聚丙烯装置挤压造粒机运行故障分析及处理措施

张盛瑀

（中国石油大庆炼化公司，黑龙江大庆 163400）

0 引言

挤压造粒机是聚丙烯设备中颗粒物料转换的关键设备，集机、电、仪于一体，运行操作高度自动化，因而在操作中经常会遇到一些无法正确判断的问题，从而导致设备无法正常生产。某炼厂30 万吨/年聚丙烯装置使用了日本JSW 公司生产的CMP335×Ⅱ-24.5AW-V 型挤压造粒机。自投产以来，连续出现一系列停机事故。本文针对上述问题进行详细分析并提出相应对策。

1 挤压造粒机简介

某炼厂挤压造粒机是由日本JSW 公司研制生产的CMP335×Ⅱ-24.5AW-V 型双螺旋同轴式挤压机，主要由主电机、齿轮箱、筒体、开车阀、换网器、切粒机等部件构成，其功能是将聚丙烯粉末和助剂混合、加热、熔炼、混炼、挤压、切粒，完成从粉末到最终颗粒的加工。

挤压造粒的生产工艺流程如图1 所示。共向式双螺杆通过主电机带动，经过减速装置减速后输出，由计量仪测量聚丙烯粉末和助剂，通过在线搅拌将制品送入造粒机内，并通过模板的模孔将其挤出，然后在切粒水腔内进行切粒，将聚合物颗粒从切粒水中输送至预脱水器完成初步脱水，再经过离心干燥器干燥、振动筛筛分等工序进入最后的成品掺混料仓。

图1 挤压造粒机组流程

2 挤压造粒机常见运行故障

2.1 摩擦离合器故障

挤压机以摩擦式离合器为主要的安全元件，实现主电机和主减速器之间的转矩传输。当压力超出可承受的极限时，摩擦式离合器就会发生滑动，导致主机联锁停机。造成摩擦式离合器的滑动脱落，引起挤压造粒机停机的主要因素有如下5 个：①由于熔化不良、温度不够或熔指太低，导致阻力过大，引起电机转矩上升；②在筒体中进入异物使螺杆卡塞；③摩擦离合器磨损；④变速箱内机油温度太低，导致机油黏度增加；⑤摩擦式离合器的气压过小[1]。

根据上述问题归纳出了对策：停车后用清洗剂清洁，擦拭摩擦离合器，以确保磨具与磨具间的接触面干净。在运转辅助电机时，利用间断排料使筒体中的物料完全排出，使辅助电机在一个较小的转矩下启动。在辅助电机停止运行后，应立即启动主电机和主减速装置的机油系统，如有需要，应立即停止循环冷却水并维持机油的温度。根据具体的条件，可以适当增加摩擦式离合器的气压。

2.2 开车时进刀位置异常

开车时合上切粒机后，刀轴不会进入正常的研磨状态，因此刀具与模板间会出现很大的间隙。将熔化的高分子材料从模板中挤出来后，若刀具的锐度不够，将会形成垫刀现象，造成切粒机转矩过高报警。合理增加开车过程中的进刀压力和切刀旋转速度，可以将产生的垫刀料抛出，将刀轴恢复到正常的状态。模头腔内的排料量通常需要超过10 kg/h，生产时超过15 kg/h，在正常生产时迅速提高生产负荷，确保模板孔排料的流速。

2.3 开车后模板面上形成一层膜

磨刀作用显著的情况下，挤压造粒机开车后会出现大量的大块体，导致切粒机转矩过高而停止工作。剥离切刀后，在该模板的表层有一片高分子膜。当高分子膜粘附于模板上并产生挤压时会产生两种情况：①当切刀就位时被模板中挤出物料所推，使刀轴向后移动，使物料在模板与切刀的间隙处挤压，从而产生一层膜；②切刀未就绪而熔浆物料已排出，导致切刀不能向前推进，挤压聚合物在模板表面产生一层膜。如果是前者，可以对刀具及液压油体系进行检验，以保证刀具的进刀风压。如果是后者，则要对切刀、聚合物和切粒水的“三同时”时间设置进行适当调整。通过对切粒机的分析，延长切粒机的开车阀直通时间，从而延缓了聚合物熔体的出料速度，确保切刀到达后进行切粒[2]。

2.4 生产特定牌号时产出聚丙烯细粒

聚丙烯设备可按客户要求生产各种牌号的产品，因此在常规生产中常常需要切换不同的牌号，导致挤压造粒机设备生产条件发生变化，出现各种异常的情况。在生产T30S 牌号时，切粒机生产出了更多的细小粒子，而且产品的粒度分布很不均匀。这主要是因为T30S 是一种不均匀的加氢工艺，在第一个环管反应器内加入少量的氢气，使聚合过程中生成了许多低熔点的聚合物，然后再进行二次循环。尽管成品的熔指在2.4～3.6，也适当添加相应的助剂使其融合。这种聚合物熔点很低，且难以充分混合，在造粒率低或生产波动时，尤其是在造粒机低转速时，会因出料流速度太慢而阻塞模板的孔隙，从而产生大量的细小粒子，导致产品的粒度分布不均匀。

为了解决上述问题，可以通过增加筒体温度和模头温度来改善材料的流变特性；关小节流阀，增加物料的混合程度；适时调整切粒机的转速，以确保切粒的粒型指标。

2.5 流量波动大或不稳定

挤出来的物料流量波动较大，有时出现流量突然变小的情况。此种情况的主要是由于料流在挤出机筒体内的流动过程中发生剧烈的紊流现象，从而使挤出的物料在一定程度上受到紊流冲刷的作用，导致其流量变小，甚至出现停滞流动状态。由于聚丙烯挤出造粒机结构较为复杂，螺杆、旋转接头、锥面等均为易磨损零件，因此挤出机在运行过程中会出现物料流速变慢、压力变大、流量变小等现象。另外挤出机内部零件磨损严重也会导致挤出机流量波动变大。挤出来的物料受到挤压后密度下降，密度分布不均，从而导致挤出来的物料流速加快或减慢。

3 挤压造粒机常见问题的处理

3.1 正常工况下的磨刀（新刀）

磨刀操作的质量，对造粒机的开车成功率和切粒机的切粒效率有着重要的影响。显然，磨刀是确保机组循环运转的保障。总结大量的实践经验，制定磨刀运行方案。在研磨之前，先将刀具的进料压力设置为50～52 bar（1 bar=0.1 MPa），刀具速度设置为500～560 r/min，然后开始研磨。当刀具和模具接触时，机器的输出转矩会达到25%～30%。当磨刀持续运动时，切刀的运动是按照正常速度向前推进的，这时进刀的压力应为56～50 bar，切刀转速是580～500 r/min。在进刀压力和切粒机转速降低到50 bar 和500 r/min 时，保持操作，这时输出转矩从约30%逐步降低到低于25%，切刀的磨损率约0.2 mm，刀柄的定位范围为1.05～1.2 mm。

在磨刀过程中可能出现一些异正常现象，其多数是由于刀具和模板不能充分贴合造成的。如果在开始研磨过程中没有超过转矩的29%，可以采用增大刀口压力的方式将刀具和模具贴合起来。具体方法是将进刀风压从50 bar 提升到58 bar，并根据切刀轴的推进情况继续调节，直到转矩上升到合理水平为止。这时，切粒机的转速应该保持在580 r/min，这样就不会产生转矩突变。若此方式仍无法将切刀与模板贴合，应更换刀具并再次研磨。

3.2 正常运行中垫刀的原因及处理

在切粒机的日常运转中出现的垫刀现象，往往是由于聚合物熔融过程中出现了较大的改变，使得挤出机筒体中的聚合物流速太大，无法在较长的一段时期内维持满流，致使部分模孔无法正常排出造成的。当切粒水进入模具时，由于温度太高，聚合物和水分会发生崩料而形成垫料，导致切粒机转矩过高而停止工作。此外，因排出物料不稳，模板中的某些孔洞发生阻塞，使残余模板孔排出物料的速度较快，也会形成垫料，使得切粒机转矩过高而停止工作。

防止垫刀的措施有：

（1）当从低熔指向高熔指转换时，节流阀的开启量要适时进行调节，并进行适当的温度调节。当压力系数为每10 min 8～15 g，负荷为25 t/h 时，节流阀开启量保持在30°～35°；该指标约为每10 min 15～25 g，负荷2525 t/h，开启量保持在35°～40°。当使用高熔指物料时，节流阀的开启量应该维持在35°或更高。

（2）在脱氧剂脱出的情况下，要立即补充后备的抗氧化剂，同时要适时增加切粒机的转速。

（3）在负荷变化较大的情况下，要适时调节节流阀的开启量。在20 t/h 以下时，应保证超过30°的开启量，避免无法灌入料筒[3]。

4 结论

挤压造粒机组是聚丙烯设备中的关键设备，一旦出现故障停车，将降低聚丙烯装置生产负荷，从而使整个聚丙烯设备的运转受到限制。本文通过对生产实践中遇到的问题进行归纳和总结，使其在日常工作中得到细化、量化、标准化，为今后解决挤压造粒机设备故障问题奠定基础，从而保障挤压造粒机的平稳运行，提高装置长周期运行水平。