聚丙烯裝置擠壓造粒機安裝調試問題及建議

沈彥卿(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

0 引言

CMP387擠壓造粒機組是浙石化二期2×45萬噸/年聚丙烯裝置的核心設備，由日本制鋼所制造，單臺最高負荷可達75 t/h，由一臺16 000 kW電機驅動，齒輪泵功率為2 300 kW，其功能是將聚丙烯粉末加入添加劑熔融后造粒，以方便產品保存及運輸。其主設備包含：主電機、主減速箱及驅動齒輪箱、螺桿及筒體、齒輪泵單元、以及切粒單元。成套包內設備多、調試期長，質量控制點多，筆者將針對減速箱、螺桿、齒輪泵以及切粒單元等安裝調試細節及重點分別剖析說明[1]。

1 減速箱

減速箱是驅動單元的核心，其功能是將驅動電機提供的動能，降速、增扭，并分別傳遞給兩根螺桿，使螺桿同向旋轉，并承載輸送熔融樹脂時螺桿的反作用力。驅動單元有兩臺成套使用的齒輪箱，分別為負責降速、增扭的主減速箱和扭矩分流、承載軸向力的驅動齒輪箱。驅動側選用16 000 kW、980 r/min的高功率電機，而輸出側則選用低轉高扭的閉式斜齒輪、扭矩分流式驅動齒輪箱，所以對主減速箱而言，扭矩保護十分重要。主電機與主減速箱輸入軸聯軸器選用矩保護聯軸器，又叫安全銷聯軸器，主要功能是防止扭矩過載保護設備。在正常狀態下，聯軸器與軸之間為間隙配合，屬于脫開狀態，聯軸器內部設有一個液壓油腔體，油壓越高所承載的扭矩越大，充壓后，聯軸器內部發生形變，將軸緊緊抱死，使間隙配合變為過盈配合。當螺桿端超載，或機械故障，扭矩超過設定值時，聯軸器和軸會出現轉動位移差(打滑)，固定在軸上的環狀切刀，會將聯軸器上的安全銷頭切斷泄壓，從而切斷傳動系統所傳遞的扭矩，實現機械保護的目的。扭矩保護聯軸器兩端分別設有滾動軸承，在液壓腔未充壓時作為兩端支撐，同時也為聯軸器提供斷開后的滾動支撐，在聯軸器外緣有潤滑油注入點，注意與液壓油口區分。

在液壓油腔加壓過程中，為將液壓腔內氣體完全排空，需將加壓口盤車至垂直朝上位置，安全銷按扭矩緊固后反向松1/4圈，以便阻油排氣使液壓油灌滿液壓腔，按扭矩-油壓對照表選定油壓，通過隨機專用的液壓油泵加壓排氣，排氣期間觀察泵頭壓力表，此間有輕微壓降，排氣約15～30 min直到無壓降后，定壓按扭矩緊固排氣安全銷，安全銷聯軸器扭矩設定完成，如圖1所示。如有檢修需要斷開聯軸器，將加壓泵連接后，通過泵體泄壓閥泄壓即可斷開。

圖1 安全銷聯軸器結構圖

齒輪泵減速箱選用的是另一種扭矩保護聯軸器，作用相同，只是原理從液壓油腔形變摩擦力定扭變為剪力銷定扭，有一點需注意：說明書或圖紙中剪力銷數量與力矩保護成倍數關系，一般設定為140%額定力矩。筆者所用設備為六銷孔，安裝三個剪力銷即可達到140%剪力矩。最后，需注意主減速箱的推力軸承壽命與螺桿前端的樹脂壓力有關，在操作運行過程中，要密切關注齒輪泵入口壓力，嚴格按制造廠提供的“螺桿前端壓力-止推軸承壽命曲線圖”控制，以保證止推軸承滿足設計使用壽命要求。在正常工況下，推力軸承壽命在10萬小時以上。

2 螺桿及ABC密封

CMP387型擠壓機螺桿直徑為387 mm，長徑比24.5，螺桿材質為合金鍛鋼，螺桿表面經加工研磨，拋光后做滲氮硬化處理。螺桿的進料端軸頭設有花鍵式聯軸器與輸出齒輪箱連接，螺桿本體由螺桿軸和可更換的螺旋塊組成，根據螺桿所處筒體位置的功能需要，在制造廠拼裝成型，進料段和排料段為右旋螺紋，功能在于物料輸送，中間段為捏合塊，用于正向、反向混煉。螺桿安裝至筒體時，需注意以下細節：首先是雙螺桿相位，螺桿為成對整體固定安裝，在固定前，要注意花鍵標記，要求標記朝上且區分L、R螺桿，螺桿花鍵軸端向盡可能調整平齊；第二，需用廠家提供的相位尺測量相位，調整偏差后安裝固定工裝；第三，安裝筒體穿入法蘭保護工裝，防止安裝過程中損壞筒體法蘭結合面，影響密封；最后，全面檢查螺桿本體是否有損傷，并涂覆耐高溫潤滑脂保護螺桿，螺桿穿入筒體過程中，要時刻關注螺桿水平度，杜絕生拉硬拽，做好設備保護。

ABC密封位于C1段筒體驅動端，其功能是密封螺桿轉動軸與一段筒體的間隙，防止擠壓機在運行時，PP粉料沿螺桿軸泄漏至大氣。ABC密封整體結構類似填料密封，主要由密封盒、ABC密封環，以及密封壓蓋組成。ABC密封環分為三種規格，玻璃纖維填充聚PTFE、石墨填充PTFE、以及碳纖維PTFE，一組8片，在每片上有安裝方向標識及零件號，密封環外側由彈簧箍緊固定，軸向通過一個帶銷的保持架，定位固定在密封盒上。

安裝前檢查項目：(1)檢查密封環數量及完好程度，要求密封環徑向面無破損、劃痕，軸向面平整無彎曲；(2)檢查螺桿軸與密封配合位置表面清潔度，要求絕對清潔，防止異物損壞密封；(3)檢查密封配合表面是否有毛刺或劃痕凹坑等缺陷；(4)用細砂紙二次研磨配合面，安裝前再次清潔；(5)填料函架表檢查螺桿軸跳動值，要求小于軸徑的0.15%，如果超差，可能會造成ABC密封氣首次投用流量增加，并影響使用壽命。

如圖2所示，ABC密封氮氣吹掃為低壓氮氣，在經過減壓閥減壓至0.015 MPa后，從ABC密封底部吹掃口進入密封，ABC密封頂部設有引壓點連接壓力表，首次投用時需記錄流量，在正常運行過程中，ABC密封有一定磨損泄漏量，這使得密封腔內壓力逐漸降低，當密封腔壓力接近低報值0.1 kg時，要通過調整減壓閥將壓力維持在0.15 kg，流量會隨之增加，當流量增加接近首次投用的2倍時，計劃更換ABC密封。

圖2 ABC密封

3 齒輪泵及旋轉接頭

齒輪泵的轉子由一對相互嚙合的齒輪組成，由同一臺減速箱分別通過萬向聯軸節驅動，而兩個齒輪轉子的配合間隙是設備安裝的重要檢查點，調整不好會直接影響齒輪泵的使用壽命及開車安全。兩齒輪轉子為上下布置，調相位工序如下。第一，松掉上部萬向聯軸節定位銷處的連接螺栓，僅用于徑向限位，用千斤頂及行車支撐聯軸節，防止其重力作用在齒輪泵上，通過在齒輪泵非驅動端，用塞尺檢查上下軸與螺旋密封的上下間隙，確認間隙均勻，齒輪泵軸端未受垂直方向重力影響；第二，拆除非驅動端上下轉子的熱油旋轉接頭，用專用工裝固定齒輪泵下轉子并架百分表1調零，用于上轉子拉緊期間觀察驗證下轉子未隨動。在上轉子聯軸節減速箱側掛盤車器，并沿齒輪泵轉向反向拉緊鎖死，通過百分表1讀數確認完成此工序，目的是固定下轉子，防止調整相位期間轉動；第三，在上轉子聯軸節解口處法蘭的外緣上架百分表2，準備測量相對位移，在上轉子非驅動端固定盤車桿，做盤車調相位準備，因齒間間隙較小且齒輪泵未進料，為方便相位居中，建議在盤車桿位置固定液壓千斤頂做微調；第四，正反向手動盤車測量相位總間隙，并根據百分表2讀數，將轉子相位間隙調至中間位置(圖3)，期間需觀察百分表1讀數，同時確認齒輪泵下轉子未動；最后，連接定位銷處法蘭螺栓，并根據實際錯口尺寸加工定位銷塊安裝鎖緊，至此相位調整完成。定位銷塊加工時需注意以下三點：(1)尺寸建議用塊規配合塞尺測量銷槽中間偏內側間隙，盡量減小測量誤差，定位銷塊與銷槽微過盈配合即可；(2)在定位銷塊與銷槽錯口位置處加工倒角，徑向楔入位置同樣加工倒角以方便安裝；(3)定位銷塊為對稱兩塊布置，兩側測量尺寸應為一致，安裝時盡可能對稱同時楔入[2]。

圖3 齒輪側隙調整示意圖

旋轉接頭安裝在齒輪泵非驅動端，用以實現齒輪泵軸旋轉中的密封及冷卻，齒輪泵軸內置冷卻套管，隨泵軸旋轉過程中進行導熱油循環，套管外側4個傳動鍵，連接齒輪泵軸帶動旋轉接頭跟齒輪泵同步旋轉，內套管的另一端，為連接導熱油進出口法蘭的集裝式機械密封，內含一對石墨軸承、一組帶壓緊彈簧的動靜環，以及軸端的填料密封。因齒輪泵相位調整時需拆除再安裝，此過程要注意落地擺放時的支撐保護，防止損壞機械密封或壓蓋填料，如在開車期間出現熱油泄漏，在做好防護的前提下檢查具體泄漏位置，嘗試緊固填料壓蓋方法消漏，如果機械密封泄漏，則需降溫退熱油，整體更換旋轉接頭。

4 切刀安裝及檢查標準

作為最終顆粒成型輸出端，切刀的平行度是切粒單元的重要質量控制點，如果控制不好，會出現異常磨損、退刀、纏刀等問題，會導致擠壓機啟動失敗、切粒水管灌腸、甚至斷刀。

切刀安裝前，首先要根據刀盤尺寸準備鉗工平臺以及盤車固定器。鉗工平臺的精度越高，累計誤差越小，切刀安裝效果越好；盤車固定器需根據刀盤尺寸重量選擇，如尺寸小、重量輕可用多個磁力表座固定，反之則需要做專用環狀工裝，原則是盤車期間定位，保證盤車期間刀盤軸向固定。第二，將刀盤底部與平臺的接觸面涂脂潤滑，并置于平臺一側，百分表架固定于另一側，用水平尺找平鉗工平臺，盡可能小于0.05 mm/m。準備工作結束后，手動盤車測量每把切刀平行度，平行度測量點為刀尖方向1/2至2/3處，要求誤差0.03 mm內，超差切刀采用正負偏差互換位置方式處理至合格，如個別切刀偏差過大，更換新刀。首次開車需檢查刀盤平面度，要求偏差小于0.01 mm，合格后安裝切刀。

切刀安裝合格后用專用工裝將刀盤吊裝至切刀軸，注意安裝前花鍵及螺紋清理干凈并涂脂潤滑防卡死，刀盤裝配需用專用工裝帶緊推向驅動側，禁止用緊固螺母背緊防止螺紋卡死，緊固后測量刀軸與水室結合面垂直度，檢查標準≤0.01 mm，如超差在水室背側緊固螺栓位置加找正墊片調整。磨刀轉速設定在最大轉速的60%～70%，進刀風壓自動，磨刀15 min磨損切刀約0.03～0.05 mm，打開水室檢查確認每把切刀磨損均勻，復測切刀平行度≤0.01 mm。

5 進刀風壓曲線

擠壓機開車為全自動模式，因每臺機組情況不一，所以進刀風壓曲線需現場收集數據予以繪制，風壓曲線影響開車成功與否，且與切刀使用壽命息息相關，是調試重點。切刀軸的軸向受力分析如公式(1)所示：

式中：Fx為切刀向模板力；F1為進刀風壓；F2為刀旋力；F3為退刀風壓；F4為摩擦損失；F5為水室水壓。

進退刀風壓可調，F2切刀旋轉力與轉速成正比，F4和F5基本為定值不變。

曲線繪制步驟：首先找切刀軸零點，將退刀風壓調至0.7～0.8 MPa，進刀風壓調至0.3～0.4 MPa，依次投用進、退刀風壓后，手動盤車，緩慢降低退刀風壓，同時觀察百分表關注切刀軸位移，待盤車變重時，證明刀盤接觸模板，記錄百分表讀數，調整切刀軸定位裝置到刀軸端后，反向調整退回，可反復至百分表讀數接近4 mm后，鎖緊刀軸定位裝置，此位置作為進刀零點；第二步，尋找平衡風壓。將退刀風壓設定在0.7 MPa，切刀轉速設定在最低轉速100～120 r/min，這樣找到的平衡風壓為最低，可以大幅減少退刀概率，啟動切粒機，緩慢降低退刀風壓，觀察刀軸百分表，直到刀軸開始緩慢前進，記錄此時風壓為“平衡風壓”，此風壓為定值，可多次反復上述工序測得；第三步，進刀風壓及最小風壓數據收集，分5個轉速點分別測量，轉速在最低轉速至最高轉速間平均選取，如筆者所在裝置轉速設定為100～320 r/min，選取5轉速點為120、170、220、270、320 r/min，具體操作為固定平衡風壓，緩慢增加進刀風壓，觀察百分表，記錄5～10 s進刀至模板風壓，需反復測量取均值[3]。將實際測量數據繪制曲線，根據曲線情況二次修正平滑，如圖4所示。

圖4 風壓曲線繪制示意圖

6 結語

擠壓造粒機是聚丙烯裝置核心設備，無論是齒輪泵相位調整，還是進刀風壓曲線都將直接影響設備的運行安全，需設備管理人員重點關注。