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    液體過濾袋破袋原因分析與應對策略

    袋式過濾器,作為實現固液分離的常見設備,具有操作簡單,適應性強的特點,已經廣泛應用在汽車涂裝工藝,其中濾袋過濾貫穿涂裝預處理、電泳線和面涂整個涂裝循環工序中,鐵屑、鐵粉,污油等污染物能否實現從油漆...

    袋式過濾器,作為實現固液分離的常見設備,具有操作簡單,適應性強的特點,已經廣泛應用在汽車涂裝工藝,其中濾袋過濾貫穿涂裝預處理、電泳線和面涂整個涂裝循環工序中,鐵屑、鐵粉,污油等污染物能否實現從油漆中有效濾除,直接影響到涂裝質量,進而影響車身的外觀。
    未被過濾液體由入口進入過濾器,液體由內向外流經過濾袋,過濾后液體從出口流出,雜質被攔截在濾袋內,更換濾袋后可繼續使用。其中濾袋是袋式過濾的核心部分,其性能決定了過濾目標能否成功實現。在濾袋選型匹配、安裝、使用、更換等過程,均有可能會出現濾袋破袋情況,造成雜質未被有效攔截,進而影響下游工藝的運行負荷、產品的質量,經濟損失和環境損失,甚至安全事故。所以,對破袋的快速識別、原因分析以及找出應對策略,對濾袋過濾生產管理有著迫切且現實的需求。
    一、過濾袋的破裂的發生
    按尺寸不同濾袋通常有四個規格,分別為1號、2號、3號和4號濾袋,使用廣泛的為2號濾袋,直徑約180mm,長度810mm,過濾面積約0.5m2,大水通量約為40m3/h。按材質常見的濾袋有聚丙烯、聚酯、尼龍、PTFE四類。濾袋由濾材和袋口固定用的領環組成,濾材和領環之間通過線縫或熱熔方式進行縫合,領環有金屬和非金屬兩類。濾材裁剪為圓柱形,底部為弧形或平底或三角錐型的。垂直側邊以及底部的縫合有線縫和熱熔兩類,典型濾袋結構示意見下圖。

    濾袋破袋發生的位置,出現多的是濾袋的底部縫合處,其次是側邊縫合處;再次為濾袋領環縫合處;也有一些濾袋中部位置出現孔眼等破損。對于使用多層精密濾袋的場合也會出現濾袋內層濾材出現撕裂的情況,如涂裝中電泳線過濾采用的為精密吸油濾袋,濾袋至少含有四層濾材,對雜質攔截的同時因設有吸油層實現對污油的吸附,如果出現撕裂甚至破損,將會影響電泳液質量致使噴涂表面出現顆粒、甚至縮孔情況。
    二、破袋的原因分析
    2.1 設計選型出錯
    濾袋選型錯誤造成濾材因腐蝕導致濾袋破裂,包含濾袋的材質與被過濾液體的化學腐蝕,以及應用場合的工作溫度超過濾袋的耐受溫度出現熱熔蝕。也可能出現液體中機械雜質濃度過高短時間內對達到濾袋的視在納污量,表明選用濾袋數量不夠。此外,液體流量大但過濾器的進出口尺寸偏小,致使液體通過濾袋的流速過快超過過濾器的液體通量和額定流量等指標,這些屬于袋式過濾器本體的選型失誤,也有可能造成破袋。

    2.2 濾袋安裝不規范
    在濾袋的安裝時因為操作人員濾袋領料、安裝時碰到銳利的器物造成濾袋出現針孔等。同時濾袋放入袋式過濾器時,在濾袋外部未加裝過濾袋的支撐網籃使得濾袋沒有承托,或在已安裝支撐網籃的情況操作工卻沒有將濾袋撫平,濾袋在支撐網籃內處于打折狀態,沒有與支撐網籃貼緊。特別地,有一些絕對精度的特殊濾材的濾袋投料過濾前未按要求進行預濕步驟,或是翻袋操作。
    2.3 濾袋的更換壓差過高
    隨著過濾的深入,雜質會粘在濾袋表面,或是嵌入濾材內部空隙,從而引起流動阻力上升,濾袋內外壓降上升,達到一定程度過濾無法繼續,濾袋需要更換。根據達西定律,濾袋的壓降和體積流速,受到濾袋精度、材質、厚度、截面積,以及不同的應用場合的影響,所以袋更換壓差不是固定的如1bar或1.5bar等。如果濾袋的更換壓差過高延長了濾袋壽命但是增加濾袋破袋風險,而且很有可能即便濾袋沒有破的情況下卻仍會出現濾后液體被檢測出很多雜質,不能兌現濾袋的過濾性能,這是因為高壓差將已經被攔截下來的雜質又被擠過去了。所以濾袋的更換壓差,在廠家的推薦值下,需要結合過濾應用的實際情況進行測試后確定。
    2.4 附件不匹配
    過濾器浮球是一種空心球,屬于過濾器的一項常見附件,安裝于濾袋內部用于置換被過濾液體,減少更換濾袋前物料的損耗、排放,并縮短吹掃時間。特別是在過濾器用于間歇性過濾上如灌裝過濾,或過濾產品切換頻繁的應用場合,流體的關斷、料液的吹掃操作很多,液體對過濾袋和濾袋內的浮球帶來沖擊。當前很多廠家生產的浮球尺寸小,且沒有設置與濾袋和過濾器匹配的領環,浮球整體全部在濾袋內部,其晃動造成對濾袋濾材的拉扯、摩擦和沖擊,破袋多發生在浮球與濾袋的接觸傾斜??课恢?,濾袋的內層濾材和濾袋底部多發生破袋。
    浮球或支撐網籃表面有毛刺,或底部圓滑過度與濾袋不匹配,會對濾袋底部靠弧頂處反復摩擦而破袋。
    三、破袋的應對措施
    3.1 正確濾袋選型
    濾袋的選型需要慎重考慮應用場合如腐蝕性,化學兼容性以及耐受溫度。此外起始凈壓差是控制重要指標,該凈壓差值一般建議不超過0.1bar,如果因液體中雜質含量高凈壓差高則需要配多個濾袋,液體流量及管道進出大小計算可參照相應設計規范如流速的要求及過濾流通比(過濾有效面積與管道進出口截面積之比)的要求進行選型。
    對于已投產生產線如因雜質含量增多、流量不變的情況可以考慮測試使用褶皺或折疊濾袋以增加過濾面積和濾袋納污能力,或是袋式過濾器內增加磁棒,濾除上游工序如焊接車間帶入油漆車間的大量鐵粉類雜質,該類濾袋或磁棒尺寸與現場濾袋過濾器完全匹配,省去對現場過濾器的升級改造。如果是過濾流速過快或過濾流通比過大,則需增加過濾器數量,加大過濾器進出口大小,甚至將濾袋過濾的方式變更等。對于新建涂裝項目上,在過濾工藝方案的設計時,建議考慮采用磁性過濾、旋流分離器及袋式過濾器的三級組合過濾方案,雖然過濾器固定投資多一些,但是在過濾器濾袋的消耗、人工更換、物料損耗、廢袋處置上都能節約更多的維護成本,帶來更大的效益。
    3.2 檢查濾袋質量
    使用高品質濾袋合格供應商,檢查濾袋的包裝、外觀、標簽和生產日期等生產信息,避免過期產品的使用,因為一般濾袋的貨架存放壽命不建議長于2年,因為濾材容易老化。濾袋的領用和安裝過程避免尖銳物品的刺碰,如遇濾袋使用前需進行預濕或翻袋,須按要求規范操作。
    3.3 規范濾袋操作
    濾袋安裝時,必須安裝外支撐網(同時檢查其平整和表面毛刺情況),內支撐架為過濾器選配件,盡量使用內支撐架達到將濾袋撐開鋪平的目的。如果未設內支撐架,需將濾袋鋪平使得濾袋盡可能與外支撐網籃緊貼,避免濾袋脫離外支撐網而單獨承壓。
    3.4 選用準確配件
    好選原廠家的,確保尺寸匹配且質量合格,杜絕尺寸偏差而出現密封不嚴而側漏或毛刺劃破濾袋的潛在風險。對于過濾袋的內支撐架和置換用的浮球,結合生產經驗,內支撐架和浮球均要求設置領口和把手,領口尺寸與過濾袋的領環和過濾器密封臺階相匹配,一方面確保不因增加配件而破壞現有密封結構,同時避免內支撐架和浮球工作狀態下在濾器內的晃動。典型內支撐架和浮球結構示意圖所示。

    3.5 找準濾袋更換壓差
    結合生產情況,摸索出對應佳的更換濾袋壓差,一般地,過濾器內部壓降隨著孔隙率的增加呈現出先增加后減少的趨勢,出口流速和壓力損失兩者相關性近似為線性關系,所以實際生產中不能刻板執行某一固定的濾袋更換壓差,需要結合當前的生產在不同的更換壓差下進行濾前濾后的采樣分析,達到既能滿足生產對質量的要求,又盡可能的延長濾袋的使用壽命的目標。
    設置壓差表或壓差開關比進出口分別設置壓力表的形式更加直觀和準確,實現精確控制壓差值,是必要且簡單易行的措施。如有條件,可以設置流量計和報警器作為輔助,特別適合如終端的灌裝過濾,對產品質量把關的應用場合。在涂裝過濾工藝中,如果出現油漆品種的切換,粘度指標變化明顯時特別需要重新調整濾袋的更換壓差,總體上油漆越濃稠,更換壓差約低。
    總結
    對于一臺液體濾袋過濾器,設計是否合理、過濾要求是否實現、運行是否正常,主要表現在濾袋使用壽命及設備運行壓降上,而濾袋的破損與設備運行壓降偏高有著相關聯性??茖W合理的結構設計、選型、參數確定、配件選擇對濾袋過濾器成功運行的至關重要。
    濾袋破袋集中的原因歸納為濾袋內外壓差過高。濾袋與支撐網籃之間沒有緊貼、雜質含量高、濾袋選型過濾面積不夠過濾流速過快,這些因素均會對濾袋的沖擊加大,增加濾袋的運行壓降,提高了破袋風險。所以正確濾袋選型是前提,合規操作是基礎,產品質量是保證,控制濾袋壓差是應對破袋重要策略。

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