線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置頻繁切換生產(chǎn)牌號(hào)對造粒系統(tǒng)長周期運(yùn)行的影響

摘" 要：在線性低密度聚乙烯（LLDPE）工業(yè)生產(chǎn)過程中，為應(yīng)對下游市場不同需求，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力，線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置需要不斷拓寬牌號(hào)生產(chǎn)范圍，提高多種牌號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。在日常生產(chǎn)過程中，一套裝置往往需要頻繁切換生產(chǎn)牌號(hào)，以達(dá)到產(chǎn)品效益最大化。生產(chǎn)牌號(hào)的頻繁切換不僅僅影響聚合反應(yīng)階段，也對下游成品造粒系統(tǒng)造成重大影響。在牌號(hào)頻繁切換過程中保證造粒機(jī)組的長周期運(yùn)行，這對提高聚乙烯生產(chǎn)能力具有十分重要的意義。該文分析影響造粒系統(tǒng)長周期運(yùn)行的主要因素，并對造粒生產(chǎn)操作提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：線性低密度聚乙烯；熔融指數(shù)；樹脂密度；擠出機(jī)；切粒機(jī)

中圖分類號(hào)：TQ325.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）16-0106-04

Abstract： In the process of industrial production of linear low density polyethylene （LLDPE）， in order to meet the different needs of the downstream market and enhance the market competitiveness of products， the linear low density polyethylene plant needs to continuously expand the range of product and improve the capacity of various products. In the daily production process， a set of devices often need to switch production brands frequently in order to maximize product benefits. The frequent switching of production grades not only affects the polymerization stage， but also has a significant impact on the downstream granulation system. It is of great significance to improve the production capacity of polyethylene to ensure the long-term operation of the pelletizer in the process of frequent brand switching. This paper analyzes the main factors affecting the long-term operation of the granulation system， and puts forward some measures to improve the granulation operation.

Keywords： linear low density polyethylene （LLDPE）; melt index （MI）; resin density; extruder; pelletizer

天津石化公司線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置，以乙烯為原料，丁烯和己烯為共聚單體，氫氣為鏈終止劑，采用氣相法工藝，反應(yīng)機(jī)理為陰離子配位聚合機(jī)理，反應(yīng)溫度為70～110 ℃，反應(yīng)壓力為2.35 MPa。造粒機(jī)組為JSW生產(chǎn)，型號(hào)為CMP320。擠出機(jī)為雙螺桿，螺桿直徑320 mm。螺桿長度1 798 mm，額定功率為2 800 kW，最大流量為16.5 t/h。熔融泵型號(hào)為齒輪泵FMP30，額定功率300 kW。切粒機(jī)為水下切粒機(jī)，切刀12把。模板孔數(shù)共計(jì)1 640個(gè)，孔徑3 mm。造粒系統(tǒng)流程簡圖如圖1所示。

裝置在日常生產(chǎn)活動(dòng)中，為應(yīng)對市場變化，力求達(dá)到產(chǎn)品利潤最大化，增強(qiáng)市場占有率，所以牌號(hào)切換是十分頻繁的。以2022年6月的數(shù)據(jù)為例，如圖2所示，在一個(gè)月之內(nèi)，其所生產(chǎn)粒料產(chǎn)品牌號(hào)從TJSH-2650高熔融指數(shù)牌號(hào)一直切換到TJVL-0505超低密度牌號(hào)，中間依次經(jīng)歷PE-LM2320、DFDA-9020、DFDA-9085三個(gè)丁烯牌號(hào)和DFDA-6010、TJVL-1210的2個(gè)三元共聚（乙烯、丁烯與己烯）牌號(hào)。產(chǎn)品熔融指數(shù)最高可達(dá)到55 g/10 min左右，最低可達(dá)到0.6 g/10 min左右。產(chǎn)品密度最高可到達(dá)0.927 0 g/cm3，最低可達(dá)到0.908 0 g/cm3左右。從圖2中明顯可以看出，在切換過程中，產(chǎn)品熔融指數(shù)和密度2個(gè)參數(shù)變化非常大。

1" 丁烯牌號(hào)連續(xù)切換過程中造粒機(jī)組參數(shù)變化

通過分析表1中擠出機(jī)參數(shù)變化趨勢可以清晰看出，在丁烯牌號(hào)切換過程中，產(chǎn)品的熔融指數(shù)逐步下降，主電機(jī)電流逐步上升，筒體各段溫度明顯上升，尤其是混煉熔融段的溫度，筒體間隙不斷減小。這是由于隨著聚乙烯分子量不斷增大，長鏈的聚乙烯分子相互纏結(jié)，樹脂黏度不斷提高，熔融指數(shù)不斷降低，熔融樹脂流動(dòng)性下降，剪切力不斷增大，加工性能變差，擠出機(jī)出料困難，主電機(jī)電流不斷升高[1]。同時(shí)為了低熔指產(chǎn)品更好達(dá)到熔融狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，不斷減少筒體間隙，提高熔融段溫度。在日常生產(chǎn)過程中，當(dāng)生產(chǎn)高熔指產(chǎn)品時(shí)，主電機(jī)電流低，可以適當(dāng)提高產(chǎn)率，但是要注意控制筒體進(jìn)料段溫度，防止溫度過高，樹脂在進(jìn)料段熔融，造成擠出機(jī)不吃料意外停車。在生產(chǎn)低熔指產(chǎn)品時(shí)，主電機(jī)電流高，為防止電流超載，主電機(jī)跳車，可適當(dāng)降低產(chǎn)率，同時(shí)還可以通過調(diào)節(jié)筒體間隙，提高筒體熔融段加熱蒸汽用量，適當(dāng)增加筒體熔融段溫度，提高熔融樹脂流動(dòng)速率，保證主電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外在生產(chǎn)低熔指產(chǎn)品時(shí)，要格外注意筒體間隙的背壓，因?yàn)榈腿壑府a(chǎn)品的黏度大，相同流量情況下，熔體的壓差也會(huì)變大[2]。如果筒體間隙過小，或是樹脂熔融指數(shù)過低都會(huì)造成筒體間隙背壓過高，導(dǎo)致非計(jì)劃造粒系統(tǒng)停車。

通過分析表2中熔融泵參數(shù)變化趨勢可以明顯看出，在丁烯牌號(hào)切換過程中，隨著產(chǎn)品熔融指數(shù)的下降，熔融泵的出入口壓力不斷提高，并且熔融泵電機(jī)的電流顯著升高，在生產(chǎn)低熔指牌號(hào)DFDA-9085時(shí)，幾乎達(dá)到了熔融泵的額定電流值。這是由于樹脂的分子量不斷增大，熔融指數(shù)降低，樹脂的黏度不斷提高，流動(dòng)性變差，熔融泵作為齒輪泵，在輸送高黏度流體的過程中效率會(huì)不斷降低，熔融泵電機(jī)所受負(fù)荷持續(xù)增加，電流不斷提高，存在電機(jī)跳車與剪切銷斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。因此在生產(chǎn)低熔指產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)相應(yīng)降低產(chǎn)率，提高熔融泵加熱蒸汽流量或采用加熱方式更為穩(wěn)定的熱油對熔融泵進(jìn)行加熱，從而進(jìn)一步加速樹脂流動(dòng)。除此之外，還應(yīng)設(shè)置熔融泵電流超限的報(bào)警信號(hào)，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)負(fù)荷。長期生產(chǎn)低熔指牌號(hào)產(chǎn)品也會(huì)造成剪切銷疲勞斷裂。

通過分析表3中切粒水系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢，可以很清楚地看到，隨著牌號(hào)切換，熔融指數(shù)不斷降低，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速不斷降低，進(jìn)刀壓力設(shè)置提高，切刀與模板之間的間距變大，模板溫度、模頭樹脂壓力及溫度不斷提高。在生產(chǎn)高熔指產(chǎn)品時(shí)，聚乙烯分子量較小，黏度小，流動(dòng)性好，進(jìn)刀壓力及模頭樹脂壓力相對較低，模板溫度與模頭樹脂溫度也相對較低。為防止出現(xiàn)拖尾料或長粒料等不合格粒形，故將切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，減少切刀與模板的間隙。在生產(chǎn)高熔指產(chǎn)品時(shí)，尤其在開車過程中，注意及時(shí)打通顆粒水流程，在停車過程中要及時(shí)退出切粒機(jī)，防止樹脂纏刀和灌腸事故發(fā)生。在生產(chǎn)低熔指產(chǎn)品時(shí)，要注意降低切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，提高進(jìn)刀壓力，提高模板溫度，保持樹脂熔融狀態(tài)，增大模板的開孔率[2]。同時(shí)，注意到顆粒水流量有下降趨勢，顆粒水溫度保持穩(wěn)定。這是由于在切粒過程中產(chǎn)生的細(xì)粉不斷增多，切粒水系統(tǒng)的濾粉器起不到很好的過濾作用，顆粒水中的細(xì)粉會(huì)堵塞板式換熱器，顆粒水流量會(huì)不斷下降。所以，要及時(shí)清理濾粉器及板式換熱器，并且不定期更換顆粒水。顆粒水的溫度要在生產(chǎn)過程中維持穩(wěn)定，溫度過高會(huì)導(dǎo)致樹脂粘連，溫度太低會(huì)造成切粒不平整，樹脂損壞切刀[3]。

2" 在三元共聚產(chǎn)品連續(xù)切換過程中造粒機(jī)組參數(shù)變化

結(jié)合表4—表6中數(shù)據(jù)，三元共聚產(chǎn)品的熔融指數(shù)相差不大，產(chǎn)品密度下降明顯，但是造粒機(jī)組參數(shù)整體變化卻不大。尤其是產(chǎn)品DFDA-6010與TJVL-1210，熔融指數(shù)幾乎一致，但是密度卻相差很大。但是生產(chǎn)2種牌號(hào)的造粒機(jī)組參數(shù)幾乎一致，綜上可以進(jìn)一步得出結(jié)論，產(chǎn)品熔融指數(shù)是影響擠出機(jī)參數(shù)變化的主要原因。高熔融指數(shù)的產(chǎn)品更易于加工造粒。而樹脂密度對樹脂結(jié)晶度、樹脂機(jī)械性能等有較大影響[4]。

3" 結(jié)論

1）在線性低密度聚乙烯（LLDPE）裝置產(chǎn)品牌號(hào)切換的過程中，聚乙烯樹脂的熔融指數(shù)是影響造粒系統(tǒng)參數(shù)變化的主要原因。高熔融指數(shù)的聚乙烯樹脂更容易被加工造粒，但是熔融指數(shù)過高也會(huì)導(dǎo)致樹脂在擠壓機(jī)進(jìn)料段熔融，造成擠壓機(jī)不吃料，影響造粒系統(tǒng)運(yùn)行。

2）生產(chǎn)高熔融指數(shù)牌號(hào)時(shí)可適當(dāng)提高產(chǎn)率，同時(shí)注意進(jìn)料段溫度，及時(shí)打通進(jìn)料段筒體冷卻水，及時(shí)調(diào)整切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，觀察粒形變化；在開停車過程中注意顆粒水流程打通及切粒機(jī)退出的時(shí)機(jī)，防止樹脂纏刀與灌腸事故發(fā)生。

3）生產(chǎn)低熔融指數(shù)牌號(hào)時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低產(chǎn)率，及時(shí)觀察主電機(jī)電流與熔融泵電流，適時(shí)調(diào)整造粒機(jī)組負(fù)荷。低熔指產(chǎn)品，分子量大，黏度大，流動(dòng)性差，對筒體、熔融泵及模板的沖擊較大，系統(tǒng)背壓較高，要注意筒體的間隙背壓及熔融泵進(jìn)出口壓力。及時(shí)調(diào)整筒體熔融段、熔融泵及模板的加熱溫度，提高熔融樹脂的流動(dòng)性，避免由于系統(tǒng)背壓過高造成造粒非計(jì)劃停車。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫桂芳，滕文鵬.低熔融指數(shù)聚乙烯樹脂對造粒系統(tǒng)的影響及對策[J].黑龍江石油化工，2001，4（12）：8-9.

[2] 楊大為，張順強(qiáng).高壓聚乙烯裝置擠壓造粒系統(tǒng)運(yùn)行因素分析[J].甘肅科技，2011，4（27）：30-32.

[3] 董少永，聶偉斌，楊艷君.高熔融指數(shù)聚丙烯對擠壓造粒機(jī)的影響[J].工藝與設(shè)備，2020，3（46）：104-105.

[4] 金茂筑.聚乙烯催化劑及聚合技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2021：5-7.