聚烯烴造粒廠房粉塵回收方案研究

劉益弘，董奇，汪洋

工藝與裝備

聚烯烴造粒廠房粉塵回收方案研究

劉益弘，董奇，汪洋

（中國(guó)寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012）

由于聚烯烴擠壓造粒廠房在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)釋放粉塵，因此通常設(shè)有粉塵回收系統(tǒng)用于清除粉塵，降低粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)與職業(yè)危害。通常聚烯烴造粒廠房設(shè)有真空清潔系統(tǒng)，近年來(lái)隨著工業(yè)吸塵器的發(fā)展，其已經(jīng)能夠滿足擠壓造粒廠房防爆生產(chǎn)環(huán)境回收粉塵的要求。本文研究了真空清潔系統(tǒng)與工業(yè)吸塵器的技術(shù)原理與應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)比了兩種技術(shù)方案的優(yōu)劣，為造粒廠房粉塵回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考。

聚烯烴；擠壓造粒；真空清潔系統(tǒng)；工業(yè)吸塵器

聚烯烴是由一種或幾種烯烴聚合或共聚制得的聚合物，主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚烯烴彈性體(POE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等高級(jí)烯烴聚合物。聚烯烴具有質(zhì)輕、耐化學(xué)性佳、耐水性好、機(jī)械物性佳等特點(diǎn)，是產(chǎn)量最大、應(yīng)用廣泛的高分子材料，可應(yīng)用于薄膜、管材、板材、各種成型制品、電線電纜等，在農(nóng)業(yè)、包裝、電子、電氣、汽車、機(jī)械、日常用品等方面有廣泛的用途。由于其良好的應(yīng)用性，我國(guó)聚烯烴的需求量不斷增長(zhǎng)，2020-2024年國(guó)內(nèi)預(yù)計(jì)PE新增產(chǎn)能1 279萬(wàn)t，PP新增產(chǎn)能1 240萬(wàn)t[1]。

聚烯烴由烯烴聚合生成，聚合產(chǎn)生的粉料性能和質(zhì)量很不穩(wěn)定，很難作為下游生產(chǎn)工藝的原材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，因此需要在聚合反應(yīng)生產(chǎn)的粉料中加入添加劑，并通過(guò)擠壓造粒生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的固體顆粒產(chǎn)品。

1 擠壓造粒與真空清潔系統(tǒng)

1.1 擠壓造粒工藝與設(shè)備

擠壓造粒是聚烯烴裝置的重要組成部分，聚合裝置生產(chǎn)的聚烯烴粉料產(chǎn)品經(jīng)風(fēng)送系統(tǒng)進(jìn)入擠壓造粒廠房粉料料倉(cāng)，粉料料倉(cāng)內(nèi)的產(chǎn)品通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入混合輸送機(jī)，由于粉料產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，容易氧化，因此需要在混合輸送機(jī)內(nèi)加入添加劑以改善產(chǎn)品性能，聚烯烴粉料與添加劑在混合輸送機(jī)內(nèi)充分混合后進(jìn)入擠壓造粒系統(tǒng)進(jìn)行水下造粒，生產(chǎn)的聚烯烴固體顆粒需要經(jīng)過(guò)干燥脫水及篩分后送入摻混料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行摻混，最終輸送至包裝料倉(cāng)進(jìn)行包裝[2]，典型的擠壓造粒工藝流程如圖1所示。

圖1 典型擠壓造粒工藝流程

擠壓造粒廠房通常為三至四層，粉料料倉(cāng)位于擠壓造粒廠房頂部，聚烯烴粉料受重力經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入位于廠房二層的混合輸送機(jī)內(nèi)，廠房三層設(shè)有若干數(shù)量的添加劑倒袋站，用于添加劑的計(jì)量加入，外購(gòu)的袋裝添加劑經(jīng)失重秤按比例計(jì)量后同樣進(jìn)入位于二層的混合輸送機(jī)。輸送機(jī)將混合后的粉料產(chǎn)品與添加劑送入位于一層的擠壓造粒系統(tǒng)完成造粒。造粒完成的聚烯烴產(chǎn)品顆粒在廠房一層料斗內(nèi)緩存后由風(fēng)送系統(tǒng)輸送至下游工段[3]。

根據(jù)擠壓造粒廠房的布置，廠房三層需要進(jìn)行袋裝添加劑的搬運(yùn)與加入，其操作過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生粉塵釋放與堆積；廠房二層需要進(jìn)行粉料產(chǎn)品與添加劑的混合，混合和排放過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生粉塵釋放；廠房一層在造粒過(guò)程中會(huì)發(fā)生少量顆粒泄漏，由于其原料均為粉料，排放過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生粉塵釋放。因此擠壓造粒廠房各層在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生粉塵的釋放與聚集，從而帶來(lái)粉塵爆炸等隱患，也會(huì)造成相關(guān)職業(yè)危害，因此如果不及時(shí)清除生產(chǎn)過(guò)程中釋放的粉塵及顆粒，將會(huì)對(duì)擠壓造粒廠房的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。

為了清除擠壓造粒廠房?jī)?nèi)的粉塵，聚烯烴技術(shù)專利商（Basell，Ineos等）通常在擠壓造粒廠房?jī)?nèi)設(shè)有真空清潔系統(tǒng)用于清除各層地面及設(shè)備表面的粉塵。近年來(lái)，隨著工業(yè)吸塵器技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)能夠滿足擠壓造粒廠房粉塵防爆環(huán)境需要，防爆工業(yè)吸塵器成為了擠壓造粒廠房粉塵回收系統(tǒng)新的技術(shù)方案。

1.2 真空清潔系統(tǒng)粉塵回收研究

真空清潔系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器、旋轉(zhuǎn)閥、吸嘴、軟管及配套管線組成，典型系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 典型真空清潔系統(tǒng)組成

風(fēng)機(jī)及過(guò)濾器由管道連接，風(fēng)機(jī)開(kāi)啟后產(chǎn)生負(fù)壓，擠壓造粒廠房?jī)?nèi)各層設(shè)有管道接頭，接頭連接有軟管及吸嘴，用于該層各處的粉塵收集清潔，粉塵被負(fù)壓抽吸進(jìn)入過(guò)濾器，含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入進(jìn)風(fēng)管內(nèi)通過(guò)初級(jí)沉降后，較粗顆粒塵及大部分粉塵在初級(jí)沉降及自身重力的作用下，沉降至灰斗中，并從出灰口排出。另一部分較細(xì)粉塵在循環(huán)風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入中筒體并吸附在濾袋表面上，潔凈氣體穿過(guò)濾袋進(jìn)入上部筒體經(jīng)出風(fēng)管口排出[4]。隨著過(guò)濾工況的不斷進(jìn)行，積附在濾袋表面上的粉塵不斷增加，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要進(jìn)行清灰來(lái)達(dá)到抖落粉塵、降低設(shè)備阻力的目的。過(guò)濾器通常采用脈沖控制儀定時(shí)控制脈沖閥進(jìn)行噴吹清灰的方法，使濾袋在脈沖壓縮氣的作用下造成布袋瞬間鼓脹，抖落粉塵。粉塵沉積到過(guò)濾器底部，通過(guò)旋轉(zhuǎn)下料閥定時(shí)收集，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)排出，引至安全地點(diǎn)放空。

雖然真空清潔系統(tǒng)可以通過(guò)廠房?jī)?nèi)各層設(shè)置的接點(diǎn)回收清潔設(shè)備及地面的粉塵，但在實(shí)際生產(chǎn)操作中，真空清潔系統(tǒng)仍存在以下主要問(wèn)題[5-6]：

（1）管道接頭為固定設(shè)置，使用不便。真空清潔系統(tǒng)的管道接頭固定設(shè)置于擠壓造粒廠房墻面，雖然設(shè)有軟管可覆蓋一定區(qū)域范圍，但在實(shí)際使用中仍然不夠靈活，無(wú)法有效覆蓋廠房整個(gè)區(qū)域。軟管頻繁拉伸使用，容易造成破損，需要定期更換。

（2）各處管道接頭共用一套風(fēng)機(jī)及過(guò)濾器，操作經(jīng)濟(jì)性不高。由于整套真空清潔系統(tǒng)只設(shè)有一臺(tái)共用過(guò)濾器及風(fēng)機(jī)，過(guò)濾器及風(fēng)機(jī)能力需要考慮覆蓋所有接頭同時(shí)使用的情況，然而在實(shí)際生產(chǎn)中很少出現(xiàn)每層各接頭處同時(shí)使用進(jìn)行除塵的情況，通常為某一層單獨(dú)進(jìn)行除塵清潔，因此造成實(shí)際使用中風(fēng)機(jī)及過(guò)濾器能力過(guò)大，操作經(jīng)濟(jì)性不高。

（3）配套設(shè)備多，安裝施工量大。真空清潔系統(tǒng)配有風(fēng)機(jī)、過(guò)濾器、旋轉(zhuǎn)閥等設(shè)備及大量管線，由于擠壓造粒廠房每層都需設(shè)置管道接頭，因此相關(guān)管線需要豎向貫穿整個(gè)廠房，每層樓板都需要設(shè)置相關(guān)開(kāi)孔，且每層設(shè)有的若干個(gè)管道接頭也會(huì)造成管線布置復(fù)雜性。此外，風(fēng)機(jī)等設(shè)備也需要設(shè)置設(shè)備基礎(chǔ)并安裝在專門區(qū)域，安裝施工量較大。

2 工業(yè)吸塵器粉塵回收研究

隨著工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，工業(yè)吸塵器已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種大中小型工廠企業(yè)。工業(yè)吸塵器可用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中收集廢棄物、過(guò)濾和凈化空氣、進(jìn)行環(huán)境清掃。工業(yè)吸塵器能夠吸取各類金屬、非金屬、油、水等顆粒污物及液體，吸收有毒有害氣體，具有可連續(xù)24 h使用，吸力強(qiáng)勁、儲(chǔ)塵容積大、使用壽命長(zhǎng)、可耐高溫。根據(jù)其工作原理，工業(yè)吸塵器可分為干式吸塵器與濕式吸塵器，也可根據(jù)其安裝位置分為固定式和移動(dòng)式[6]。

擠壓造粒廠房?jī)?nèi)存在粉塵釋放可能的設(shè)備較多，需要進(jìn)行除塵操作的區(qū)域廣泛，為了方便操作使用，可選用移動(dòng)式吸塵器，在擠壓造粒廠房各層內(nèi)設(shè)置一至兩臺(tái)移動(dòng)式吸塵器即可滿足除塵要求，易用性較好。由于擠壓造粒廠房?jī)?nèi)產(chǎn)生的粉塵為聚烯烴粉料及添加劑粉塵，粉塵溫度較低且不含有害成分，因此適用干式吸塵器[7]。

由于擠壓造粒廠房為粉塵環(huán)境，因此根據(jù)相關(guān)電氣防爆規(guī)范，廠房的全部或部分被劃分為粉塵防爆危險(xiǎn)區(qū)。在擠壓造粒廠房?jī)?nèi)使用工業(yè)吸塵器進(jìn)行除塵操作時(shí)，需根據(jù)相應(yīng)粉塵防爆危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)選擇防爆工業(yè)吸塵器，以滿足安全要求。目前市場(chǎng)已有的防爆工業(yè)吸塵器可滿足IEC或ATEX認(rèn)證，其中IEX ZONE 22或ATEX Group2 Category3等級(jí)即可滿足擠壓造粒廠房使用要求。

3 擠壓造粒廠房粉塵回收技術(shù)對(duì)比

綜上所述，工業(yè)吸塵器相比真空清潔系統(tǒng)在擠壓造粒廠房用于粉塵回收時(shí)，具有易用性高、經(jīng)濟(jì)性好、安裝施工量少的優(yōu)點(diǎn)，兩者的相關(guān)對(duì)比如表1所示。

表1 防爆工業(yè)吸塵器與真空清潔系統(tǒng)的對(duì)比

通過(guò)對(duì)比可以看出，工業(yè)吸塵器相比真空清潔系統(tǒng)在粉塵回收具有明顯優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于聚乙烯、聚丙烯擠壓造粒廠房。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，聚烯烴材料需求與日俱增。作為聚烯烴生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，擠壓造粒生產(chǎn)的安全性受到了越來(lái)越多的重視?，F(xiàn)有的粉塵回收技術(shù)——真空清潔系統(tǒng)存在易用性差、安裝施工量大等缺點(diǎn)。近年來(lái)，隨著工業(yè)吸塵器技術(shù)的不斷發(fā)展，防爆工業(yè)吸塵器已能夠替代傳統(tǒng)真空清潔系統(tǒng)，且易于使用，施工量較少。通過(guò)合理選擇防爆工業(yè)吸塵器的類型，完全能夠滿足擠壓造粒廠房的需要，優(yōu)化擠壓造粒廠房操作與設(shè)計(jì)。

[1] 董陽(yáng)陽(yáng)，余輝.中國(guó)聚烯烴產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析及工藝特點(diǎn)[J].化工管理，2019（25）：123-126.

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[7] 楊葉.吸塵設(shè)備發(fā)展概況與展望[J].科技資訊，2019，17（16）：67-68.

Study on Powder Recovery System in Polyolefin Granulating Plant

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（China Huanqiu Contracting & Engineering (Beijing) Co., Ltd., Beijing 100012, China）

During the operation of polyolefin extrusion granulating system, dust will be released in the plant. Therefore powder recovery system is used to collect the powders, which will reduce the explosion risk and occupational hazard. Usually vacuum cleaning system is used to collect powders in polyolefin extrusion granulating plant, as the fast development of industrial vacuum cleaner, it is applicable to use as powder recovery system in polyolefin extrusion granulating plant. In this article, the theory and application of vacuum cleaning system and industrial vacuum cleaner were introduced,and disadvantages of the two methods were compared, which could provide some reference for powder recovery system design in polyolefin extrusion granulating plant.

polyolefin; extrusion; vacuum cleaning system; industrial vacuum cleaner

2020-04-03

劉益弘（1988-），男，工程師，碩士，青海西寧人，2010年畢業(yè)于天津大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，2019年畢業(yè)于北京大學(xué)公共管理專業(yè)，從事聚烯烴后處理工藝及成套設(shè)備方面研究。

TQ 325.1

A

1004-0935（2020）04-0414-03