ZSK型擠壓造粒機組設(shè)備布置設(shè)計探討

盧新軍 中國石化集團寧波工程有限公司 寧波 315103

ZSK型擠壓造粒機組設(shè)備布置設(shè)計探討

盧新軍*中國石化集團寧波工程有限公司 寧波 315103

結(jié)合工藝流程和工程設(shè)計經(jīng)驗，闡述ZSK型擠壓造粒機組在設(shè)備布置設(shè)計中的要點。

擠壓造粒機組布置

擠壓造粒機組是聚乙烯裝置中最大、最復(fù)雜的機組設(shè)備，投資大、設(shè)計及供貨周期長，對聚乙烯裝置的最終產(chǎn)品——樹脂顆粒的質(zhì)量有著直接而重要的影響。隨著聚乙烯裝置生產(chǎn)規(guī)模的大型化，對擠壓造粒機組的技術(shù)要求也越來越高。目前大型擠壓機組以德國WP、日本的神戶制鋼(KOBLE)和日本的日鋼(JSW)三家公司為主，市場相對壟斷。德國WP生產(chǎn)的ZSK型擠壓造粒機組相對其它機型價格較高，而其具有操作穩(wěn)定、能耗低、物料適應(yīng)范圍廣、物料停留時間短等優(yōu)點，仍有不少用戶選擇。本文以某450kt/a線性低密度聚乙烯(LLDPE)裝置中，ZSK型擠壓機組為例，總結(jié)該擠壓造粒機組在設(shè)備布置設(shè)計中的一些經(jīng)驗，希望對今后的工作有所借鑒。

1 擠壓造粒機組的工藝流程簡述

擠壓造粒機組的工藝流程見圖1。

圖1 ZSK型擠壓機組工藝流程

脫氣后的粉料樹脂和添加劑按一定比例混合后，經(jīng)擠壓機進料斗送至工藝段，工藝段筒體通過熱油加熱，并由雙螺桿對物料進行機械剪切、捏合、混煉，使物料變成熔融流體后送至開車閥，經(jīng)熔融泵加壓后通過換網(wǎng)器濾出雜質(zhì)，再經(jīng)模板的?？讛D出，由切粒機水下造粒，切出的粒子由切粒水帶至除塊器除去大塊物料，并對物料和水進行分離，再經(jīng)顆粒干燥器干燥后送至顆粒振動篩，除去顆粒物料后經(jīng)風送系統(tǒng)送摻混系統(tǒng)。經(jīng)除塊器和干燥器分離的切粒水經(jīng)過濾后返回切粒水箱循環(huán)使用。

2 設(shè)備布置

擠壓造粒機組一般與樹脂脫氣系統(tǒng)、添加劑系統(tǒng)、風送系統(tǒng)同框架布置，由上至下依次為樹脂脫氣系統(tǒng)、添加劑系統(tǒng)和擠壓造粒機組，風送系統(tǒng)分散布置。在布置擠壓造粒機組時，應(yīng)重點注意以下幾個方面。

2.1擠壓機進料斗的布置

(1)確定擠壓機進料斗位置。在擠壓機組中，僅有擠壓機進料斗與上游設(shè)備在布置上有直接關(guān)聯(lián)，因此在擠壓機組布置時，先確定擠壓機進料斗的位置，進而確定擠壓機組的位置。樹脂脫氣系統(tǒng)和添加劑系統(tǒng)的物料依靠重力流輸送，因此在確定擠壓機進料斗位置時，應(yīng)與上游設(shè)備統(tǒng)籌考慮，盡量使添加劑系統(tǒng)的設(shè)備布置在同一跨度內(nèi)，減小樹脂/添加劑輸送機的軸向尺寸，延長使用壽命。同時應(yīng)滿足進料管道布置的工藝要求和自身的操作檢修要求。例如在該450kt/a LLDPE裝置中，擠壓機進料斗進料管線要盡量短(小于5m)，管線坡度為50～70°，水平或垂直管段長度小于500mm，為便于檢修樹脂/添加劑輸送機，該管線上還需設(shè)約1m長的可拆卸短管。另外，擠壓機進料斗上部排氣口帶有過濾器，需要進料斗上部有600mm的檢修凈空。

(2)擠壓機進料斗平臺的設(shè)置。ZSK型擠壓機配套的進料斗雖然依靠擠壓機本體承重，但還需要對進料斗設(shè)置導(dǎo)向框架，進料斗的平臺應(yīng)依靠導(dǎo)向框架設(shè)置。為了避免影響擠壓機的操作檢修，一般進料斗導(dǎo)向框架不在地面生根，而是倒吊在二層平臺的梁底。同理，進料斗平臺的梯子也可以在二層平臺開孔，設(shè)置向下的斜梯，不影響地面擠壓機組的操作檢修。見圖2、圖3。

圖2 擠壓機組平面布置圖(EL±0.000～EL.10000)

2.2 擠壓機組廠房尺寸確定

擠壓機組廠房的長度和寬度主要由擠壓機組本身決定，相關(guān)條件是機組本身附加單元的布置及檢修要求，機組周邊的排水溝及電纜溝條件。需要重點考慮的是擠壓機組廠房高度，確定這層廠房高度主要考慮的因素:

(1)擠壓機緩沖料斗的高度以及緩沖料斗本體所帶過濾器的檢修空間(如果緩沖料斗帶有過濾器)。

(2)單軌吊車檢修擠壓機部件時需要的最小起吊高度。

(3)檢修吊車自身及軌道的高度，尤其是電動吊車的高度。由于裝置越來越大型化，擠壓機需檢修的部件重量及檢修吊車的噸位也相應(yīng)增加，原來設(shè)置手動吊車就滿足檢修需求的地方，現(xiàn)在需設(shè)置電動吊車，而電動吊車的尺寸遠大于手動吊車的尺寸。例如在該450kt/a LLDPE裝置中，依據(jù)最大檢修部件重量選用20t電動單軌吊車本體高度為3385mm，而手動吊車的本體高度僅500mm左右。

圖3 擠壓組立面及局部平面布置圖

(4)擠壓造?？蚣芰旱母叨?。因為擠壓造?？蚣転榛炷量蚣?，具有梁高、柱大的特點，例如在該裝置中，擠壓機組上方的主梁高度為1300mm。

(5)主要物料管線的布置。計算這層廠房最低高度為廠房地坪高度、吊車最低起吊高度、吊車自身高度、吊車軌道自身高度、吊車軌道頂距梁底的距離(軌道上方可能布置管道)、梁高之和。每臺吊車都計算，以計算結(jié)果最大的高度值為準，然后再用擠壓機進料斗所需的高度進行校正，取二者中的較大值。該裝置按上述計算原則計算，圓整后的層高為10m。

2.3 擠壓機組檢修吊車的布置

由于擠壓機組的管線密集，需檢修的部件較多，同時橋式吊車的設(shè)置無法滿足設(shè)備布置、管道布置、檢修區(qū)域的設(shè)置要求，因此需要設(shè)置多臺單軌吊車。密集布置的吊車又給管道布置造成了很大的麻煩，吊車的布置應(yīng)主要考慮以下幾個因素:

(1)吊車布置總體上應(yīng)遵循擠壓機供貨商提供的建議布置，不應(yīng)有大的改動，只能根據(jù)實際情況微調(diào)。當擠壓機供貨商的建議布置與管道布置有沖突時，應(yīng)及時與擠壓機供貨商溝通，調(diào)整方案應(yīng)得到他們的確認。

(2)吊車的布置應(yīng)避免相互之間的影響。尤其是呈“T”型布置的吊車之間，應(yīng)注意吊車軌道是否與相鄰軌道間距過小，影響相鄰的吊車運行。

(3)ZSK型擠壓機組在檢修吊車中，工藝段及切粒機的檢修吊車和熔融泵及熔融泵齒輪箱的檢修吊車呈“十字”交叉布置，熔融泵及熔融泵齒輪箱的檢修吊車因為檢修荷載相對小，應(yīng)布置在上方，且在工藝段和切粒機的檢修吊車兩側(cè)應(yīng)各安裝一個葫蘆。

值得注意是:圖2和圖3設(shè)置的吊車僅限于日常的檢修和維修，無法滿足擠壓機整個大部件的吊裝，這需要在設(shè)計文件中注明，避免因超載造成損失。例如圖2中熔融泵齒輪箱上方吊車，只能起吊熔融泵的蓋子、軸、支座、連接器和熔融泵齒輪箱的蓋子、軸、支座、連接器、齒輪，不能起吊整個熔融泵或整個熔融泵齒輪箱。

2.4 熱油單元的布置

(1)擠壓機熱油單元應(yīng)布置在爆炸危險區(qū)域之外。與擠壓機組同框架布置的添加劑系統(tǒng)和擠壓機熱油單元沒有布置在同一層，而且是布置在廠房內(nèi)，因此在爆炸危險性方面對擠壓機熱油單元的布置不存在影響，需要注意的是布置在擠壓造?？蚣苤苓叺钠渌ざ螌D壓機熱油單元布置的影響。例如該裝置中，擠壓造?？蚣芘c反應(yīng)框架分別布置在管廊兩側(cè)，在以反應(yīng)器為釋放源劃分爆炸危險性區(qū)域時，把擠壓機熱油單元覆蓋到了附加2區(qū)內(nèi)，為了滿足擠壓機供貨商對熱油單元與擠壓機之間的間距要求，不方便調(diào)整熱油單元的位置，因此需要把熱油單元的基礎(chǔ)從高出地面200mm加高到600mm。

(2)擠壓機熱油單元的布置還需根據(jù)現(xiàn)場的具體情況而定，雖然擠壓機熱油單元距離擠壓機越近，對生產(chǎn)越有利，但由于現(xiàn)場具體條件限制，很多情況下還是布置在擠壓造?？蚣苤?。如果建廠地區(qū)自然條件溫和，可以露天布置，在多雨的地區(qū)，若熱油單元中的電機不具備防雨功能，則必須增設(shè)防雨棚;如果自然條件惡劣，寒冷且多風沙地區(qū)則宜布置在封閉廠房內(nèi)，且應(yīng)考慮熱油單元的吊裝檢修。

2.5 除塊器、干燥器的布置

在進行設(shè)備布置時，應(yīng)盡量降低除塊器、干燥器的標高。二者的標高與從擠壓機進入除塊器的切粒水管線的高差有關(guān)，而這根切粒水管線的高差關(guān)系到切粒水電機的功率。所以在切粒水管線的配管設(shè)計時，應(yīng)盡量減小高差與彎頭數(shù)量，防止因管線阻力降過大造成顆粒沉降而堵塞管線，與此同時可以降低切粒水電機功率、節(jié)省投資和操作費用。另外在設(shè)備布置基本確定后，應(yīng)將除塊器、干燥器的標高和切粒水管線的單線圖發(fā)給擠壓機供貨商予以確認，尤其當布置的除塊器、干燥器的標高與供貨商建議的標高不一致時，這一點特別重要。在該裝置中，從干燥器出來的樹脂顆粒依次流經(jīng)顆粒振動篩、顆粒質(zhì)量流量計、顆粒緩沖斗、旋轉(zhuǎn)加料器后，風送至下游摻混系統(tǒng)。由于從干燥器到旋轉(zhuǎn)加料器物料依靠重力流輸送，因此這些設(shè)備應(yīng)在滿足工藝要求的前提下，從高到低依次布置，同時兼顧同層其它設(shè)備的布置，除塊器和干燥器的標高由此確定。顆粒干燥器與添加劑系統(tǒng)的緩沖料斗布置在同一層，由于顆粒干燥器需從上方進行檢修，上方要設(shè)置檢修用單軌吊車，再加上顆粒干燥器自身的高度較高，因此層高就比布置在同一層的其它設(shè)備高很多，僅僅因為顆粒干燥器這一臺設(shè)備而提高這層框架的層高很不經(jīng)濟，因此一般在顆粒干燥器的上方樓板開檢修孔，把顆粒干燥器的檢修吊車設(shè)置在框架的上一層，具體見圖3。

2.6 切粒水箱收集槽的布置

在與ZSK型擠壓機組配套的切粒水箱中，切粒水箱上方設(shè)置五個過濾器，每個過濾器下方需放置一輛小推車，用于接收過濾器排放出來的少量水和PE殘粒。由于需放置的小推車過多，很難合理放置，過濾器排放水和PE殘粒不能完全排入小推車，造成切粒水箱附近的地面積水。在該裝置中，經(jīng)過與擠壓機供貨商溝通，在切粒水箱過濾器的下方沿切粒水箱外壁做一個收集槽，收集槽具有一定的坡度，將五個過濾器的排放物匯聚到一起，在收集槽低點底部焊接一個薄鋼管，排放物排入下方小車中，這樣只需一輛小車，既方便管理又節(jié)省地面空間。

3 結(jié)語

在ZSK型擠壓造粒機組的設(shè)備布置設(shè)計中，擠壓機進料斗、檢修吊車、除塊器和顆粒干燥器、熱油單元及該層廠房高度應(yīng)重點關(guān)注，機組與同框架布置的其它單元既相互聯(lián)系又相互制約，在滿足擠壓造粒機組布置設(shè)計要求的同時，要在設(shè)計過程中對整個框架進行總體考慮，使設(shè)計方案真正做到布置緊湊、運行穩(wěn)定、占地適宜、投資合理、操作及檢修方便。

1 趙晶．大型聚烯烴裝置擠壓造粒機組的選擇［J］．石油化工設(shè)備技術(shù)，2008，29(1):39－42．

2 王昊．聚乙烯裝置改擴建擠壓造粒設(shè)備布置的優(yōu)化［J］．石油化工設(shè)計，2004，21(4):61－64．

3 林滌非．聚丙烯擠壓造粒工段設(shè)備布置和配管設(shè)計［J］．河南化工，2002(7):38．

By combination of process flow and engineering design experience，elaborate the key points of equipment layout design of ZSK type extrusion pelletizing unit for the design personnel's reference．

Study of Equipment Layout Design of ZSK Type Extrusion Pelletizing Unit

Lu Xinjun
(Sinopec Ningbo Engineering Company Limited，Ningbo 315103)

extrusion pelletizingunitlayout

*盧新軍:工程師。2002年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)。一直從事管道設(shè)計工作。聯(lián)系電話:(0574)87975345，E－mail: luxinjun.snec@sinopec.com。

(修稿回稿2012－01－13)