王 偉

(中國石化揚(yáng)州石化有限責(zé)任公司, 江蘇 楊州 225200)

合成纖維生產(chǎn)中,為了保證熔體的純凈度,穩(wěn)定纖維質(zhì)量，除了在紡絲組件中設(shè)置過濾組件外，一般還需在熔體輸送管道或紡絲機(jī)的熔體分配管道上設(shè)置過濾機(jī)，稱之為熔體預(yù)過濾機(jī)。常用的過濾介質(zhì)有金屬編織網(wǎng)、燒結(jié)金屬粉末和燒結(jié)金屬纖維氈，外形有星形、折澗形或平網(wǎng)型。為了提高過濾性能，往往選擇兩種以上的過濾介質(zhì)組成過濾元件。過濾介質(zhì)的選擇取決于過濾阻力、孔隙度、曲折度和過濾介質(zhì)厚度等四個主要特性，同時還要顧及可靠性、效能(壽命、成本等)以及可凈化性等因素[1]。

近年來，隨著前紡紡絲速度的大幅度提升，以及進(jìn)口原料高密度PP、PE生產(chǎn)工藝的改變，導(dǎo)致PP、PE內(nèi)催化劑灰分的含量明顯增加，難熔顆粒物的直徑亦有明顯的增大，對紡絲熔體預(yù)過濾機(jī)的過濾精度和納垢容量都提出了更高的要求。原來用于化纖裝置主流的表面型、金屬編織網(wǎng)濾芯過濾機(jī)的過濾精度和使用壽命已不能滿足生產(chǎn)要求。由于過濾精度和使用壽命具有互相制約性，如何選擇合適的過濾芯和過濾器類型，在提高過濾精度的同時，還可以延長過濾芯的使用壽命，也就提上了工作日程。目前，對紡絲過濾精度提升的研究，有的是通過提高紡絲噴絲組件的過濾精度出發(fā)，有的是通過預(yù)過濾器的改造出發(fā)。本文從改變過濾器的類型和過濾芯的結(jié)構(gòu)出發(fā)，對我司原有的熔體預(yù)過濾機(jī)進(jìn)行改造，有效地提高了過濾精度，同時過濾芯壽命也有明顯的提高，使得前紡的原絲質(zhì)量亦有了顯著提升。

1 過濾器的工作原理及類型

過濾器按過濾材料可分為表面型、深度型過濾器兩種。它們對固體雜質(zhì)的過濾作用是通過直接阻截和吸附來完成的。

(1) 表面型過濾器

在表面型過濾器中，被濾除的顆粒污染物幾乎全部阻截在過濾元件表面上游的一側(cè)。濾芯材料上具有均勻的標(biāo)定小孔，可以濾除大于標(biāo)定小孔的固體顆粒。屬于這一類的過濾器有線隙式、網(wǎng)式和片式[2]。

(2) 深度型過濾器

深度型過濾器的濾芯為多孔可透性材料，內(nèi)部具有曲折迂回的通道。大于孔徑的污染顆粒直接被阻截在靠熔體上游的外表面，而較小的顆粒進(jìn)入濾芯內(nèi)部通道時，由于受表面張力(分子吸附力、靜電力等)的作用偏離熔體流束，而被吸附在過濾通道的內(nèi)壁上。故深度型過濾器的過濾原理既有直接阻截，又有吸附作用。這種濾芯材料有紙芯、燒結(jié)金屬、毛氈和各種纖維等[2]。

2 過濾器的主要性能指標(biāo)

過濾器主要性能指標(biāo)有過濾精度，壓降特性、納垢容量，除此之外還有工作壓力和工作溫度等參數(shù)。

(1)過濾精度

過濾精度是指過濾器對不同尺寸顆粒污染物的濾除能力，常用絕對過濾精度來評定，過濾精度分為粗(d≥0.1mm)、普通(d≥0.01mm)、精(d≥0.005mm)、和特精(d≥0.001mm)四個等級。

(2)壓降特性

過濾器對熔體來說是一種流阻，因而熔體經(jīng)過時必然要產(chǎn)生壓降。一般來說，在濾芯尺寸和熔體流量一定的情況下，濾芯的過濾精度越高，則其壓降越大，在流量一定的情況下，濾芯的有效過濾面積越大，或熔體的黏度越小，則壓降越小。濾芯所允許的最大壓降，應(yīng)以使濾芯不致發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞為原則[3]。

(3)納垢容量

過濾器在壓力降大于其規(guī)定限值之前截留的污染物的問題稱為納污容量。過濾器的納垢容量越大，則其壽命越長，所以它是反映過濾器壽命的重要指標(biāo)。過濾器的有效過濾面積越大，則納垢容量也就越大[4]。

3 現(xiàn)用過濾器分析

我公司現(xiàn)用的過濾器是德國紐馬格公司進(jìn)口產(chǎn)品。該過濾器采用雙筒切換式圓片過濾網(wǎng)，由于過濾器安裝位置以及本身體積較小，大大限制了過濾網(wǎng)的面積。過濾網(wǎng)面積過小致使過濾精度也過小，因為過濾精度如果過大，過濾面積較小的情況下，濾網(wǎng)更換周期大大縮短，無法保證裝置平穩(wěn)連續(xù)生產(chǎn)，工人的勞動強(qiáng)度也過大。為了充分挖掘常規(guī)紡的潛力，迫切需要在提高過濾面積的基礎(chǔ)上，提高過濾器過濾精度。針對紡絲機(jī)在使用注塑級切片的生產(chǎn)過程中，由于切片灰份含量的增加, 導(dǎo)致使用組件過濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重, 組件使用周期大幅度縮短、前紡滿卷率差、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、噴絲板頻繁組裝時磨損嚴(yán)重、生產(chǎn)成本上升的現(xiàn)象，需要對預(yù)過濾器進(jìn)行改造，徹底解決前紡生產(chǎn)過程中的不穩(wěn)定問題。改造主要從兩個方面進(jìn)行：增加過濾精度和提高過濾面積。

4 改造方案

由于螺桿機(jī)擠出頭與紡絲箱體之間的熔體管道走向復(fù)雜且安裝空間很小，在這兩者之間增加新的熔體過濾器是很困難的，目前使用的預(yù)過濾器的作用主要是解決大顆粒雜質(zhì)造成的計量泵軋泵問題，其濾網(wǎng)面積極小(其直徑僅125 mm左右、面積約0.01 m2)，濾網(wǎng)孔徑也很大(最高過濾精度只有300目)，這與目前過濾器希望過濾掉注塑級PE、PP熔體中的微小雜質(zhì)及凝聚粒子、提高熔體凈度所需要的500目以上的過濾精度相距甚遠(yuǎn)。

紡絲機(jī)預(yù)過濾器的改造，最簡易的方法是購置1臺雙筒切換式預(yù)過濾器，安裝在螺桿與箱體之間，但這樣螺桿要移位，螺桿、預(yù)過濾、箱體間要增加較長的熔體管路，熔體停留時間會變長，而對紡絲機(jī)設(shè)備來講，由于沒有配套干燥設(shè)備，干切片含水高，若熔體停留時間再增長，對紡絲很不利，同時熔體管路又需增添加熱保溫系統(tǒng)，導(dǎo)致改造停產(chǎn)的時間長，改造費(fèi)用高，很不經(jīng)濟(jì)，因此我們不傾向于采用這一改造方案。 改造方案根據(jù)以下幾個方面來考慮:

(1)預(yù)過濾采用雙筒可切換式，便于不停產(chǎn)更換過濾芯；

(2)由于空間位置的原因，只能用新的過濾器替代舊過濾器；

(3)安裝尺寸盡量與目前過濾器近似,減少增加或縮短的熔體管路的長度；

(4)確保日后過濾器檢修操作的方便；

(5)過濾器過濾精度要達(dá)到500目以上,過濾面積要增大30倍以上。

據(jù)以上5方面的考慮，我們選擇雙缸立式預(yù)過濾器，由于預(yù)過濾器較長，又只采用一個溫控系統(tǒng)，鋁夾套結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，因此必須使電熱絲在鋁夾套中均勻分布，確保鋁夾套的加熱均勻性。否則熔體受熱不均，致使可紡性變差。

采用這種形式的過濾器有如下幾個優(yōu)點:

(1) 過濾器與螺桿間沒有聯(lián)接熔體管路，熔體停留時間達(dá)到最短；

(2) 將來螺桿拆解與維修方便；

(3) 加熱保溫系統(tǒng)只有1個，控制穩(wěn)定；

(4) 結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；

(5) 成本低廉，效果顯著；

(6) 改造停車時間短。

5 改造后過濾器的基本參數(shù)

過濾器改造前后的結(jié)構(gòu)對比分別見圖1、圖2。

圖1 改造前的過濾器(表面型過濾結(jié)構(gòu))1-過濾芯；2-支撐架

圖2 改造后的過濾器(深度型過濾結(jié)構(gòu))1-頂殼；2-外殼；3-過濾芯

(1)過濾器技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品型號： PF2T-3.5B(蘇州東海濾機(jī))

過濾介質(zhì)： PP/PE

設(shè)計壓力： 25 MPa

工作壓力： 20 MPa

設(shè)計溫度： 320 ℃

設(shè)計流量： 500 kg/h

最高許用壓差： 6 MPa

過濾器濾芯介質(zhì): 燒結(jié)金屬纖維氈

過濾精度： 500 目

過濾面積： 3.5 m2

(2)過濾器基本結(jié)構(gòu)

立式雙筒套缸連續(xù)切換熔體過濾機(jī)，確保連續(xù)切換不飄絲斷絲，濾芯裝在過濾室內(nèi)，切換時把過濾室從過濾機(jī)內(nèi)吊出來整體更換，過濾室上下垂直吊裝；過濾面積：3.5 m2×2；過濾室結(jié)構(gòu): 熔體通過部分材質(zhì)采用不銹鋼，內(nèi)壁拋光處理，表面光潔度≤Ra 0.8；三通切換閥：采用兩個三通聯(lián)動切換閥, 控制雙缸切換。關(guān)閉時金屬線密封，開啟時填料密封；排氣放料閥：設(shè)置兩個排氣放料閥, 關(guān)閉時金屬線密封，開啟時填料密封；改造前后過濾室活塞桿對比如圖3、圖4所示。

圖3 改造前(平面圓形濾室)

圖4 改造后(立體燭型濾室)

(3)過濾元件

濾芯結(jié)構(gòu)：燭形褶皺式多層金屬網(wǎng)濾芯；濾芯規(guī)格：Φ35×485×19；過濾精度：PP：25 μm (相當(dāng)于500目)；PE：25 μm (相當(dāng)于500目)；改造前后過濾芯對比如圖5、圖6所示。

結(jié)構(gòu)為圓形平面結(jié)構(gòu);過濾面積0.01 m2;過濾精度300目圖5 改造前的濾芯

結(jié)構(gòu)為立體燭型結(jié)構(gòu);過濾面積增至3.5 m2;過濾精度增至500目圖6 改造后的濾芯

(4)加熱方式和結(jié)構(gòu)

加熱方式：電加熱; 夾套材質(zhì)：夾套體為20鋁，熱媒管路20#無縫鋼管。

6 效果及討論

紡絲機(jī)經(jīng)改造更換預(yù)過濾器后，在紡絲過程中的軋泵現(xiàn)象依舊得到控制的前提下，組件使用過程中壓升速度明顯下降，組件使用周期從原來的10天延長到40天以上，紡絲生產(chǎn)穩(wěn)定性得到很大提高，飄絲、毛絲和斷頭現(xiàn)象顯著減少，前紡的繞輥頻率和廢絲率大幅度下降，原絲質(zhì)量明顯提高。尤其在生產(chǎn)高速細(xì)旦、超細(xì)旦纖維時，飄絲、毛絲現(xiàn)象的減少尤其明顯。

(1) 金屬過濾材料一般有3種:編織金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)金屬粉末、燒結(jié)金屬纖維氈，過濾材料的選擇。應(yīng)根據(jù)過濾的特性從過濾效果、濾芯壽命、過濾成本等幾方面綜合考慮，3種過濾材料的特性見表1。

表1 3種過濾材料性能比較

注：過濾精度為15 μm

從表1中可以看出，熔體過濾材料特性最佳是燒結(jié)金屬纖維氈，其壓降小，過濾效果好，同時使用壽命也很長。

(2) 對比使用不同過濾精度的濾芯，選擇500目的過濾芯,組件的更換周期能達(dá)到40天左右,過濾芯的更換周期也能達(dá)到50天左右.相比原來的組件更換周期5～10天, 濾芯更換周期4小時一次，工人勞動密度、強(qiáng)度明顯下降，由于更換濾網(wǎng)、濾芯而對紡絲平穩(wěn)的擾動也大大減少。

(3) 考慮到熔體預(yù)過濾器是鋁夾套形式加熱，由于夾套結(jié)構(gòu)復(fù)雜可能存在加熱不均勻的現(xiàn)象，所以在預(yù)過濾器筒體下方的熔體直管內(nèi)設(shè)置了靜態(tài)混合器，確保了熔體的溫度均勻性。

7 結(jié) 語

綜上所述，通過對紡絲機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造更換預(yù)過濾器、使其過濾精度提高，產(chǎn)量有了明顯提高，原絲的質(zhì)量也有大幅度提升，疵點率、纏輥率和廢絲率均有大幅度的降低，生產(chǎn)消耗也明顯減少，經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。按一條生產(chǎn)線12個紡絲位，日生產(chǎn)20 t原絲計算，通過節(jié)省組件過濾網(wǎng)，降低前紡廢絲率，在大幅度提高紡絲質(zhì)量和原絲合格品率的同時，每年每條生產(chǎn)線可節(jié)約成本20萬元。

[1] 張瑞志, 等。高分子材料生產(chǎn)加工設(shè)備[M].北京：中國紡織出版社，1999：46-47.

[2] 崔衛(wèi)國，肖傳慰.PE/PP皮芯型復(fù)合纖維的生產(chǎn)與控制[J].合成纖維，2005，31(4)：30-31.

[3] 薛金秋.化纖機(jī)械[M].北京：中國紡織出版社，2004：39-41.

[4] 魏大昌.化纖機(jī)械設(shè)計原理[M].北京:紡織工業(yè)出版社,1984:18-20.