延長擠壓機切刀使用壽命的研究

高鳳文，吉豪杰，宋清建，林大平，朱鑫

（中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司烯烴廠，遼寧 撫順 113004）

延長擠壓機切刀使用壽命的研究

高鳳文，吉豪杰，宋清建，林大平，朱鑫

（中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司烯烴廠，遼寧 撫順 113004）

目前線性低密度聚乙烯裝置使用LCM450H型擠壓造粒機，由日本神戶制鋼所生產(chǎn)，是國內(nèi)最大的擠壓造粒系統(tǒng)。在該機組中，切刀為易損部件，其使用情況與產(chǎn)品質(zhì)量和裝置成本有直接的關(guān)系。本文介紹了影響切粒機切刀使用壽命的因素及延長使用周期的方法。

切粒機；切刀；模板

Abstract：At present, the linear low density polyethylene plant in Fushun petrochemical company uses LCM450H pelletizer.The pelletizer was produced by Kobe steel company, and now it is the largest pelletizing system in China.The pelletizer cutter is wearing part; its service life affects directly the product quality and benefits of the polyethylene plant. In this paper, the factors of affecting the service life of cutter were analyzed, and the measures of prolonging the pelletizer cutter service life were discussed.

Keywords：Pelletizer；Cutter；Die plate

國內(nèi)某烯烴廠45萬t/a線性低密度聚乙烯裝置引進美國Univation公司的氣相流化床工藝技術(shù)。該裝置的擠壓切粒機組采用日本神戶制鋼公司生產(chǎn)的LCM450H型擠壓機組，該機組為目前國內(nèi)最大的擠壓造粒機組，設(shè)計年操作時間為8 000 h，操作彈性為60%～110%。

擠壓造粒機組是聚乙烯裝置生產(chǎn)的重要大型設(shè)備，其運行時間長短直接影響整個裝置的長周期運行。本文重點從切刀的操作參數(shù)調(diào)整出發(fā)，做到避免切刀非正常磨損，以及實現(xiàn)延長切刀使用壽命的目標。

1 切粒機簡介

1.1 切粒機型號及規(guī)格

撫順 LLDPE裝置采用的切粒機型號為UP1000N，為水下造粒機。切粒機主要規(guī)格為：

模板類型：加熱通道 ；

孔 徑：3.5 mm；

孔 數(shù)：6 360個；

加熱介質(zhì)：熱油 ；

表面硬化：碳化鈦鍍層；

切刀數(shù)量：20把；

轉(zhuǎn) 速：100～400 r/min；

電機功率：300 kW（VVVF）。

1.2 切刀簡介

切刀通過螺栓固定在切刀盤上，切刀盤安裝在可以前后移動的刀軸上，切刀通過刀軸自動加壓系統(tǒng)，使其一直貼近模板。切刀與模板時刻摩擦，為了避免模板的磨損，切刀本體為不銹鋼材質(zhì)，刀刃一般采用材質(zhì)較軟的復合型碳化鈦或高密度陶瓷材料，刀刃最大磨損量一般為2 mm。切刀的使用壽命與其生產(chǎn)的牌號、模板的平行度、切刀與模板的接觸壓力及操作參數(shù)的設(shè)定有的關(guān)系，根據(jù)不同的工況切刀的使用壽命一般在3到6個月不等。

2 切刀正常生產(chǎn)時相關(guān)參數(shù)的分析

2.1 切刀材質(zhì)的影響

切刀硬度必須和模板硬度相匹配，如果切刀的材料過硬會導致模板的相對磨損過大；如果切刀的硬度過小會引起切刀磨損量增大生產(chǎn)出不規(guī)則的顆粒和產(chǎn)生較多碎屑。切刀刀刃的鋒利度對樹脂顆粒的形狀也有很大影響，切刀刀刃鋒利切出的樹脂顆粒就比較規(guī)則也不帶碎屑。反之樹脂顆粒將粗糙不規(guī)則，有時會帶有拖尾，碎屑料，嚴重者會纏刀造成停車[1]。為了保證顆粒產(chǎn)品粒子晶瑩、飽滿、無棱角、碎塊須選擇合適的切刀材料及熱處理工藝，通常切刀材質(zhì)選用 Cr12MOV鋼號，硬質(zhì)合金材料及特殊合金鋼[2]。

2.2 進刀壓力調(diào)整

該切粒機切刀加壓系統(tǒng)能自動向切刀加壓，使其一直靠近模板，并處于合適壓力下，從而增強切刀操作。模板與刀具間的接觸壓力由液壓缸的油壓來控制。這個接觸壓力會影響顆粒的形狀及刀具的使用壽命。因此，液壓油的設(shè)置壓力需要認真確定并控制。通常，壓力過大會縮短模板與刀具的壽命。而壓力過低又會造成顆粒形狀不合格而切割不穩(wěn)定，甚至造成纏刀停車。最佳的設(shè)置取決于運行條件，如刀具數(shù)量，切割速度及顆粒冷卻水溫度。

正常情況下切刀與模板的接觸力F(n)主要受儀表風驅(qū)動氣缸推力F1和切刀高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力F2,其關(guān)系為：

圖1為理想切刀與模板接觸力下轉(zhuǎn)速與F1的關(guān)系圖[3]：

圖1 切刀轉(zhuǎn)速與F1的關(guān)系圖Fig.1 The relationship between cutter rotate speed and F1

2.3 產(chǎn)品顆粒大小的控制

在一定產(chǎn)量下，切刀轉(zhuǎn)數(shù)取決于顆粒的重量，在大多數(shù)工廠里對顆粒的大小是有要求的，大部分控制在 30～35（mg）。

顆粒重量的計算公式為：

式中：W1——顆粒重量, mg;

Q——產(chǎn)量, kg/h;

N——切刀轉(zhuǎn)數(shù), r/min;

D——膜孔數(shù)（按6 000計算）;

K——切刀數(shù)（20把）。

由以上公式可以看出在一定的產(chǎn)量下，顆粒重量（W1）與切刀（N）成正比，由此可見，切刀的轉(zhuǎn)數(shù)與產(chǎn)量是調(diào)整顆粒重量的主要參數(shù)。在正常生產(chǎn)時，產(chǎn)量一定，主要調(diào)整的切刀的轉(zhuǎn)數(shù)。圖2為30～35 mg顆粒重量下切刀轉(zhuǎn)速與產(chǎn)量的關(guān)系：

圖2 切刀轉(zhuǎn)速與產(chǎn)量的關(guān)系圖Fig.2 The relationship between cutter rotate speed and production capacity

在正常生產(chǎn)中，絕大多數(shù)客戶對產(chǎn)品顆粒的粒徑均無特殊要求，所以粒徑在允許范圍內(nèi)控制略大些對切刀有利，這樣能減少切割次數(shù)進而降低切刀的磨損。

2.4 刀軸鎖運行模式的選擇

切粒機運行模式有三種：

（1）刀軸向前運行模式。此模式適用于持續(xù)向前的壓力，刀具總是被壓到模板上，而壓力不變。一般來說，在生產(chǎn)低粘度樹脂時，最好采用刀軸向前的運行模式，以保持模板與刀具之間的壓力不變。

（2）刀軸手動鎖定運行模式。這種模式利用手柄來減少刀具軸向前運動時刀具的磨損并控制刀具的位置。這種運行模式下，操作人員應(yīng)該定期檢查顆粒的切割狀況，必要時手動旋轉(zhuǎn)手柄使刀具軸向前運動，這種操作不適合大型機組連續(xù)生產(chǎn)，一般極少采用，主要用于機組調(diào)試期間。

（3）刀軸自動鎖定運行模式，這種模式在刀軸向前運動時，利用氣缸來機械固定刀軸，從而減少刀具的磨損。刀軸鎖定時間、解鎖時間的長短可由操作人員設(shè)定，設(shè)定的時間可根據(jù)不同等級的產(chǎn)品及產(chǎn)量而變化。產(chǎn)出的顆粒形狀不規(guī)則時，如出現(xiàn)尾狀顆粒，刀軸應(yīng)解鎖并手動適當向前進刀。這種也是目前的主流操作，針對大多數(shù)牌號都適合，這種切粒模式即保證了顆粒的外觀，又降低了切刀的磨損量，增加了切刀的使用壽命。對于硬度小的料延長自動解鎖間隔時間，對于硬度大的料應(yīng)適當縮短自動解鎖間隔時間。對于極特殊的牌號可以直接手動控制刀軸鎖，防止退刀、斷刀等情況發(fā)生。

目前撫順采用的是第三種模式切粒，程序設(shè)定為：開工30 min后自動鎖定，每隔1 800 min解鎖2 s，進行調(diào)整刀距。

2.5 顆粒水溫度的控制

顆粒水的作用是冷卻、輸送顆粒。顆粒水溫度對于顆粒的外觀及切刀的磨損有重要作用。水溫過低擠出的樹脂溫度低料硬，不但對切刀磨損大易產(chǎn)生細粉，而且易堵膜孔，但優(yōu)點是切出的顆粒飽滿外形較美觀。水溫過高擠出的樹脂溫度高料軟，切出的顆粒容易帶尾，顆粒外形不規(guī)則，但優(yōu)點是對切刀的磨損小。

對顆粒外形沒有特殊要求的情況下，切刀前期磨損量小，切割性能好，水溫高也不會出現(xiàn)帶尾料，這樣有利于減少細粉降低切刀的磨損。但水溫也是由上限的。溫度過高會使顆粒粘連造成下游堵塞。樹脂的粘結(jié)溫度與樹脂的密度和指數(shù)有關(guān)。具體如下式[5]：

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)（丁烯牌號）[4]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)-5（己烯牌號且0.931≤D）[5]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)-3（己烯牌號且0.931＜D＜0.950）[5]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)（己烯牌號且 D≤0.950）[5]

式中：T——樹脂粘結(jié)溫度,℃;

D——樹脂密度, g/cm3;

MI——樹脂熔融指數(shù), g/10 min。

正常的操作溫度最高溫為T-10（℃），即切粒室出口溫度不得高于T-10（℃）。為保險起見我們將切粒室出口溫度報警值根據(jù)不同的牌號改為T-15（℃）。

隨著切刀的使用磨損量增大，我們根據(jù)顆粒外形調(diào)整水溫，但水溫不能過低，高溫度模板遇到過低溫的水不但容易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力損壞模板，而且易堵塞膜孔影響造粒。根據(jù)顆粒形狀及切刀磨損情況，撫順石化生產(chǎn)的丁烯-1共聚低密度膜料產(chǎn)品來說最佳溫度范圍為70～75 ℃。

2.6 正確的磨刀操作

切刀的安裝水平直接影響磨刀效果，磨刀的目的是使刀與模板完全貼合，如安裝時刀面的偏差過大，磨刀時就會有部分刀磨損過大影響切刀的使用壽命。刀與刀表面偏差理想值是0.015 mm，且越低越好。

磨刀根據(jù)刀的廠家不同操作時間也不同，在磨刀時防止刀壓過高造成切刀根部磨損過大嚴重影響切刀的壽命。正常磨刀一般在低壓低速下進行，磨刀時間根據(jù)經(jīng)驗進行摸索，不同的刀所需時間不同。所有刀都剛好磨到是磨刀的最佳狀態(tài)。如磨刀時間不夠，刀與模板未完全貼合，生產(chǎn)時容易產(chǎn)生大小粒。如磨刀時間過長，切刀磨損量大，減少切刀的使用壽命。同時模板的平整度對切刀影響也很大，所以每次沒到之前要檢查清理好模板，使模板表面清潔平整，在每次磨刀或開車之前涂好硅油，增加刀與模板間的潤滑減少切刀的磨損。

2.7 其他相關(guān)操作

影響切刀和切粒效果的其他因素還有很多，如機組頻繁開停、頻繁提降產(chǎn)量、操作期間參數(shù)大的波動等等。平穩(wěn)操作對所有運行的機組來說都是有利的，尤其對于擠壓機這樣的聯(lián)合機組更是如此，因此應(yīng)該在平穩(wěn)操作上多下功夫，加強日常維護、保養(yǎng)，強化巡檢力度及時發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，避免不必要的停車。

3 結(jié)束語

擠壓造粒機組作為聚烯烴樹脂生產(chǎn)線上的大型機組，程序復雜，連鎖條件相對較多，經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問題。切刀作為切粒機的核心部件，需要我們不斷的探索、完善，使其能長周期運行，從而實現(xiàn)整個機組的更長周期平穩(wěn)運行。撫順石化45萬噸/年線性低密度聚乙烯裝置通過長期對切粒機操作條件的摸索，實現(xiàn)了切刀使用壽命長達 23個月的運行時間，為擠壓機的長周期運行提供了有效保障。

［1］王剛，劉峰．擠壓機常見切粒故障分析及處理[J]．石化技術(shù)，2011(2).

［2］王進澤.造粒機模板與切刀對聚乙烯顆粒質(zhì)量的影響[J].合成樹脂及塑料,1996(6).

［3］KSW操作維護手冊[R].

［4］E.H. Theobald, "Resin Sticking Temperature"[R]. Memorandum to J. M.Jenkins, III, August 25, 1988.

［5］M. W. Blood, "Kill Temperatures for PE"[R]. Memorandum to R. N. Reib,January 27, 1997.

Study on Prolonging the Pelletizer Cutter Service Life

GAO Feng-wen, JI Hao-jie, SONG Qing-jian, LIN Da-ping, ZHU Xin

(PetroChina Fushun Petrochemical Company Olefin Factory, Liaoning Fushun 113004, China)

TQ 325

A

1671-0460（2014）09-1916-03

2017-05-10

高鳳文（1981-），男，遼寧省撫順市人，工程師， 2005畢業(yè)于遼寧石油化工大學環(huán)境工程，研究方向：從事石油化工技術(shù)工作。E-mail：gaofengwen@petrochina.com.cn。