聚乙烯擠壓造粒機(jī)組長周期穩(wěn)定運行分析研究

摘 要 統(tǒng)計并分析某煤化工企業(yè)聚乙烯裝置CIM460型擠壓造粒機(jī)組自2010年開車以來停車的次數(shù)及原因，結(jié)果表明：設(shè)備故障是造成擠壓造粒機(jī)組停車的主要原因；其次是工藝故障、儀表故障、電氣故障及操作故障等。通過大數(shù)據(jù)分析，找出影響擠壓造粒機(jī)組停車的高頻故障，并采取相關(guān)措施，保證擠壓造粒機(jī)組長周期穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞 擠壓造粒機(jī)組 故障 原因分析 措施

中圖分類號 TQ051 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B " 文章編號 0254?6094（2024）04?0660?05

某煤化工企業(yè)聚乙烯裝置（聚乙烯工藝選擇UNIPOL氣相法）擠壓造粒機(jī)組型號為CIM460，由日本制鋼所制造，L型布置，最大生產(chǎn)能力為41.6 t/h，主要粉料牌號為DJM?1820、DJM?1810、DJL?2420、DJL?2650、DJM?6382、DJM?5265H、DJL?5420H及DSX?5114H等。粉料密度范圍0.918～0.963 g/cm3，粉料熔融指數(shù)范圍0.04～5.00 g/min。2010年商業(yè)化運行以來，由于各種原因?qū)е聶C(jī)組頻繁停車，筆者通過對歷年擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)和原因的統(tǒng)計分析，找出故障原因，并采取相應(yīng)措施對造粒機(jī)組設(shè)備、工藝等進(jìn)行優(yōu)化，以保證擠壓造粒機(jī)組的長周期穩(wěn)定運行。

1 擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)及原因統(tǒng)計分析

聚乙烯擠壓造粒機(jī)組的主要作用是將反應(yīng)產(chǎn)生的粉料熔融造粒，其工藝流程為：反應(yīng)器產(chǎn)生的粉料樹脂與添加劑充分混合后，經(jīng)計量加入擠壓造粒機(jī)組中，經(jīng)擠壓造粒機(jī)組的兩根反內(nèi)向旋轉(zhuǎn)螺桿將粉料樹脂熔融混合，熔融樹脂通過熔融泵加壓和換網(wǎng)器過濾雜質(zhì)后，在一定壓力下通過水下切粒模板，被轉(zhuǎn)速在250～450 r/min的切刀切成顆粒，經(jīng)過顆粒冷卻水冷卻后輸送至下游干燥器和振動篩，最終合格樹脂顆粒通過風(fēng)送系統(tǒng)進(jìn)入成品料倉。

某煤化工企業(yè)的擠壓造粒機(jī)組自2010年商業(yè)化運行至今，共停車122次，現(xiàn)按照設(shè)備故障、工藝故障、儀表故障、電氣故障、操作故障分類，對歷年擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)及原因進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，設(shè)備故障導(dǎo)致擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)最多，達(dá)到65次，占停車總次數(shù)的53%；其次是工藝故障、儀表故障、電氣故障、操作故障，造成的停車次數(shù)分別為34、13、7、3次，占比分別為28%、11%、6%、2%。

2 設(shè)備故障導(dǎo)致擠壓造粒機(jī)組停車原因分析

經(jīng)統(tǒng)計，機(jī)組設(shè)備故障停機(jī)主要是由于造粒機(jī)切刀故障、造粒機(jī)模板故障及其他附屬設(shè)備故障引起的，其中造粒機(jī)切刀故障造成機(jī)組停機(jī)次數(shù)為29次，占設(shè)備故障總數(shù)的44.6%。

2.1 切刀故障

2.1.1 切刀磨損造成設(shè)備停機(jī)分析及解決措施

切粒機(jī)設(shè)置有磨損超限報警，當(dāng)切粒機(jī)切刀磨損超過2 mm時，切粒機(jī)發(fā)出報警信號，提示擠壓造粒機(jī)組停車更換切刀。因切刀磨損超限造成擠壓造粒機(jī)組停車24次。原因分析如下：

a. 進(jìn)刀壓力過高。原切粒機(jī)切刀為進(jìn)口切刀，進(jìn)刀壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為進(jìn)刀壓力（MPa）+0.001×轉(zhuǎn)速（r/min）=0.7。切刀國產(chǎn)化后，根據(jù)此關(guān)系式設(shè)置的進(jìn)刀壓力明顯偏高，導(dǎo)致切刀磨損較快。

b. 牌號切換頻繁。牌號切換過程中，粉料熔融指數(shù)和密度發(fā)生變化，當(dāng)熔融指數(shù)升高或密度降低時，樹脂流動性增加，模板前壓力減小，切刀和模板接觸的摩擦力增加，切刀磨損加快。

c. 擠壓造粒機(jī)組開停車次數(shù)較多。機(jī)組在開車初期，為防止出現(xiàn)墊刀料及退刀現(xiàn)象，一般采用較高的進(jìn)刀壓力和較大的轉(zhuǎn)速，每次開車過程中，切刀會磨損0.10～0.15 mm。

d. 顆粒水pH值過低。粉料樹脂進(jìn)入擠壓造粒機(jī)組前需要和添加劑進(jìn)行混合以提高樹脂特性，添加劑中含有弱酸性物質(zhì)，由于顆粒冷卻水是循環(huán)使用的，長時間積累后，顆粒冷卻水pH值低于7，偏酸性的顆粒水將腐蝕切刀，導(dǎo)致切刀磨損加快［1］。

e. 顆粒冷卻水溫度過低。顆粒冷卻水溫度降低時，模板擠出的樹脂硬度升高，加快切刀磨損，且易產(chǎn)生細(xì)粉。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 標(biāo)定國產(chǎn)化切刀進(jìn)刀壓力和切刀轉(zhuǎn)速關(guān)系式，合理設(shè)置進(jìn)刀壓力。2014年重新標(biāo)定進(jìn)刀壓力和切刀轉(zhuǎn)速關(guān)系式后，切刀壽命明顯相對延長，國產(chǎn)切刀使用壽命由5個月延長至6～7個月。標(biāo)定后進(jìn)刀壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式為進(jìn)刀壓力（MPa）+0.001×轉(zhuǎn)速（r/min）=0.65。

b. 根據(jù)市場需求合理安排各牌號排產(chǎn)計劃，盡量減少牌號切換的次數(shù)。

c. 通過計劃性維修，減少因設(shè)備、儀表、電氣等非計劃原因造成的停車事故。

d. 每周定期檢測顆粒冷卻水pH值，通過向水箱添加NaOH的方式，將pH值控制在7～9。

e. 在保證樹脂顆粒外觀正常的條件下，盡可能提高顆粒冷卻水溫度［2］。

2.1.2 切刀斷刃造成設(shè)備停機(jī)分析及解決措施

2012年切刀國產(chǎn)化后，切刀斷刃的次數(shù)明顯增加，因切刀斷刃造成擠壓造粒機(jī)組停車5次。原因分析如下：

a. 硬度偏高，韌性較差。新安裝的切刀，在擠壓造粒機(jī)組開車提負(fù)荷過程中，為防止熔融泵入口壓力過高，一般都超前提高熔融泵轉(zhuǎn)速，模板前的壓力較高且不穩(wěn)定，切刀刀刃在物料沖擊作用下，發(fā)生部分?jǐn)嗳小?/p>

b. 刀刃粗糙度較差。刀刃表面粗糙度較差，影響切刀和模板配合的穩(wěn)定性，摩擦力大，抗疲勞強(qiáng)度低［3］。

c. 刀刃平面度誤差、安裝面平面度誤差及安裝面與刀刃平行度誤差不符合要求。刀刃平面度誤差、安裝面平面度誤差及安裝面與刀刃平行度誤差較大時，將造成模板和切刀不能充分貼合，造成切刀偏磨，嚴(yán)重時甚至發(fā)生斷刃，同時，模板和切刀貼合不好將影響顆粒拖尾和大小粒數(shù)量指標(biāo)。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 切刀安裝嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。切刀安裝前，刀盤必須清潔、光滑、無毛刺，將切刀安裝在刀盤上，螺栓上緊順序先外側(cè)后內(nèi)側(cè)。在刀根、刀中、刀尖3個部位對平面度進(jìn)行檢查，通過加減墊片進(jìn)行調(diào)整，保證誤差在0.03 mm以內(nèi)。

b. 切刀盤和切刀軸垂直度檢查。將專用工具安裝在切刀軸端部，將千分表安裝在專用工具上，對水室外圈進(jìn)行打表對中，調(diào)整水室背面螺栓，保證千分表讀數(shù)最大差值在0.03 mm以內(nèi)。

c. 向廠家反饋使用效果，適當(dāng)降低切刀硬度，提高切刀韌性，配備專用測量儀器，嚴(yán)格按照出廠標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行驗貨。

2.2 模板故障

2.2.1 模板達(dá)到使用壽命

切粒機(jī)模板使用4.1 MPa蒸汽加熱，在模板使用壽命末期，因模板變形、腐蝕等因素，將造成顆粒碎屑及大小粒增多，當(dāng)顆粒形狀惡化到不滿足優(yōu)等品指標(biāo)時，需要停車更換模板。原因分析如下：

a. 模板采用蒸汽加熱，蒸汽加熱與熱油加熱相比，熱應(yīng)力較大，長時間運行易造成模板變形［4］。

b. 切粒水pH值過低，模板流道產(chǎn)生腐蝕。

c. 當(dāng)生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品時，樹脂流動性好，要求切刀轉(zhuǎn)速較高，切刀刀尖處產(chǎn)生氣蝕，易造成模板切粒帶損壞。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 進(jìn)行技術(shù)改造，將模板加熱方式改成熱油加熱，降低模板因熱應(yīng)力過大造成的損壞風(fēng)險。

b. 每周定期檢測顆粒水箱pH值，低于7時，加入NaOH控制pH值在7～9。

c. 生產(chǎn)低熔融指數(shù)牌號時，適當(dāng)提高熔融泵入口壓力，減少模板前的壓力，降低切粒機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.2.2 模板安裝及制造缺陷

2014年，模板安裝完畢后擠壓造粒機(jī)組開車，開車后墊刀料出現(xiàn)較多，最終導(dǎo)致切粒機(jī)退刀，擠壓造粒機(jī)組聯(lián)鎖停車。2016年，生產(chǎn)過程中墊刀料逐漸增多，進(jìn)刀壓力、熔融泵入口壓力、切刀轉(zhuǎn)速及顆粒水溫度等參數(shù)調(diào)整后都未改善，并逐漸惡化，最終切粒機(jī)退刀，擠壓造粒機(jī)組聯(lián)鎖停車。2022年擠壓造粒機(jī)組開車初期，顆粒偏長偏大，導(dǎo)致后系統(tǒng)脫塊器及振動篩堆料，多次開車均失敗告終。原因分析如下：

a. 模板螺栓擰緊順序錯誤。先擰緊外圈螺栓后擰緊內(nèi)圈螺栓，將導(dǎo)致切粒帶熱應(yīng)力無法釋放，切粒帶變形，最終導(dǎo)致切粒過程中出現(xiàn)墊刀料［5］。

b. 模板隔熱墊緊固不嚴(yán)，隔熱墊進(jìn)水變形，中間蓋板凸起，最終導(dǎo)致切粒機(jī)退刀。

c. 模板加熱蒸汽流道加工及裝配過程存在質(zhì)量缺陷，造成切粒帶溫度不均勻，切粒帶溫度低的地方?？锥氯?，模板前壓力增大，導(dǎo)致切粒帶溫度正常的?？壮隽线^長。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 模板安裝時先用力矩扳手緊固切粒帶內(nèi)圈螺栓，再緊固外圈螺栓，并對稱緊固，避免產(chǎn)生熱應(yīng)力，在模板加熱至操作溫度后進(jìn)行熱緊。

b. 模板隔熱墊升溫至操作溫度后需要熱緊，并在每次停車時檢查松緊度。

c. 模板安裝之前進(jìn)行熱試驗，切粒帶溫差需小于10 ℃。配備相關(guān)檢測工具，對模板相關(guān)參數(shù)按照表2檢測。

2.2.3 其他設(shè)備故障

其他設(shè)備故障主要是振動篩下料軟連接破損、傳送皮帶斷裂；熔融泵剪切銷斷裂、主減速箱潤滑油冷卻器泄漏、熔融泵旋轉(zhuǎn)接頭漏油；旋轉(zhuǎn)下料閥鏈條斷裂及干燥器皮帶斷裂等。原因分析如下：

a. 振動篩下料軟連接材質(zhì)為帆布，顆粒水中夾帶水汽，軟連接在潮濕環(huán)境下與顆粒不斷摩擦，容易破損。皮帶斷裂的主要原因是安裝時張緊度不合適、皮帶輪對中不符合要求。

b. 熔融泵采用變頻電機(jī)，轉(zhuǎn)速變化時，剪切銷受力變化而疲勞斷裂，同時聯(lián)軸器對中精度也對剪切銷的壽命有影響。熔融泵旋轉(zhuǎn)接頭漏油主要是因為緊固螺栓松動和密封面有雜質(zhì)導(dǎo)致的磨損。

c. 旋轉(zhuǎn)下料閥鏈條斷裂主要是潤滑脂加注不足導(dǎo)致齒輪和鏈條干摩擦。

d. 干燥器皮帶斷裂主要是因為皮帶張緊度過緊及電機(jī)和干燥器的皮帶輪對中有偏差。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 振動篩帆布軟連接更改為滑動連接，軟連接壽命大概是3～5個月，滑動連接壽命大概是3年。振動篩皮帶輪張緊度適中，每次檢修時復(fù)查皮帶輪對中情況。振動篩增加旁通線，當(dāng)振動篩故障需要停車檢修時，顆粒可通過旁通線進(jìn)行輸送，避免擠壓造粒機(jī)組停車。

b. 擠壓造粒機(jī)組升降負(fù)荷要緩慢，避免熔融泵剪切銷受力不均，同時，每年檢修期間，復(fù)查或更換剪切銷，復(fù)查聯(lián)軸器對中。熔融泵旋轉(zhuǎn)接頭安裝要保證密封面無雜質(zhì)，使用防松墊片，并按要求力矩進(jìn)行緊固。

c. 旋轉(zhuǎn)下料閥要定期加潤滑脂，防止干摩擦。

d. 干燥器皮帶安裝要張緊度適中，同時皮帶輪之間要進(jìn)行對中。

3 工藝故障導(dǎo)致擠壓造粒機(jī)組停車原因分析

工藝原因造成擠壓造粒機(jī)組停車34次，占總停車次數(shù)的28%，但逐年呈遞減趨勢。

3.1 反應(yīng)器停車

聚乙烯裝置采用UNIPOL工藝，反應(yīng)器停車后開車至少間隔12 h，擠壓造粒機(jī)組無料而被動停車。原因分析如下：

a. 反應(yīng)器結(jié)塊。原料丁烯、乙烯、氫氣、氮氣雜質(zhì)含量高，導(dǎo)致靜電高，造成反應(yīng)器結(jié)塊而停車；料位設(shè)定過低，擴(kuò)大段結(jié)片后掉落，造成反應(yīng)器流化狀態(tài)惡化，最終停車；丁烯及異戊烷冷卻器泄漏，導(dǎo)致原料進(jìn)水，反應(yīng)器靜電過高停車。

b. 反應(yīng)器相關(guān)設(shè)備故障。循環(huán)氣壓縮機(jī)突然停車，造成反應(yīng)器三型殺死停車；調(diào)溫水泵突然停車，造成反應(yīng)器撤熱能力不足，反應(yīng)器手動殺死停車；調(diào)溫水閥故障，導(dǎo)致反應(yīng)器撤熱能力不足停車。

c. 操作故障。切牌號過程中，反應(yīng)器料位、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、催化劑進(jìn)料量、露點、循環(huán)氣速等參數(shù)設(shè)定不合理，造成反應(yīng)器停車。

d. 反應(yīng)器PDS出料系統(tǒng)閥門故障，導(dǎo)致反應(yīng)器停車。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 嚴(yán)格控制原料雜質(zhì)含量。

b. 相關(guān)電氣、儀表專業(yè)加強(qiáng)安全柵、儀表傳感器、綜保等元器件的檢查與更換。

c. 加強(qiáng)員工培訓(xùn)，切牌號過程標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

d. 每周定期檢查PDS閥門及氣缸動作情況，每年定期更換PDS出料系統(tǒng)放大器、減壓閥、電磁閥等備件。

3.2 下料系統(tǒng)架橋

擠壓造粒機(jī)組下料系統(tǒng)從上到下包括：脫氣倉下料旋轉(zhuǎn)閥、粉料振動篩、三通閥、緩沖罐、負(fù)荷控制旋轉(zhuǎn)下料閥及螺旋下料器。粉料可通過三通閥進(jìn)入緩沖罐或者進(jìn)入種子料倉，擠壓造粒機(jī)組在正常運行期間，三通閥通向種子料倉方向閘板在關(guān)位。因下料系統(tǒng)管線堵塞造成擠壓造粒機(jī)組停車兩次。分析發(fā)現(xiàn)故障原因是，從脫氣倉下來的粉料溫度約70 ℃，且牌號不同，掛壁情況也不同，由于DFDA?7042牌號排產(chǎn)比較多，且該牌號熔融指數(shù)小、密度小、流動性差，在粉料振動篩下錐口及三通閥處易產(chǎn)生掛壁料，掛壁料積累到一定厚度脫落，堵塞下料管線，造成擠壓造粒機(jī)組無料停車。

相應(yīng)的解決措施如下：

a. 下料管線三通閥每周打開1次向種子料倉送料10 min，定期沖刷，避免該側(cè)閥板積料結(jié)片。

b. 下料系統(tǒng)管線在擠壓造粒機(jī)組檢修期間，進(jìn)行高壓水清洗，將掛壁料清理干凈，高壓水清洗1次，下料管線至少可保持穩(wěn)定運行12個月。

4 其他故障導(dǎo)致擠壓造粒機(jī)組停車

其他故障導(dǎo)致擠壓造粒機(jī)組停車23次，占比19%，主要是儀表故障、電氣故障和操作故障。

儀表故障造成擠壓造粒機(jī)組停車13次，占比11%，雖然占比不高，但停車次數(shù)呈逐年上升趨勢，主要原因是傳感器故障、安全柵故障、儀表引壓管堵塞等。電氣故障造成擠壓造粒機(jī)組停車7次，占比6%，主要原因是空氣開關(guān)故障、熔融泵變頻器故障等。經(jīng)分析造成儀表及電氣故障的主要原因是隨著運行時間增長，部分儀表和電氣元件老化導(dǎo)致儀表和電氣設(shè)備故障或損壞。該問題主要通過對儀表和電氣設(shè)備定期檢查，及時更換老化儀表或電氣元件，必要時整體更換儀表或電氣設(shè)備解決。

操作故障占比較小，主要是筒體溫度調(diào)整不及時、熔融泵轉(zhuǎn)速調(diào)整不當(dāng)、異物落入擠壓造粒系統(tǒng)等。該問題主要是通過對現(xiàn)場實際運行中發(fā)現(xiàn)的問題分析總結(jié)，及時對員工進(jìn)行操作培訓(xùn)、必要時修訂操作規(guī)程解決。

5 結(jié)束語

設(shè)備故障是影響擠壓造粒機(jī)組長周期穩(wěn)定運行的主要因素，占比53%，其次是工藝、儀表、電氣、操作故障。設(shè)備故障中，影響因素最大的是切刀和模板，由此可見，提高切刀和模板制造質(zhì)量、提高安裝精度、優(yōu)化操作參數(shù)等方面可有效降低擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)。隨著擠壓造粒機(jī)組長時間運行，儀表和電氣元件存在保養(yǎng)不及時、老化等問題，因儀表和電氣原因造成擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)逐年增加，因此，對重要的備件如安全柵、傳感器、空氣開關(guān)等要預(yù)防性更換。通過對歷年擠壓造粒機(jī)組停車原因進(jìn)行統(tǒng)計與分析，針對性采取相關(guān)措施，2023年，由最高每年停車12次降低至7次，大幅降低了擠壓造粒機(jī)組停車次數(shù)。同時，對其他擠壓造粒機(jī)組運行提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 李開貴，孫志明，高勇.影響擠壓機(jī)模板使用周期因素探討［J］.當(dāng)代化工，2019，48（7）：1554-1557.

［2］ 王聰.聚丙烯裝置擠壓造粒機(jī)運行問題分析及處理［J］.化工技術(shù)與開發(fā)，2020，49（6）：83-84.

［3］ 耿東方，唐迎迎，張紹武，等.國產(chǎn)模板在KE600擠壓造粒機(jī)上的試用探究［J］.化工機(jī)械，2014，41（3）：384-387；391.

［4］ 陳敏.聚丙烯擠壓造粒機(jī)造粒質(zhì)量不穩(wěn)定原因及改進(jìn)［J］.石油化工設(shè)備，2007（6）：90-92.

［5］ 李容波.聚丙烯擠壓機(jī)產(chǎn)生粘連料原因及改進(jìn)措施［J］.合成樹脂及塑料，2019，36（5）：52-56.

（收稿日期：2023-08-19，修回日期：2024-02-19）