聚丙烯裝置擠壓造粒機運行故障分析及處理措施

張盛瑀

（中國石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163400）

0 引言

擠壓造粒機是聚丙烯設備中顆粒物料轉換的關鍵設備，集機、電、儀于一體，運行操作高度自動化，因而在操作中經常會遇到一些無法正確判斷的問題，從而導致設備無法正常生產。某煉廠30 萬噸/年聚丙烯裝置使用了日本JSW 公司生產的CMP335×Ⅱ-24.5AW-V 型擠壓造粒機。自投產以來，連續出現一系列停機事故。本文針對上述問題進行詳細分析并提出相應對策。

1 擠壓造粒機簡介

某煉廠擠壓造粒機是由日本JSW 公司研制生產的CMP335×Ⅱ-24.5AW-V 型雙螺旋同軸式擠壓機，主要由主電機、齒輪箱、筒體、開車閥、換網器、切粒機等部件構成，其功能是將聚丙烯粉末和助劑混合、加熱、熔煉、混煉、擠壓、切粒，完成從粉末到最終顆粒的加工。

擠壓造粒的生產工藝流程如圖1 所示。共向式雙螺桿通過主電機帶動，經過減速裝置減速后輸出，由計量儀測量聚丙烯粉末和助劑，通過在線攪拌將制品送入造粒機內，并通過模板的模孔將其擠出，然后在切粒水腔內進行切粒，將聚合物顆粒從切粒水中輸送至預脫水器完成初步脫水，再經過離心干燥器干燥、振動篩篩分等工序進入最后的成品摻混料倉。

圖1 擠壓造粒機組流程

2 擠壓造粒機常見運行故障

2.1 摩擦離合器故障

擠壓機以摩擦式離合器為主要的安全元件，實現主電機和主減速器之間的轉矩傳輸。當壓力超出可承受的極限時，摩擦式離合器就會發生滑動，導致主機聯鎖停機。造成摩擦式離合器的滑動脫落，引起擠壓造粒機停機的主要因素有如下5 個：①由于熔化不良、溫度不夠或熔指太低，導致阻力過大，引起電機轉矩上升；②在筒體中進入異物使螺桿卡塞；③摩擦離合器磨損；④變速箱內機油溫度太低，導致機油黏度增加；⑤摩擦式離合器的氣壓過小[1]。

根據上述問題歸納出了對策：停車后用清洗劑清潔，擦拭摩擦離合器，以確保磨具與磨具間的接觸面干凈。在運轉輔助電機時，利用間斷排料使筒體中的物料完全排出，使輔助電機在一個較小的轉矩下啟動。在輔助電機停止運行后，應立即啟動主電機和主減速裝置的機油系統，如有需要，應立即停止循環冷卻水并維持機油的溫度。根據具體的條件，可以適當增加摩擦式離合器的氣壓。

2.2 開車時進刀位置異常

開車時合上切粒機后，刀軸不會進入正常的研磨狀態，因此刀具與模板間會出現很大的間隙。將熔化的高分子材料從模板中擠出來后，若刀具的銳度不夠，將會形成墊刀現象，造成切粒機轉矩過高報警。合理增加開車過程中的進刀壓力和切刀旋轉速度，可以將產生的墊刀料拋出，將刀軸恢復到正常的狀態。模頭腔內的排料量通常需要超過10 kg/h，生產時超過15 kg/h，在正常生產時迅速提高生產負荷，確保模板孔排料的流速。

2.3 開車后模板面上形成一層膜

磨刀作用顯著的情況下，擠壓造粒機開車后會出現大量的大塊體，導致切粒機轉矩過高而停止工作。剝離切刀后，在該模板的表層有一片高分子膜。當高分子膜粘附于模板上并產生擠壓時會產生兩種情況：①當切刀就位時被模板中擠出物料所推，使刀軸向后移動，使物料在模板與切刀的間隙處擠壓，從而產生一層膜；②切刀未就緒而熔漿物料已排出，導致切刀不能向前推進，擠壓聚合物在模板表面產生一層膜。如果是前者，可以對刀具及液壓油體系進行檢驗，以保證刀具的進刀風壓。如果是后者，則要對切刀、聚合物和切粒水的“三同時”時間設置進行適當調整。通過對切粒機的分析，延長切粒機的開車閥直通時間，從而延緩了聚合物熔體的出料速度，確保切刀到達后進行切粒[2]。

2.4 生產特定牌號時產出聚丙烯細粒

聚丙烯設備可按客戶要求生產各種牌號的產品，因此在常規生產中常常需要切換不同的牌號，導致擠壓造粒機設備生產條件發生變化，出現各種異常的情況。在生產T30S 牌號時，切粒機生產出了更多的細小粒子，而且產品的粒度分布很不均勻。這主要是因為T30S 是一種不均勻的加氫工藝，在第一個環管反應器內加入少量的氫氣，使聚合過程中生成了許多低熔點的聚合物，然后再進行二次循環。盡管成品的熔指在2.4～3.6，也適當添加相應的助劑使其融合。這種聚合物熔點很低，且難以充分混合，在造粒率低或生產波動時，尤其是在造粒機低轉速時，會因出料流速度太慢而阻塞模板的孔隙，從而產生大量的細小粒子，導致產品的粒度分布不均勻。

為了解決上述問題，可以通過增加筒體溫度和模頭溫度來改善材料的流變特性；關小節流閥，增加物料的混合程度；適時調整切粒機的轉速，以確保切粒的粒型指標。

2.5 流量波動大或不穩定

擠出來的物料流量波動較大，有時出現流量突然變小的情況。此種情況的主要是由于料流在擠出機筒體內的流動過程中發生劇烈的紊流現象，從而使擠出的物料在一定程度上受到紊流沖刷的作用，導致其流量變小，甚至出現停滯流動狀態。由于聚丙烯擠出造粒機結構較為復雜，螺桿、旋轉接頭、錐面等均為易磨損零件，因此擠出機在運行過程中會出現物料流速變慢、壓力變大、流量變小等現象。另外擠出機內部零件磨損嚴重也會導致擠出機流量波動變大。擠出來的物料受到擠壓后密度下降，密度分布不均，從而導致擠出來的物料流速加快或減慢。

3 擠壓造粒機常見問題的處理

3.1 正常工況下的磨刀（新刀）

磨刀操作的質量，對造粒機的開車成功率和切粒機的切粒效率有著重要的影響。顯然，磨刀是確保機組循環運轉的保障。總結大量的實踐經驗，制定磨刀運行方案。在研磨之前，先將刀具的進料壓力設置為50～52 bar（1 bar=0.1 MPa），刀具速度設置為500～560 r/min，然后開始研磨。當刀具和模具接觸時，機器的輸出轉矩會達到25%～30%。當磨刀持續運動時，切刀的運動是按照正常速度向前推進的，這時進刀的壓力應為56～50 bar，切刀轉速是580～500 r/min。在進刀壓力和切粒機轉速降低到50 bar 和500 r/min 時，保持操作，這時輸出轉矩從約30%逐步降低到低于25%，切刀的磨損率約0.2 mm，刀柄的定位范圍為1.05～1.2 mm。

在磨刀過程中可能出現一些異正常現象，其多數是由于刀具和模板不能充分貼合造成的。如果在開始研磨過程中沒有超過轉矩的29%，可以采用增大刀口壓力的方式將刀具和模具貼合起來。具體方法是將進刀風壓從50 bar 提升到58 bar，并根據切刀軸的推進情況繼續調節，直到轉矩上升到合理水平為止。這時，切粒機的轉速應該保持在580 r/min，這樣就不會產生轉矩突變。若此方式仍無法將切刀與模板貼合，應更換刀具并再次研磨。

3.2 正常運行中墊刀的原因及處理

在切粒機的日常運轉中出現的墊刀現象，往往是由于聚合物熔融過程中出現了較大的改變，使得擠出機筒體中的聚合物流速太大，無法在較長的一段時期內維持滿流，致使部分模孔無法正常排出造成的。當切粒水進入模具時，由于溫度太高，聚合物和水分會發生崩料而形成墊料，導致切粒機轉矩過高而停止工作。此外，因排出物料不穩，模板中的某些孔洞發生阻塞，使殘余模板孔排出物料的速度較快，也會形成墊料，使得切粒機轉矩過高而停止工作。

防止墊刀的措施有：

（1）當從低熔指向高熔指轉換時，節流閥的開啟量要適時進行調節，并進行適當的溫度調節。當壓力系數為每10 min 8～15 g，負荷為25 t/h 時，節流閥開啟量保持在30°～35°；該指標約為每10 min 15～25 g，負荷2525 t/h，開啟量保持在35°～40°。當使用高熔指物料時，節流閥的開啟量應該維持在35°或更高。

（2）在脫氧劑脫出的情況下，要立即補充后備的抗氧化劑，同時要適時增加切粒機的轉速。

（3）在負荷變化較大的情況下，要適時調節節流閥的開啟量。在20 t/h 以下時，應保證超過30°的開啟量，避免無法灌入料筒[3]。

4 結論

擠壓造粒機組是聚丙烯設備中的關鍵設備，一旦出現故障停車，將降低聚丙烯裝置生產負荷，從而使整個聚丙烯設備的運轉受到限制。本文通過對生產實踐中遇到的問題進行歸納和總結，使其在日常工作中得到細化、量化、標準化，為今后解決擠壓造粒機設備故障問題奠定基礎，從而保障擠壓造粒機的平穩運行，提高裝置長周期運行水平。