聚丙烯裝置擠壓造粒機液壓鎖故障處理

蔡衛(wèi)疆，姚圣兵

（中國石油廣西石化公司，廣西欽州 503008）

0 引言

聚丙烯裝置在完成反應器檢修開工后，重新進行擠壓造粒機組開車時，UG500 型水下切粒機在執(zhí)行合模程序過程中多次出現(xiàn)液壓鎖過度鎖緊故障，導致切粒機無法正常合模，開車程序執(zhí)行不下去，無法實現(xiàn)機組正常開車。根據(jù)合模時PLC 界面報警提示和技術分析判斷，多次對液壓鎖模頭端鎖柱的伸出長度進行了調試，但依然無法解決過度鎖緊故障的問題，因處理時間過長，反應器被迫停工。此次處理液壓鎖故障花費時間過長，嚴重影響了機組開車進度，對裝置安全生產(chǎn)創(chuàng)效造成一定影響。為了實現(xiàn)機組長周期穩(wěn)定運行，避免再次出現(xiàn)類似的情況而耽誤生產(chǎn)，應徹底解決切粒機在合模過程中出現(xiàn)的液壓鎖過度鎖緊問題。

1 造粒機組狀況

1.1 機組簡介

擠壓造粒機集機、電、儀高度一體化，是聚丙烯裝置的核心機組。機組體積龐大、自動化程度高、聯(lián)鎖復雜，其長周期穩(wěn)定運行直接影響到裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。該聚丙烯裝置使用的擠壓造粒機組是德國Coperion 公司生產(chǎn)的ZSK320 系列產(chǎn)品，機組呈直線線布置，由固定轉速的主電機、帶雙擋切換的主電機齒輪箱、開車輔機、進料料斗、筒體、節(jié)流閥、開車閥、熔融泵、熔融泵齒輪箱、熔融泵驅動電機、換網(wǎng)器、模板、水下切粒機、干燥器、振動篩以及相應的輔助系統(tǒng)（潤滑油系統(tǒng)、液壓油系統(tǒng)、熱油系統(tǒng)和顆粒水系統(tǒng)等）組成。其中，主電機的主要作用是為齒輪箱和雙螺桿提供動力，通過一個撓性聯(lián)軸器與齒輪箱耦合，傳遞相應扭矩。

1.2 工藝流程

該機組的工藝過程是，將聚丙烯粉料與添加劑均勻混合，加熱、融熔、混煉、擠壓和切粒，負責將聚丙烯從粉料轉化成成品粒料。主要過程為：聚丙烯粉料依靠自身重力從上游系統(tǒng)進入到擠壓造粒機料斗，與按比例稱重加入的抗氧劑、除酸劑等添加劑在料斗中混合后進入經(jīng)熱油系統(tǒng)加熱的擠壓機機筒中，同向旋轉的雙螺桿將由加料斗進入擠壓機中的聚丙烯粉料強制輸送，因螺桿與筒體組成一些封閉的小室，物料在小室中按螺旋線運動，但由于在嚙合處兩個螺桿圓周上的各點的運動方向相反，而且由于間隙非常小，致使物料不能自上部到下部自由運動，而是被迫以一根螺桿與料筒形成的小室形成螺旋∞形運動；由于螺桿各段螺紋不同，粉料在輸送過程中分別形成捏合、加壓、均化、出料等區(qū)域，再經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流提高混煉強度，熔融的聚合物樹脂再進入熔融泵，通過兩齒輪旋轉形成的容積變化進行加壓，并經(jīng)過濾網(wǎng)去除雜質后經(jīng)模板孔擠出；同軸旋轉的切粒機切刀在水下將擠出的熔融樹脂切成球型顆粒后，經(jīng)浸沒模板和切刀的水流帶走，再經(jīng)過干燥器分離水分、振動篩分級篩選等過程送入粒料成品料倉。

2 液壓鎖結構組成及工作原理

2.1 作用

液壓鎖是UG500 型水下切粒機必不可缺的零部件之一，其作用是水下切粒機進行解合模程序時，通過液壓鎖的工作，來實現(xiàn)水下切粒機與機組模頭的鎖緊和脫開。液壓鎖的鎖緊程序可以防止切粒機在運行過程中高溫的顆粒水和聚丙烯顆粒向外噴濺，避免燙傷人員的風險。如果在運行過程中液壓鎖出現(xiàn)任何問題，導致其功能喪失，則無法實現(xiàn)切粒機與機組模頭的緊密貼合，無法實現(xiàn)聚丙烯顆粒的向外輸送，機組也無法實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

2.2 結構組成

該液壓鎖系統(tǒng)由兩部分組成，分別是安裝在切粒機罩上的夾緊元件（簡稱液壓缸）和安裝在模頭端的柱銷。液壓缸由缸體、浮動液壓活塞、控制銷、套爪夾頭、O 形圈以及3 個位置感應探頭組成，而柱銷由鎖柱、背帽、彈簧、O 形圈、開槽螺母、球形座、錐形座組成（圖1）。

圖1 液壓鎖系統(tǒng)的部件

2.3 工作原理

在外界液壓油系統(tǒng)油泵啟動增壓后，換向閥門打開，油路導通，液壓油進入液壓缸并對其施加一定的壓力，驅動液壓缸內(nèi)部的浮動液壓活塞向前運動，浮動液壓活塞具有特殊的內(nèi)部輪廓（45°錐體和4°錐體），其確保了控制銷能夠移動，從而控制套爪夾頭關閉和打開。4°錐體保證套爪夾頭像螺紋一樣自鎖，將液壓力極好的傳遞為機械拉力。

在鎖緊操作過程中，液壓活塞與控制銷的運動方向相反，當銷子與活塞相互接觸時移動會被限制，防止其自鎖效應（沒有負載或內(nèi)部夾緊）。

3 故障分析及處理

3.1 故障過程描述

聚丙烯裝置擠壓造粒機在開車調試過程中，切粒機在執(zhí)行合模程序時液壓鎖多次出現(xiàn)了“鎖頭過度鎖緊及未感應到鎖頭信號”，在處理故障期間，還陸續(xù)出現(xiàn)了PLC 信號到位但液壓鎖鎖頭實際未鎖緊或PLC 信號不到位但實際已鎖緊等問題。經(jīng)過深入分析和研究，總結出此類故障的原因主要有：①安裝在模頭上的鎖柱端面與模頭端面的距離變化；②液壓缸故障；③液壓油系統(tǒng)故障；④位置探頭故障。

3.2 原因分析及處理

3.2.1 安裝在模頭上的鎖柱端面與模頭端面的距離變化

為了減緩切粒機在合模過程中液壓缸對鎖柱和模板端面造成的沖擊，在鎖柱內(nèi)部安裝了彈簧。經(jīng)過長時間的解合模動作，可能造成彈簧老化或者引起彈簧變形量的變化，直接影響鎖柱端面和模板端面的距離，造成液壓鎖故障。于是立即測量和調整鎖柱端面到模板貼合面的距離，但測量過程中由于對結構原理不夠熟悉，多次出現(xiàn)測量偏差。初步分析的結果是，如果位置探頭感應到過度鎖緊信號，應將模頭端鎖柱端面與模頭貼合面間的距離縮短。但經(jīng)過反復調整，液壓鎖仍然無法正常工作。

通過查閱相關產(chǎn)品資料和設備結構圖紙，并咨詢廠家和兄弟單位，經(jīng)過反復研究和分析，得出結論：正常情況下如果位置探頭感應到過度鎖緊信號時，應將模頭端鎖柱端面與模頭貼合面間的距離伸長。雖然此次調試方向正確，但是鎖柱端面到模板貼合面的調整位置距離因為鎖柱內(nèi)彈簧存在一定的撓性，使其可以自由晃動，致使測量結果不夠準確、偏差較大。只有調整鎖柱螺紋端面到模板貼合面的后端，才能保證4 個鎖柱與模板貼合面的伸縮距離一致。經(jīng)過調整后，解決了液壓鎖過度鎖緊的問題。

3.2.2 液壓缸故障

液壓缸通過液壓油驅動浮動液壓活塞運動而實現(xiàn)液壓鎖鎖緊和脫開，由于浮動液壓活塞使用年限較久，可能出現(xiàn)密封面磨損而導致液壓缸體出現(xiàn)液壓油高低壓互竄現(xiàn)象，從而導致浮動液壓活塞沒能運動到指定位置，造成液壓鎖故障。除此之外，由于液壓油的長周期使用，或液壓鎖內(nèi)部部件磨損、老化而造成油路污染，使浮動液壓活塞在運動過程中出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，從而影響液壓鎖工作。

3.3.3 液壓油系統(tǒng)故障

查看液壓鎖液壓油系統(tǒng)的運行，啟動合?；蚪饽３绦驎r液壓油泵運行，油壓能夠迅速建立，相關換向閥動作指示正常，給出相關指令后能夠迅速反饋，該系統(tǒng)近期運行未見異常狀況。該系統(tǒng)出現(xiàn)故障的主要影響因素有：①油路系統(tǒng)是否有泄漏；②管路里是否有空氣。檢查所有連接管路，未發(fā)現(xiàn)泄漏點，打開管路高點排氣，也未發(fā)現(xiàn)有氣體，整個液壓系統(tǒng)運行未見異常。從排查過程來看，可以排隊液壓系統(tǒng)方面的原因。

3.2.4 位置探頭故障

在試車過程中，出現(xiàn)了多次液壓鎖信號回訊到位但液壓鎖實際未鎖緊或者液壓鎖已鎖緊但信號不到位等情況，分析判斷為液壓鎖位置感應探頭問題。液壓缸上一共有3 個位置探頭，分別是脫開、鎖緊和過度鎖緊信號，影響位置感應探頭的因素主要有：①通信線路由于長時間的使用而出現(xiàn)老化，影響信號的傳輸；②切粒機合模時對模板有一定的撞擊，形成的反作用力造成液壓缸產(chǎn)生振動而使探頭的位置發(fā)生改變，導致探頭的靈敏度發(fā)生變化，影響感應信號的準確度；③位置感應探頭失效，無法正常感應液壓缸內(nèi)浮動液壓活塞的運動位置，產(chǎn)生錯誤報警。通過影響因素的分析和判斷，為位置感應探頭更換了新的通信線路，并對探頭靈敏度進行調整。經(jīng)過多次調試后，系統(tǒng)恢復正常。

4 日常維護與保養(yǎng)

在日常的操作和維護保養(yǎng)中，需密切關注液壓鎖系統(tǒng)的運行，否則故障處理起來會比較棘手。

（1）在日常巡檢中應密切關注檢查切粒室的漏水情況，防止出現(xiàn)信號到位而實際未鎖緊現(xiàn)象。

（2）液壓鎖的液壓系統(tǒng)應定期更換液壓油、清理濾芯。液壓油一般運行兩年更換，更換時清理干凈油箱，防止系統(tǒng)存在雜質。

（3）長時間在高溫環(huán)境下運行，鎖柱的O 形圈老化后，鎖柱的支撐受到影響，如果與液壓缸不在一個中心將很難達到鎖緊的效果。

（4）鎖柱彈簧長期在高溫的壓縮形變環(huán)境下，彈性變形的緩沖性能會變差，一般建議一個大檢修周期更換一次。

（5）液壓缸內(nèi)的活塞環(huán)和O 形圈，經(jīng)過長周期的運行后，密封性能變差，可能導致內(nèi)部液壓油高低壓互竄，從而達不到鎖緊和脫開的功能，建議儲備1～2 個液壓缸以備日常需求。

（6）防止異物進入液壓缸，在日常的開車過程中，有可能聚丙烯顆粒進入缸頭，在開車時一定要仔細檢查，一旦有異物進入則應及時清理，避免影響鎖爪的嚙合。

（7）探頭的安裝深度直接影響到鎖柱的位置，安裝太深探頭容易被切掉，而安裝太淺信號檢測不準確。安裝調試時需反復檢測，確保安裝深度合適。

（8）液壓系統(tǒng)故障后將無法提供足夠的動力，系統(tǒng)中液壓泵不起壓、夾緊方向閥不切換、位置限位開關信號不觸發(fā)、管道內(nèi)有氣體等問題都會影響液壓鎖的運行。

5 總結

經(jīng)過上述分析，總結出水下切粒機液壓鎖故障的原因主要有4個，即安裝在模頭上的鎖柱端面與模頭端面的距離變化、液壓缸故障、液壓油系統(tǒng)故障和位置探頭故障，雖然成功解決了液壓鎖故障的問題，恢復了生產(chǎn)，但也從側面反映出一個問題，就是對液壓鎖內(nèi)部結構及其工作原理的理解不夠透徹、掌握不夠深入，導致處理故障花費了大量的精力和物力，特別是在測量鎖頭端面到模板貼合面的距離過程中重復性工作花費了很長時間。

水下切粒機液壓鎖是擠壓造粒機組中重要的部件之一，只有不斷地剖析和總結其結構和工作原理，才能減少液壓鎖故障，順利解決故障，為擠壓造粒機組的平穩(wěn)運行提供保障。