滌綸短纖維裝置工藝空調(diào)濾材成本降低的探討

張 叢 暉

(中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司化工部，天津 300270)

中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司滌綸短纖維裝置有A，B兩條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線有48個(gè)紡絲位，在紡絲成形過(guò)程中均采用側(cè)吹風(fēng)冷卻工藝。側(cè)吹風(fēng)冷卻工藝對(duì)冷卻風(fēng)速的要求相比環(huán)吹冷卻工藝更加嚴(yán)格，風(fēng)速過(guò)低時(shí)，冷卻氣流觸及絲束內(nèi)層，會(huì)被高速運(yùn)行的絲束阻擋，不能穿透絲層，造成絲束內(nèi)外層冷卻條件相差大，使纖維的斷面不勻率顯著增大，甚至出現(xiàn)飄絲；而風(fēng)速過(guò)高時(shí)，冷卻氣流不僅穿透絲層，且還有剩余動(dòng)能，致使絲束搖晃湍動(dòng)，斷面不勻率增大[1-2]。所以側(cè)吹風(fēng)冷卻系統(tǒng)為了確保冷卻風(fēng)速穩(wěn)定，對(duì)送風(fēng)有一定的凈化要求，當(dāng)不能達(dá)到工藝要求時(shí)，必須更換工藝空調(diào)的過(guò)濾濾材，但是使用的工藝空調(diào)濾材存在單次上機(jī)量大(初效濾材F5上機(jī)30套/次，中效濾材F9上機(jī)20套/次)，單價(jià)高(初效濾材F5 320元/套，中效濾材F9 490元/套)的不足，從而增加了生產(chǎn)成本，降低了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，制約了企業(yè)的發(fā)展。

作者通過(guò)試驗(yàn)探討了工藝空調(diào)中效濾材過(guò)濾精度，同時(shí)提高橫網(wǎng)過(guò)濾精度，從而延長(zhǎng)工藝空調(diào)濾材使用周期的可行性，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本的目的。

1 工藝空調(diào)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

本套側(cè)吹風(fēng)工藝空調(diào)機(jī)組由南京金陵空調(diào)設(shè)備總公司制造，其工作原理為：工藝空調(diào)室內(nèi)回風(fēng)經(jīng)回風(fēng)風(fēng)機(jī)與室外新風(fēng)混合，經(jīng)初效過(guò)濾后，再經(jīng)噴淋加濕、除塵，通過(guò)表冷器降溫(僅夏季使用)或加熱器加熱(僅冬季使用)，達(dá)到所需要的送風(fēng)溫度和濕度，最后經(jīng)中效過(guò)濾，達(dá)到所需要的潔凈度之后通過(guò)送風(fēng)管道進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)(現(xiàn)場(chǎng)出風(fēng)口有兩道密度不同的橫網(wǎng)(兩層不銹鋼篩網(wǎng))和立網(wǎng)(蜂窩狀多孔板)進(jìn)行過(guò)濾。其滌綸短纖維裝置的紡絲側(cè)吹風(fēng)過(guò)濾凈化示意圖如圖1所示。

圖1 紡絲側(cè)吹風(fēng)過(guò)濾凈化示意Fig.1 Schematic diagram of cross air blow filtration and purification

2 試驗(yàn)方案可行性分析

一個(gè)良好的側(cè)吹風(fēng)裝置應(yīng)滿足兩方面的要求[1]:(1)所提供的冷卻條件應(yīng)能控制絲束的冷卻速率, 使絲束的溫度在紡絲線上形成理想而穩(wěn)定的分布, 使卷繞絲有良好的超分子結(jié)構(gòu)和性能；(2)能控制外界條件對(duì)絲束的干擾, 防止絲束擾動(dòng), 盡可能減少吹風(fēng)氣流對(duì)絲束抖動(dòng)的影響, 保證每根絲條冷卻的均一性, 從而降低絲條的條干不勻率。通常，從空調(diào)室經(jīng)送風(fēng)管道送來(lái)的氣流呈不穩(wěn)定的湍流態(tài)，設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)出風(fēng)口的橫網(wǎng)，其不銹鋼篩網(wǎng)網(wǎng)目越細(xì)，則抑制湍流的效果越好。另外， 側(cè)吹風(fēng)冷卻系統(tǒng)為了保證冷卻風(fēng)速的穩(wěn)定和均勻，對(duì)送風(fēng)有一定的凈化要求，通常要求空氣中的塵埃粒子70%的直徑為0.3 μm、85%～90%的直徑為0.5 μm、90%～95%的直徑為1 μm都被過(guò)濾掉[3]。在實(shí)際生產(chǎn)中，因本套裝置的側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)風(fēng)道較長(zhǎng)，運(yùn)行一段時(shí)間后風(fēng)道較臟，橫、立網(wǎng)僅使用一周后表面就會(huì)沉積灰塵小顆粒，造成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)送風(fēng)風(fēng)速不勻，影響紡絲成形效果。故在橫網(wǎng)不銹鋼篩網(wǎng)夾層加裝無(wú)紡布濾片可以減輕湍流程度，克服篩網(wǎng)易撕裂的缺點(diǎn)，還可進(jìn)一步凈化側(cè)吹風(fēng)，提高送風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)壓的均勻性。

A，B兩條生產(chǎn)線自2016年提產(chǎn)后(噴絲板噴絲孔由3 600孔提高到4 000孔)，每條線用風(fēng)量增加約7%(側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速?gòu)?.1 m/s上升到3.3 m/s)，如在橫網(wǎng)上加裝無(wú)紡布濾片，會(huì)增加風(fēng)阻，使得初、中效濾材上機(jī)的初始?jí)翰钭兏?，極容易達(dá)到更換壓差200 Pa，使初、中效更換周期變短。由于初、中效濾材均為無(wú)紡布袋式濾材，當(dāng)壓差達(dá)200 Pa時(shí)，濾材的過(guò)濾效率將急劇降低，阻力將急劇上升，這樣就會(huì)使主風(fēng)道壓力達(dá)不到工藝要求，使整套風(fēng)壓控制系統(tǒng)失靈，同時(shí)還會(huì)增加電耗，只能更換初、中效濾材才能穩(wěn)定送風(fēng)風(fēng)速。因此試驗(yàn)將中效濾材用過(guò)濾精度較低、費(fèi)用較低的F7(單價(jià)350元/套)代替過(guò)濾精度較髙、費(fèi)用較髙的F9，降低初、中效濾材上機(jī)的初始?jí)翰睿詼p少送風(fēng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，同時(shí)，在橫網(wǎng)上加裝無(wú)紡布濾片過(guò)濾，不影響總過(guò)濾效率。并且當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)送風(fēng)風(fēng)速不勻時(shí)，更換、清洗橫網(wǎng)，或更換無(wú)紡布濾片，來(lái)延長(zhǎng)初、中效濾材的使用周期，降低生產(chǎn)成本。

3 試驗(yàn)實(shí)施

3.1 單個(gè)紡絲位上橫網(wǎng)的試驗(yàn)情況

工藝空調(diào)初、中效濾材仍采用F5，F(xiàn)9，在兩條生產(chǎn)線各選擇2個(gè)紡絲位，將其橫網(wǎng)更換成加裝10～15 mm厚無(wú)紡布濾片的橫網(wǎng)(黃驊市興旺空氣凈化器材有限公司生產(chǎn))，其他紡絲位橫網(wǎng)仍為不銹鋼篩網(wǎng)，觀察它們?cè)谙嗤a(chǎn)環(huán)境下的使用情況，結(jié)果如表1所示。 從表1可以看出：?jiǎn)蝹€(gè)紡絲位上的橫網(wǎng)為不銹鋼篩網(wǎng)時(shí)，使用10 d后多數(shù)側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速不勻，需要更換新的橫、立網(wǎng)，而加裝了無(wú)紡布濾片后的橫網(wǎng)，使用20 d后才出現(xiàn)風(fēng)不勻現(xiàn)象。即加裝無(wú)紡布濾片后的橫網(wǎng)的使用周期為20 d,而沒(méi)加裝無(wú)紡布濾材的橫網(wǎng)使用周期則為10 d。

表1 不同使用時(shí)間下單個(gè)紡絲位不同橫網(wǎng)的試驗(yàn)情況Tab.1 Test conditions of single spinning position with different cross screen at different service time

3.2 整條生產(chǎn)線上的橫網(wǎng)試驗(yàn)情況

在A線整條生產(chǎn)線橫網(wǎng)的兩層不銹鋼篩網(wǎng)中間加裝了10～15 mm厚無(wú)紡布過(guò)濾片；B線整條生產(chǎn)線橫網(wǎng)為兩層不銹鋼篩網(wǎng)，工藝空調(diào)的初、中效濾材不變，仍為F5，F(xiàn)9，觀察A，B線在相同紡絲工藝、相同外界氣候條件下，工藝空調(diào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)、各紡絲位出絲狀態(tài)來(lái)判定各濾材的上機(jī)使用時(shí)間。為保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的平穩(wěn)過(guò)渡，在定期維修更換噴絲板(每天更換12個(gè))時(shí)逐步更換加裝無(wú)紡布過(guò)濾片的橫網(wǎng)，觀察A線工藝空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，包括壓差、電流、輸出等參數(shù)是否正常、橫立網(wǎng)網(wǎng)面附著灰塵顆粒程度，檢測(cè)單個(gè)紡絲位三點(diǎn)實(shí)際風(fēng)速，確保此三點(diǎn)風(fēng)速差異不超過(guò)0.2 m/s。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間為2019—03—12，結(jié)束時(shí)間為2019—04—03。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于A線，試驗(yàn)3 d后，加裝無(wú)紡布過(guò)濾片的橫網(wǎng)全部更換完畢，期間正常，到4月1日開(kāi)始重新更換橫網(wǎng)；試驗(yàn)期間，A線運(yùn)轉(zhuǎn)正常無(wú)繞輥，更換加裝了無(wú)紡布過(guò)濾片17套； B線3月27日開(kāi)始更換橫立網(wǎng)，期間共計(jì)更換40套，一次因送風(fēng)風(fēng)速不勻繞輥。對(duì)下機(jī)的橫、立網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)A線無(wú)紡布濾片顏色發(fā)黑，灰塵顆粒多，立網(wǎng)基本無(wú)灰塵顆粒，比較干凈；B線橫網(wǎng)不銹鋼篩網(wǎng)基本無(wú)灰塵顆粒，顆粒不規(guī)則地集中在立網(wǎng)表面。

3.3 中效濾材過(guò)濾精度降低的重復(fù)試驗(yàn)

將A線工藝空調(diào)中效濾材精度適當(dāng)降低，即由濾材F9調(diào)整為濾材F7，初效濾材精度不變(仍為濾材F5)，配合紡絲位橫網(wǎng)加裝無(wú)紡布過(guò)濾片，B線生產(chǎn)條件依然不變，重復(fù)3.2節(jié)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：由于濾材F7精度比濾材F9低，濾材F7初始上機(jī)壓差比濾材F9的初始上機(jī)壓差低約10 Pa,加裝無(wú)紡布濾片橫網(wǎng)全部上機(jī)后，A線工藝空調(diào)輸出與B線輸出基本相同；濾材F7的使用周期為22 d左右，加裝無(wú)紡布橫網(wǎng)的使用周期為15 d左右(見(jiàn)表3)，試驗(yàn)期間A線運(yùn)轉(zhuǎn)及原絲質(zhì)量均較穩(wěn)定，試驗(yàn)效果比較理想。

表3 濾材F7和濾材F9的使用效果對(duì)比Tab.3 Service comparison of filter material F7 and F9

與原濾材F9相比，濾材F7的使用周期延長(zhǎng)，同時(shí)，由于橫網(wǎng)加裝無(wú)紡布濾片，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)紡絲對(duì)側(cè)吹風(fēng)的潔凈度及穩(wěn)定性的要求。在A線生產(chǎn)線試驗(yàn)成功后，B線生產(chǎn)線于2019年5月將橫網(wǎng)逐步更換成加裝無(wú)紡布的橫網(wǎng)，結(jié)果A，B兩條生產(chǎn)線工況穩(wěn)定。

4 質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

風(fēng)速發(fā)生波動(dòng)或單個(gè)紡絲位之間風(fēng)速有差異，將導(dǎo)致紡絲位之間原絲結(jié)構(gòu)的不均勻(取向和結(jié)晶)。風(fēng)速增大時(shí)，固化點(diǎn)上移，原絲的預(yù)取向度減小，斷裂伸長(zhǎng)率增大；反之，則預(yù)取向度增大。對(duì)試驗(yàn)期間A，B生產(chǎn)線的原絲和成品絲質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表4、表5所示。

表4 原絲質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比Tab.4 Quality index comparison of as-spun fibers

表5 成品絲質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比Tab.5 Quality index comparison of produced fibers

由表4和表5可見(jiàn)，A，B兩條生產(chǎn)線的原絲和成品絲質(zhì)量指標(biāo)無(wú)差異，說(shuō)明將橫網(wǎng)更換成加裝無(wú)紡布的橫網(wǎng)、中效濾材由濾材F9調(diào)整為濾材F7，對(duì)滌綸短纖維的原絲和成品絲的質(zhì)量沒(méi)有影響。 為了了解產(chǎn)品在下游用戶的可紡性，在河北省石家莊華順紡織股份有限公司進(jìn)行了試紡。結(jié)果表明：整個(gè)試紡過(guò)程生產(chǎn)正常，可紡性好；細(xì)紗產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)較好，能夠滿足正常紡紗需要。2019年5月后，A，B兩條生產(chǎn)線全部使用試驗(yàn)濾材。

5 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

工藝空調(diào)中效濾材由濾材F7替代濾材F9后，更換周期由15 d左右延長(zhǎng)至22 d左右，自2019年5月開(kāi)始A，B兩條生產(chǎn)線全部取代濾材F7后，約更換濾材F7 640套。濾材F7、濾材F9、無(wú)紡布濾片的單價(jià)分別為350，490，20元/套,濾材消耗量見(jiàn)表6，由于每條生產(chǎn)線為48個(gè)位，共2條生產(chǎn)線，2019年5月份至年末更換9次橫立網(wǎng)，無(wú)紡布單價(jià)為20元/片，則2019年5—12月耗材為24.128萬(wàn)元，與2018年相比，2019年全年節(jié)約15.748萬(wàn)元。另外，橫立網(wǎng)的清洗周期由10 d延長(zhǎng)到20 d，1個(gè)紡絲位的橫立網(wǎng)，每年減少清洗18次，每次清洗耗用脫鹽水0.5 t，清洗用脫鹽水價(jià)格按8.34元/t計(jì)，每年因減少脫鹽水用量節(jié)約費(fèi)用0.721萬(wàn)元。因此每年降低成本16.469萬(wàn)元。

表6 試驗(yàn)前后濾材消耗量對(duì)比Tab.6 Comparison of filter material consumption before and after experiment

6 結(jié)論

a. 將A，B兩條生產(chǎn)線的工藝空調(diào)的中效濾材由濾材F7替代濾材F9，橫網(wǎng)加裝 10～15 mm厚無(wú)紡布過(guò)濾片后， 其橫網(wǎng)的更換周期由原來(lái)的8～10 d延長(zhǎng)為15～20 d, 且對(duì)對(duì)滌綸短纖維的原絲和成品絲的質(zhì)量沒(méi)有影響，另外，每年可降低成本16.469萬(wàn)元。

b. 下一步打算在新風(fēng)和回風(fēng)的采風(fēng)口加一層密度較大的金屬網(wǎng)，減少大顆粒進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)，以減少大顆粒對(duì)初效濾材的傷害，進(jìn)一步減少工藝空調(diào)濾材F5和F7更換頻次，降低生產(chǎn)成本；清洗初效濾材F5后重復(fù)上機(jī)使用，可進(jìn)一步減少初效濾材用量。