聚丙烯装置挤压造粒机液压锁故障处理

蔡卫疆，姚圣兵

（中国石油广西石化公司，广西钦州 503008）

0 引言

聚丙烯装置在完成反应器检修开工后，重新进行挤压造粒机组开车时，UG500 型水下切粒机在执行合模程序过程中多次出现液压锁过度锁紧故障，导致切粒机无法正常合模，开车程序执行不下去，无法实现机组正常开车。根据合模时PLC 界面报警提示和技术分析判断，多次对液压锁模头端锁柱的伸出长度进行了调试，但依然无法解决过度锁紧故障的问题，因处理时间过长，反应器被迫停工。此次处理液压锁故障花费时间过长，严重影响了机组开车进度，对装置安全生产创效造成一定影响。为了实现机组长周期稳定运行，避免再次出现类似的情况而耽误生产，应彻底解决切粒机在合模过程中出现的液压锁过度锁紧问题。

1 造粒机组状况

1.1 机组简介

挤压造粒机集机、电、仪高度一体化，是聚丙烯装置的核心机组。机组体积庞大、自动化程度高、联锁复杂，其长周期稳定运行直接影响到装置的平稳生产。该聚丙烯装置使用的挤压造粒机组是德国Coperion 公司生产的ZSK320 系列产品，机组呈直线线布置，由固定转速的主电机、带双挡切换的主电机齿轮箱、开车辅机、进料料斗、筒体、节流阀、开车阀、熔融泵、熔融泵齿轮箱、熔融泵驱动电机、换网器、模板、水下切粒机、干燥器、振动筛以及相应的辅助系统（润滑油系统、液压油系统、热油系统和颗粒水系统等）组成。其中，主电机的主要作用是为齿轮箱和双螺杆提供动力，通过一个挠性联轴器与齿轮箱耦合，传递相应扭矩。

1.2 工艺流程

该机组的工艺过程是，将聚丙烯粉料与添加剂均匀混合，加热、融熔、混炼、挤压和切粒，负责将聚丙烯从粉料转化成成品粒料。主要过程为：聚丙烯粉料依靠自身重力从上游系统进入到挤压造粒机料斗，与按比例称重加入的抗氧剂、除酸剂等添加剂在料斗中混合后进入经热油系统加热的挤压机机筒中，同向旋转的双螺杆将由加料斗进入挤压机中的聚丙烯粉料强制输送，因螺杆与筒体组成一些封闭的小室，物料在小室中按螺旋线运动，但由于在啮合处两个螺杆圆周上的各点的运动方向相反，而且由于间隙非常小，致使物料不能自上部到下部自由运动，而是被迫以一根螺杆与料筒形成的小室形成螺旋∞形运动；由于螺杆各段螺纹不同，粉料在输送过程中分别形成捏合、加压、均化、出料等区域，再经过节流阀节流提高混炼强度，熔融的聚合物树脂再进入熔融泵，通过两齿轮旋转形成的容积变化进行加压，并经过滤网去除杂质后经模板孔挤出；同轴旋转的切粒机切刀在水下将挤出的熔融树脂切成球型颗粒后，经浸没模板和切刀的水流带走，再经过干燥器分离水分、振动筛分级筛选等过程送入粒料成品料仓。

2 液压锁结构组成及工作原理

2.1 作用

液压锁是UG500 型水下切粒机必不可缺的零部件之一，其作用是水下切粒机进行解合模程序时，通过液压锁的工作，来实现水下切粒机与机组模头的锁紧和脱开。液压锁的锁紧程序可以防止切粒机在运行过程中高温的颗粒水和聚丙烯颗粒向外喷溅，避免烫伤人员的风险。如果在运行过程中液压锁出现任何问题，导致其功能丧失，则无法实现切粒机与机组模头的紧密贴合，无法实现聚丙烯颗粒的向外输送，机组也无法实现稳定运行。

2.2 结构组成

该液压锁系统由两部分组成，分别是安装在切粒机罩上的夹紧元件（简称液压缸）和安装在模头端的柱销。液压缸由缸体、浮动液压活塞、控制销、套爪夹头、O 形圈以及3 个位置感应探头组成，而柱销由锁柱、背帽、弹簧、O 形圈、开槽螺母、球形座、锥形座组成（图1）。

图1 液压锁系统的部件

2.3 工作原理

在外界液压油系统油泵启动增压后，换向阀门打开，油路导通，液压油进入液压缸并对其施加一定的压力，驱动液压缸内部的浮动液压活塞向前运动，浮动液压活塞具有特殊的内部轮廓（45°锥体和4°锥体），其确保了控制销能够移动，从而控制套爪夹头关闭和打开。4°锥体保证套爪夹头像螺纹一样自锁，将液压力极好的传递为机械拉力。

在锁紧操作过程中，液压活塞与控制销的运动方向相反，当销子与活塞相互接触时移动会被限制，防止其自锁效应（没有负载或内部夹紧）。

3 故障分析及处理

3.1 故障过程描述

聚丙烯装置挤压造粒机在开车调试过程中，切粒机在执行合模程序时液压锁多次出现了“锁头过度锁紧及未感应到锁头信号”，在处理故障期间，还陆续出现了PLC 信号到位但液压锁锁头实际未锁紧或PLC 信号不到位但实际已锁紧等问题。经过深入分析和研究，总结出此类故障的原因主要有：①安装在模头上的锁柱端面与模头端面的距离变化；②液压缸故障；③液压油系统故障；④位置探头故障。

3.2 原因分析及处理

3.2.1 安装在模头上的锁柱端面与模头端面的距离变化

为了减缓切粒机在合模过程中液压缸对锁柱和模板端面造成的冲击，在锁柱内部安装了弹簧。经过长时间的解合模动作，可能造成弹簧老化或者引起弹簧变形量的变化，直接影响锁柱端面和模板端面的距离，造成液压锁故障。于是立即测量和调整锁柱端面到模板贴合面的距离，但测量过程中由于对结构原理不够熟悉，多次出现测量偏差。初步分析的结果是，如果位置探头感应到过度锁紧信号，应将模头端锁柱端面与模头贴合面间的距离缩短。但经过反复调整，液压锁仍然无法正常工作。

通过查阅相关产品资料和设备结构图纸，并咨询厂家和兄弟单位，经过反复研究和分析，得出结论：正常情况下如果位置探头感应到过度锁紧信号时，应将模头端锁柱端面与模头贴合面间的距离伸长。虽然此次调试方向正确，但是锁柱端面到模板贴合面的调整位置距离因为锁柱内弹簧存在一定的挠性，使其可以自由晃动，致使测量结果不够准确、偏差较大。只有调整锁柱螺纹端面到模板贴合面的后端，才能保证4 个锁柱与模板贴合面的伸缩距离一致。经过调整后，解决了液压锁过度锁紧的问题。

3.2.2 液压缸故障

液压缸通过液压油驱动浮动液压活塞运动而实现液压锁锁紧和脱开，由于浮动液压活塞使用年限较久，可能出现密封面磨损而导致液压缸体出现液压油高低压互窜现象，从而导致浮动液压活塞没能运动到指定位置，造成液压锁故障。除此之外，由于液压油的长周期使用，或液压锁内部部件磨损、老化而造成油路污染，使浮动液压活塞在运动过程中出现卡涩现象，从而影响液压锁工作。

3.3.3 液压油系统故障

查看液压锁液压油系统的运行，启动合模或解模程序时液压油泵运行，油压能够迅速建立，相关换向阀动作指示正常，给出相关指令后能够迅速反馈，该系统近期运行未见异常状况。该系统出现故障的主要影响因素有：①油路系统是否有泄漏；②管路里是否有空气。检查所有连接管路，未发现泄漏点，打开管路高点排气，也未发现有气体，整个液压系统运行未见异常。从排查过程来看，可以排队液压系统方面的原因。

3.2.4 位置探头故障

在试车过程中，出现了多次液压锁信号回讯到位但液压锁实际未锁紧或者液压锁已锁紧但信号不到位等情况，分析判断为液压锁位置感应探头问题。液压缸上一共有3 个位置探头，分别是脱开、锁紧和过度锁紧信号，影响位置感应探头的因素主要有：①通信线路由于长时间的使用而出现老化，影响信号的传输；②切粒机合模时对模板有一定的撞击，形成的反作用力造成液压缸产生振动而使探头的位置发生改变，导致探头的灵敏度发生变化，影响感应信号的准确度；③位置感应探头失效，无法正常感应液压缸内浮动液压活塞的运动位置，产生错误报警。通过影响因素的分析和判断，为位置感应探头更换了新的通信线路，并对探头灵敏度进行调整。经过多次调试后，系统恢复正常。

4 日常维护与保养

在日常的操作和维护保养中，需密切关注液压锁系统的运行，否则故障处理起来会比较棘手。

（1）在日常巡检中应密切关注检查切粒室的漏水情况，防止出现信号到位而实际未锁紧现象。

（2）液压锁的液压系统应定期更换液压油、清理滤芯。液压油一般运行两年更换，更换时清理干净油箱，防止系统存在杂质。

（3）长时间在高温环境下运行，锁柱的O 形圈老化后，锁柱的支撑受到影响，如果与液压缸不在一个中心将很难达到锁紧的效果。

（4）锁柱弹簧长期在高温的压缩形变环境下，弹性变形的缓冲性能会变差，一般建议一个大检修周期更换一次。

（5）液压缸内的活塞环和O 形圈，经过长周期的运行后，密封性能变差，可能导致内部液压油高低压互窜，从而达不到锁紧和脱开的功能，建议储备1～2 个液压缸以备日常需求。

（6）防止异物进入液压缸，在日常的开车过程中，有可能聚丙烯颗粒进入缸头，在开车时一定要仔细检查，一旦有异物进入则应及时清理，避免影响锁爪的啮合。

（7）探头的安装深度直接影响到锁柱的位置，安装太深探头容易被切掉，而安装太浅信号检测不准确。安装调试时需反复检测，确保安装深度合适。

（8）液压系统故障后将无法提供足够的动力，系统中液压泵不起压、夹紧方向阀不切换、位置限位开关信号不触发、管道内有气体等问题都会影响液压锁的运行。

5 总结

经过上述分析，总结出水下切粒机液压锁故障的原因主要有4个，即安装在模头上的锁柱端面与模头端面的距离变化、液压缸故障、液压油系统故障和位置探头故障，虽然成功解决了液压锁故障的问题，恢复了生产，但也从侧面反映出一个问题，就是对液压锁内部结构及其工作原理的理解不够透彻、掌握不够深入，导致处理故障花费了大量的精力和物力，特别是在测量锁头端面到模板贴合面的距离过程中重复性工作花费了很长时间。

水下切粒机液压锁是挤压造粒机组中重要的部件之一，只有不断地剖析和总结其结构和工作原理，才能减少液压锁故障，顺利解决故障，为挤压造粒机组的平稳运行提供保障。