疊片式過濾器的失效及改進

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入到軋機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)點狀凸起，即發(fā)生板帶點狀壓痕缺陷（圖1）。

圖1 板帶點狀壓痕缺陷

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 疊片實現(xiàn)初效過濾與深度過濾。通過對壓差的檢測與時間的設定，實現(xiàn)過濾器的自動反洗，從而使過濾器實現(xiàn)過濾、反洗的自動切換，達到滿足實際過濾效果的循環(huán)往復的工作過程。

1.1 過濾原理

（1）離心過濾。特殊的流向設計，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，導致相互間形成帶有許多凹槽的交叉點，凹槽大小、方向不同的疊片其形成交叉點的數(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被攔截，即使一部分顆粒通過表面交叉點，最終也會被下一個乃至更后面的交叉點攔截過濾，最終達到深層過濾的效果。

圖2 帶有許多凹槽的交叉點

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）。當帶有雜質(zhì)顆粒的介質(zhì)進入過濾器進水腔、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，達到使用要求后供往用戶點。

1.3 反洗過程

當過濾器壓差或時間到達設定值時，控制器下達反洗信號，此時由驅(qū)動電機驅(qū)動多路換向閥，當閥口到達首個過濾單元入口后，驅(qū)動電機停止運轉，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)進入活塞蓋，推動壓蓋向下運動，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，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，各個過濾單元反洗結束后，備用單元亦回復到備用狀態(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。每架軋機的工作輥冷卻水用量約800 m3/h，機旁工作輥冷卻水管路上設置疊片式過濾器，疊片式過濾器進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、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入，間隙過小密封使用壽命降低；③壓蓋導向部分過短，反沖洗時端部將密封圈帶出導致。

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復位彈簧預緊力不夠。

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)整壓蓋彈簧力來進行調(diào)整。

2.3 過濾單元導管斷裂

過濾單元導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，造成事故擴大化，并且使該單元的反洗功能徹底失效（圖8～圖9）。導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，導致過濾單元導管斷裂；②過濾器進、出口水腔壓差大，水系統(tǒng)壓力驟降，過濾單元產(chǎn)生水錘，導致導致過濾單元導管斷裂；③過濾單元導管壁薄、焊接工藝不佳，導致使用壽命變短。

圖8 過濾單元導管斷裂

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。當壓力差達到一定程度，影響供水壓力和流量時，就要進行反沖洗使過濾柱恢復正常。反沖洗時間過短會導致沖洗效果不佳，反沖洗時間過長會導致過濾器疊片“甩壞”。

3 預防及處理

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)過程中過濾單元導管斷裂的原因分析，提出以下改進措施：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，提出以下改進措施：①過濾器壓差報警設定為0.06 MPa，當過濾器進出口壓差＞0.06 MPa 時，反沖洗自動啟動；②通過收集反沖洗時間與實際壓差及過濾器實際效果數(shù)據(jù)，利用6σ工具DOE 開展自定義因子實驗（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)過程中一用一備設置，實現(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 結束語

通過對疊片式過濾器結構、性能的改進，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)品時的點狀壓痕缺陷，在取得較好經(jīng)濟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，運行效果良好。