前 言
对空压机、鼓风机和汽轮机等高速运转的机器来讲,尘粒、粉尘是影响机器长周期正常运行的主要原因之一。高速气流中的粉尘颗粒(≥4μm)使机器主要部件表面磨损;粉尘在设备内部结垢会影响气流运动,破坏叶轮的动平衡,导致转子的轴振动加剧或超标,使喘振曲线漂移,甚至被迫停车检修;腐蚀性的粉尘还会对设备产生化学腐蚀。因此,在这些机器的进气管前均配有空气过滤器。
常见的空气过滤器根据过滤除尘机理可分为湿式和干式两种。湿式过滤器如链带式、拉西环式等,过滤原理是靠油膜黏附大气中的灰尘,达到除尘的目的,但过滤精度低且气流中带有油分。干式过滤器如干带式、布袋式、框板式和筒式(滤纸),过滤原理是空气通过各种动植物或化学纤维的织物表面、内层时,由于重力、惯性扩散、接触阻留和静电吸附等作用使空气中的灰尘滞留在滤料滤纸的外侧(在内部建立了粉尘膜),达到除尘目的。
1 自洁式空气过滤器简介
空分设备上常用的自洁式过滤器是干式过滤器的一种,过滤后粒度≤2μm,效率>99.95%。20世纪70年代中期由美国一家公司推出, 20世纪80年代末,随成套空分设备进入中国。其过滤元件多为刚性筒状,内部过滤材料采用合成滤纸。配备的自洁反吹系统包括自洁喷嘴、反吹管、文氏管、储气筒和过滤筒等。控制系统包括编程控制仪(含PLC控制系统)、隔膜电磁阀、压差变送器、测压传感器和液晶显示屏等附件。由计算机编程控制仪根据前后压差超过某一设定值时,发出自洁反吹的模式指令,有定时(程序)自洁模式(可自行设定)或定压差自洁模式(可自行设定)。当压差超过报警值时会自动报警,并由计算机控制调节反吹的脉冲宽度,间隔进行连续自动反吹。也可进入手动模式进行自洁反吹,直到压差保持在规定的范围内。自洁式空气过滤器自动反吹过滤系统工作原理如图1所示。
自洁式空气过滤器的初阻力一般在100Pa左右,正常阻力范围一般设定在400~700Pa,报警阻力一般设定在800~1000Pa,终阻力设定在1200~1500Pa (可根据空压机及生产需要设定)。设定阻力值过低会消耗较多的反吹自洁气量,使隔膜电磁阀频繁动作,缩短阀的使用寿命并使滤筒使用周期缩短,运行成本大幅增加;而且由于频繁自洁反吹破坏了滤芯层的粉尘膜,导致气体过滤的精度、效率大幅下降。
近十几年,这种自洁式空气过滤器广泛应用于钢铁、石化、空分、煤化工以及高炉鼓风等行业,是各类大型空压机、鼓风机和汽轮机入口空气过滤的主要设备。与传统的卷帘式、布袋式过滤器相比,自洁式空气过滤器的优点是接近零维护,完全可以做到不停车更换滤筒元件,具有过滤精度高、过滤面积大、阻力小和故障少等特点,特别适用于干旱地区的大型空分设备。缺点是成本相对较高;在持续大雾、阴雨天气或持续沙尘暴天气时,阻力大,容易产生高位运行情况(>1200Pa)。
2 自洁式空气过滤器在特殊天气条件下阻力过大的原因及解决方案
在连续阴雨、大雾或持续沙尘暴天气状况下,自洁式空气过滤器会经常出现阻力大于1200Pa,甚至严重超标的情况。长时间发生这种状况会危及空压机的**运行,并使空压机运行偏离正常工况,吸入气量减少,运行成本增加,严重的还会造成空压机二级叶轮振动超标和被迫停车检修。
2.1 连续阴雨或持续大雾天气
自洁式空气过滤器的过滤材料一般选用木浆纤维纸质的滤纸,这种滤纸由多层薄纸复合而成,每层纸的平均微孔大约在20~70μm,微孔交错纵横排列,具有一定透气度。空气透过滤纸在很低的过滤速度下阻力值较小(初阻力一般在100Pa以下)。
这种滤纸在干燥环境下使用效果很好,但在连续阴雨或大雾天气条件下,空气的相对湿度很大(96%~100%),滤纸在纤维受潮后膨胀,使部分微孔缩小或堵塞。若滤纸已使用一段时间,在滤纸的外表面和纸芯层有粉尘存在,受潮后也会膨胀封堵微孔,使滤纸的透气度大幅下降甚至造成糊筒,在较低的反吹压力下自洁清灰的效果也大大下降。为解决这种天气下滤纸阻力超高问题,可以采用以下应对方法。
(1)我国南方沿江、沿海或多雾的地区(如重庆等)相对湿度较大(>80%),在过滤器的选型上,滤筒滤纸的选配要适合当地气候条件。一般在选型上要增加实际处**体的富裕量(应增加1~1.5倍)。滤筒的滤纸要选用复合纤维材料(20%聚酯+80%木浆纤维)或其他抗拉强度大、挺度高的防水型进口滤纸。
(2)空分设备一般提供的反吹气源压力偏低(为0.47MPa),特别是在相对湿度很大时,要提高反吹自洁的效果应提高反吹的压力。理想的反吹压力可提高到0.75~0.85MPa,并用干燥的氮气或空气进行反吹,自洁效果比偏低压力时的反吹可提高1倍以上。若采用设置就地小空压机增加反吹压力时,应注意在储气筒入口配置过滤器、气液分离器和疏水阀等必要的附件,以滤除反吹气源中的杂质及水气。
(3)增大储气筒、反吹管的直径和容量,使反吹时的反吹压力稳定,减小压力波动。储气筒增大到Ф159mm×6mm以上(也可增加1只3~5m³的缓冲罐)。反吹管、隔膜阀的直径增加到38.1mm,同时每只阀控制反吹滤筒的数量应在5只以下,以增加反吹的力度和效果。
(4)调节编程控制仪,适当增加脉冲宽度,从0.1~0.15秒增加到0.25~0.4秒。缩短脉冲间隔(控制在10~15秒),使反吹循环的周期缩短。
(5)更换部分滤纸严重受潮的滤筒(拆下的滤筒烘干处理后可再次使用)。
(6)改变进气方式,从室外吸气改为从压缩机厂房内吸气(如图2所示)。在连续大雾天气时,把自洁式空气过滤器的四周用复合纤维无纺布或彩条布(也可用捕雾丝网,但成本较高)围起来,并另建一个吸气通道从厂房内吸气(流速控制在5~7m/s)。由于厂房内温度较高,空气中不含有微小雾滴,相对干燥,若再采用以上措施,效果会更理想。还可以考虑将小型自洁式空气过滤器设在室内。这种方法应用在相对湿度很大、持续多雾天气的地区,降低过滤阻力效果明显。如邯钢动力厂空分车间、济南鲍德气体公司等采用这种方法,均大幅降低了运行阻力,保证了空压机的正常运行,取得良好使用效果和经济效益。
2.2 多沙尘暴天气
我国内蒙、甘肃、陕西和河南等地气候干燥,相对湿度低,由于生态环境破坏,该地区的沙尘天气日渐增多,恶劣的沙暴天气在春秋季节时常发生。空气含尘量大,持续时间长,自洁式空气过滤器阻力超高情况常有发生。
为降低运行阻力,延长滤筒使用周期,杭氧在为大唐国际空分设备空压机配套自洁式空气过滤器时采取了以下应对措施。
(1)在自洁式空气过滤器的选型配套时加大配套过滤器的实际处理量。空压机进气量为361000m³/h,常规选配过滤器的处理量约550000m³/h。考虑到当地沙尘暴天气时有发生,空气中含尘量大,在选型配套上进一步增加了富裕量,配756只DH32100滤筒,实际处理量≥860000m³/h (87.5kPa, 25℃)。滤筒实际过滤面积达到22680m²,增加了滤筒的过滤面积和容尘量,减小了实际过滤速度;选用进口滤纸,增加滤纸的强度和透气度。
(2)采用较高的自洁反吹压力(0.8MPa)和干燥氮气作反吹气源,加强反吹自洁的力度和效果。
(3)增大储气筒的直径和容量。将储气筒直径扩大到Ф159mm×6mm,反吹管采用38.1mm镀锌钢管,配置38.1mm的进口隔膜电磁阀,反吹气源单独引管等,以稳定反吹自洁的压力。
(4)过滤器的粗滤网内侧增加一道复合纤维无纺布滤料(部分复合纤维无纺布技术参数见表1),如PSB/275SP300型(或PSB/290SP400型),在沙尘暴来临时可以增加约120kg以上的容尘量。由于粗道过滤减轻了滤筒反吹自洁的负荷,减少了滤芯粉尘膜的增厚,延长了滤筒的使用周期。当沙暴天气消除后,拆下无纺布,清洗后备用。采用该项措施可以稳定阻力,并降低过滤器的运行成本。
(5)在系统反吹自洁控制上采用每1接点并联3只电磁阀的方法,保证过滤器(3层结构)每层都有1排(每排5只)在同时反吹。
(6)在沙暴天气下可调节编程控制仪缩短反吹间隔,可根据沙尘暴的强弱控制每排滤筒反吹间隔为10~15秒1次,9~13分钟内全部滤筒可自洁反吹1次,使表面的浮尘即刻得到**。
(7)在连续沙尘暴天气的情况下,可把已达到容尘饱和的无纺布拆下,装上新的无纺布(或更换部分新的滤筒),降低阻力。
以上采用的自洁式空气过滤器降低阻力的措施适用于特殊恶劣气候条件,有的方法和措施在不少企业已经取得明显的实际效果,有的还在进一步探索中。
一些要求更高的压缩机和燃气轮机,要求过滤级别达到H12级以上,*好采用3级过滤:**采用过滤棉过滤(百叶窗式过滤);二级采用自洁式过滤器(筒式);三级采用高效或超高效框式过滤器。这种分级处理,可防止水气进入,同时减轻各级负荷压力,提高过滤精度,延长过滤元件的使用寿命,降低运行成本。
3 结束语
自洁式空气过滤器过滤精度高,自动反吹清灰,管理方便,维护简单,可实现不停车更换滤筒,已经广泛在钢铁、石化、空分、化肥、煤化工和医药等行业上使用。对经常发生连续阴雨、持续大雾和沙尘暴等特殊天气的地区可根据不同的气候特点,在配套选用自洁式空气过滤器时应加放足够的处理空气富裕量,选用合适的滤料滤筒,提高和稳定反吹自洁的压力,并采取合理的控制/调节措施,可以避免自洁式空气过滤器阻力增加过快或持续超高的情况发生,并延长滤筒的使用周期,降低运行成本,保证空压机的正常运转。
