤器的风量Q高：
Q高=70 888÷70=1 012.7 (m3/h)。
由计算可知：两种过滤器的各项参数均低于其设计参数，对于提高过滤器的使用寿命极有帮助。
(6)控制周围环境灰尘含量。
周边环境中灰尘含量对过滤器的使用寿命有直接影响，天伟化工采取对风房内的地面和墙面定期进行清洁，并进行洒水和拖地等措施，最重要的是在风房空气进风口加装一道165 μm(100目)金属网进行粗过滤，滤除空气中的灰尘和其他杂质，防止进入室内。
3 改进前后过滤器的使用寿命
3.1 改进前过滤器的使用寿命
(1)初效过滤器使用寿命。
系统改进前，初效过滤器过滤空气的含尘量按1.2 mg/m3进行计算，则初效过滤器吸附灰尘至饱和点的使用时间为：
初效过滤系统在改进前，连续使用5天后其容尘量就达到饱和点，如不及时对初效过滤器进行更换，则会造成干燥系统进风量减少和部分灰尘进入后续高效过滤系统，增加高效过滤系统的除尘负荷。
(2)高效过滤器使用寿命。
系统改进前，经初效过滤器过滤后进入高效过滤器的空气含尘量按0.2 mg/m3计算，则高效过滤器吸附灰尘至饱和点的使用时间为：
由计算可知：在初效过滤系统容尘量未达饱和时，高效过滤系统在使用245天后其容尘量将达到饱和状态。如果未能及时进行更换初效过滤器，高效过滤系统的使用时间将会相应的缩短。
3.2 改进后过滤器的使用寿命
(1)初效过滤器使用寿命。
空气过滤系统改进后，假设过滤空气的含尘量与改造前一样按1.2 mg/m3进行计算，则初效过滤器吸附灰尘至饱和点的使用时间为:
由计算可知：由于增加了初级过滤系统的过滤面积和容尘量，初效过滤器的有效使用时间延长至39天。初效过滤器使用39天左右其容尘量将达到饱和状态，初效过滤器中吸附的固体灰尘量可达79.6 kg。
(2)高效过滤器使用寿命。
初效过滤器容尘量的增加在一定程度上会缓解高效过滤器的过滤强度。经初效过滤器过滤后进入高效过滤器的空气含尘量按0.2 mg/m3计算，则高效过滤器吸附灰尘至饱和点的使用时间为：
由计算可知：理论上，高效过滤器连续使用312天后，过滤器中将会产生106.4 kg的固体灰尘。由于改造后初效过滤系统的过滤精度增加及当前过滤系统的过滤风速远远低于其设计参数，因此过滤器的使用时间还可延长。
4 结语
想要延长空气过滤系统的使用寿命，必须从增加容尘量、降低过滤风速等方面入手。在生产过程中,必须定时监测过滤器阻力，保持风房干净、无积尘，提高初效过滤器的过滤效率，及时更换、清洗初效过滤器，以保证高效过滤器能够获得良好的使用寿命。
