全密度聚乙烯装置振动筛堵孔机理与解决对策

程云芬，段滋华，李多民，闫江川

（1太原理工大学化学化工学院，山西 太原030024；2广东石油化工学院机电工程学院，广东 茂名525000；3河北省科技工程学校，河北 保定071000）

筛分是物料加工过程的一个重要步骤。在筛分过程中，振动筛使物料颗粒经过松散、分层、透筛，最终达到物料筛分目的的筛分机械［1］。随着现代工业的不断发展，筛分作业成为目前应用最广泛和最有效的物料分离的方法，因此筛分技术越来越受到国内外研究者的关注，并对其进行了大量的研究与探索。近几年涌现出很多种先进的筛分设备，处理粒度范围从原来的0.1～300mm的物料颗粒增大到能够处理更大粒度的各种各样的颗粒物料［2］。筛机能够对物料进行脱水、脱泥、脱介、分级、按粒径或质量分选等，广泛应用于煤炭、水利、矿业、制盐、粮食加工、化工等各个行业。粉末振动筛是全密度聚乙烯装置中造粒下料线中间重要设备，在使用过程中出现了很多问题，如在其工作一段时间后筛网上往往会黏结大量的物料垢，阻碍粉状物料的正常采集，给装置生产带来很大的影响，影响生产和经济效益。

1 问题与分析

全密度装置振动筛是造粒下料线中间重要设备，主要作用是将聚乙烯粉料树脂夹带的经破块器破碎后的块或片状物等反应产生的过大块料筛分出来，通过可作手动控制或定时程序控制排料阀把块料排向地面的废料箱收集处理，以免影响到下游设备挤压机组的运行和产品的质量。

目前，在国内线性聚乙烯装置的挤压机组中，振动筛存在的问题都存在类似的情况。一般粉料振动筛出现的故障通常有以下几种情况。

（1）由于聚乙烯粉料表面含有水分等原因，筛网容易堵塞。如图1所示，为实际筛分过程中筛网堵塞的状况。为减少筛网堵塞频率，提高粉料树脂通过筛网率，适当增大筛孔尺寸后仍然存在小块料产生，且需要不定时地清理筛网。

图1 聚乙烯粉料在筛网的堵孔

（2）粉料从筛网两侧支撑板往外排地，高负荷生产的时候，粉料堆至左右两侧，造成粉料沿着筛网支撑筋板往外排，是粉料排地的主要原因。如图2所示，为聚乙烯粉料排地的实际现状。

（3）振动筛底部设计存在问题，倾斜角度不够，使振动筛底部壳板存在容易使粉料形成堆积、黏结，然后大量粉料在振动的作用下往外跳排。

（4）振动筛的筛网长度偏短，导致整个筛分行程很短，块料容易携带粉料一起出来。

图2 聚乙烯粉料排地

（5）振动筛的物料入口与出口是对中的，块料容易在筛网卡住，大量的块料在筛分过程中，由于形状不规则等原因被卡住不能够筛分出来，极容易造成筛网堵塞，在装置高负荷生产的时候，由于筛网的中间堵塞导致大量的粉料往外排。这时需要人工清理筛网，每隔1～2h必须进行清理一次，给操作工人带来了很大的工作量。

2 聚乙烯粉料堵塞筛网的因素

影响振动筛性能的因素有很多，其中包括物料特性、筛面结构参数、振动筛运动参数、筛网结构、筛丝材质等。从上述全密度聚乙烯装置振动筛在筛分过程中出现的问题中可以看到，振动筛存在的主要问题是筛网容易堵塞，经过分析主要原因如下所述。

2.1 物料颗粒形状

筛分物料中，颗粒的大小不一，形状各异，当颗粒的形状如图3所示，为大粒径或形状不规则的颗粒物料时，可能会导致筛孔堵塞。因为物料颗粒进入筛孔后达到一定的夹紧力时，此时如果没有足够大的振动强度，颗粒就不能脱离筛网，筛孔会被堵死。为了减轻这种筛孔堵死现象，设计筛网时要在满足筛丝强度的前提下，采用细丝和光滑材料，提高筛分效率。

2.2 相对分离粒径

相对分离粒径是指颗粒横截面在筛面的投影与筛孔面积的比值。相对分离粒径的大小决定了颗粒物料透筛概率的大小。筛分物料颗粒中，“易筛粒”是指粒径小于筛孔尺寸3／4的颗粒；“难筛粒”指的是粒径大于筛孔尺寸3／4的颗粒。在筛分过程中，将遮盖筛面，堵塞筛孔，阻碍颗粒物料运动的这一类粒径的颗粒，通常称为“阻碍粒”。易筛粒经过多次与筛孔碰撞，透筛的机会很大，所以，筛分物料中易筛粒含量越高，筛分效率越高，相反，如果难筛粒、阻碍粒含量越高，筛分效率则越低。

图3 聚乙烯粉料中的难筛粒

2.3 物料表面水分含量

Walters等指出［3－4］，水是一种模型黏结剂，表面含有水分的颗粒在相互接触时，液面发生合并，减少气液的表面积，降低系统的自由能，因此，在水的表面张力和粉料黏附力的作用下，聚乙烯粉料结团、黏丝是一个自发的过程。潮湿细粒物料通过这种自发的吸引作用产生团聚现象。试验表明，干燥的细粒物料之间的作用力对透筛过程几乎没有任何影响［4－5］。因此可以认为，潮湿细粒黏性物料表面水分的含量是引起物料颗粒产生团聚现象的主要因素。

筛分过程中，筛分物料表面水分含量的增加，将会提高筛分物料的运动阻尼，使物料分层困难，同时也易堵塞筛孔。实际生产中，当散状物料中的外在水分含量达到7%～14%或者物料的含泥量高时，筛分作业几乎无法进行。此时烘干物料或向物料淋水进行湿式筛分，可以提高筛分效率。

2.4 筛面结构

进行筛分作业时，由于物料在筛面上的运动速度快，在颗粒表面的水化膜张力和细粒粉料的黏附力的作用下，细小颗粒会黏在一起。有的虽然呈现分散的个体，但是相互之间也有粘连的性质。与此同时物料颗粒与筛丝发生非弹性碰撞，造成黏性物料黏附在筛网上。又因筛网上有很多交叉点，筛面上的加固螺钉、筛网支撑梁、筛网与筛梁交接边界等地方都容易滞留粉料，成为进一步集聚的凝聚核，最终在筛网上形成一张覆盖膜，堵塞筛孔。

上述原因造成筛分过程中筛网极易被堵塞，这严重地影响装置运行安全，尤其是关键机组的运行安全。筛网堵塞与清理过程都容易引起挤压机组的生产负荷与电流的波动过大。引发机组的正常运行状态转变为非正常状态。为保证关键机组的正常运行，减少设备运转的非正常状态产生，需要对振动筛进行针对性的技术改造。

3 改造技术思路

传统的筛分设备结构都是筛网或筛板固定在筛箱上，与筛箱一起振动，对筛丝和筛箱材质强度的要求很高，且筛分过程中产生的噪声很大，而且筛丝之间没有相对运动或相对运动较小。如果筛孔被堵，筛面的自清理能力较差，主要靠人工每隔一定的时间清理一次。堵孔现象严重时，会导致筛面的开孔率大大降低，严重影响筛分效率［6－9］。因此，筛网开孔率的大小很大程度上决定了振动筛的筛分效率。筛网的开孔率越大，颗粒物料透筛的概率越大，同时振动筛的处理能力也将大大提高。筛分过程中，潮湿细粒物料表面水分含量很高使得物料之间的“液桥力”明显增大，导致筛分时颗粒物料松散困难，流动性变差，颗粒与颗粒之间以及颗粒与筛丝之间会产生粘连，严重时，筛丝会“长粗”，物料则“成饼”。

近年来，国内外研究者一般从两方面解决潮湿黏性物料的堵孔问题：一是改变振动筛的运动形式和运动参数；二是对筛面结构进行优化设计，包括筛丝材质和筛面的结构形式。其中振动频率与振动筛振幅对筛分效率的影响有交互效应。当振动频率较低时，振幅越大，筛分效率越高，当振动频率较高时，振幅越大，筛分效率越低。当振动方向角和筛面倾角固定，为了提高振动筛的抛射强度，此时宜采用较大的振幅，同时筛分机的频率相应地较小［10－15］。鉴于此，针对振动筛筛网易堵孔、粘连的问题，提出一种改造方案以期解决该问题，即对振动筛的结构进行优化设计，从而提高筛分效率，创造经济效益，其思路如下所述，改进前后的设备示意图见图4、图5。

图4 改造之前示意图（单位：mm）

（1）在振动筛机体前端加装一个限位固定板，在筛网振动过程中限制其铅直方向的位移，同时依靠与筛网的碰撞起到加剧震动的作用；大块物料跳跃得高，而小颗粒物料跳跃得低，产生有效分层，能够起到防止堵孔和粘连的作用。

（2）在机体后端开一条横槽，将筛网以弹簧和螺栓固定，在此进行激振的同时减低振动筛对外部的振动影响。振动筛正常筛分作业时，噪声一般高于90dB（A），超过环境卫生标准85dB（A）和行业标准ZBD95001—87规定的90dB（A），严重影响了工人的身心健康。采用这种设计方式可以降低振动筛的噪声。

通过上述改造方法，达到增大振动效应，降低结垢速率，以此来节约除垢时间和成本，提高经济效益。

图5 改造之后示意图（单位：mm）

4 筛分技术的发展趋势

目前潮湿细粒黏性物料的筛分是一大难题，经过几十年的不断研究与探索，无论在理论上还是实践上，其筛分技术都取得了很大的进步，筛分效率和处理量也在逐步提高。综合国内外筛分技术研究的现状，难筛分物料的筛分问题具有如下发展趋势。

（1）通过振动筛运动规律的研究和对振动筛影响因素的分析，发现采用大振幅、大振动强度、较低频率和新型筛网，能够获得较好的筛分效果。

（2）优化参数设计。通过合理调整振动筛分机械的工作参数，可以显著改善筛分效果。提高振动筛的振幅，可以强化筛分过程，但是振动筛的振动强度太大，往往会影响筛分机的使用寿命，并且对筛箱与地基的强度要求也很高。博后筛的筛面采用多段筛面振动筛箱和机架不振动的方式，故能在大振幅、大振动强度和较低的频率条件下工作，筛分0～15mm的潮湿黏性细粒物料时，仍能取得较好的筛分效果。

（3）工艺组合，优势互补。目前，国内外用于筛分潮湿细粒物料的筛分机不下几十种，每种筛分机都有优缺点和应用范围，即没有一种振动筛能够筛分全部粒级的物料。因此集中某些型号筛分机的优点，进行组合设计是一条可行的思路。

（4）降低噪声，改善作业环境。筛分作业中产生的噪声很大，主要来源于振动电机、振动筛的整体振动和筛网与物料的碰撞等。考虑工人的健康以及环保要求，生产中采用非金属材质筛网，筛网振动筛箱不参与振动的方式，具有一定的缓冲作用，可降低噪声20dB（A）左右［3，16］。

5 结 论

（1）本文简要概述了振动筛的筛分机理以及筛分作业在散体物料处理工艺处理工艺中的地位。

（2）提出了线性聚乙烯装置的挤压机组中振动筛在运行过程中出现的主要问题是堵塞筛网，并分析了具体的原因，给出了一种新的设计方案。该方案有加剧筛网震动的作用，同时降低振动筛对外部的振动影响。

（3）给出了潮湿细粒物料筛分机械将向标准化、系列化、低噪声的发展方向。

致谢：本文是在段滋华、李多民两位导师的精心指导下完成的。两位老师严谨的治学作风、敏锐的思维、宽以待人的崇高品质及兢兢业业的工作态度使我受益匪浅。两位老师在指导研究工作的同时，对本人的生活也给予了无微不至的关心和帮助。在此论文完成之际，谨对导师致以最衷心的谢意！

感谢闫江川老师所给予的指导与关照！

另外，感谢其他所有帮助过我的老师和同学！

［1］ 焦红光.振动筛分过程解析［M］.北京：煤炭工业出版社，2008：16－20.

［2］ 闻邦椿.振动筛、振动给料机、振动输送机的设计与调试［M］.北京：化学工业出版社，1989.

［3］ 陆厚根.粉体技术导论［M］.上海：同济大学出版社，1998.

［4］ 赵跃民，陈惜明，朱红.潮湿细粒物料的透筛粘附模型［J］.中国矿业大学学报，2000，9（2）：430－433.

［5］ 赵跃民，陈惜明，朱红，等.潮湿细粒物料的粘附模型研究［J］.煤炭学报，2000，25（4）：430－433.

［3］ 陆厚根.粉体技术导论［M］.上海：同济大学出版社，1998.

［6］ 王宏凯.潮湿细粒原煤深度筛分堵孔粘孔现象的分析［J］.煤矿机械，2010，31（3）：226－227.

［7］ 王新文.减少物料筛分中堵孔颗粒的研究［J］.选煤技术，2003（3）：18－19.

［8］ 陈惜明，朱红，赵跃民.潮湿细粒煤用筛分机械的现状及发展［J］.煤炭加工与综合利用，2000（3）：6－9.

［9］ 孙刚.大型潮湿细粒物料筛分机的研制和应用［J］.煤炭加工与综合利用，2004（1）：18－20.

［10］ 陈惜明.潮湿细粒煤筛分过程中堵孔机理与解决办法［J］.江苏煤炭，2000（2）：33－36.

［11］ 陈清如，杨玉芬.干法选煤的现状和发展［J］.中国煤炭，1997，23（4）：19－22.

［12］ 赵跃民，刘初升.干法筛分理论及应用［M］.北京：科学出版社，1999.

［13］ Cape C E.造粒技术［M］.北京：化学工业出版社，1992.

［14］ Fayed M E，Otten L.粉体工程手册［M］.北京：化学工业出版社，1992.

［15］ 方瑞.提高振动筛工作效率的措施［J］.现代面粉工业，2009（1）：30－33.

［16］ 张中元.提高振动筛处理能力的途径［J］.黄金，2000（7）：36－38.