劉軍勇

(中國石油化工股份有限公司荊門分公司，湖北 荊門 448039)

某10萬t/a聚丙烯裝置采用Spheripol液相本體法單環(huán)管工藝，有近50臺過濾器，主要包括活化劑TEAL(三乙基鋁)過濾器、液相丙烯過濾器、氣相丙烯過濾器、油過濾器以及冰機的制冷劑過濾器等。長期使用后，這些過濾器逐漸出現(xiàn)各種各樣的問題，如頻繁堵塞、分離效果差等等。尤其是運行介質(zhì)含有TEAL時，TEAL遇空氣自燃起火，容易燒損過濾元件。通過不斷摸索，車間將部分過濾器的濾芯元件進行了材質(zhì)升級改造，在保證過濾效果的情況下，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，采用先進的封裝工藝制成的精密液體過濾元件。其具有優(yōu)良的過濾精度和通量，并可根據(jù)需要用熱熔方法粘結(jié)成所需要的多節(jié)長度的濾芯。這種濾芯的優(yōu)點是安裝和更換方便，缺點是濾芯較長時(如3節(jié)或4節(jié)粘結(jié)而成)，安裝時容易失穩(wěn)變形，因此濾芯長度最好不要超過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，并用高強絲織造增強基布，經(jīng)針刺加固和燒毛、壓光、熱定型等后處理工藝加工而成。

該種過濾元件不僅具有尺寸穩(wěn)定性好、強度高、伸長量小等特點，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、易吹洗等獨特優(yōu)點。

其不足之處在于當運行介質(zhì)含有活化劑TEAL時，由于TEAL的特性遇空氣可自燃，設備打開后，殘余活化劑自燃易導致PP氈濾袋燃燒損壞，基本上每次打開設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，通過纏繞、復合或?qū)⒍鄬咏饘俳z編織網(wǎng)合理搭配，經(jīng)過壓制、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；但強度低、剛性差、網(wǎng)孔易變形不穩(wěn)定的特點【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，通過特殊的疊層設計、復合壓制和真空燒結(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)簡單、網(wǎng)孔尺寸均勻的特性，又克服了其強度低、整體性差、網(wǎng)孔形狀不穩(wěn)定等不足，并且可以靈活地對材料的孔隙尺寸、滲透性能和機械強度進行合理匹配與設計，因而綜合特性優(yōu)異。

其主要特性為：強度高，做成濾芯不需加內(nèi)支撐；沒有材料脫離現(xiàn)象；孔形狀固定，孔隙尺寸均勻，無盲孔；流通能力大，滲透性好，阻力損失??；孔道光滑簡單，易于反洗再生，使用壽命長；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，適于實現(xiàn)連續(xù)化與自動化過程。

燒結(jié)金屬絲網(wǎng)的微觀結(jié)構(gòu)見圖 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)是近年來新研究發(fā)展的一種優(yōu)質(zhì)高效功能過濾材料，是將直徑為微米級的金屬纖維(絲徑小于φ0.02 mm的金屬絲)經(jīng)無紡鋪制、疊配及高溫燒結(jié)而成。不同孔徑層形成的孔徑梯度，可控制得到極高的過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、強度高、耐腐蝕、耐高溫、可折疊、可再生、壽命長等特點，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濾材料【1】。

主要特點：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，過濾精度高，使用中壓力曲線上升慢，更換周期長；

耐溫耐腐蝕性能優(yōu)良，在600 ℃可長期使用，耐硝酸、堿、有機溶劑、藥品的腐蝕； 強度高，不易變形；可折波，以增加過濾面積，并可焊接加工；能夠清洗再生，即使液體強烈沖刷、強烈震動，纖維也不脫落。燒結(jié)金屬纖維氈微觀結(jié)構(gòu)見圖 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。

幾種過濾元件的比較見表1。

2 燒結(jié)金屬纖維過濾氈在F301上的應用

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)過循環(huán)氣過濾罐F301(見圖3)分離丙烯氣體和固態(tài)的聚丙烯粉末(500 μm以下)。F301上部設有過濾裝置。在操作使用過程中，大量的聚丙烯粉末附在過濾裝置上，會使過濾裝置的濾袋堵塞，逐漸減少或失去過濾作用。因此F301另設有一套定時反吹系統(tǒng)，目的是將附在濾袋上的粉末吹離下來，以保證過濾效果。循環(huán)氣過濾罐F301的過濾裝置采用聚丙烯酸纖維氈(PP氈)濾袋(見圖4)。

表1 幾種過濾元件比較

注：一般按微米×目數(shù)=15 000進行估算。

圖3 F301結(jié)構(gòu)示意

圖4 PP氈

2.1 過濾和反吹過程

該罐過濾裝置的濾袋套在長圓柱形籠式骨架上，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有噴吹管起反吹作用。正常工作時，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，由脈沖控制儀控制電磁脈沖閥瞬時打開，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。反吹氣分排分時進行，不影響正常過濾的工作，屬于在線反吹。F301下部料斗設有料位探測器，反吹下來的聚丙烯粉末達到一定料位時排出。

2.2 存在問題

1) 七萬t/a丙烯裝置擴能改造后，裝置年負荷最高可以達到12.6萬t,進入F301的帶粉末丙烯氣流量由原來的1.8 t/h提高到2.1～2.2 t/h(也就是后續(xù)丙烯氣壓縮機的處理負荷,而進入F301的絕大部分是粉料,沉降在F301罐底)，F(xiàn)301過濾袋壓差經(jīng)常短時間內(nèi)快速上升達到報警值(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多萬元，減少利潤25萬元左右，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的過濾元件由非金屬的PP氈改為金屬過濾材質(zhì)。通過比較表中的金屬絲網(wǎng)和燒結(jié)金屬纖維氈，并結(jié)合費用綜合考慮，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，通過氣流量穩(wěn)定在2.1 t/h左右，反吹系統(tǒng)沒有變化。

經(jīng)過以上處理， 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， 因為壓差恒定， 在此期間F301從來沒有進行過開蓋檢查清掃。

雖然初期投資費用較高(14萬元)，但避免了不必要的開停工，減少了開停工損失，運行時間長，設備長周期平均成本低。

3 可清洗重復使用金屬濾芯在F201A/B上的應用

來自丙烯進料罐D(zhuǎn)302的丙烯經(jīng)過安全過濾器F201A/B，過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。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，丙烯中的聚丙烯細粉增多，F(xiàn)201A/B切換頻繁，更換濾芯頻次顯著增加，由原來3個月更換1次變?yōu)?個月更換2次，最多的時候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組的費用需要萬余元，浪費很大，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;

設計壓力：6.0 MPa;

最高工作溫度：45 ℃;

設計溫度：-45～90 ℃;

介質(zhì)：液相丙烯+聚丙烯粉末;

流量：75 m3/h(標準)，換算為丙烯37.5 t/h。

3.2 改進前

支撐骨架：PP(聚丙烯)；

過濾網(wǎng)：折疊尼龍膜6/66；

過濾精度：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：

1) 不易安裝，濾芯采用臥式布置，安裝時容易拉彎濾芯，末端整體晃動；

2) 尼龍濾芯屬一次性使用，浪費大；

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

3.3 改進后

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；

過濾網(wǎng)：拆疊金屬絲網(wǎng)；

過濾精度：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；

優(yōu)點：

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

2) 可重復利用，2臺過濾器安裝2組濾芯，最多另外備1組即可，節(jié)省費用和庫存。

改造前后安裝示意見圖 5。可拆卸清洗式金屬濾芯見圖6。

圖5 濾芯改進前后安裝示意

圖6 可拆卸清洗式金屬濾芯

3.4 經(jīng)濟效益對比

改進前，F(xiàn)201平均每年安裝更換尼龍濾芯近20套次，300根左右，費用15萬左右。

改進后，金屬濾芯可以反復清洗重復使用，安裝1套(16支)，備用1套，初次費用6～7萬左右，以后不需再投入。

4 金屬濾芯在冰機油氣分離過濾器F603上的應用

制冷冰機的油氣分離過濾器F603主要作用是分離氟利昂氣體和冷凍機油(見圖 7)，由1組3只立式濾芯組成。

來自壓縮機出口的油氣混合物進入油氣分離罐后，由濾芯軸向進入，經(jīng)過兩級過濾后，氣體由徑向流出，冷凍機油因兩級濾芯的聚結(jié)作用依靠重力降落至罐底，達到分離目的。干凈無油的氟利昂氣體經(jīng)冷卻后送往蒸發(fā)器，分離下來的冷凍機油由油泵送往螺桿壓縮機重復使用。

圖7 油氣分離過濾器示意

聚丙烯裝置的制冷冰機運行近9年后， 在2008年逐漸出現(xiàn)了氟利昂越變越黃的現(xiàn)象，還經(jīng)常出現(xiàn)油位低報聯(lián)鎖導致停機，蒸發(fā)器效果變差，更換同型號濾芯后不久即再次發(fā)生同類現(xiàn)象。分析原因是氟利昂帶油現(xiàn)象嚴重，油氣分離不徹底。

因此決定進行改造，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會，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)，以便重復清洗使用。

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

5 過濾器改造前情況

過濾器改造前后的情況分別見表2和表3。

表2 過濾器改造前情況

表3 過濾器改造后情況

5 結(jié)語

1) 通過對濾芯的材質(zhì)進行升級，更換為金屬材質(zhì)，可反吹清洗，反復使用，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，延長了使用壽命；

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