聚丙烯裝置固體添加劑系統(tǒng)運(yùn)行問題分析與措施

唐福鴻

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

聚丙烯裝置固體添加劑系統(tǒng)運(yùn)行問題分析與措施

唐福鴻

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

對(duì)某聚丙烯裝置擠壓造粒機(jī)固體添加劑系統(tǒng)運(yùn)行中的問題進(jìn)行分析，針對(duì)添加劑流量波動(dòng)幅度大、流量與設(shè)定值偏差大以及螺桿機(jī)粘料等問題，采取了相應(yīng)的措施，確保添加劑系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證了造粒產(chǎn)品的質(zhì)量。

聚丙烯；固體添加劑；失重式計(jì)量喂料器 ；螺桿機(jī)

某煉廠20萬t·a-1聚丙烯裝置引進(jìn)的是美國陶氏化學(xué)（The Dow Chemical Company）Unipol聚丙烯生產(chǎn)工藝，擠壓造粒機(jī)固體添加劑系統(tǒng)由康柏斯粉體工程有限公司提供。該系統(tǒng)自2010年投產(chǎn)至今，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素導(dǎo)致添加劑的流量不穩(wěn)定，造成產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，給公司的效益與品牌造成不利的影響。針對(duì)此系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，我們通過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察與分析，采取了相應(yīng)的措施，有效控制了固體添加劑系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 固體添加劑系統(tǒng)

1.1 固體添加劑系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介

此固體添加劑系統(tǒng)由康柏斯粉體工程有限公司提供（工藝流程見圖1）。添加劑由配劑人員通過倒袋站Y-6260倒入系統(tǒng)，倒袋站由料斗、除塵器、風(fēng)機(jī)、脈沖閥、倉門、門開關(guān)、操作盤、壓力表等組成。下來的物料進(jìn)入緩沖料斗S-6227，料斗配有稱重儀監(jiān)測(cè)物料重量，同時(shí)設(shè)有高料位開關(guān)提示加料人員料倉已加滿。下料處設(shè)有3個(gè)通氣口通入氮?dú)獯祾咻o助下料，此氮?dú)怆姶砰y與下料閘板閥同時(shí)開關(guān)。添加劑通過下料閘板閥進(jìn)入混料機(jī)S-6250，在混料機(jī)中添加劑與PP樹脂粉末母料按照1∶1比例充分混合?；炝蠙C(jī)設(shè)有稱重儀，用于檢測(cè)下料量，混料機(jī)通過1個(gè)自動(dòng)開關(guān)下料閥WV-6250-3進(jìn)行下料，此下料閥由下游的失重喂料器控制程序自動(dòng)控制，下游有失重喂料器S-6251/S-6253，這2臺(tái)喂料器按照一開一備設(shè)計(jì)。喂料器的加入量由產(chǎn)品配方確定，流量設(shè)定后，喂料器將根據(jù)控制程序自動(dòng)運(yùn)行，重量小于50kg發(fā)出重量低報(bào)警，此時(shí)聯(lián)鎖打開混合攪拌器S-6250下部下料閥WV-6250-3進(jìn)行下料至喂料機(jī)，補(bǔ)料重量250kg高報(bào)警后，自動(dòng)關(guān)閉下料閥WV-6250-3；喂料器下來的添加劑和樹脂粉末一起進(jìn)入擠壓造粒機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行混煉造粒。

圖1 固體添加劑工藝流程圖

1.2 計(jì)量喂料器工作原理簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)的計(jì)量喂料器是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，該計(jì)量喂料器采用的是瑞士K-TRON公司組合型計(jì)量螺桿機(jī)及其控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用失重式控制系統(tǒng)（控制原理見圖2），通過料斗重量的變化來控制螺桿機(jī)的喂料量。將給料料斗安裝在稱重裝置上，在單位時(shí)間里，將稱重儀的重量變化傳送至控制器，根據(jù)重量傳感器上重量的減少可以計(jì)算出當(dāng)前的質(zhì)量流量，即單位時(shí)間里物料重量的減少。質(zhì)量流量公式如下：

式中：MF為質(zhì)量流量，kg·h-1；W為料斗重量，kg；t為采樣時(shí)間，h。

將此流量與控制器的設(shè)定流量進(jìn)行比較，控制器將確定其控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此信號(hào)驅(qū)動(dòng)傳送至電機(jī)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使實(shí)際流量接近所期望的設(shè)定值，同時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也反饋至控制器中，確保其精確度。因此控制模式需要定期地給料斗進(jìn)行補(bǔ)料，當(dāng)料斗的重量達(dá)到所設(shè)定的最小補(bǔ)料量時(shí)，下料閥WV-6250-3將自動(dòng)打開進(jìn)行補(bǔ)料，重量達(dá)到設(shè)定的最大補(bǔ)料量時(shí)，下料閥WV-6250-3關(guān)閉，補(bǔ)料結(jié)束。在補(bǔ)料期間，稱重儀很難測(cè)量到其失重量，因此這段時(shí)間內(nèi)失重式控制模式將切換成體積模式，喂料器則會(huì)以補(bǔ)料前電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)行。補(bǔ)料結(jié)束后，控制模式切換回失重式控制模式。

圖2 喂料器失重式控制原理圖

2 問題分析和采取的措施

該固體添加劑系統(tǒng)自2010年9月投產(chǎn)至今，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)很多不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致添加劑的加入量滿足不了生產(chǎn)要求，產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。經(jīng)過對(duì)工藝流程進(jìn)行分析，對(duì)產(chǎn)生不穩(wěn)定因素的原因進(jìn)行探討，并采取相應(yīng)的解決措施，有效解決了運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，保證產(chǎn)品質(zhì)量受控。

2.1 添加劑流量波動(dòng)幅度大

在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)添加劑實(shí)際流量波動(dòng)幅度較大，為此，我們保持生產(chǎn)負(fù)荷不變，觀察和記錄固體添加劑的實(shí)際流量的變化情況，圖3是24h的流量曲線圖。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)負(fù)荷不變的情況下，添加劑流量設(shè)定值為80kg·h-1，而實(shí)際流量最高值近95kg·h-1，超出了設(shè)定值的15%以上。針對(duì)此問題，我們?cè)谝韵聝蓚€(gè)方面進(jìn)行了分析：

圖3 有干擾時(shí)的添加劑流量圖

1）檢查喂料器流量控制系統(tǒng)。流量控制系統(tǒng)包括變頻螺桿機(jī)、控制模塊、喂料器稱重儀及攪拌器等。首先對(duì)控制模塊進(jìn)行檢查，根據(jù)廠家的指導(dǎo)說明，對(duì)控制模塊在線校驗(yàn)和離線校驗(yàn)，確保控制模塊運(yùn)行正常，此后投用試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)依然存在，并無改觀。之后，嚴(yán)格按照規(guī)程對(duì)稱重儀進(jìn)行靜態(tài)砝碼校驗(yàn)，確認(rèn)在50kg、100kg、150kg、200kg、300kg、400kg重量時(shí)，稱重儀顯示準(zhǔn)確無誤。確認(rèn)稱重儀準(zhǔn)確后，再次投用系統(tǒng)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)并無改觀。為了排除攪拌器在運(yùn)行過程中的振動(dòng)對(duì)流量控制干擾可能導(dǎo)致流量的波動(dòng)，決定停用攪拌器進(jìn)行試運(yùn)行，運(yùn)行8h后，發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)依然存在，并無改觀。經(jīng)過以上3項(xiàng)的分析和試驗(yàn)，可以排除流量控制系統(tǒng)本身的問題。

2）檢查工藝系統(tǒng)的干擾。我們從圖1知道，整個(gè)添加劑系統(tǒng)設(shè)有氮?dú)獯祾?，Y-6260、S-6250、S-6227、S-6251及S-6253各料斗都設(shè)有壓力平衡線來保證系統(tǒng)壓力平衡。為了檢查工藝系統(tǒng)是否對(duì)喂料系統(tǒng)流量有所影響，決定切斷相關(guān)的工藝系統(tǒng)的壓力來進(jìn)行試運(yùn)觀察。①切斷系統(tǒng)的氮?dú)獯祾?，維持系統(tǒng)常壓，進(jìn)行試運(yùn)，發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)幅度比之前變小，為此，可以判斷出工藝系統(tǒng)對(duì)該系統(tǒng)有所影響；②在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步證實(shí)工藝系統(tǒng)的影響，用不同氮?dú)饬髁繉?duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，人為改變工藝系統(tǒng)的壓力，進(jìn)行再試運(yùn)，發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)幅度增大。由此可以斷定工藝系統(tǒng)氮?dú)獯祾邏毫Φ母淖優(yōu)橹饕颉?/p>

綜上所述，應(yīng)確保喂料器料斗壓力保持在一定壓力下，若是壓力有波動(dòng)，則會(huì)影響到喂料器稱重儀對(duì)料斗重量測(cè)量的精度，從而影響控制器對(duì)喂料流量的控制。而Y-6260過濾器的吹掃采用的是脈沖吹掃，當(dāng)吹掃投用時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)脈沖式的氣流，整個(gè)系統(tǒng)的壓力也會(huì)呈現(xiàn)出脈沖式的變化。因此，在操作時(shí)，我們采取兩點(diǎn)措施來預(yù)防流量的波動(dòng)：①在向系統(tǒng)加添加劑時(shí)，打開Y-6260過濾器的脈沖氮?dú)夥创凳珠y，避免加料過程中過濾器堵塞，同時(shí)關(guān)小系統(tǒng)氮?dú)獯祾吡髁浚苊獯祾叩獨(dú)馓笥绊懛哿舷鲁?。加料結(jié)束后，關(guān)閉其反吹手閥，避免脈沖氣流干擾；同時(shí)也不影響過濾器的的堵塞；②在喂料器流量不穩(wěn)定時(shí)，關(guān)閉喂料器室內(nèi)的門窗，避免外界氣流干擾。

通過以上試驗(yàn)，基本可以確定流量波動(dòng)幅度大的原因是工藝系統(tǒng)的干擾。通過這兩項(xiàng)操作，流量值波動(dòng)幅度明顯減少（圖4），保證了添加劑流量的穩(wěn)定。

圖4 抗干擾后流量圖

2.2 喂料器流量偏差

在解決喂料器流量波動(dòng)大的問題后，操作人員偶爾還發(fā)現(xiàn)喂料器料斗的重量下降值與喂料器流量值有偏差，就是說料斗重量下降的實(shí)際值比喂料器流量有偏差，系統(tǒng)實(shí)際的下料量與顯示值不一樣，最大偏差值能達(dá)到20kg以上。針對(duì)這一問題，通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)流量偏差最大時(shí)往往有以下現(xiàn)象：①在下料料斗補(bǔ)料時(shí)，流量偏差會(huì)增大；②在擠壓造粒機(jī)停機(jī)重新啟動(dòng)系統(tǒng)后流量偏差較大。針對(duì)以上兩個(gè)現(xiàn)象，分析有以下的原因：

1）在下料料斗補(bǔ)料時(shí)，物料對(duì)下料料斗的沖擊，造成稱重儀的偏差；

2）下料料斗補(bǔ)料時(shí)會(huì)伴隨有壓力的變化，對(duì)稱重儀的精度有影響；

3）隨著添加劑存放時(shí)間的變化，物料堆密度會(huì)有變化。

針對(duì)上述的問題，在操作中采取了以下3項(xiàng)措施：

①及時(shí)對(duì)喂料因子進(jìn)行校準(zhǔn)。喂料因子代表驅(qū)動(dòng)命令100%時(shí)的最大喂料能力。喂料器啟動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)命令與流量設(shè)定值的關(guān)系如下：

通常在正常運(yùn)行過程時(shí)，喂料器會(huì)自動(dòng)計(jì)算平均喂料因子，若出現(xiàn)偏差需要校準(zhǔn)時(shí)，采用自動(dòng)校準(zhǔn)程序，也可手動(dòng)輸入已知的喂料因子。因此，在發(fā)現(xiàn)流量有偏差時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)校驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整喂料因子。

②自動(dòng)補(bǔ)料值不要低于50kg，避免下料罐太空下料時(shí)對(duì)下料罐的沖擊太大，同時(shí)，停止補(bǔ)料值不要高于250kg，避免物料太多影響下料罐的壓力平衡。

③對(duì)于補(bǔ)料時(shí)的料斗的壓力變化要及時(shí)補(bǔ)償，因此需要確保系統(tǒng)壓力平衡線暢通。操作人員定期對(duì)系統(tǒng)的壓力平衡線進(jìn)行檢查和吹掃，保證平衡線通暢。

表1 常用添加劑

2.3 螺桿機(jī)卡料

本系統(tǒng)運(yùn)行前期，螺桿機(jī)不能長(zhǎng)周期運(yùn)行，運(yùn)行不超過3個(gè)月，螺桿機(jī)就出現(xiàn)卡料停機(jī)。經(jīng)過幾次螺桿機(jī)卡料拆修，發(fā)現(xiàn)有結(jié)塊的添加劑卡在螺桿上，螺桿上也有硬的粘料。針對(duì)此問題，對(duì)添加劑的物性及輸送存放條件進(jìn)行分析：

①本裝置所添加的物料主要有抗氧劑，輔抗氧劑，強(qiáng)化改性劑等（表1）。從表1中可以看出，Irganox 1010抗氧劑等熔點(diǎn)較低，在添加過程中，S-6250與PP母料攪拌時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量，添加劑局部溫升，軟化粘連。

②在物料存放和添加過程中，局部產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致添加劑抱團(tuán)結(jié)塊；

③添加劑因運(yùn)輸或存儲(chǔ)不當(dāng)導(dǎo)致潮濕結(jié)團(tuán)。

因此在運(yùn)行操作時(shí)，采取如下措施：

①縮短混合攪拌時(shí)間，采用間斷性、多次短時(shí)攪拌，避免持續(xù)攪拌發(fā)熱；從原來的1h的連續(xù)攪拌改為2次30min間斷攪拌；

②保證吹掃氮?dú)庥辛髁浚诒３值獾耐瑫r(shí)也可帶走一部分熱量；

③注意添加劑的存儲(chǔ)和運(yùn)輸，保持干燥，避免潮濕；

④定期檢查，確保系統(tǒng)的靜電消除設(shè)施的完好性；

⑤母料要保持冷卻狀態(tài)，避免熱的母料融化添加劑。

3 總結(jié)

控制原理，以及該系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行分析后，采取了適當(dāng)措施，消除了系統(tǒng)內(nèi)的氣流干擾，確保添加劑流量的穩(wěn)定和準(zhǔn)確，同時(shí)也確保系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

對(duì)擠壓造粒機(jī)固體添加劑喂料系統(tǒng)工藝流程和

Operation Problem Analysis and Solution of Solid Additive System in
Polypropylene Plant

TANG Fu-hong
（Guangxi Petrochemical Company， CNPC， Qinzhou 535008， China）

TQ 325.1+4

B

1671-9905（2015）09-0064-04

2015-07-10