煤化工聚烯烴擠壓造粒機組常見故障及處理

張 鑫，王 昌

（1. 國能包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014010；2. 內蒙古科技大學， 內蒙古 包頭 014010）

CIM460型擠壓造粒機組是某煤化工公司的大型機組，該機組由日本制鋼所制造，整臺機組的布置呈L型。機組總長約21.5 m，寬約10.0 m。該機組自2010年投入使用后，運行過程中出現了各種故障，影響機組長周期運行。本工作結合生產實踐，對該擠壓造粒機組運行中的常見故障、故障原因及故障處理措施進行研究，并制定相應的操作指導，以保證機組長周期運行。

1 工藝流程

聚乙烯粉料與添加劑混合進入擠壓機筒體，在高溫條件下擠壓熔融，混煉，升壓，經排料閥、齒輪泵及篩網，進入模板切粒。切粒機采用水下切粒方式，熔融的聚乙烯通過模板擠出，切粒機上旋轉的切刀貼合在模板表面，將其切成顆粒，并在水中冷卻，被顆粒水帶至干燥器，干燥后送至料倉。擠壓造粒機組工藝流程見圖1。

圖1 擠壓造粒機組工藝流程Fig.1 Process flow of extruder

2 擠壓造粒機組常見故障、原因分析及處理方法

2.1 混煉機故障

2.1.1 主減速箱漏油

主減速箱在運行過程中，輸入端與輸出端均出現過漏油量大的現象，因密封為骨架油封，需停機解體后方可更換，檢修時間達48 h［1］，同時機組需長時間運行以保證生產，故無法隨時檢修更換油封，只能關注油位及時補充潤滑油。

解決方法：將骨架油封更換為國產具有專利設計的剖分式油封，檢修時間僅4 h，同時密封效果也極大加強，運行過程中漏油得到控制。

2.1.2 螺桿磨損

擠壓造粒機組的螺桿密封屬于浮環(huán)密封，密封結構是由四層多瓣環(huán)組成兩組浮動密封環(huán)，外圓由彈簧箍緊，抱緊在螺桿上，以20～30 kPa氮氣為緩沖氣，來密封擠壓造粒機組的聚烯烴粉末。該密封可以滿足大軸徑、高轉速下螺桿的正常運行。然而浮動密封環(huán)抱緊在螺桿上會對螺桿產生磨損，設備長時間使用后，會在螺桿上磨出臺階，造成粉料大量泄漏。此時更換密封也不能解決問題，必須對螺桿進行外送修復處理。

解決方法：停工檢修期間，對螺桿進行檢查，確認浮動密封環(huán)密封處螺桿的磨損狀態(tài)，及時進行修復。此外，正在進行螺桿密封改造試驗，擬開發(fā)出一套剖分式機械密封產品，替代現有的四層多瓣環(huán)密封，在保證性能的前提下不磨螺桿，也便于檢修更換，縮短檢修時間。

2.1.3 盤車電機不能掛擋

擠壓造粒機組開車前，需要通過盤車電機對機組盤車。啟動盤車電機后，發(fā)現未能盤車，檢查發(fā)現盤車電機與減速箱連接的撥叉滑塊脫落，安裝新滑塊后正常。主要原因是停盤車電機后，操作人員在未確認盤車電機完全停止的狀態(tài)下撥動撥叉，撥叉因受力造成滑塊脫落。

解決方法：規(guī)范操作，保證盤車電機完全停運后，再進行下一步操作。

2.2 熔融泵故障

2.2.1 測速探頭故障

熔融泵電機與減速箱聯軸器處安裝有測速探頭，當電機側半聯軸器與減速箱側半聯軸器出現轉速差時，說明聯軸器之間的剪切銷斷裂，機組聯鎖停車。機組運行過程中，該差速報警曾多次出現，有時是剪切銷斷裂，有時是測速探頭故障，出現誤報。

解決方法：記錄好測速探頭與聯軸器的間距，出現差速報警時，分別對剪切銷和測速探頭進行檢查。此外，測速探頭的連接方式要保證牢靠，不能輕易松動。

2.2.2 齒式聯軸器剪切銷斷裂

擠壓造粒機組運行過程中，曾多次出現熔融泵電機與減速箱間齒式聯軸器剪切銷斷裂，造成擠壓造粒機組停車。剪切銷斷裂前，熔融泵電機電流及轉速無明顯變化。更換新剪切銷，排除齒式聯軸器故障的情況下，重新啟動機組后，機組運行正常。主要原因是由于在運行周期內，3個剪切銷與銷套間的間隙不一致，剪切銷長時間在交變載荷的作用下造成斷裂。

解決方法：出現此故障后，及時檢查齒式聯軸器，排除齒式聯軸器故障；安裝新剪切銷時，確保每個剪切銷與銷套間的間隙一致。

2.2.3 齒式聯軸器斷齒或磨損

擠壓造粒機組運行過程中，曾出現熔融泵電機與減速箱間齒式聯軸器外齒斷齒和磨損情況。齒式聯軸器出現故障后，會造成剪切銷斷裂，最終導致擠壓造粒機組停車。每次解體檢查齒式聯軸器時，若聯軸器內潤滑脂充足，可排除因潤滑不足造成的磨損。原因可能是由于熔融泵電機為變頻電機，電機轉速時刻都隨著生產負荷的變化而調整，聯軸器傳遞的扭矩也隨之變化。即使在不超負荷的情況下，聯軸器的齒面在承受交變載荷時，也總是承受著不規(guī)則脈沖沖擊，齒面會因此產生磨損、疲勞，最后損壞齒面。今后將對齒式聯軸器進行數據模擬，爭取找到該聯軸器磨損的詳細原因。

解決方法：出現此故障后，及時更換齒式聯軸器，每次停車后檢查聯軸器內潤滑脂是否充足；盡量避免大幅調整負荷。

2.2.4 變頻器故障

熔融泵在運行過程中，變頻器因超溫曾出現跳車情況，造成機組聯鎖停車；變頻器電源電池虧電也曾引起熔融泵停車，造成機組聯鎖停車。

解決方法：定期檢查維護電氣、儀表機柜，關注熔融泵變頻器運行溫度及環(huán)境溫度，保證變頻器運行溫度低于跳車溫度；此外，也可對變頻器所在區(qū)域進行改造，增加換熱器或者空調等保證其運行溫度低于跳車值；針對電池虧電情況，可定期對電源進行檢測更換。

2.3 模板故障

2.3.1 模板隔熱板變形

由于模板隔熱墊密封不嚴，造成隔熱板內部進水變形，變形嚴重時可導致切粒機切刀無法貼合到模板切粒帶，造成顆粒外觀不合格。

解決方法：在模板回裝過程中，必須按照要求進行熱緊，隔熱板處螺栓需要在模板熱緊后回裝。每次停車時，需要重新緊固隔熱板固定螺栓。

2.3.2 模板切粒帶點蝕

擠壓造粒機組運行過程中，曾經出現顆粒拖尾不合格現象。停車后對模板進行檢查，切粒帶存在表面剝離現象。

2.3.2.1 切粒帶表面汽蝕

切粒過程中的汽蝕現象使切粒帶表面產生微觀上的剝離，顆粒水中的氯離子及酸性物質加劇了切粒帶剝離的程度，造成切粒帶出現局部剝離現象。切粒帶金屬表面會因汽蝕而造成剝離［2］。切刀速度過快會加劇顆粒水在切刀尾槽的汽化，氣泡在不斷產生和破裂過程中，瞬間的沖擊力超過了模板金屬表面強度，從而逐步破壞了金屬表面，尤其擠出孔邊緣破損最嚴重，鋒利度下降，造成使用后期拖尾料的產生，甚至使細粉含量激增。

2019年大修后，切粒機餾出口采樣過程中，發(fā)現細粉含量有增加的趨勢。2019年11月，2019年12月，2020年1月，2020年2月檢測的大粒和小粒含量分別為1.6，2.8，3.0，3.2 g/kg，大小粒呈上升趨勢，根據分析檢測數據計算平均值后的結果也說明細粉含量一直在升高。

同期摻混倉旋轉加料器頻繁故障。顆粒進入摻混料倉后，在摻混及輸送過程中，超量的細屑隨顆粒進入摻混料倉，竄入旋轉加料器的迷宮密封后，將密封堵死，密封壓蓋變形，與轉子及端蓋接觸摩擦后損壞。而且樹脂顆粒在摻混過程中也出現擠壓變形，同樣證明該階段細粉含量增多。

解決方法：切粒帶的汽蝕是無法徹底避免的，只能通過廠家進行優(yōu)化設計和模擬，確定最佳工作條件，減少汽蝕的危害程度。生產時，對各工藝參數進行優(yōu)化，盡量減輕汽蝕的影響。

2.3.2.2 顆粒水水質影響

聚乙烯粉料生產過程中，催化劑及助催化劑內均含有氯離子，進入擠壓造粒機前加入添加劑，添加劑中輔助抗氧劑168含有磷元素，硬脂酸鋅中可以析出游離酸，這些元素均會對模板流道及切粒帶產生腐蝕。2019年大修后，裝置運行過程中，催化劑活性較之前低且生產負荷高，析出到顆粒水內的氯離子含量增加，添加劑中輔助抗氧劑168水解后產生磷酸根，硬脂酸鋅中的游離酸析出以及硬脂酸鋅水解產生硬脂酸亦進入顆粒水。

如果顆粒水水質是影響模板切粒帶產生剝離的主要原因，那么腐蝕應該均勻且面積很大，刀盤、切刀及緊固螺栓等均會有腐蝕現象，而此次卻未發(fā)生這種現象。聚丙烯裝置曾經發(fā)生過類似事件，其現象與此次不一致。所以，此次模板的剝離現象并不是由顆粒水pH值引起的。

解決方法：進一步改善顆粒水水質，加強顆粒水pH值的監(jiān)控，保障顆粒水處于弱堿性。

2.3.2.3 切粒帶應力缺陷影響

聚乙烯裝置造粒機模板采用蒸汽加熱，切粒帶表面溫度場的分布并不絕對均勻。模板溫差與采用導熱油加熱方式的模板溫差相比偏大。樹脂在模板某些區(qū)域的流速不均勻，樹脂通過?？妆厝淮嬖诓町悾陬w粒中總會有一些薄片狀顆粒［3］。由于溫度場不均勻，會使模板及切粒帶的金屬產生內應力。在運行周期內，應力集中會對模板產生局部裂紋和應力缺陷，在模板的運行末期，裂紋和缺陷的擴展速度會增加。

解決方法：模板使用8～10個月后，定期進行更換，防止應力缺陷擴大。

2.3.2.4 材料和制造工藝缺陷及修復的影響

由于技術條件和檢測手段的限制，因此，無法排除模板的材料缺陷和制造過程中產生的制造缺陷，進而引起模板切粒帶剝離現象。修復模板的主要工序是將磨損的切粒帶進行研磨，如果研磨量不夠，沒有徹底消除表面裂紋和應力集中，也會引起模板切粒帶剝離現象。

解決方法：檢測修復的模板，保證其平面度。

2.3.3 模板切粒帶表面出現輕微裂紋

模板切粒帶在運行過程中，切粒帶表面曾出現裂紋現象，當裂紋與?？紫噙B時，會造成切粒過程中切刀不能及時切斷流出的樹脂，從而導致顆粒外觀出現拖尾現象。主要原因是：模板升溫過快導致模板表面與內部溫差過大，產生內部應力導致出現裂紋；與模板接觸的顆粒水水溫過低，高溫的模板接觸到低溫的顆粒水，產生內部應力導致出現裂紋；模板內部加熱通道局部堵塞，導致內部加熱不均勻，使內部應力增加產生裂紋。

解決方法：模板投用時，需要緩慢升溫，顆粒水溫度盡量高，防止內部應力出現。

2.3.4 ?？锥氯?/p>

模板在運行過程中，特別是開停車過程中，易造成開孔率低，從而導致顆粒大小不一、碎屑增多等情況［4］。

解決方法：為避免?？锥氯?，在開車充模過程中，模板處充模負荷稍高一些，觀察各?？壮隽鲜欠窬鶆颍瑢τ诔隽暇徛哪？仔枥^續(xù)充?；蛘哂娩撫樳M行疏通直至合格為止。

2.4 切粒機故障

2.4.1 退刀（墊刀）故障

刀盤在運行過程中發(fā)生后退，切刀不再與模板緊密貼合，物料墊在切刀與模板之間，從?？琢鞒龅奈锪侠p繞在刀盤上，導致整個切粒室和后系統(tǒng)管線被物料堵滿，發(fā)生類似“灌腸”事故。

造粒機退刀的主要原因如下：

（1）液壓缸漏油。推動切刀刀軸活動的是一個由氣壓轉換至液壓的控制單元。正常運行時，模板前物料壓力為4～8 MPa，當油路上的單向閥泄漏或者液壓缸漏油時，刀軸向前的推力就會下降，導致推力不足。當模板后樹脂壓力大于進刀壓力后，就會發(fā)生退刀現象。

解決方法：運行過程中要密切關注進刀壓力及液壓油泄漏情況。

（2）油路帶氣。液壓油在工作時必須保證無氣體。若液壓油中有氣，高壓氣體從細的液壓油管線進入體積相對較大的液壓缸時，會發(fā)生體積變化，造成進刀壓力不穩(wěn)，從而引起刀軸的跳動。

解決方法：運行過程中要密切關注液壓油壓力及液壓油泄漏情況。

（3）進刀不及時。切粒機開車過程中，需要手動進行切粒室鎖緊。鎖緊切粒室與切粒機啟動之間有一個短暫的時間間隙，在此期間模板依然會流出部分樹脂，待通水進刀后，樹脂冷卻黏在切刀盤上，形成墊刀。

解決方法：在進行合模操作時，盡可能將模板清理干凈，一人進行切粒室鎖緊操作，一人啟動切粒機，縮短操作時間，防止切刀墊刀。

2.4.2 切刀斷刀或斷刃故障原因

（1）進刀壓力過高。擠壓造粒機組運行過程中，特別是磨刀過程中，進刀壓力提升過快或設定過高，會造成切刀與模板貼合過度，導致切刀斷刀。

解決方法：磨刀時進刀壓力設定值盡量低，根據切刀進刀情況不斷提高進刀壓力，保證切刀進刀。正常運行時，進刀壓力避免大幅調整。

（2）模板切粒帶變形。模板切粒帶變形后，會造成切刀在運行過程中受力不均，最終導致斷刀。

解決方法：每次擠壓造粒機組停車后必須仔細檢查模板，發(fā)現切粒帶變形后，及時更換新模板。

（3）切刀安裝對中超標。當刀軸與模板垂直時，刀軸對模板的推力均勻分散于每一把切刀上，當刀軸與模板的垂直度偏差較大時，刀軸對模板的推力只作用于與模板接觸的那部分切刀上，且刀軸與模板垂直度偏差越大，與模板接觸的切刀就越少，則作用于切刀上的應力越大，越容易產生斷刀。另外，由于這些切刀受到周期性的交變應力，也容易發(fā)生疲勞斷裂。同樣，切刀的水平度也是影響斷刀的重要因素，當切刀不平時，刀軸對模板的推力只由少數高出的切刀承擔，這些切刀將承受較大的應力與摩擦力，極易發(fā)生斷刀［5］。

解決方法：做好每一次切刀盤對中、切刀與水室對中、水室與模板對中，保證誤差在標準范圍內，延長切刀使用壽命，延長擠壓造粒機組運行周期。

2.4.3 顆粒水流量計故障

切粒過程中，會產生一定量的樹脂粉末，這些粉末在運行過程中會積聚到顆粒水系統(tǒng)內。顆粒水流量計在開車過程中，因細粉進入，使顆粒水流量低誤報，從而造成擠壓造粒機組連鎖停車。

解決方法：每次機組停車后，對顆粒水水箱進行徹底清理；日常生產過程中，通過少量補水使顆粒水溢流，并使用濾網撈出頂部漂浮的細粉，降低顆粒水細粉含量，避免因細粉進入使顆粒水流量低誤報，從而造成擠壓造粒機組連鎖停車，延長機組運行周期。

2.5 顆粒干燥器故障

2.5.1 皮帶磨損

顆粒干燥器采用聯組皮帶傳動，皮帶磨損后，會造成顆粒干燥器停車，從而導致擠壓造粒機組聯鎖停車。

解決方法：每次停車后仔細檢查皮帶磨損情況，發(fā)現磨損后及時更換；此外，運行過程中加強對皮帶的檢查。

2.5.2 干燥器跑料

顆粒干燥器內部裝有5片篩網，當篩網破損時，會造成干燥器跑料。篩網的安裝方向應與干燥器轉動方向一致，若安裝方向相反，會造成顆粒竄入篩網的接口處，隨著運行時間延長，竄入顆粒積聚，從而導致篩網接縫變大，最終導致干燥器跑料。

解決方法：每次停車后仔細檢查篩網，發(fā)現磨損后及時更換。嚴格按照安裝方向回裝篩網。

2.6 顆粒振動篩故障

2.6.1 皮帶磨損

顆粒振動篩采用皮帶傳動，皮帶磨損后，振動篩會停止工作，從而導致擠壓造粒機組聯鎖停車。

解決方法：每次停車后仔細檢查皮帶磨損情況，發(fā)現磨損后及時更換；此外，運行過程中加強對皮帶的檢查。

2.6.2 振動篩跑料

2.6.2.1 篩網磨損

由于長時間運行或者備件質量原因，顆粒振動篩的上層篩網和下層篩網會產生磨損，從而導致振動篩跑料。

解決辦法：每次停車后仔細檢查上、下層篩網破損情況并及時更換。

2.6.2.2 軟連接磨損

顆粒振動篩與上下游設備采用帆布材質的軟連接進行連通，顆粒與軟連接不停接觸與摩擦，會造成軟連接破損，從而導致漏料。

解決方法：軟連接破損后及時縫補，如破損嚴重可從振動篩副線將顆粒排放，再進行更換。此外，入口軟連接可更改為金屬彈性連接，使用壽命將極大提高，延長擠壓造粒機組運行周期。

3 結論

a）CIM460型擠壓造粒機組運行期間出現的主要故障包括：混煉機減速箱漏油，螺桿磨損，熔融泵齒式聯軸器磨損，模板變形和點蝕，切粒機墊刀、退刀、斷刀故障，顆粒干燥器及顆粒振動篩皮帶磨損，跑料。

b）機組故障的主要原因：設計不合理，安裝不規(guī)范，未按規(guī)程操作，工藝介質殘留影響，電氣、儀表備件故障等。

c）故障處理方法包括：優(yōu)化設計，設備回裝時嚴格把關，嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，定期檢查維護電氣、儀表機柜等。

d）由于擠壓造粒系統(tǒng)設備多，專業(yè)性強，設備出現故障的因素較復雜，因此對問題的分析還欠深刻，解決問題的方法和改進措施還不夠完善，需要在今后的生產過程中進行進一步的探索，不斷提高機組的運行周期，保證機組“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。