疊片式過濾器的失效及改進(jìn)

胡潤平，鞏 賀，張維中，胡俊杰，張 鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

熱軋生產(chǎn)過程中工作輥冷卻水經(jīng)過疊片式過濾器過濾后由冷卻水集管上的噴嘴噴射到工作輥輥面上。如疊片式過濾器失效，冷卻水中的異物會進(jìn)入到軋機(jī)支撐輥與工作輥之間的輥縫硌傷輥面出現(xiàn)凹坑，軋制過程中板帶表面就會出現(xiàn)點(diǎn)狀凸起，即發(fā)生板帶點(diǎn)狀壓痕缺陷（圖1）。

圖1 板帶點(diǎn)狀壓痕缺陷

1 疊片式過濾器工作原理

疊片式過濾器的主要是在于采用相互堆疊的疊片間隙進(jìn)行高效過濾，通過互相壓緊的帶有固定角度凹槽的PP 疊片實(shí)現(xiàn)初效過濾與深度過濾。通過對壓差的檢測與時間的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)過濾器的自動反洗，從而使過濾器實(shí)現(xiàn)過濾、反洗的自動切換，達(dá)到滿足實(shí)際過濾效果的循環(huán)往復(fù)的工作過程。

1.1 過濾原理

（1）離心過濾。特殊的流向設(shè)計，使過濾中的介質(zhì)呈現(xiàn)旋流狀流動在過濾器中，其中介質(zhì)中較大顆粒的雜質(zhì)由于離心力的作用被拋向過濾器桶壁。形成初次過濾，此次過濾不影響過濾器壓差，有效降低了過濾器的反洗頻次。

（2）表面過濾。介質(zhì)通過彈簧壓緊的疊片組過濾單元，其中大于過濾單元表面孔隙的雜質(zhì)被攔截過濾，形成二次表面攔截過濾，此次過濾將增加過濾器壓差。

（3）深層過濾。相互堆疊的疊片正反面，刻有一定角度的凹槽，相鄰疊片之間凹槽的角度方向不同，導(dǎo)致相互間形成帶有許多凹槽的交叉點(diǎn)，凹槽大小、方向不同的疊片其形成交叉點(diǎn)的數(shù)量也不同（圖2）。因此不同規(guī)格的疊片組成的過濾單元的過濾精度也大不相同，而疊片上的凹槽相互堆疊形成的交叉點(diǎn)呈現(xiàn)出大量的空腔和不規(guī)則的通路，從而在介質(zhì)流通中較小的顆粒在交叉點(diǎn)被攔截，即使一部分顆粒通過表面交叉點(diǎn)，最終也會被下一個乃至更后面的交叉點(diǎn)攔截過濾，最終達(dá)到深層過濾的效果。

圖2 帶有許多凹槽的交叉點(diǎn)

1.2 過濾過程

相互堆疊的疊片被帶有彈簧力的壓蓋緊緊地相互疊加在一起，組成一組具有一定精度的過濾單元（圖3）。當(dāng)帶有雜質(zhì)顆粒的介質(zhì)進(jìn)入過濾器進(jìn)水腔、流經(jīng)過濾單元，雜質(zhì)顆粒會被一定數(shù)量的過濾單元攔截過濾，達(dá)到使用要求后供往用戶點(diǎn)。

1.3 反洗過程

當(dāng)過濾器壓差或時間到達(dá)設(shè)定值時，控制器下達(dá)反洗信號，此時由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動多路換向閥，當(dāng)閥口到達(dá)首個過濾單元入口后，驅(qū)動電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，排污閥自動打開，此時過濾單元處于反壓差狀態(tài)（圖4）。過濾后的介質(zhì)從反方向流入此刻反洗的過濾單元內(nèi)筒，此時其逆止橡膠閥片關(guān)閉流通通道，介質(zhì)通過反洗噴射孔噴出，同時內(nèi)筒中的壓力介質(zhì)進(jìn)入活塞蓋，推動壓蓋向下運(yùn)動，此時相鄰疊片處于松動狀態(tài)；介質(zhì)沿噴射孔方向噴出，松開的疊片在介質(zhì)的噴射下快速旋轉(zhuǎn)，被過濾攔截的雜質(zhì)在沖刷及離心力的作用下脫落，隨反洗水從排污口排出。如此往復(fù)，各個過濾單元反洗結(jié)束后，備用單元亦回復(fù)到備用狀態(tài)，整個過濾器又處于過濾狀態(tài)。

圖4 反洗狀態(tài)

2 疊片式過濾器失效原因

疊片式過濾器的過濾精度為200 μm或300 μm，對水質(zhì)的要求非常高。熱軋產(chǎn)線工作輥冷卻水采用濁環(huán)水，主泵出口設(shè)置篩網(wǎng)T 形過濾器，過濾精度1 mm；水的工作壓力1.0～1.2 MPa。每架軋機(jī)的工作輥冷卻水用量約800 m3/h，機(jī)旁工作輥冷卻水管路上設(shè)置疊片式過濾器，疊片式過濾器進(jìn)口管路為碳鋼管且水中含有軋制油、液壓油、潤滑脂及大量懸浮物。水中的油污和管壁上產(chǎn)生的附著物會隨著水流附著在疊片上造成過濾器進(jìn)、出口水腔壓差增大，反沖洗的頻繁啟動加速了過濾器失效產(chǎn)生與惡化，過濾器失效形式主要有以下4 種。

2.1 過濾單元密封失效

過濾單元壓蓋的密封圈損壞，導(dǎo)致壓蓋卡死，密封圈卡入疊片間隙，造成疊片間隙過大異物進(jìn)入（圖5）。過濾單元密封失效的原因有：①過濾單元的壓蓋為塑料材料，頻繁動作壓蓋變形將密封圈帶出凹槽（圖6）；②密封尺寸不合適。間隙過大水中異物進(jìn)入，間隙過小密封使用壽命降低；③壓蓋導(dǎo)向部分過短，反沖洗時端部將密封圈帶出導(dǎo)致。

圖5 壓蓋卡死

圖6 塑料壓蓋

2.2 疊片間隙失效

疊片間隙的大小直接影響水的過濾精度，疊片間隙過大、水中異物進(jìn)入起不到過濾作用；疊片間隙過小會造成過濾器兩端壓差變大，反沖洗頻繁啟動疊片壽命降低。

疊片間隙失效的主要原因如下：①塑料壓蓋易變形無法壓緊疊片組；②疊片數(shù)量不足（圖7）；③壓蓋緊固螺母松動；④復(fù)位彈簧預(yù)緊力不夠。

圖7 疊片數(shù)量不足

疊片間隙（彈簧力）為每組疊片間固有屬性，可以通過調(diào)整壓蓋彈簧力來進(jìn)行調(diào)整。

2.3 過濾單元導(dǎo)管斷裂

過濾單元導(dǎo)管斷裂不但影響水的過濾效果，而且未及時發(fā)現(xiàn)時內(nèi)部碟片易被水沖刷至下游管路，造成事故擴(kuò)大化，并且使該單元的反洗功能徹底失效（圖8～圖9）。導(dǎo)管斷裂的主要原因有：①罐體內(nèi)存有空氣，反洗過程中產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，導(dǎo)致過濾單元導(dǎo)管斷裂；②過濾器進(jìn)、出口水腔壓差大，水系統(tǒng)壓力驟降，過濾單元產(chǎn)生水錘，導(dǎo)致導(dǎo)致過濾單元導(dǎo)管斷裂；③過濾單元導(dǎo)管壁薄、焊接工藝不佳，導(dǎo)致使用壽命變短。

圖8 過濾單元導(dǎo)管斷裂

圖9 碟片被沖至下游管路

2.4 反沖洗裝置失效

水過濾器運(yùn)行一段時間后，隨著濾渣的積累，會使出口壓力下降，是過濾柱堵塞的反映。當(dāng)壓力差達(dá)到一定程度，影響供水壓力和流量時，就要進(jìn)行反沖洗使過濾柱恢復(fù)正常。反沖洗時間過短會導(dǎo)致沖洗效果不佳，反沖洗時間過長會導(dǎo)致過濾器疊片“甩壞”。

3 預(yù)防及處理

3.1 過濾單元密封失效

根據(jù)疊片式過濾器在熱軋產(chǎn)線生產(chǎn)過程中過濾單元密封失效的原因分析，提出以下改進(jìn)措施：①將壓蓋更換為不銹鋼材料，以降低摩擦因數(shù)；②將壓蓋長度延長至桶壁上沿下20～30 mm；③通過多組密封圈使用的數(shù)據(jù)收集對比，依據(jù)6σ主效應(yīng)圖計算，最佳密封值為4.8～5.6 mm。

3.2 疊片間隙失效

根據(jù)疊片式過濾器在熱軋產(chǎn)線生產(chǎn)過程中疊片間隙失效的原因分析，提出以下改進(jìn)措施：①壓蓋變形問題與過濾單元密封失效的措施一致，將壓蓋更換為不銹鋼材料；②墊片最佳數(shù)量為距桶壁上沿15～25 mm；③壓蓋螺母采用雙螺母防松的同時，緊固螺母增加止動墊圈防松；④利用6σ自定義因子DOE 分析，得出最佳彈簧力范圍為3～4 kg。

3.3 過濾單元導(dǎo)管斷裂

根據(jù)疊片式過濾器在熱軋產(chǎn)線生產(chǎn)過程中過濾單元導(dǎo)管斷裂的原因分析，提出以下改進(jìn)措施：①過濾罐頂部增加自動排氣閥，及時排空罐內(nèi)氣體；②調(diào)整水系統(tǒng)泄水程序，避免出現(xiàn)系統(tǒng)壓力驟降現(xiàn)象；③增加過濾單元導(dǎo)管壁厚，優(yōu)化端蓋焊接工藝。

3.4 反沖洗裝置失效

根據(jù)疊片式過濾器在熱軋產(chǎn)線生產(chǎn)過程中反沖洗裝置失效的原因分析，提出以下改進(jìn)措施：①過濾器壓差報警設(shè)定為0.06 MPa，當(dāng)過濾器進(jìn)出口壓差＞0.06 MPa 時，反沖洗自動啟動；②通過收集反沖洗時間與實(shí)際壓差及過濾器實(shí)際效果數(shù)據(jù)，利用6σ工具DOE 開展自定義因子實(shí)驗(yàn)（圖10），使用優(yōu)化圖得到最終可以得出最佳反沖洗時間為10 s；③增加一組篩網(wǎng)籃式過濾器，過濾精度1 mm。兩組過濾器生產(chǎn)過程中一用一備設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了疊片式過濾器生產(chǎn)過程中在線更換濾筒及在線檢修。

圖10 利用6Σ 工具DOE 開展自定義因子

4 結(jié)束語

通過對疊片式過濾器結(jié)構(gòu)、性能的改進(jìn)，大幅降低了熱軋產(chǎn)線在軋制酸洗板及表面質(zhì)量要求高的薄規(guī)格產(chǎn)品時的點(diǎn)狀壓痕缺陷，在取得較好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時，提升生產(chǎn)穩(wěn)定性及產(chǎn)品質(zhì)量，運(yùn)行效果良好。