國產(chǎn)80 m2真空帶式濾堿機的開發(fā)應(yīng)用

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(山東海天生物化工有限公司，山東濰坊 261313)

近年來，為應(yīng)對市場挑戰(zhàn)，各純堿企業(yè)采取工藝系統(tǒng)優(yōu)化和設(shè)備更新等措施降低消耗和節(jié)約成本，提高自身在市場上的盈利能力和競爭能力。

在純堿生產(chǎn)系統(tǒng)的濾過工序中采用新型真空帶式濾堿機[1](以下簡稱帶式濾堿機)，具有能耗低、洗水當(dāng)量低、濾過損失低、操作強度低等優(yōu)點，已被越來越多的純堿企業(yè)采用。帶濾機在我國純堿行業(yè)應(yīng)用始于21世紀(jì)初，起步較晚，而國外一些發(fā)達國家在上世紀(jì)末或者更早時期完成過濾裝置改進[2]，隨著國外技術(shù)交流以及對引進帶濾機消化吸收，帶濾機開始應(yīng)用到國內(nèi)純堿企業(yè)。然而國內(nèi)使用的帶式濾堿機均為進口設(shè)備，其缺點是指標(biāo)性能不穩(wěn)定，水分偏高，有的高達20%以上。易損件部分使用周期短、價格昂貴、采購難度大，售后服務(wù)不及時或者沒有售后服務(wù)，全部依賴堿廠自己維修整改。

國產(chǎn)真空帶濾機最早廣泛應(yīng)用在電廠脫硫、礦山、冶金、廢水處理等行業(yè)，但在純堿生產(chǎn)中一直沒有得到成功推廣應(yīng)用[3]?；诖?，山東海天生物化工有限公司(以下簡稱山東海天)于2012年開始，考察調(diào)研進口設(shè)備在國內(nèi)純堿行業(yè)應(yīng)用的情況，共考察使用進口帶濾機的堿廠8家，通過現(xiàn)場考察認為進口帶濾機不適合海天公司生產(chǎn)能力、節(jié)能降耗、連續(xù)運行效益等指標(biāo)要求。經(jīng)過與國內(nèi)生產(chǎn)真空帶濾機的廠家濰坊鑫山環(huán)保重工科技有限公司(以下簡稱鑫山重工)多次技術(shù)交流，決定結(jié)合企業(yè)自身實際與鑫山重工共同研發(fā)國產(chǎn)帶式濾堿機。鑫山重工是典型的規(guī)模以上裝備制造實體企業(yè)，具有超大的研發(fā)實力，完全有能力開發(fā)出大型真空帶式濾堿機。山東海天提供所有生產(chǎn)指標(biāo)，工藝參數(shù)，提供試驗用場地與物料對接，滿足鑫山重工化驗、小試、中試，充分獲得大型濾堿機設(shè)計參數(shù)。

2016年6月份與濰坊鑫山重工簽訂年產(chǎn)135萬t純堿重堿過濾設(shè)備配套設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試一體化工程合同，僅用三個月時間即交付海天一臺80 m2帶式濾堿機。第一臺驗收合格后，又與鑫山重工簽訂兩臺80 m2帶式濾堿機供銷合同。

第一臺國產(chǎn)80 m2帶濾機于2016年10月4日調(diào)試投料，投料一次成功，經(jīng)過三個月連續(xù)穩(wěn)定運行，考核指標(biāo)如表1。

表1 國產(chǎn)80 m2帶濾機運行指標(biāo)

1 國產(chǎn)80 m2的帶式濾堿機開發(fā)應(yīng)用

1.1 國產(chǎn)帶式濾堿機結(jié)構(gòu)及工作原理

國產(chǎn)帶式濾堿機由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)，框架結(jié)構(gòu)，碳化漿液給料系統(tǒng)，真空橡膠皮帶，真空系統(tǒng)，濾網(wǎng)固液分離系統(tǒng)，洗滌系統(tǒng)，濾網(wǎng)自動糾偏調(diào)整系統(tǒng)，母液氣水分離排放系統(tǒng)，濾網(wǎng)自動清洗再生系統(tǒng)，自動卸料系統(tǒng)等組成。利用離心式真空機在過濾介質(zhì)一側(cè)產(chǎn)生真空度，使兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，使出堿液固液得以進行分離。

1.2 國產(chǎn)80 m2大型帶式濾堿機的研發(fā)

鑫山重工從山東海天重堿車間現(xiàn)場勘查，物料試驗化驗檢測獲得物料參數(shù)，再到設(shè)備定型設(shè)計，過濾工藝設(shè)計，設(shè)備制造設(shè)計，采購，生產(chǎn)，質(zhì)檢，發(fā)貨、安裝，投料調(diào)試，培訓(xùn)，售后服務(wù)等形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。整臺套主機除減速機采用天津德國SEW減速機、國產(chǎn)橡膠帶以外，其他零部件均為鑫山重工自主生產(chǎn)加工制造，嚴(yán)格的掌控了產(chǎn)品的質(zhì)量與售后零部件供應(yīng)保障及時，從接單到投料僅用了5個月時間，大大縮短了工程改造工期。

2017年，經(jīng)過在山東海天實際運行獲取各項技術(shù)指標(biāo)后，鑫山重工申報國產(chǎn)帶式濾堿機發(fā)明專利4項，實用新型專利14項，同年制定《鑫山帶式濾堿機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《鑫山帶式濾堿機制作標(biāo)準(zhǔn)》、《鑫山帶式濾堿機安裝標(biāo)準(zhǔn)》、《鑫山帶式濾堿機售后服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)》等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)均高于國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 國產(chǎn)帶濾機與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機對比

1)從國產(chǎn)帶式濾堿機框架結(jié)構(gòu)以及表1看出，設(shè)備生產(chǎn)能力較大，是一臺轉(zhuǎn)鼓濾堿機能力的2倍。

2)在碳化漿液給料系統(tǒng)上，轉(zhuǎn)鼓濾堿機逆重力布料，由真空主導(dǎo)，濾餅顆粒從內(nèi)到外由小到大，增加損失率及洗水當(dāng)量消耗，出堿液進量過大，造成濾堿機堿液槽溢流，進量太小，容易漏真空，需要嚴(yán)格控制，操作強度大，而帶濾機采用順重力布料，由真空和重力主導(dǎo)，濾餅顆粒從內(nèi)到外由小到大，減少損失率和洗水當(dāng)量消耗，因兩邊順流布料形式以及軟橡膠裙邊對布料起到了圍堰作用，防止堿液溢流，水平運輸，使出堿液容易均勻分布，防止真空泄漏，使出堿液控制具有較高操作彈性，操作強度較小。

3)過濾面積較大，增加帶濾機生產(chǎn)能力，過濾長度不受結(jié)構(gòu)限制，可根據(jù)出堿液特性確定過濾長度，使出堿液分離效果更好，減少損失率；其洗滌系統(tǒng)與轉(zhuǎn)鼓濾堿機差別很大，轉(zhuǎn)鼓濾堿機洗水分為五道，洗水分布在較窄區(qū)域，無法實現(xiàn)洗水多級循環(huán)利用，要想提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須加大洗水消耗，容易造成生產(chǎn)系統(tǒng)波動，增加操作強度。而帶式濾堿機洗水分為三道，有較長洗滌長度，其中二、三道洗水循環(huán)使用，共同組成第一道洗水，方便洗水逆流循環(huán)洗滌，易于實現(xiàn)用較小洗水流量，更好的控制重堿鹽分

4)在濾布清洗上，轉(zhuǎn)鼓濾堿機需要停車，需要操作工使用熱廢淡液對濾布進行均勻沖洗，而帶濾機濾布清洗是自動進行的，使用的是脫鹽水或者經(jīng)洗水加壓泵加壓后爐氣洗滌液，洗水量一般控制在6～8 m3/h，加上真空滑臺潤滑水共同組成第二道洗水，進一步減少洗水當(dāng)量，使生產(chǎn)實現(xiàn)了連續(xù)化，提高了產(chǎn)能。

綜上所述，國產(chǎn)帶式濾堿機比轉(zhuǎn)鼓濾堿機設(shè)備產(chǎn)能大，過濾面積大，洗水當(dāng)量和濾過損失低，更容易控制重堿鹽分和操作，減少操作強度，有利于進行連續(xù)化生產(chǎn)。

表2 帶式濾堿機和轉(zhuǎn)鼓濾堿機性能對比

自2016年12月國產(chǎn)帶式濾堿機正式投料生產(chǎn)，截止2018年8月生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)如表2所示，相比轉(zhuǎn)鼓濾堿機，重堿水分降低2.33%，濾過損失降低0.35%，洗水當(dāng)量降低了0.11 m3/t。通過計算，減少蒸汽消耗約0.141 t/t，增加產(chǎn)量為5.2187 kg/t，綜合電耗減少2.27 kWh/t。共節(jié)省費用約24.72元/t，年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益約3 337萬元。

表3 帶式濾堿機和轉(zhuǎn)鼓濾堿機工藝指標(biāo)對比

1.4 國產(chǎn)帶式濾堿機與國外帶濾機參數(shù)對比

國產(chǎn)帶式濾堿機與國外帶式濾堿機技術(shù)參數(shù)對比如表3所示，通過對比國產(chǎn)與國外帶式濾堿機技術(shù)參數(shù)，可知國產(chǎn)帶式濾堿機單位生產(chǎn)能力、重堿水分、真空度和損失率等技術(shù)參數(shù)優(yōu)于引進國外帶式濾堿機，國產(chǎn)性能已達到國際先進水平，對國產(chǎn)帶式濾堿機在國內(nèi)外各堿廠企業(yè)推廣具有重要意義。

表4 國產(chǎn)與引進國外帶濾機技術(shù)參數(shù)對比表

2 國產(chǎn)80 m2帶式濾堿機部分創(chuàng)新點

從2016年12月至2017年12月，山東海天3臺國產(chǎn)80 m2帶式濾堿機陸續(xù)開機運行，截止2018年10月，已連續(xù)運行22個月，運行一直平穩(wěn)，零部件使用壽命長、更換少，維護保養(yǎng)停機時間短，與進口設(shè)備相比較，采用以下創(chuàng)新點來支撐設(shè)備的連續(xù)運行、各項指標(biāo)平穩(wěn)。

2.1 三臺帶式濾堿機同時運行流量平均分布

碳化塔的來料系統(tǒng)，由于沿用轉(zhuǎn)鼓濾堿機的小出堿槽，距離帶式濾堿機又近，沒有安裝緩沖槽，堿液進入進堿管比較快，使進堿管線內(nèi)帶有氣體，造成進堿流量不穩(wěn)定，導(dǎo)致帶式濾堿機負荷大小不均，使操作難度增大，尤其是在改塔時候。鑫山重工在進堿管線增加排氣管線，消除堿液里面的泡沫，進堿不均問題得到解決，三臺帶式濾堿機負荷可實現(xiàn)隨意調(diào)節(jié)。

2.2 膠帶裙邊及粘結(jié)配方和工藝

采用了新式裙邊及粘結(jié)配方及粘結(jié)工藝，裙邊使用周期長。海天1號機已經(jīng)運行22個月，裙邊完好無損。2號帶式濾堿機比1號機晚制造一年，在裝配時正好是冬季，低溫潮濕等原因，導(dǎo)致裙邊粘結(jié)膠凝固效果不好，出現(xiàn)了局部開膠現(xiàn)象，新建的濾堿機廠房做好保溫后，鑫山重工對濾堿機裙邊做了局部處理，開膠現(xiàn)象消除，使用至今效果良好。

2.3 新式真空帶式濾堿機布料裝置

通過前幾年考察，普遍存在帶式濾堿機堿液分布器分布不均，在濾布上堿餅薄厚不均勻，易出現(xiàn)中間薄，兩邊厚現(xiàn)象，影響洗水消耗及鹽分控制，導(dǎo)致操作難度增大。

鑫山重工采用自主發(fā)明的新式帶式濾堿機布料裝置，加大中間過液量，擯棄了濾餅壓堿輥等無用的裝置，解決了進堿量、濾餅厚度不均的問題，這一關(guān)鍵零部件，鑫山重工申報了專利產(chǎn)品，已獲得國家專利局授權(quán)。

2.4 全316L材質(zhì)糾偏開關(guān)

濾布糾偏裝置在使用一段時間后出現(xiàn)糾偏開關(guān)失靈現(xiàn)象，糾偏開關(guān)內(nèi)部銅鋁構(gòu)件出現(xiàn)腐蝕，不能及時糾正濾布位置，易造成濾布跑偏。針對市場上購買的進口標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)存在的問題，鑫山重工獨立研發(fā)制造出了全316L材質(zhì)糾偏開關(guān)，有效解決了糾偏裝置易損壞與腐蝕問題，這一技術(shù)已獲得國家專利局授權(quán)。

2.5 獨立研發(fā)的機架結(jié)構(gòu)

機架變形是大型帶式過濾機普遍存在的問題，機架變形會引發(fā)一系列問題：單臺產(chǎn)能低、水分過高、洗水當(dāng)量難控、過多消耗真空氣量、濾布使用壽命短、摩擦帶使用壽命短、膠帶打滑跑偏、濾布易跑偏打折等等嚴(yán)重問題。鑫山帶式濾堿機采用獨立研發(fā)的機架結(jié)構(gòu)，采用GB3094標(biāo)準(zhǔn)冷拔無縫矩形鋼管材料及特殊加工工藝，材料厚重，抗拉強度高，載荷能力大，急開急停不變形，橡膠帶帶速調(diào)整自如，按照鑫山重工的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，33 m長的機架中心偏移公差不超過2 mm。由于采用了特殊機架結(jié)構(gòu)，解決了所有上述問題，保障了濾堿機在長時間連續(xù)運行過程中各項指標(biāo)平穩(wěn)。

2.6 橡膠帶采用高分子托輥滾動傳動承托方式

目前用于純堿行業(yè)的帶式濾堿機橡膠帶承托一共有兩種方式，一是摩擦帶承托式，二是平板承托式。這兩種方式的最大優(yōu)點是材料成本相當(dāng)?shù)?，能夠減輕堿廠的一次性采購成本。

橡膠帶平板承托式的缺點是摩擦系數(shù)大，對橡膠帶損傷大，橡膠帶易跑偏打滑。

橡膠帶采用摩擦帶式承托方式的缺點是：摩擦系數(shù)大，機架抗拉強度及精度要求高，否則橡膠帶易跑偏打滑。81 m2帶濾機一般采用12根摩擦帶承托，每根摩擦帶必須用水潤滑，用水量較大，一旦缺水，會與橡膠帶摩擦過熱導(dǎo)致摩擦帶燒蝕，不但傷害關(guān)鍵部件橡膠帶，而且摩擦帶更換頻繁，如果單根更換，則不間斷的停機更換摩擦帶，如果一次性更換，維修成本太高，就目前市場上應(yīng)用，基本在3至5個月更換一次摩擦帶。

鑫山重工采用高分子滾動托輥承托方式，摩擦系數(shù)小，55 kW功率即可滿足整機運行動力，而摩擦帶及平板承托結(jié)構(gòu)需要75 kW，功率大，能耗高。

高分子托輥承托形式可根據(jù)整機的產(chǎn)量與水分要求隨意調(diào)整轉(zhuǎn)速。某聯(lián)堿廠進口81 m2帶濾機采用摩擦帶承托方式轉(zhuǎn)速不能過高，轉(zhuǎn)速一旦過高，整個摩擦帶承托系統(tǒng)易脫落癱瘓，只能維持在濾餅厚度50～60 mm的狀態(tài)下運行，導(dǎo)致重堿水分一直在20%左右。

另外，高分子托輥承托形式解決了單臺帶式濾堿機產(chǎn)能低、水分過高、洗水當(dāng)量難控、過多消耗真空氣量、濾布使用壽命短、摩擦帶使用壽命短、膠帶打滑跑偏、濾布跑偏打折等關(guān)鍵問題。

2.7 新式濾布糾偏結(jié)構(gòu)

鑫山重工獨立研發(fā)的糾偏結(jié)構(gòu)，自動化程度高，濾布跑偏間隔時間長。濾布運行最長時達到72小時不需糾偏裝置糾偏，糾偏動作時糾偏時間短，不超過30 s，濾布運行平穩(wěn)。

2.8 濾布維修裝置

鑫山重工濾布采用了獨特的濾布鏈接方式，濾布透水性好，易洗滌，耐磨強度高，不打折。

為保障海天濾布使用壽命長，鑫山重工開發(fā)了一套濾布維修裝置，專門應(yīng)用于山東海天濾堿機濾布的維修后重復(fù)使用，大大的降低了運行成本。山東海天的三臺帶式濾堿機濾布使用至今，僅報廢一床濾布，原因是DCS突然停機，導(dǎo)致濾布大面積刮破，無法修復(fù)。

山東海天應(yīng)用的國產(chǎn)帶式濾堿機從工藝、結(jié)構(gòu)、材料等擁有大量的創(chuàng)新點，與進口設(shè)備有很大的區(qū)別，以上僅說幾個主要創(chuàng)新點，以后再做論述。

3 售后服務(wù)與易損件使用壽命

1)1號帶式濾堿機已經(jīng)連續(xù)運行22個月，易損件更換費用不到4 400元。 2號機、3號機已經(jīng)連續(xù)運行了12個月，至今沒有產(chǎn)生零部件費用。

2)摩擦帶連續(xù)使用22個月，仍在繼續(xù)使用。

3)在一些易造成長時間停車的關(guān)鍵零部件及普通易損件上，鑫山重工按每臺設(shè)備機型設(shè)置應(yīng)急備件庫。檔案式備件儲備，會及時解決客戶出現(xiàn)的應(yīng)急事件。

4 總 結(jié)

自2016年國產(chǎn)帶式濾堿機投入運行，相比轉(zhuǎn)鼓濾堿機，年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益約約3 337萬元，完全達到了降低消耗和節(jié)約成本的預(yù)期效果。鑫山重工國產(chǎn)帶式濾堿機的開發(fā)與山東海天達產(chǎn)達標(biāo)成功應(yīng)用，第一個在純堿行業(yè)實現(xiàn)了帶式濾堿機的真正國產(chǎn)化，率先打破了國外帶式濾堿機的長期壟斷，推動國內(nèi)重堿過濾技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，具有重要的里程碑意義，對提高純堿產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗和節(jié)約成本起到了直接的關(guān)鍵作用，大大的助推了我國純堿行業(yè)的發(fā)展。