煤化工聚烯烴擠壓造粒機組故障分析

張宗文

（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014000）

煤化工聚烯烴擠壓造粒機組故障分析

張宗文

（神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014000）

重點介紹擠壓造粒機組的組成部件和工藝流程，分析了擠壓造粒機組出現常見故障的原因，提出解決方案，為聚烯烴裝置的安、穩、長、滿、優，生產提供一些經驗。

擠壓造粒機組；故障分析；解決方案

1 前言

隨著煤化工產業的快速發展，我國煤制烯烴項目方興未艾。聚烯烴（聚乙烯、聚丙烯）是煤制烯烴項目的終端產品，擠壓造粒機組是生產這一產品的關鍵設備，該機組機、電、儀高度一體化，自動化控制水平高，是聚烯烴裝置中外形尺寸最大、結構最復雜、投資最大、制造周期最長的大型動設備，它通過混煉、擠壓、造粒等過程將聚烯烴粉料制成顆粒產品。其運行的可靠性和穩定性直接影響聚烯烴產品的質量和裝置長周期生產。因此分析擠壓造粒機組的故障原因、總結解決方案，意義非常重大。

聚烯烴的粉末造粒過程也是產品改性的過程，在造粒過程中，由于加入各種添加劑，如穩定劑、潤滑劑、塑化劑、阻燃劑、防靜電劑、防老化劑、抗紫外線劑等，使產品性能得以改進，達到預期的要求并且便于運輸及后序加工。

目前聚烯烴裝置生產規模不斷向大型化、超大型化發展，與之配套的擠壓造粒機的單產能力也需要不斷提高。大型擠壓造粒機多采用雙螺桿技術。根據螺桿嚙合型式，雙螺桿擠壓機可分為嚙合型和非嚙合型兩種；根據螺桿轉動方式，雙螺桿擠壓機可分同向旋轉和異向旋轉兩種方式。當前雙螺桿擠壓機主要有異向非嚙合及同向嚙合兩種形式。國際上這兩種形式擠壓機技術處于領先地位的是德國的華納法拉爾特（WP）、日本的神戶制鋼（KSL）和日本的日鋼（JSW）三家公司，他們擁有設計、制造和安裝該機組的技術和能力，其產品因性能優良、技術成熟、適應性強而占據了國際市場的絕大部分份額。國內有聚烯烴擠壓造粒機制造業績的，僅大連橡膠塑料制造有限公司一家，其應用業績較少，已投產項目中聚乙烯最大生產能力為25萬t/a，聚丙烯最大生產能力為20萬t/a。

國外三家制造廠中，德國WP公司生產的ZSK型擠壓造粒機為同向嚙合型雙螺桿擠壓機，呈I型布置，價格最高，但其具有操作穩定、綜合能耗低、物料適用范圍廣、物料停留時間短等優點；日本JSW公司生產的CIM型擠壓造粒機為異向非嚙合型雙螺桿擠壓機，呈L型布置，價格較低；日本KSL公司生產的LCM型擠壓造粒機也為異向非嚙合型雙螺桿擠壓機，呈L型布置，價格居中，在國內市場份額最大。

本文重點研究聚乙烯裝置CIM460型擠壓造粒機組的故障分析和運行維護問題，對常見故障的原因進行深入分析、提出解決方案，為聚烯烴裝置的安、穩、長、滿、優生產提供一些經驗。

2 擠壓造粒機組的工藝流程和結構組成

2.1 機組工藝流程

聚乙烯裝置的樹脂粉料脫氣后與多種助劑按一定比例混合，經擠壓機的喂料器送至混煉機中，在200℃高溫下，聚乙烯粉末變為熔融樹脂并通過進料調節閥調節樹脂的混煉程度；熔融樹脂通過熔融泵增壓，經過自動換網器的濾網去除雜質，再經出料模板的?？讛D壓；擠出后的熔融樹脂進入切粒水箱，由水箱中的旋轉切刀在顆粒冷卻水中切割造粒；切割出的樹脂顆粒被顆粒水帶入除塊器，在除塊器中大塊樹脂被去除后送至離心干燥機進行脫水干燥；干燥后的顆粒送至顆粒振動篩，振動篩篩出的合格粒料經風送系統送至產品料倉摻混存放。除塊器和干燥器分離出的切粒水，經過濾后返回切粒水箱循環使用（見圖1）。

圖1 擠壓造粒機組流程示意圖

2.2 機組結構和組成

CIM460型擠壓造粒機由驅動機、齒輪箱、混煉機、熔融泵、換網器、膜頭、切粒機、顆粒干燥機和振動篩構成。輔助系統為顆粒水系統、蒸汽加熱（混煉機加熱）系統、循環水（混煉機冷卻）系統、導熱油（模板加熱）系統、液壓油系統和潤滑油系統。

機組外形尺寸（大約）：長21m，寬10m，呈L型布置。

機組性能保證值：最大41 662kg/h（33.3萬t/a）、正常37 875kg/h（30.3萬 t/a）、最小22 725kg/h（18.18萬 t/a）、期望值45 828kg/h（36.66萬 t/a）。

3 機組常見故障

①擠壓造粒機螺桿及筒體振動異常聲音；②擠壓造粒機螺桿通道或排放口內壁有焦化樹脂；③擠壓機筒體設備法蘭和密封裝置處聚乙烯粉末泄漏；④擠壓機筒體排放口排放過量；⑤換網器滑桿鎖住；⑥換網器壓差異常（高或低）；⑦混煉機原料進料率不穩定；⑧混煉機料斗下料不暢；⑨潤滑油溫度較高；⑩潤滑油壓力高；?混煉機運行時突停；?切粒系統驟停；?物料堵塞；?成品大小顆粒多；?顆粒形狀不規則；?粒顏色異常（色粒）；?顆粒的MI值突然上升比料粉的MI值高；?主電機系統的主電機扭矩過高；?主電機系統的主電機扭矩過低。

4 機組常見故障分析及處理方法

4.1 擠壓造粒機螺桿及筒體振動異常聲音

引起這一故障的原因是：進料量過高或過低、螺桿轉速不適中、節流閥未調整到適當間隙；大塊料或異物落入或進入；螺桿或筒體損壞或磨損；對中或找平失調。

故障排除方法：改變設定條件；重新檢查濾網或其他設備，分離異物；檢修或更換螺桿；重新對中找水平。

4.2 擠壓造粒機螺桿通道或排放口內壁有焦化樹脂

引起故障的原因：過熱；擠壓機中氧含量增加。

故障排除方法：選擇適當的夾套溫度；需要停車時有計劃的停止加熱；定期清潔；在進入擠壓機前的附助加料器用N2吹掃；排放口用N2密封/吹掃；禁止氧含量增加。

4.3 擠壓機筒體設備法蘭和密封裝置處聚乙烯粉末泄漏

引起故障的原因：未安裝密封件或密封裝置損壞；法蘭密封面損壞或螺栓松動；夾套加熱分布不均勻。

故障排除方法：安裝密封裝置或更換損壞的密封件；修整法蘭密封面，更換密封材料，用標準力矩重新緊固法蘭螺栓；檢查夾套加熱和冷動方法，檢查夾套是否堵塞、加熱器是否損壞，檢查溫度控制是否不合適。

4.4 擠壓機筒體排放口排放過量

引起故障的原因：聚乙烯粘度下降；在排放口停留未熔融的固體大塊；氣體揮發，聚乙烯膨脹；在出料段螺旋元件過度磨損；螺桿軸磨損；襯套磨損；擠壓機排料端有大塊固體樹脂。

故障排除方法：檢查進料黏度，檢查筒體過熱；使擠壓機節流閥間隙變窄，切換夾套“冷卻”到“加熱”；控制進料中揮發物；更換螺旋元件、螺桿軸、襯套；開車閥檢修保持清潔，減少開車閥加熱。

4.5 換網器滑桿鎖住

引起故障的原因是：液壓油泄露、液壓油缸或液壓油系統故障、液壓油壓力過低；限位開關故障；筒體加熱不足。

故障排除方法：檢修液壓油系統，修理或更換損壞的部件；檢查開關性能；檢查筒體溫度，排除熱量不足的原因（加熱介質、加熱夾套、儀表控制等）。

4.6 換網器壓差異常（高或低）

引起故障的原因：濾網過細、管線或設備內雜質積聚在濾網上，穩定劑和催化劑殘渣堵塞、熱降解樹脂堵塞，導致濾網壓差過高。濾網泄漏，導致網壓差過低。

故障排除方法：將濾網更換成目數低的濾網、檢查熔融物料中的雜質，定期清理濾網，更換破損的濾網，保證濾網壓差正常。

4.7 混煉機原料進料率不穩定

引起故障的原因：進料器失調；原料黏在料斗表面。

故障排除方法：排除進料器故障；沖洗料斗段水套，提高冷卻效率。

4.8 混煉機料斗下料不暢

引起故障的原因：轉子的轉速低；進料率太大。

故障排除方法：調高轉子的轉速；降低進料率。

4.9 潤滑油溫度較高

引起故障的原因：潤滑油流量不足；潤滑油質量劣化；潤滑油的型號不合適；潤滑油泵損壞；油冷卻器損壞。

故障排除方法：查看潤滑油，添加潤滑油；更換潤滑油；型號不符，應更換；檢查油壓和流量，檢查油泵，更換硬件；檢查水壓和流量。設置正常的壓力。檢修和清洗冷卻器。

4.10 潤滑油壓力高

引起故障的原因：壓力表后面的導管堵塞；異物混入油槽；潤滑油溫度低于40℃。

故障排除方法：檢查并清洗壓力表后面的導管；更換潤滑油；檢查并更換溫度控制系統。

4.11 混煉機運行時突停

引起故障的原因：停電；腔體關閉的限位開關故障；異物進入混合腔體。

故障排除方法：等待電力供應；排除限位開關故障；打開腔體后檢查并排除異物。

4.12 切粒系統驟停

引起故障的原因：①顆粒水溫度過高；②物料熔融指數波動較大使出料流速不一致；③切粒機振動過大切刀與模板貼合不緊；④顆粒水流量過低；⑤切刀刃口損傷或磨損過量。以上原因都能導致水下切粒系統停車從而造成整個機組聯鎖停車。

障排除方法：①顆粒水溫度過高，降低模板處的熱油溫度，檢查筒體及模板溫度分布，筒體冷卻水的流量、壓力及溫度是否正常；②物料熔融指數波動較大，使出料流速不一致確認“水、刀、料”到達模板處的時間設定，防止顆粒水過早到達模板使模板孔凍堵。切粒機合上機頭后，應快速把喂料量提升到擠壓機的設定負荷。③切粒機振動過大，切刀與模板貼合不緊檢查刀軸與切粒電機之間的對中是否超差，刀軸承組件是否有損壞、切刀轉子動平衡是否失衡。在運行中檢查切粒機四個移動輪與導軌之間的接觸是否有間隙。控制樹脂粉料中的揮發物成分，消除粉料流經模板孔時對切刀及刀軸產生的振動。④顆粒水流量過低，檢查顆粒水是否內漏，顆粒水罐過濾器及冷卻器是否堵塞，如果堵塞應進行清理；檢查顆粒水泵的出入口壓是否正常，如果不正常則應檢修顆粒水泵及泵管線上的閥門。⑤切刀刃口損傷或磨損過量停車后，目測檢查切刀刃口是否有損傷或磨損過量，若存在此情況則應全部更換切刀。

4.13 物料堵塞

引起故障的原因：物料尺寸或均一性的原因，在加料器的不同地方會發生擠壓、凝固和堵塞。

障排除方法：若是物料在管口凝固（螺旋和管口之間的物料）導致停滯和噴射，需使用一個小的螺旋并在較高的轉速下運行，即可排除該現象；若果是螺旋拆除困難，加料器用一個較小的螺旋，以較高的速度運行；如果控制器中是無信號，則檢查系統控制器，查找故障。

4.14 成品大小顆粒多

中石化標準SH/T1541|—2006《熱塑性塑料顆粒外觀試驗方法》定義：任意方向上尺寸大于5mm的樹脂顆粒稱為大粒，包括連粒；任意方向上尺寸小于2mm的樹脂顆粒稱為小粒，包括碎粒和碎屑。合格顆粒大小在2～5mm。單純性大粒產生的數量很少，裝置主要生產的是連粒。產生的連粒的原因是熔融樹脂切斷后沒有及時被冷卻，兩個以上的顆粒相互黏連，形成連粒。

引起故障的原因是：顆粒水溫度過高；模板和切刀軸未對中；切刀軸跳動過大以至刀軸變形；切刀邊緣不平整；膜孔臟；膜板和切刀磨損；膜板熱量不充足；切刀材料硬度不適合。

故障排除方法：降低顆粒水溫度，注意不要降得過低，避免造成模板孔堵塞，影響開孔率；刀軸和膜板重新對中；檢查更換刀軸；磨刀或換刀；沖膜；重新研磨或更換膜板；檢查膜板熱量不夠的原因；檢查處理切粒機單元振動；調整風壓。

小粒產生的主要原因：出料速度與刀速不匹配以及模板開孔率不足。

故障排除方法：切刀轉速必須與造粒負荷相匹配，否則當刀速高于樹脂出料速度時就會出現小粒增多的現象。

4.15 顆粒形狀不規則

引起故障的原因：刀軸與模板垂直度不好；刀片與模板平行度不好；間隙設定有誤；模板蒸汽壓力下降；模板蒸汽排放不良；刀速參數控制不合適；刀磨損。

故障排除方法：調整刀軸與模板垂直度；檢查刀與模板接觸情況，調節平行度；調整間隙；檢查蒸汽壓力；檢查疏水器；調整刀速；換刀。

4.16 粒顏色異常（色粒）

導致色粒出現的原因很多，主要如下：①造粒機長時間停車后同體積摸頭內殘存物料碳化；②添加劑不合格帶入顏色；③聚合反應階段三乙基鋁添加量過多，以致反應剩余的三乙基鋁進入樹脂造成色粒；④樹脂下料系統含氧量高，導致物料在高溫和氧的作用下發生了分解；⑤系統因異常而帶入其他物質造成色粒。

處理方法：避免以上情況發生。

4.17 顆粒的MI值突然上升比料粉的MI值高

引起故障的原因：樹脂混煉過程中發生降解；穩定劑沒按要求加入。

故障排除方法：降低樹脂溫度；檢查穩定劑的加入情況；檢查系統氧濃度，如偏高加強氮氣吹掃。

4.18 主電機系統的主電機扭矩過高

引起故障的原因：油潤滑系統故障、主電機輸出軸與齒輪箱出入軸對中精度不夠、電機及離合器振動等都將損壞主電機軸承，導致扭矩過高。

故障排除方法：定期檢查和清洗潤滑油系統，用振動測量儀和紅外測溫儀對主電機軸承進行測量并繪制趨勢圖。若超趨勢值，則測定主電機空轉電流值或功率值，對比是否超過規定值，判斷是否應更換軸承；進行電氣測試檢查，查清轉子不平衡的原因。

4.19 主電機系統的主電機扭矩過低

引起故障的原因是：喂料系統故障使雙螺桿空轉將導致主電機扭矩過低。

故障排除方法：檢查判斷添加劑系統或主物料下料系統是否有故障，清理堵塞點。

5 結語

擠壓造粒系統涉及設備數量多，且多為轉動設備、自動連鎖程度高，所以出現故障的原因也較為復雜，本文通過對CIM460型擠壓造粒機組常見故障的分析，總結了排除故障的方法和操作經驗，為聚烯烴裝置的安、穩、長、滿、優生產著實提供了借鑒性經驗。今后在生產運行實踐中，還需進一步摸索、潛心積累、善于思考，不斷總結排除設備新故障的經驗和方法，大幅提高機組穩定運行周期，不斷提升設備運行和維護的水平，為企業發展做出更大的貢獻。

[1] 趙晶.大型聚烯烴裝置擠壓造粒機組的選擇[J].石油化工設備技術，2008，29（1）.

[2] 劉東.LCM400擠壓造粒機組在聚乙烯裝置中的應用[J].硫磷設計與粉體工程，2007，（4）：33-36.

[3] SH/T 1541—2006，熱塑性塑料顆粒外觀試驗方法[S].

Fault Analysis of Coal Chemical Polyolefin Extrusion Granulator

Zhang Zong-wen

This paper focuses on the components and process fl ow of the extruded granulator，analyzes the causes of the common faults in the extruded granulator，and puts forward the solution for the safety，Provide some experience.

extrusion granulation unit；fault analysis；solution

TQ325.12

B

1003–6490（2017）10–0016–03

2017–07–26

張宗文（1965—），男，黑龍江牡丹江人，工程師，主要從事設備故障分析工作。