滌綸短纖維裝置工藝空調濾材成本降低的探討

張 叢 暉

(中國石油化工股份有限公司天津分公司化工部，天津 300270)

中國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兩條生產線，每條生產線有48個紡絲位，在紡絲成形過程中均采用側吹風冷卻工藝。側吹風冷卻工藝對冷卻風速的要求相比環吹冷卻工藝更加嚴格，風速過低時，冷卻氣流觸及絲束內層，會被高速運行的絲束阻擋，不能穿透絲層，造成絲束內外層冷卻條件相差大，使纖維的斷面不勻率顯著增大，甚至出現飄絲；而風速過高時，冷卻氣流不僅穿透絲層，且還有剩余動能，致使絲束搖晃湍動，斷面不勻率增大[1-2]。所以側吹風冷卻系統為了確保冷卻風速穩定，對送風有一定的凈化要求，當不能達到工藝要求時，必須更換工藝空調的過濾濾材，但是使用的工藝空調濾材存在單次上機量大(初效濾材F5上機30套/次，中效濾材F9上機20套/次)，單價高(初效濾材F5 320元/套，中效濾材F9 490元/套)的不足，從而增加了生產成本，降低了產品的競爭能力，制約了企業的發展。

作者通過試驗探討了工藝空調中效濾材過濾精度，同時提高橫網過濾精度，從而延長工藝空調濾材使用周期的可行性，達到了降低生產成本的目的。

1 工藝空調系統工藝流程簡介

本套側吹風工藝空調機組由南京金陵空調設備總公司制造，其工作原理為：工藝空調室內回風經回風風機與室外新風混合，經初效過濾后，再經噴淋加濕、除塵，通過表冷器降溫(僅夏季使用)或加熱器加熱(僅冬季使用)，達到所需要的送風溫度和濕度，最后經中效過濾，達到所需要的潔凈度之后通過送風管道進入生產現場(現場出風口有兩道密度不同的橫網(兩層不銹鋼篩網)和立網(蜂窩狀多孔板)進行過濾。其滌綸短纖維裝置的紡絲側吹風過濾凈化示意圖如圖1所示。

圖1 紡絲側吹風過濾凈化示意Fig.1 Schematic diagram of cross air blow filtration and purification

2 試驗方案可行性分析

一個良好的側吹風裝置應滿足兩方面的要求[1]:(1)所提供的冷卻條件應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定的分布, 使卷繞絲有良好的超分子結構和性能；(2)能控制外界條件對絲束的干擾, 防止絲束擾動, 盡可能減少吹風氣流對絲束抖動的影響, 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，從空調室經送風管道送來的氣流呈不穩定的湍流態，設置在現場出風口的橫網，其不銹鋼篩網網目越細，則抑制湍流的效果越好。另外， 側吹風冷卻系統為了保證冷卻風速的穩定和均勻，對送風有一定的凈化要求，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都被過濾掉[3]。在實際生產中，因本套裝置的側吹風系統送風風道較長，運行一段時間后風道較臟，橫、立網僅使用一周后表面就會沉積灰塵小顆粒，造成生產現場送風風速不勻，影響紡絲成形效果。故在橫網不銹鋼篩網夾層加裝無紡布濾片可以減輕湍流程度，克服篩網易撕裂的缺點，還可進一步凈化側吹風，提高送風風速、風壓的均勻性。

A，B兩條生產線自2016年提產后(噴絲板噴絲孔由3 600孔提高到4 000孔)，每條線用風量增加約7%(側吹風風速從3.1 m/s上升到3.3 m/s)，如在橫網上加裝無紡布濾片，會增加風阻，使得初、中效濾材上機的初始壓差變高，極容易達到更換壓差200 Pa，使初、中效更換周期變短。由于初、中效濾材均為無紡布袋式濾材，當壓差達200 Pa時，濾材的過濾效率將急劇降低，阻力將急劇上升，這樣就會使主風道壓力達不到工藝要求，使整套風壓控制系統失靈，同時還會增加電耗，只能更換初、中效濾材才能穩定送風風速。因此試驗將中效濾材用過濾精度較低、費用較低的F7(單價350元/套)代替過濾精度較髙、費用較髙的F9，降低初、中效濾材上機的初始壓差，以減少送風風機的運轉負荷，同時，在橫網上加裝無紡布濾片過濾，不影響總過濾效率。并且當現場送風風速不勻時，更換、清洗橫網，或更換無紡布濾片，來延長初、中效濾材的使用周期，降低生產成本。

3 試驗實施

3.1 單個紡絲位上橫網的試驗情況

工藝空調初、中效濾材仍采用F5，F9，在兩條生產線各選擇2個紡絲位，將其橫網更換成加裝10～15 mm厚無紡布濾片的橫網(黃驊市興旺空氣凈化器材有限公司生產)，其他紡絲位橫網仍為不銹鋼篩網，觀察它們在相同生產環境下的使用情況，結果如表1所示。 從表1可以看出：單個紡絲位上的橫網為不銹鋼篩網時，使用10 d后多數側吹風風速不勻，需要更換新的橫、立網，而加裝了無紡布濾片后的橫網，使用20 d后才出現風不勻現象。即加裝無紡布濾片后的橫網的使用周期為20 d,而沒加裝無紡布濾材的橫網使用周期則為10 d。

表1 不同使用時間下單個紡絲位不同橫網的試驗情況Tab.1 Test conditions of single spinning position with different cross screen at different service time

3.2 整條生產線上的橫網試驗情況

在A線整條生產線橫網的兩層不銹鋼篩網中間加裝了10～15 mm厚無紡布過濾片；B線整條生產線橫網為兩層不銹鋼篩網，工藝空調的初、中效濾材不變，仍為F5，F9，觀察A，B線在相同紡絲工藝、相同外界氣候條件下，工藝空調機組運轉、各紡絲位出絲狀態來判定各濾材的上機使用時間。為保證現場生產的平穩過渡，在定期維修更換噴絲板(每天更換12個)時逐步更換加裝無紡布過濾片的橫網，觀察A線工藝空調的運轉情況，包括壓差、電流、輸出等參數是否正常、橫立網網面附著灰塵顆粒程度，檢測單個紡絲位三點實際風速，確保此三點風速差異不超過0.2 m/s。試驗開始時間為2019—03—12，結束時間為2019—04—03。試驗結果表明：對于A線，試驗3 d后，加裝無紡布過濾片的橫網全部更換完畢，期間正常，到4月1日開始重新更換橫網；試驗期間，A線運轉正常無繞輥，更換加裝了無紡布過濾片17套； B線3月27日開始更換橫立網，期間共計更換40套，一次因送風風速不勻繞輥。對下機的橫、立網進行檢查，發現A線無紡布濾片顏色發黑，灰塵顆粒多，立網基本無灰塵顆粒，比較干凈；B線橫網不銹鋼篩網基本無灰塵顆粒，顆粒不規則地集中在立網表面。

3.3 中效濾材過濾精度降低的重復試驗

將A線工藝空調中效濾材精度適當降低，即由濾材F9調整為濾材F7，初效濾材精度不變(仍為濾材F5)，配合紡絲位橫網加裝無紡布過濾片，B線生產條件依然不變，重復3.2節試驗。試驗結果表明：由于濾材F7精度比濾材F9低，濾材F7初始上機壓差比濾材F9的初始上機壓差低約10 Pa,加裝無紡布濾片橫網全部上機后，A線工藝空調輸出與B線輸出基本相同；濾材F7的使用周期為22 d左右，加裝無紡布橫網的使用周期為15 d左右(見表3)，試驗期間A線運轉及原絲質量均較穩定，試驗效果比較理想。

表3 濾材F7和濾材F9的使用效果對比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，同時，由于橫網加裝無紡布濾片，完全滿足現場紡絲對側吹風的潔凈度及穩定性的要求。在A線生產線試驗成功后，B線生產線于2019年5月將橫網逐步更換成加裝無紡布的橫網，結果A，B兩條生產線工況穩定。

4 質量指標對比

風速發生波動或單個紡絲位之間風速有差異，將導致紡絲位之間原絲結構的不均勻(取向和結晶)。風速增大時，固化點上移，原絲的預取向度減小，斷裂伸長率增大；反之，則預取向度增大。對試驗期間A，B生產線的原絲和成品絲質量指標進行對比，結果如表4、表5所示。

表4 原絲質量指標對比Tab.4 Quality index comparison of as-spun fibers

表5 成品絲質量指標對比Tab.5 Quality index comparison of produced fibers

由表4和表5可見，A，B兩條生產線的原絲和成品絲質量指標無差異，說明將橫網更換成加裝無紡布的橫網、中效濾材由濾材F9調整為濾材F7，對滌綸短纖維的原絲和成品絲的質量沒有影響。 為了了解產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行了試紡。結果表明：整個試紡過程生產正常，可紡性好；細紗產品質量指標較好，能夠滿足正常紡紗需要。2019年5月后，A，B兩條生產線全部使用試驗濾材。

5 經濟效益評價

工藝空調中效濾材由濾材F7替代濾材F9后，更換周期由15 d左右延長至22 d左右，自2019年5月開始A，B兩條生產線全部取代濾材F7后，約更換濾材F7 640套。濾材F7、濾材F9、無紡布濾片的單價分別為350，490，20元/套,濾材消耗量見表6，由于每條生產線為48個位，共2條生產線，2019年5月份至年末更換9次橫立網，無紡布單價為20元/片，則2019年5—12月耗材為24.128萬元，與2018年相比，2019年全年節約15.748萬元。另外，橫立網的清洗周期由10 d延長到20 d，1個紡絲位的橫立網，每年減少清洗18次，每次清洗耗用脫鹽水0.5 t，清洗用脫鹽水價格按8.34元/t計，每年因減少脫鹽水用量節約費用0.721萬元。因此每年降低成本16.469萬元。

表6 試驗前后濾材消耗量對比Tab.6 Comparison of filter material consumption before and after experiment

6 結論

a. 將A，B兩條生產線的工藝空調的中效濾材由濾材F7替代濾材F9，橫網加裝 10～15 mm厚無紡布過濾片后， 其橫網的更換周期由原來的8～10 d延長為15～20 d, 且對對滌綸短纖維的原絲和成品絲的質量沒有影響，另外，每年可降低成本16.469萬元。

b. 下一步打算在新風和回風的采風口加一層密度較大的金屬網，減少大顆粒進入空調系統，以減少大顆粒對初效濾材的傷害，進一步減少工藝空調濾材F5和F7更換頻次，降低生產成本；清洗初效濾材F5后重復上機使用，可進一步減少初效濾材用量。