濾芯材質(zhì)升級(jí)在聚丙烯裝置上的應(yīng)用

劉軍勇

(中國(guó)石油化工股份有限公司荊門(mén)分公司，湖北 荊門(mén) 448039)

某10萬(wàn)t/a聚丙烯裝置采用Spheripol液相本體法單環(huán)管工藝，有近50臺(tái)過(guò)濾器，主要包括活化劑TEAL(三乙基鋁)過(guò)濾器、液相丙烯過(guò)濾器、氣相丙烯過(guò)濾器、油過(guò)濾器以及冰機(jī)的制冷劑過(guò)濾器等。長(zhǎng)期使用后，這些過(guò)濾器逐漸出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，如頻繁堵塞、分離效果差等等。尤其是運(yùn)行介質(zhì)含有TEAL時(shí)，TEAL遇空氣自燃起火，容易燒損過(guò)濾元件。通過(guò)不斷摸索，車(chē)間將部分過(guò)濾器的濾芯元件進(jìn)行了材質(zhì)升級(jí)改造，在保證過(guò)濾效果的情況下，大大節(jié)省了成本，并提高了效率。

1 幾種過(guò)濾元件的區(qū)別

1.1 尼龍(折疊)濾芯

折疊式尼龍濾芯是以增強(qiáng)尼龍6和66膜為介質(zhì)，以聚丙烯塑料為內(nèi)外骨架，采用先進(jìn)的封裝工藝制成的精密液體過(guò)濾元件。其具有優(yōu)良的過(guò)濾精度和通量，并可根據(jù)需要用熱熔方法粘結(jié)成所需要的多節(jié)長(zhǎng)度的濾芯。這種濾芯的優(yōu)點(diǎn)是安裝和更換方便，缺點(diǎn)是濾芯較長(zhǎng)時(shí)(如3節(jié)或4節(jié)粘結(jié)而成)，安裝時(shí)容易失穩(wěn)變形，因此濾芯長(zhǎng)度最好不要超過(guò)4節(jié)。

1.2 PP氈

PP氈又叫丙綸針刺氈，主要材料是聚丙烯纖維。制造丙綸針刺過(guò)濾氈，采用非織造針刺工藝，一般選用3D或6D丙綸短纖維，并用高強(qiáng)絲織造增強(qiáng)基布，經(jīng)針刺加固和燒毛、壓光、熱定型等后處理工藝加工而成。

該種過(guò)濾元件不僅具有尺寸穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)量小等特點(diǎn)，而且因其表面平整光滑、有孔隙、透氣性高，還具有真空阻力小、節(jié)約能源、易吹洗等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

其不足之處在于當(dāng)運(yùn)行介質(zhì)含有活化劑TEAL時(shí)，由于TEAL的特性遇空氣可自燃，設(shè)備打開(kāi)后，殘余活化劑自燃易導(dǎo)致PP氈濾袋燃燒損壞，基本上每次打開(kāi)設(shè)備就要更換全部濾袋。

1.3 金屬編織絲網(wǎng)

金屬編織絲網(wǎng)是采用絲徑φ0.02～φ3.20 mm金屬絲為原料，通過(guò)纏繞、復(fù)合或?qū)⒍鄬咏饘俳z編織網(wǎng)合理搭配，經(jīng)過(guò)壓制、軋制和高溫處理加工而成的一種多孔功能材料，具有成本低、柔韌性好；但強(qiáng)度低、剛性差、網(wǎng)孔易變形不穩(wěn)定的特點(diǎn)【1】。

1.4 燒結(jié)金屬絲網(wǎng)

燒結(jié)金屬絲網(wǎng)采用多層金屬編織絲網(wǎng)為原料，通過(guò)特殊的疊層設(shè)計(jì)、復(fù)合壓制和真空燒結(jié)等工藝制備而成。它既能夠保持普通金屬編織絲網(wǎng)孔隙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、網(wǎng)孔尺寸均勻的特性，又克服了其強(qiáng)度低、整體性差、網(wǎng)孔形狀不穩(wěn)定等不足，并且可以靈活地對(duì)材料的孔隙尺寸、滲透性能和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行合理匹配與設(shè)計(jì)，因而綜合特性?xún)?yōu)異。

其主要特性為：強(qiáng)度高，做成濾芯不需加內(nèi)支撐；沒(méi)有材料脫離現(xiàn)象；孔形狀固定，孔隙尺寸均勻，無(wú)盲孔；流通能力大，滲透性好，阻力損失小；孔道光滑簡(jiǎn)單，易于反洗再生，使用壽命長(zhǎng)；整體性好，可在較高壓差下穩(wěn)定工作；選材范圍寬，耐高溫、抗腐蝕；易于加工、成形，焊接性良好；元件性能穩(wěn)定，適于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化與自動(dòng)化過(guò)程。

燒結(jié)金屬絲網(wǎng)的微觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1(a)和圖 1(b)。

圖1燒結(jié)金屬絲網(wǎng)的微觀結(jié)構(gòu)

1.5 燒結(jié)金屬纖維氈

燒結(jié)金屬纖維氈(或金屬燒結(jié)纖維氈)是近年來(lái)新研究發(fā)展的一種優(yōu)質(zhì)高效功能過(guò)濾材料，是將直徑為微米級(jí)的金屬纖維(絲徑小于φ0.02 mm的金屬絲)經(jīng)無(wú)紡鋪制、疊配及高溫?zé)Y(jié)而成。不同孔徑層形成的孔徑梯度，可控制得到極高的過(guò)濾精度和較單層氈更大的納污容量。燒結(jié)金屬纖維氈產(chǎn)品孔徑分布均勻，具有滲透性好、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、可折疊、可再生、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是適合于在高溫、高壓及腐蝕環(huán)境中使用的新一代高效金屬過(guò)濾材料【1】。

主要特點(diǎn)：高孔隙率和優(yōu)良的滲透率，壓力損失少，流量大；納污容量大，過(guò)濾精度高，使用中壓力曲線上升慢，更換周期長(zhǎng)；

耐溫耐腐蝕性能優(yōu)良，在600 ℃可長(zhǎng)期使用，耐硝酸、堿、有機(jī)溶劑、藥品的腐蝕； 強(qiáng)度高，不易變形；可折波，以增加過(guò)濾面積，并可焊接加工；能夠清洗再生，即使液體強(qiáng)烈沖刷、強(qiáng)烈震動(dòng)，纖維也不脫落。燒結(jié)金屬纖維氈微觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2(a)和圖 2(b)。

圖2燒結(jié)金屬纖維氈微觀結(jié)構(gòu)

與金屬編織絲網(wǎng)相比，燒結(jié)金屬纖維氈有較好的應(yīng)用性能，具體如下：

1) 納污量比金屬編織絲網(wǎng)高3～4倍；

2) 透氣度比金屬編織絲網(wǎng)高2～3倍；

3) 過(guò)濾效率比金屬編織絲網(wǎng)高3～15倍；

4) 孔隙率比金屬編織絲網(wǎng)高4～20倍。

幾種過(guò)濾元件的比較見(jiàn)表1。

2 燒結(jié)金屬纖維過(guò)濾氈在F301上的應(yīng)用

在丙烯裝置的閃蒸和脫氣中，環(huán)管R201漿料經(jīng)閃蒸罐D(zhuǎn)301閃蒸后，需要經(jīng)過(guò)循環(huán)氣過(guò)濾罐F301(見(jiàn)圖3)分離丙烯氣體和固態(tài)的聚丙烯粉末(500 μm以下)。F301上部設(shè)有過(guò)濾裝置。在操作使用過(guò)程中，大量的聚丙烯粉末附在過(guò)濾裝置上，會(huì)使過(guò)濾裝置的濾袋堵塞，逐漸減少或失去過(guò)濾作用。因此F301另設(shè)有一套定時(shí)反吹系統(tǒng)，目的是將附在濾袋上的粉末吹離下來(lái)，以保證過(guò)濾效果。循環(huán)氣過(guò)濾罐F301的過(guò)濾裝置采用聚丙烯酸纖維氈(PP氈)濾袋(見(jiàn)圖4)。

表1 幾種過(guò)濾元件比較

注：一般按微米×目數(shù)=15 000進(jìn)行估算。

圖3 F301結(jié)構(gòu)示意

圖4 PP氈

2.1 過(guò)濾和反吹過(guò)程

該罐過(guò)濾裝置的濾袋套在長(zhǎng)圓柱形籠式骨架上，一起用可調(diào)節(jié)鋼帶固定在鋁制文丘里管的頸槽內(nèi)，文丘里管卡在固定隔板上，文丘里管喇叭口濾袋頂部上方設(shè)有噴吹管起反吹作用。正常工作時(shí)，氣流由濾袋外部徑向流入濾袋內(nèi)腔，聚丙烯粉末被擋在濾袋外表面。反吹時(shí)，由脈沖控制儀控制電磁脈沖閥瞬時(shí)打開(kāi)，壓縮氣體從噴吹管的小孔噴出，由內(nèi)而外將濾袋外表面粉末吹掉。反吹氣分排分時(shí)進(jìn)行，不影響正常過(guò)濾的工作，屬于在線反吹。F301下部料斗設(shè)有料位探測(cè)器，反吹下來(lái)的聚丙烯粉末達(dá)到一定料位時(shí)排出。

2.2 存在問(wèn)題

1) 七萬(wàn)t/a丙烯裝置擴(kuò)能改造后，裝置年負(fù)荷最高可以達(dá)到12.6萬(wàn)t,進(jìn)入F301的帶粉末丙烯氣流量由原來(lái)的1.8 t/h提高到2.1～2.2 t/h(也就是后續(xù)丙烯氣壓縮機(jī)的處理負(fù)荷,而進(jìn)入F301的絕大部分是粉料,沉降在F301罐底)，F(xiàn)301過(guò)濾袋壓差經(jīng)常短時(shí)間內(nèi)快速上升達(dá)到報(bào)警值(正常為0)，停工清掃F301的頻次由每年1次，增加到2～3次，而每停工一天減少產(chǎn)值300多萬(wàn)元，減少利潤(rùn)25萬(wàn)元左右，損失很大。

2) 由于聚丙烯粉末中殘留的活化劑TEAL的自燃作用，PP氈濾袋容易燒損，F(xiàn)301每次開(kāi)蓋均需更換數(shù)量不等的(甚至全套42支)濾袋。

2.3 解決辦法

基于上述分析比較，確定將F301的過(guò)濾元件由非金屬的PP氈改為金屬過(guò)濾材質(zhì)。通過(guò)比較表中的金屬絲網(wǎng)和燒結(jié)金屬纖維氈，并結(jié)合費(fèi)用綜合考慮，決定選用燒結(jié)金屬纖維氈。

2005年，F(xiàn)301更換安裝42根燒結(jié)金屬纖維氈濾袋，更換后，濾袋兩側(cè)差壓一直穩(wěn)定在60 kPa 左右，通過(guò)氣流量穩(wěn)定在2.1 t/h左右，反吹系統(tǒng)沒(méi)有變化。

經(jīng)過(guò)以上處理， 目前這批燒結(jié)金屬纖維氈濾袋已連續(xù)使用13年之久， 效果很好， 因?yàn)閴翰詈愣ǎ?在此期間F301從來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)開(kāi)蓋檢查清掃。

雖然初期投資費(fèi)用較高(14萬(wàn)元)，但避免了不必要的開(kāi)停工，減少了開(kāi)停工損失，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)周期平均成本低。

3 可清洗重復(fù)使用金屬濾芯在F201A/B上的應(yīng)用

來(lái)自丙烯進(jìn)料罐D(zhuǎn)302的丙烯經(jīng)過(guò)安全過(guò)濾器F201A/B，過(guò)濾掉液相丙烯中的聚丙烯粉末，將純凈的丙烯送往環(huán)管參與反應(yīng)。F201A/B最高工作壓力4.2 MPa，最高工作溫度45 ℃。在工藝上采用高效催化劑后，丙烯中的聚丙烯細(xì)粉增多，F(xiàn)201A/B切換頻繁，更換濾芯頻次顯著增加，由原來(lái)3個(gè)月更換1次變?yōu)?個(gè)月更換2次，最多的時(shí)候1周就要更換1次，每次均需更換1組濾芯(16根)。此濾芯是一次性的，更換1組的費(fèi)用需要萬(wàn)余元，浪費(fèi)很大，每年成本也增加很多。

3.1 濾芯工作參數(shù)

最高工作壓力：4.2 MPa;

設(shè)計(jì)壓力：6.0 MPa;

最高工作溫度：45 ℃;

設(shè)計(jì)溫度：-45～90 ℃;

介質(zhì)：液相丙烯+聚丙烯粉末;

流量：75 m3/h(標(biāo)準(zhǔn))，換算為丙烯37.5 t/h。

3.2 改進(jìn)前

支撐骨架：PP(聚丙烯)；

過(guò)濾網(wǎng)：折疊尼龍膜6/66；

過(guò)濾精度：10 μm；

安裝方法：末端固定花板支撐，前端2半花板用拉桿固定。

缺點(diǎn)：

1) 不易安裝，濾芯采用臥式布置，安裝時(shí)容易拉彎濾芯，末端整體晃動(dòng)；

2) 尼龍濾芯屬一次性使用，浪費(fèi)大；

3) 生產(chǎn)中液相丙烯中聚丙烯粉末較多時(shí)，一年采購(gòu)濾芯300多只，成本很高。

3.3 改進(jìn)后

支撐骨架：內(nèi)骨架改為不銹鋼，增加可拆卸不銹鋼外鋼骨架；

過(guò)濾網(wǎng)：拆疊金屬絲網(wǎng)；

過(guò)濾精度：10 μm(不變)；

安裝方法：在濾芯中段增加不銹鋼支撐花板，末端減少晃動(dòng)；

優(yōu)點(diǎn)：

1) 可清洗，卸下濾芯后，拆除濾芯外支撐鋼骨架，用儀表風(fēng)反吹金屬濾網(wǎng)即可；

2) 可重復(fù)利用，2臺(tái)過(guò)濾器安裝2組濾芯，最多另外備1組即可，節(jié)省費(fèi)用和庫(kù)存。

改造前后安裝示意見(jiàn)圖 5。可拆卸清洗式金屬濾芯見(jiàn)圖6。

圖5 濾芯改進(jìn)前后安裝示意

圖6 可拆卸清洗式金屬濾芯

3.4 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

改進(jìn)前，F(xiàn)201平均每年安裝更換尼龍濾芯近20套次，300根左右，費(fèi)用15萬(wàn)左右。

改進(jìn)后，金屬濾芯可以反復(fù)清洗重復(fù)使用，安裝1套(16支)，備用1套，初次費(fèi)用6～7萬(wàn)左右，以后不需再投入。

4 金屬濾芯在冰機(jī)油氣分離過(guò)濾器F603上的應(yīng)用

制冷冰機(jī)的油氣分離過(guò)濾器F603主要作用是分離氟利昂氣體和冷凍機(jī)油(見(jiàn)圖 7)，由1組3只立式濾芯組成。

來(lái)自壓縮機(jī)出口的油氣混合物進(jìn)入油氣分離罐后，由濾芯軸向進(jìn)入，經(jīng)過(guò)兩級(jí)過(guò)濾后，氣體由徑向流出，冷凍機(jī)油因兩級(jí)濾芯的聚結(jié)作用依靠重力降落至罐底，達(dá)到分離目的。干凈無(wú)油的氟利昂氣體經(jīng)冷卻后送往蒸發(fā)器，分離下來(lái)的冷凍機(jī)油由油泵送往螺桿壓縮機(jī)重復(fù)使用。

圖7 油氣分離過(guò)濾器示意

聚丙烯裝置的制冷冰機(jī)運(yùn)行近9年后， 在2008年逐漸出現(xiàn)了氟利昂越變?cè)近S的現(xiàn)象，還經(jīng)常出現(xiàn)油位低報(bào)聯(lián)鎖導(dǎo)致停機(jī)，蒸發(fā)器效果變差，更換同型號(hào)濾芯后不久即再次發(fā)生同類(lèi)現(xiàn)象。分析原因是氟利昂帶油現(xiàn)象嚴(yán)重，油氣分離不徹底。

因此決定進(jìn)行改造，具體如下：

1) 將濾芯精度由10 μm提高到1 μm，油霧微粒增加碰撞機(jī)會(huì)，結(jié)合成油滴，提高聚結(jié)作用從而使油氣分離更為徹底。

2) 將濾芯的材質(zhì)由毛氈改為金屬材質(zhì)，以便重復(fù)清洗使用。

改造后，氟利昂的顏色由黃色變?yōu)橥该鳎f(shuō)明油氣分離效果顯著，同時(shí)制冷效果也明顯提高。同時(shí)金屬濾芯反吹清掃后可繼續(xù)使用，不必再更換新濾芯。

5 過(guò)濾器改造前情況

過(guò)濾器改造前后的情況分別見(jiàn)表2和表3。

表2 過(guò)濾器改造前情況

表3 過(guò)濾器改造后情況

5 結(jié)語(yǔ)

1) 通過(guò)對(duì)濾芯的材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)，更換為金屬材質(zhì)，可反吹清洗，反復(fù)使用，大大降低了成本；

2) 在有活化劑的條件下，金屬濾芯可以避免被燒蝕，延長(zhǎng)了使用壽命；

3) 金屬濾芯雖然一次性投資費(fèi)用高，但綜合考慮全周期平均年費(fèi)用，成本大大降低，節(jié)省的效益是很可觀的。