造粒模板用真空隔熱蓋板的設(shè)計與應(yīng)用

張宛力 李朋宇 陳 松

（1.大連銳耐特刀具有限公司；2.大連西太平洋石油化工有限公司）

大連西太平洋石油化工有限公司早在1993年從日本制鋼所引進了一套擠壓造粒機組用于聚丙烯裝置。 機組型號為CMP230-AW，聚丙烯擠壓造粒機模板是擠壓造粒機組上的關(guān)鍵部件，規(guī)格為Dia2.5 mm×472 孔， 型號為DS370SE1-T。2009 年機組檢修時對模板進行了更換，目前使用的規(guī)格為Dia2.5 mm×696 孔。

由于機組的使用年限已經(jīng)很長，配套的造粒模板也經(jīng)過幾次修磨，模板的保溫隔熱性能與早期相比有明顯下降，使得造粒機組的產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了波動，經(jīng)常會出現(xiàn)造粒困難、粒型不均等問題。 針對這一問題，筆者在生產(chǎn)物料不變的情況下，持續(xù)跟蹤模板表面溫度和冷卻水的溫度差近一年，數(shù)據(jù)顯示，在切粒水溫度63～69 ℃、模板溫度177.3～193.6 ℃時， 冷卻水溫度與模板溫度差112.3～126.96 ℃，為了能穩(wěn)定地造粒成型，筆者在相同牌號產(chǎn)品、相同負(fù)荷條件下，不提高冷卻水和供油溫度，使模板造粒帶的溫度比測定的再提高8 ℃。 在分析了模板的密封保溫結(jié)構(gòu)后，將模板的保溫蓋板作為改造研究方向，用來提高模板保溫性能， 達(dá)到穩(wěn)定提高模板造粒帶溫度的目的。

1 設(shè)計方案

在模板的密封保溫結(jié)構(gòu)中，外部是實心的法蘭蓋板， 作用是壓緊內(nèi)部的密封墊片和密封圈，隔開外部的冷卻水，避免冷卻水噴淋在模板造粒帶內(nèi)、外圈部位的表面，使造粒帶周圍降溫過快，形成與造粒帶的熱傳導(dǎo)， 導(dǎo)致造粒帶降溫過多。內(nèi)部的保溫墊片起保溫作用， 密封圈起密封作用，防止冷卻水灌入法蘭蓋板后，造成與冷卻水熱交換導(dǎo)致降溫。

原密封圈和保溫板采用了最新的優(yōu)良性能材料，已經(jīng)沒有提高整體保溫性能的空間。

經(jīng)過研究，外部實心的法蘭蓋板可以利用現(xiàn)代技術(shù)改進設(shè)計制造成真空隔熱的空心蓋板［1］，使原來實心的熱傳導(dǎo)法蘭， 變成真空隔熱的空心蓋板，利用結(jié)構(gòu)的真空空心阻止切粒帶內(nèi)、外環(huán)部位的熱傳導(dǎo)， 提高和穩(wěn)定模板造粒帶的工作溫度。

由于法蘭蓋板的結(jié)構(gòu)是圓環(huán)形的薄平板，若將中間做成中空的真空， 不但要周邊的焊接可靠，還要將內(nèi)部抽成真空，為了抵抗大氣壓作用，防止真空空心的平板塌癟，將結(jié)構(gòu)設(shè)計成上下蒙板中間夾支撐的柵格結(jié)構(gòu)，柵格圍成的空間是獨立封閉的。

成品隔熱蓋板的內(nèi)部空心采用在真空狀態(tài)下的釬焊，使焊接后的成品內(nèi)部形成真空。

為了能進一步提高蓋板的隔熱性能，設(shè)計時在蓋板里側(cè)附著一層耐高溫的隔熱涂層。

具體設(shè)計方案如圖1 所示。

圖1 蓋板設(shè)計方案

2 真空隔熱蓋板的保溫性能研究

將造粒模板的實心法蘭蓋板改進為真空隔熱蓋板，目的是降低造粒模板內(nèi)環(huán)和外環(huán)表面部位的熱傳導(dǎo)， 提高這些部位的保溫隔熱性能，降低內(nèi)環(huán)和外環(huán)區(qū)域在冷卻水作用下所產(chǎn)生的溫降向模板造粒帶邊緣傳遞的速度，保持模板造粒帶邊緣與中心的溫度一致，提高切粒質(zhì)量［2］。

為了獲取兩種蓋板的保溫數(shù)據(jù)，分別檢測了實心法蘭蓋板和真空隔熱蓋板兩種結(jié)構(gòu)的保溫性能。

實心法蘭蓋板選用不銹鋼板激光切割加工成型，安裝后加熱1 h 后系統(tǒng)溫度升至240 ℃，檢測拍照熱成像如圖2 所示，檢測對照點選取蓋板中心位置，實心蓋板處測得溫度98.1 ℃。

圖2 實心法蘭蓋板熱成像圖

真空隔熱蓋板制造采用的工藝為：激光切割下料-涂布焊料-安裝焊接工裝-真空釬焊-噴砂處理內(nèi)側(cè)-噴涂耐高溫隔熱層-清理焊渣。 制成后安裝并加熱1 h 后系統(tǒng)溫度升至240 ℃， 檢測拍照熱成像如圖3 所示，檢測對照點選取蓋板中心位置，實心蓋板處測得溫度76.4 ℃。

圖3 真空隔熱蓋板熱成像圖

對比圖2、3 可以看出，真空隔熱蓋板表現(xiàn)的保溫效果更為突出，比實心法蘭蓋板的表面溫度低了22 ℃，溫度較高的實心蓋板表面，在其他條件相同的情況下，所傳導(dǎo)的熱量要大于真空隔熱蓋板的表面。 模板工作中，熱傳導(dǎo)作用使模板造粒帶邊緣的溫度比中間部位略低，這種造粒帶邊緣與中心部位的溫差會導(dǎo)致兩個部位的物料擠出速度有差異，從而導(dǎo)致切粒大小不一致，影響切粒質(zhì)量， 嚴(yán)重的甚至因邊緣部位溫度過低，堵塞出料口，影響正常生產(chǎn)。

3 真空隔熱蓋板的使用情況

2019 年5 月，真空隔熱蓋板在大連西太平洋石油化工有限公司聚丙烯裝置CMP230-AW 機組上線使用， 經(jīng)過5 個月的跟蹤觀察和記錄對比，發(fā)現(xiàn)改進后的真空蓋板密封，對模板溫度的提升起到了明顯的作用，在同等牌號、負(fù)荷及加熱油溫度等工作條件下對兩種蓋板的工作參數(shù)做了記錄，詳見表1、2。

表1 實心法蘭蓋板工作參數(shù)

（續(xù)表1）

表2 真空隔熱蓋板工作參數(shù)

4 結(jié)束語

造粒模板用真空隔熱蓋板的設(shè)計方案和制造工藝合理，經(jīng)過對現(xiàn)場安裝了真空隔熱蓋板的模板溫度的考核跟蹤可知，達(dá)到了改造設(shè)定的目標(biāo)。 模板溫度提升了約8 ℃，物料切粒粒型穩(wěn)定。新設(shè)計的真空隔熱蓋板可以應(yīng)用于所有新舊造粒模板的表面保溫， 提高了模板的保溫隔熱性能，保證物料切粒的質(zhì)量穩(wěn)定，特別是小尺寸的造粒模板和易受冷卻水影響的模板。 因此，這種真空隔熱蓋板具有廣泛的推薦價值。