叠片式过滤器的失效及改进

胡润平，巩 贺，张维中，胡俊杰，张 鹏

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

热轧生产过程中工作辊冷却水经过叠片式过滤器过滤后由冷却水集管上的喷嘴喷射到工作辊辊面上。如叠片式过滤器失效，冷却水中的异物会进入到轧机支撑辊与工作辊之间的辊缝硌伤辊面出现凹坑，轧制过程中板带表面就会出现点状凸起，即发生板带点状压痕缺陷（图1）。

图1 板带点状压痕缺陷

1 叠片式过滤器工作原理

叠片式过滤器的主要是在于采用相互堆叠的叠片间隙进行高效过滤，通过互相压紧的带有固定角度凹槽的PP 叠片实现初效过滤与深度过滤。通过对压差的检测与时间的设定，实现过滤器的自动反洗，从而使过滤器实现过滤、反洗的自动切换，达到满足实际过滤效果的循环往复的工作过程。

1.1 过滤原理

（1）离心过滤。特殊的流向设计，使过滤中的介质呈现旋流状流动在过滤器中，其中介质中较大颗粒的杂质由于离心力的作用被抛向过滤器桶壁。形成初次过滤，此次过滤不影响过滤器压差，有效降低了过滤器的反洗频次。

（2）表面过滤。介质通过弹簧压紧的叠片组过滤单元，其中大于过滤单元表面孔隙的杂质被拦截过滤，形成二次表面拦截过滤，此次过滤将增加过滤器压差。

（3）深层过滤。相互堆叠的叠片正反面，刻有一定角度的凹槽，相邻叠片之间凹槽的角度方向不同，导致相互间形成带有许多凹槽的交叉点，凹槽大小、方向不同的叠片其形成交叉点的数量也不同（图2）。因此不同规格的叠片组成的过滤单元的过滤精度也大不相同，而叠片上的凹槽相互堆叠形成的交叉点呈现出大量的空腔和不规则的通路，从而在介质流通中较小的颗粒在交叉点被拦截，即使一部分颗粒通过表面交叉点，最终也会被下一个乃至更后面的交叉点拦截过滤，最终达到深层过滤的效果。

图2 带有许多凹槽的交叉点

1.2 过滤过程

相互堆叠的叠片被带有弹簧力的压盖紧紧地相互叠加在一起，组成一组具有一定精度的过滤单元（图3）。当带有杂质颗粒的介质进入过滤器进水腔、流经过滤单元，杂质颗粒会被一定数量的过滤单元拦截过滤，达到使用要求后供往用户点。

1.3 反洗过程

当过滤器压差或时间到达设定值时，控制器下达反洗信号，此时由驱动电机驱动多路换向阀，当阀口到达首个过滤单元入口后，驱动电机停止运转，排污阀自动打开，此时过滤单元处于反压差状态（图4）。过滤后的介质从反方向流入此刻反洗的过滤单元内筒，此时其逆止橡胶阀片关闭流通通道，介质通过反洗喷射孔喷出，同时内筒中的压力介质进入活塞盖，推动压盖向下运动，此时相邻叠片处于松动状态；介质沿喷射孔方向喷出，松开的叠片在介质的喷射下快速旋转，被过滤拦截的杂质在冲刷及离心力的作用下脱落，随反洗水从排污口排出。如此往复，各个过滤单元反洗结束后，备用单元亦回复到备用状态，整个过滤器又处于过滤状态。

图4 反洗状态

2 叠片式过滤器失效原因

叠片式过滤器的过滤精度为200 μm或300 μm，对水质的要求非常高。热轧产线工作辊冷却水采用浊环水，主泵出口设置筛网T 形过滤器，过滤精度1 mm；水的工作压力1.0～1.2 MPa。每架轧机的工作辊冷却水用量约800 m3/h，机旁工作辊冷却水管路上设置叠片式过滤器，叠片式过滤器进口管路为碳钢管且水中含有轧制油、液压油、润滑脂及大量悬浮物。水中的油污和管壁上产生的附着物会随着水流附着在叠片上造成过滤器进、出口水腔压差增大，反冲洗的频繁启动加速了过滤器失效产生与恶化，过滤器失效形式主要有以下4 种。

2.1 过滤单元密封失效

过滤单元压盖的密封圈损坏，导致压盖卡死，密封圈卡入叠片间隙，造成叠片间隙过大异物进入（图5）。过滤单元密封失效的原因有：①过滤单元的压盖为塑料材料，频繁动作压盖变形将密封圈带出凹槽（图6）；②密封尺寸不合适。间隙过大水中异物进入，间隙过小密封使用寿命降低；③压盖导向部分过短，反冲洗时端部将密封圈带出导致。

图5 压盖卡死

图6 塑料压盖

2.2 叠片间隙失效

叠片间隙的大小直接影响水的过滤精度，叠片间隙过大、水中异物进入起不到过滤作用；叠片间隙过小会造成过滤器两端压差变大，反冲洗频繁启动叠片寿命降低。

叠片间隙失效的主要原因如下：①塑料压盖易变形无法压紧叠片组；②叠片数量不足（图7）；③压盖紧固螺母松动；④复位弹簧预紧力不够。

图7 叠片数量不足

叠片间隙（弹簧力）为每组叠片间固有属性，可以通过调整压盖弹簧力来进行调整。

2.3 过滤单元导管断裂

过滤单元导管断裂不但影响水的过滤效果，而且未及时发现时内部碟片易被水冲刷至下游管路，造成事故扩大化，并且使该单元的反洗功能彻底失效（图8～图9）。导管断裂的主要原因有：①罐体内存有空气，反洗过程中产生水锤现象，导致过滤单元导管断裂；②过滤器进、出口水腔压差大，水系统压力骤降，过滤单元产生水锤，导致导致过滤单元导管断裂；③过滤单元导管壁薄、焊接工艺不佳，导致使用寿命变短。

图8 过滤单元导管断裂

图9 碟片被冲至下游管路

2.4 反冲洗装置失效

水过滤器运行一段时间后，随着滤渣的积累，会使出口压力下降，是过滤柱堵塞的反映。当压力差达到一定程度，影响供水压力和流量时，就要进行反冲洗使过滤柱恢复正常。反冲洗时间过短会导致冲洗效果不佳，反冲洗时间过长会导致过滤器叠片“甩坏”。

3 预防及处理

3.1 过滤单元密封失效

根据叠片式过滤器在热轧产线生产过程中过滤单元密封失效的原因分析，提出以下改进措施：①将压盖更换为不锈钢材料，以降低摩擦因数；②将压盖长度延长至桶壁上沿下20～30 mm；③通过多组密封圈使用的数据收集对比，依据6σ主效应图计算，最佳密封值为4.8～5.6 mm。

3.2 叠片间隙失效

根据叠片式过滤器在热轧产线生产过程中叠片间隙失效的原因分析，提出以下改进措施：①压盖变形问题与过滤单元密封失效的措施一致，将压盖更换为不锈钢材料；②垫片最佳数量为距桶壁上沿15～25 mm；③压盖螺母采用双螺母防松的同时，紧固螺母增加止动垫圈防松；④利用6σ自定义因子DOE 分析，得出最佳弹簧力范围为3～4 kg。

3.3 过滤单元导管断裂

根据叠片式过滤器在热轧产线生产过程中过滤单元导管断裂的原因分析，提出以下改进措施：①过滤罐顶部增加自动排气阀，及时排空罐内气体；②调整水系统泄水程序，避免出现系统压力骤降现象；③增加过滤单元导管壁厚，优化端盖焊接工艺。

3.4 反冲洗装置失效

根据叠片式过滤器在热轧产线生产过程中反冲洗装置失效的原因分析，提出以下改进措施：①过滤器压差报警设定为0.06 MPa，当过滤器进出口压差＞0.06 MPa 时，反冲洗自动启动；②通过收集反冲洗时间与实际压差及过滤器实际效果数据，利用6σ工具DOE 开展自定义因子实验（图10），使用优化图得到最终可以得出最佳反冲洗时间为10 s；③增加一组筛网篮式过滤器，过滤精度1 mm。两组过滤器生产过程中一用一备设置，实现了叠片式过滤器生产过程中在线更换滤筒及在线检修。

图10 利用6Σ 工具DOE 开展自定义因子

4 结束语

通过对叠片式过滤器结构、性能的改进，大幅降低了热轧产线在轧制酸洗板及表面质量要求高的薄规格产品时的点状压痕缺陷，在取得较好经济效益和社会效益的同时，提升生产稳定性及产品质量，运行效果良好。