涤纶短纤维装置工艺空调滤材成本降低的探讨

2020-07-17张丛晖

合成纤维工业 2020年3期

张丛晖

(中国石油化工股份有限公司天津分公司化工部，天津 300270)

中国石油化工股份有限公司天津分公司涤纶短纤维装置有A，B两条生产线，每条生产线有48个纺丝位，在纺丝成形过程中均采用侧吹风冷却工艺。侧吹风冷却工艺对冷却风速的要求相比环吹冷却工艺更加严格，风速过低时，冷却气流触及丝束内层，会被高速运行的丝束阻挡，不能穿透丝层，造成丝束内外层冷却条件相差大，使纤维的断面不匀率显著增大，甚至出现飘丝；而风速过高时，冷却气流不仅穿透丝层，且还有剩余动能，致使丝束摇晃湍动，断面不匀率增大[1-2]。所以侧吹风冷却系统为了确保冷却风速稳定，对送风有一定的净化要求，当不能达到工艺要求时，必须更换工艺空调的过滤滤材，但是使用的工艺空调滤材存在单次上机量大(初效滤材F5上机30套/次，中效滤材F9上机20套/次)，单价高(初效滤材F5 320元/套，中效滤材F9 490元/套)的不足，从而增加了生产成本，降低了产品的竞争能力，制约了企业的发展。

作者通过试验探讨了工艺空调中效滤材过滤精度，同时提高横网过滤精度，从而延长工艺空调滤材使用周期的可行性，达到了降低生产成本的目的。

1 工艺空调系统工艺流程简介

本套侧吹风工艺空调机组由南京金陵空调设备总公司制造，其工作原理为：工艺空调室内回风经回风风机与室外新风混合，经初效过滤后，再经喷淋加湿、除尘，通过表冷器降温(仅夏季使用)或加热器加热(仅冬季使用)，达到所需要的送风温度和湿度，最后经中效过滤，达到所需要的洁净度之后通过送风管道进入生产现场(现场出风口有两道密度不同的横网(两层不锈钢筛网)和立网(蜂窝状多孔板)进行过滤。其涤纶短纤维装置的纺丝侧吹风过滤净化示意图如图1所示。

图1 纺丝侧吹风过滤净化示意Fig.1 Schematic diagram of cross air blow filtration and purification

2 试验方案可行性分析

一个良好的侧吹风装置应满足两方面的要求[1]:(1)所提供的冷却条件应能控制丝束的冷却速率, 使丝束的温度在纺丝线上形成理想而稳定的分布, 使卷绕丝有良好的超分子结构和性能；(2)能控制外界条件对丝束的干扰, 防止丝束扰动, 尽可能减少吹风气流对丝束抖动的影响, 保证每根丝条冷却的均一性, 从而降低丝条的条干不匀率。通常，从空调室经送风管道送来的气流呈不稳定的湍流态，设置在现场出风口的横网，其不锈钢筛网网目越细，则抑制湍流的效果越好。另外，侧吹风冷却系统为了保证冷却风速的稳定和均匀，对送风有一定的净化要求，通常要求空气中的尘埃粒子70%的直径为0.3 μm、85%～90%的直径为0.5 μm、90%～95%的直径为1 μm都被过滤掉[3]。在实际生产中，因本套装置的侧吹风系统送风风道较长，运行一段时间后风道较脏，横、立网仅使用一周后表面就会沉积灰尘小颗粒，造成生产现场送风风速不匀，影响纺丝成形效果。故在横网不锈钢筛网夹层加装无纺布滤片可以减轻湍流程度，克服筛网易撕裂的缺点，还可进一步净化侧吹风，提高送风风速、风压的均匀性。

A，B两条生产线自2016年提产后(喷丝板喷丝孔由3 600孔提高到4 000孔)，每条线用风量增加约7%(侧吹风风速从3.1 m/s上升到3.3 m/s)，如在横网上加装无纺布滤片，会增加风阻，使得初、中效滤材上机的初始压差变高，极容易达到更换压差200 Pa，使初、中效更换周期变短。由于初、中效滤材均为无纺布袋式滤材，当压差达200 Pa时，滤材的过滤效率将急剧降低，阻力将急剧上升，这样就会使主风道压力达不到工艺要求，使整套风压控制系统失灵，同时还会增加电耗，只能更换初、中效滤材才能稳定送风风速。因此试验将中效滤材用过滤精度较低、费用较低的F7(单价350元/套)代替过滤精度较髙、费用较髙的F9，降低初、中效滤材上机的初始压差，以减少送风风机的运转负荷，同时，在横网上加装无纺布滤片过滤，不影响总过滤效率。并且当现场送风风速不匀时，更换、清洗横网，或更换无纺布滤片，来延长初、中效滤材的使用周期，降低生产成本。

3 试验实施

3.1 单个纺丝位上横网的试验情况

工艺空调初、中效滤材仍采用F5，F9，在两条生产线各选择2个纺丝位，将其横网更换成加装10～15 mm厚无纺布滤片的横网(黄骅市兴旺空气净化器材有限公司生产)，其他纺丝位横网仍为不锈钢筛网，观察它们在相同生产环境下的使用情况，结果如表1所示。从表1可以看出：单个纺丝位上的横网为不锈钢筛网时，使用10 d后多数侧吹风风速不匀，需要更换新的横、立网，而加装了无纺布滤片后的横网，使用20 d后才出现风不匀现象。即加装无纺布滤片后的横网的使用周期为20 d,而没加装无纺布滤材的横网使用周期则为10 d。

表1 不同使用时间下单个纺丝位不同横网的试验情况Tab.1 Test conditions of single spinning position with different cross screen at different service time

3.2 整条生产线上的横网试验情况

在A线整条生产线横网的两层不锈钢筛网中间加装了10～15 mm厚无纺布过滤片；B线整条生产线横网为两层不锈钢筛网，工艺空调的初、中效滤材不变，仍为F5，F9，观察A，B线在相同纺丝工艺、相同外界气候条件下，工艺空调机组运转、各纺丝位出丝状态来判定各滤材的上机使用时间。为保证现场生产的平稳过渡，在定期维修更换喷丝板(每天更换12个)时逐步更换加装无纺布过滤片的横网，观察A线工艺空调的运转情况，包括压差、电流、输出等参数是否正常、横立网网面附着灰尘颗粒程度，检测单个纺丝位三点实际风速，确保此三点风速差异不超过0.2 m/s。试验开始时间为2019—03—12，结束时间为2019—04—03。试验结果表明：对于A线，试验3 d后，加装无纺布过滤片的横网全部更换完毕，期间正常，到4月1日开始重新更换横网；试验期间，A线运转正常无绕辊，更换加装了无纺布过滤片17套； B线3月27日开始更换横立网，期间共计更换40套，一次因送风风速不匀绕辊。对下机的横、立网进行检查，发现A线无纺布滤片颜色发黑，灰尘颗粒多，立网基本无灰尘颗粒，比较干净；B线横网不锈钢筛网基本无灰尘颗粒，颗粒不规则地集中在立网表面。

3.3 中效滤材过滤精度降低的重复试验

将A线工艺空调中效滤材精度适当降低，即由滤材F9调整为滤材F7，初效滤材精度不变(仍为滤材F5)，配合纺丝位横网加装无纺布过滤片，B线生产条件依然不变，重复3.2节试验。试验结果表明：由于滤材F7精度比滤材F9低，滤材F7初始上机压差比滤材F9的初始上机压差低约10 Pa,加装无纺布滤片横网全部上机后，A线工艺空调输出与B线输出基本相同；滤材F7的使用周期为22 d左右，加装无纺布横网的使用周期为15 d左右(见表3)，试验期间A线运转及原丝质量均较稳定，试验效果比较理想。

表3 滤材F7和滤材F9的使用效果对比Tab.3 Service comparison of filter material F7 and F9

与原滤材F9相比，滤材F7的使用周期延长，同时，由于横网加装无纺布滤片，完全满足现场纺丝对侧吹风的洁净度及稳定性的要求。在A线生产线试验成功后，B线生产线于2019年5月将横网逐步更换成加装无纺布的横网，结果A，B两条生产线工况稳定。

4 质量指标对比

风速发生波动或单个纺丝位之间风速有差异，将导致纺丝位之间原丝结构的不均匀(取向和结晶)。风速增大时，固化点上移，原丝的预取向度减小，断裂伸长率增大；反之，则预取向度增大。对试验期间A，B生产线的原丝和成品丝质量指标进行对比，结果如表4、表5所示。

表4 原丝质量指标对比Tab.4 Quality index comparison of as-spun fibers

表5 成品丝质量指标对比Tab.5 Quality index comparison of produced fibers

由表4和表5可见，A，B两条生产线的原丝和成品丝质量指标无差异，说明将横网更换成加装无纺布的横网、中效滤材由滤材F9调整为滤材F7，对涤纶短纤维的原丝和成品丝的质量没有影响。为了了解产品在下游用户的可纺性，在河北省石家庄华顺纺织股份有限公司进行了试纺。结果表明：整个试纺过程生产正常，可纺性好；细纱产品质量指标较好，能够满足正常纺纱需要。2019年5月后，A，B两条生产线全部使用试验滤材。

5 经济效益评价

工艺空调中效滤材由滤材F7替代滤材F9后，更换周期由15 d左右延长至22 d左右，自2019年5月开始A，B两条生产线全部取代滤材F7后，约更换滤材F7 640套。滤材F7、滤材F9、无纺布滤片的单价分别为350，490，20元/套,滤材消耗量见表6，由于每条生产线为48个位，共2条生产线，2019年5月份至年末更换9次横立网，无纺布单价为20元/片，则2019年5—12月耗材为24.128万元，与2018年相比，2019年全年节约15.748万元。另外，横立网的清洗周期由10 d延长到20 d，1个纺丝位的横立网，每年减少清洗18次，每次清洗耗用脱盐水0.5 t，清洗用脱盐水价格按8.34元/t计，每年因减少脱盐水用量节约费用0.721万元。因此每年降低成本16.469万元。